Введение к работе
Актуальность работы. Ежегодно в Российской Федерации железнодорожным транспортом перевозится около трехсот миллионов тонн углей для тепловых электростанций и коксохимических заводов металлургических комбинатов. В энергетике стоимость угольного топлива может достигать до 65%, причем стоимость приёма, разгрузки и измельчения твердого топлива может достигать 8+10% стоимости выработанной электроэнергии.
Для полного сжигания уголь должен подаваться в углесжигающий агрегат в пылевидном состоянии. Уголь первоначально измельчается на дробильных установках до размеров не более 350 мм. Однако при добыче угля мощными одноковшовыми и роторными экскаваторами на тепловые электростанции во все периоды года поступают негабариты угля размером 600+1500 мм и более. Угольное топливо при перевозке в зимний период постоянно смерзается как в условиях восточных районов России, так и в условиях относительно мягкого климата её европейской части. Поэтому разгрузка железнодорожных вагонов, в которых уголь доставляется потребителю для его дальнейшей переработки или сжигания весьма трудоемка и энергозатратна. Известные химические способы предотвращения смерзания угольного топлива сегодня не нашли практического применения.
В настоящее время для восстановления сыпучести угля используются: механическое рыхление, тепловой разогрев и первичное измельчение. Первичное измельчение производится при сверхнормативной крупности угля до размера кусков 200+300 мм, которые дробятся и затем подаются в шаровые мельницы для тонкого измельчения.
Сегодня ещё на многих предприятиях для предварительного (первичного) измельчения используется малопроизводительный и тяжелый труд рабочих, разрушающих смерзшееся и негабаритное угольное топливо при помощи отбойных молотков. Более эффективными для первичного измельчения смерзшегося и крупногабаритного угольного топлива оказались дробильно-фрезерные машины, разработанные в 70-е годы. К началу 90-х годов прошлого века свыше 330 дро-бильно-фрезерных машин типа ДМФ-П и модернизированных ДМФ-ПА уже работали на 105 электростанциях, оборудованных вагоноопрокидывателями. В последние годы этого века разработан и внедрен механизированный комплекс для cv
измельчения смерзшегося и негабаритного угольного топлива с электрической (\
1 J
силовой установкой. Первый опыт его эксплуатации на электростанциях показал низкую стойкость (долговечность) вооружения рабочего органа, якорных тяговых цепей его подачи и элементов трансмиссии и, как следствие, снижение эксплуатационной производительности комплекса за счет высокой динамики нагрузки на его элементы. Поэтому вопросы улучшения динамических характеристик трансмиссии приводов рабочего органа (силовой установки) остаются актуальными, а обоснование и выбор параметров силовой установки механизированного комплекса для измельчения смерзшегося угля является актуальной научной задачей.
Цель работы — это установление закономерностей формирования сил сопротивления при измельчении слоя топлива для обоснования и выбора рациональных динамических параметров силовой установки механизированного комплекса для измельчения смерзшегося угля.
Идея работы заключается в минимизации динамических нагрузок в трансмиссиях силовой установки за счет целенаправленного формирования механических статических и динамических характеристик привода подачи рабочего органа фрезерной машины для измельчения смерзшегося угля.
Методы исследований. При выполнении диссертационной работы использовались основные положения механики твердого тела, жидкости, теории надежности, системного анализа и математического моделирования с использованием пакета прикладной программы MathCAD.
Основные научные положения, выносимые на защиту, и их новизна:
техническая производительность механизированного комплекса для измельчения смерзшегося угля при его заданных конструктивных и энергетических параметрах имеет нелинейную зависимость не только от технологических, но и от динамических характеристик приводов вращения и подачи рабочего органа фрезерной машины;
суммарный коэффициент динамичности механизма передвижения фрезерной машины следует определять как произведение коэффициента динамичности цепи и коэффициента динамичности электромеханической системы (ЭМС) привода;
математическая модель «слой смерзшегося угля - рабочий орган - трансмиссия - привод», отличающаяся возможностью формировать статические и динамические характеристики электрической силовой установки, аналогичные ха-
рактеристикам объемного гидропривода в режиме номинального нагружения при измельчении угля и в режиме стопорений рабочего органа.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций базируется на применении современных научных методов исследований, включающих: аналитические исследования с использованием фундаментальных положений теоретической механики твердого тела и жидкостей; математическое моделирование и системный анализ процесса нагружения силовой установки механизированного комплекса для измельчения смерзшегося угля и достаточную сходимость результатов аналитических и экспериментальных исследований, составляющую 80% при 15%-ной относительной ошибке.
Научное значение работы заключается в разработке математической модели электрогидромеханической системы силовой установки механизированного комплекса для измельчения смерзшегося угля и установлении зависимостей её технологического нагружения в номинальном режиме и в режиме стопорения рабочего органа от: физико-механических свойств смерзшегося угольного топлива; уровня установленных мощностей приводов вращения и подачи рабочего органа; длительности технологического цикла измельчения слоя угольного топлива; же-сткостных и демпфирующих параметров электрогидромеханической системы.
Практическое значение исследования состоит в разработке методики расчета и выбора рациональных динамических параметров силовой установки механизированного комплекса для измельчения смерзшегося угля в режиме номинального нагружения при измельчении угля и в режиме стопорения рабочего органа, а также в разработке технических требований на модернизацию электрической силовой установки для придания ей характеристик, аналогичных характеристикам объемного гидропривода.
Реализация выводов и рекомендаций работы. Основные результаты диссертационной работы приняты к использованию в ООО «ГИДРОГОРМАШ» в 2012-2014 гг. при совершенствовании существующих и создании инновационных конструкций комплексов по измельчению смерзшегося и негабаритного угля в научно-технических разработках конструкторского бюро.
Личный вклад автора состоит: в установлении кинематических особенностей процесса разрушения слоя смерзшегося и крупнокускового угля режущей фрезой;
в теоретических исследованиях закономерностей формирования сил сопротивления при разрушении смерзшегося угля;
в исследовании тепловых и динамических процессов в гидрообъемной трансмиссии ходового механизма силовой установки комплекса для измельчения смерзшегося угля.
Апробация работы. Основные положения работы были обсуждены: на международных научных симпозиумах «Неделя Горняка» (2008-2011 гг., Москва, МГГУ); на научно-практической конференции «Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях» (2008 г., Москва, ВДНХ -НПМ); на международной научно-технической конференции «Современные техника и технологии горно-металлургической Отрасли и пути их развития» (12-14 мая 2010 г., г. Навои, Республика Узбекистан) и на научных семинарах кафедры ГМО МГГУ (2008-2011 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано четыре статьи, две из них опубликованы в журналах, входящих в перечень изданий, рекомендованных ВАК Российской Федерации.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения, списка использованных источников из 100 наименований и включает 36 рисунков и 6 таблиц.
