Введение к работе
"'." Актуальность проблемы. Анализ работы и состояния транспорта на г^рнЬдобнвавапа предприятиях показывает, что несмотря на суцествен--йы&'достижения последних лег, совершенствование, создание н производство транспортных средств отстает от темпов механизации и требований основных технологических процессов производства, а в ряде случаев транспорт является сдерживвщиы фактором. Необеспеченность предприятий надежной современной высокоэффективной транспортной техникой, средствами автоматизации и механизации отдельных транспортних операций, шогоступенчатость и сложность схем является основными причинами высокой трудоемкости.
При проходке скважин разного назначения (включая сверхглубокие до 15 км) и шахтних стволов одним из сдергивающих факторов пошез-ния технико-зкономическкх показателей является отсутствие эффективных средств, обеспечивающих захват в транспортировку металла, скапливающегося в процессе бурения или аварий с буровий инструментом, турбо-, электробурами, расширителями, проходческиви комплексами н др,
В настоящее время, когда резко осложнились задачи, стоячие перед транспортными средствами в связи о изменением условий и возрос-Екми требованиями, совершенствование sa счет уедокления конструкций все больше снижает вероятность значительного г.оиышения оЭД>еятивнос-ги их работы. Поэтому наряду с совершенствованием существующих горнотранспортных средств и устройств традиционными методами ведутся яоиски путей создания нових, на основе других физических принципов. !>днии из таких принципов является использование энергии магнитных юлей систем из постоянных магнитов, реализация которого позволяет эешать многие задачи по совершенствовании существущія и создания ювых транспортных средств, которые традиционными методами осуцест-шть трудно или невозмогно.
Основными причинами медленного внедрения магнитных полей в орнотракспорткой технике являются отсутствие научных поло*енмй я ісходнцх данных для проектирования, очень ограниченные тесретичес-ме и экспериментальные исследования по магнитный системам и их сн-овому взаимодействии с твердыми и гибким» магнитами бесконечной даны, отсутствие ыагнито- и ферроэластов с высокими магннл.:ыма ха-актернстиками и их массового производства, а такяе несовершенство екоторых технических решений и привегхчнкоегь к трвдишонны* прин-ипам работы транспортных средств.
Разработка теоретических к експериментальних основ испояьаова-ия магнитных полей систем из посгояншд і»агнило» ятляигся крупний
научны;.! направлением, позволяющий решить важную народнохозяйственную проблему создания ноеых горнотранспортных средств с применением магнитных сил.
Тала диссертации связана с плановыми работами Ивано-Франковско-го института нефти и газа и Кузбасского политехнического института по хоздоговорам в соответствии с темами отраслевых планов под руководством и непосредственном участии автора.
Цель работы - разработка теоретических и экспериментальных основ создания элективных горнотранспортных средств с использованием магнитных полей постоянных магнитов.
Идея работы - использование- принципа взаимодействия магнитных
полей систем из постоянных магнитов для совериенствования и создания
э<ЗДехтишшх_т^акгпортньХ_средств.- -
Водицаеиыб научное положения.
1. Закономерности движения по сложной трассе магнитомеханичес-
ких систем, как основы горнотранспортннх средств, полученные с
использованием гипотез тяжелой гибкой нити и упругое оболочки, которые впервые учитывают магнитные силы, геометрии желоба и силы трения для уравновеиивания радиальных сил, как условия движения без схода на криволинейных участках.
-
Теоретические зависимости подъемной силы от параметров магнитной системы и обоснование магнитного подвеса бесконечного гибкого элемента (ленты), реализация которого возможна при равенстве или превызении подъемной силы по отношению к нагрузке и зазоре не менее 3 мм. Рациональные рззмеры многорядных опор с чередующейся полярностью для ленты конвейера на магнитной подушке с расстоянием между рядами равной половине ширины магнита.
-
Расчетная модель магнитомеханической системы в виде оболочки и теоретические зависимости позволили впервые получить ограничивающие критерии по условиям сцепления оболочки (ленты) с опорными элементами, обеспечению запаса прочности и отсутствию торфов по внутреннему борту ленты при расчете радиуса кривизны трассы конвейера.
-
Математическая модель магнитной системы, отличающейся тем, что учитывает влияние температуры на магнитные и силовые характеристики, ограничивающие в транспортных средствах применение магнитных полей ферритобариевых магнитов при температуре более 523 Н.
-
Принцип формирования структуры магнитоэластов при использовании ферритобариеэого или самарийкобальтового наполнителя, ограничивающего их количество 90,5 вес.ї при дисперсности 60-200 мкм для разработки магнитотвердой обкладки конвейерной ленты.
6. Рациональные параметры ленточных конвейеров для сложных трасс, на магнитной подушке, тилоразмерного ряда устройств очистки скважин.
Достоверность науунис положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, обосновывается: применением фуидіменталь-ных положений теории машин и механизмов, механики гибкой нитк к упругой безмоментной оболочки; методами математического анализа и математической статистики с использованием ЗВИ; сходимостью результатов теоретических исследований с экспериментальными данными с погрешностью не превышающей 15-20 ?с\ представительным объемом экспериментальных. исследований и промышленных испытаний, которые подтвердили выявленные закономерности сил нагружения и магнитных сил, применением современных методик испитаниЯ, оборудования и приборов, длительной и эффективной эксплуатацией разработок с новіа/и технический решениями.
Научная ноемгна проведенных исследований состоит в том, что в работе впервые получены:
закономерности движения по сложной трассе магнитомехапических систем, основанных на моделях тяжелой гибкой нити и упругой безмоментной оболочки, учитывавших влияние магнитных сил, условия работы, характеристики магнитоактивных элементов, «изволившие получить теоретические основы создания горнотронспортных средств на базе конаейеров для сложных трасс и на магнитной подуике;
теоретическое обоснование магнитного подвеса эластичного тягового органа и математические модели процессов взаіїмдействия парящей системы с опорами, обеспечивающих создание конврРера на магнитной подушке ;
закономерности поведения функциональных элементов транспортных средств, представлених в виде магнигоективных нити или упругой оболочки, при действии на них магнитных сил и сил нагружения, метод определения предельных нагрузочных и деформационных характеристик взаимодействующих элементов конвейера и параметры его возможного эффективного использования при применении магнитных полей постоянных магнитов;
метод проектирования магнитных силовых систем устройств транспортных средств, основанная на математической модели с учетом температуры окружаицей среды, ограничивающей область применения магнитных полей;
принцип формирования структуры нагнитоэластов при использовании ферритобариевого иди самарийкобвльтоаого наполнителя,огоаничи-вявщего их количество 90,5 вес. % при дисперсности 50 - 200 икм для разработки магнитотвердой обкладки конвейерной ленты;
- рациональные глраыетры ленточного конвейера для сложных трасс и ткпсразиерного ряда устройств очистки скважин.
Научное значение работы состоит в разработка теоретических и эксперииенталънкх основ создания и совершенствования транспортных средств с использованием полей постоянных магнитов, заключащаяся в установлении зависимостей, отбывающих солзи между силовыми и магнитными параметрами иагнитоактивных элементов транспортных машин, а также в выборе рациональных параметров магнитных систем с учетом имеющихся ограничения. Совокупность научных положений, технические решения и паранегры разработанных конструкций конвейеров для сложных трасс и на Магниткой подушке, яелящихся основой для принятия проектных решений при совершенствовании и создании эффективных горнотранспортных средств с использованием пслей постоянкьоОіагнитов.-Получен-— ные_теоретические-положения являятся значительным вкладом в развитие перспективного научного направления использования магнитной энергии при создании и совершенствовании горнотранспортной техники.
Практическое значение работы состоит в использовании научных положений, выводов и рекомендаций для создания эффективных горнотранспортных средств .и заключается в: применении нетрадиционных принципов работы горнотранспортных средств с использованием магнитных полей постоянных магнитов, обосновании и освоении рациональных конструкций магнитных систем и устройств, предназначенных для создания ленточных конвейеров для сложных трасс, устройств очистки забоев скважин, а также других гориотранспортных средств, методиках расчета магнитных систем гориотранспортных машин и ленточных конвейеров для сложных трасс, разработке магнитоэластов с повышенными магнитными характеристиками на основе отечественных материалов для магнитотаердых обкладок конвейерных лент, создании эффективных ленточного конвейера для сложных трасс и устройств очистки забоев при проходке скважин и стволов шахт.
Работа вносит существенный вклад в развитие научно-технического прогресса, экономический эффект составляет от внедрения разработок более 5 млн.руб.
Методы расчета параметров магнитных систем и устройств очистки забоев скважин, издавные в виде монографии, используется в учебном процессе при курсовой и дипломном проектировании.
Личный вклад автора заключается в теоретическом обобщении крупной научной проблемы, какой является разработка теоретических и експериментальних основ создания эффективных транспортных средств с использованием магнитной энергии. Вклад в пределах отдельных разделов состоит в разработке основных закономерностей движения механической системы по сложной пространственной трассе при действии на нее
магнитных сил, как основы транспортных средств; установлении особенностей и закономерностей взаимодействия функциональных элементов, представленных з виде тяжелой гибкой нити иг.и упругой оболоччи; разработке методики расчета основных параметров функциональных элементоз транспортных средств с использованием магнитных сил; установление воз-ыожности магнитного подвеса, теоретических и зкеперкментальких зависимостей силового взаимодействия элеыеитоа при магнитном подвесе; изучении и разработке рациональных силовых магнитных систем и методики их расчета; разработке принципиально новых конструкций опор ленточных конвейеров, устройств для центрирования движения ленты конвейера и очистки забоев сквэжнн, защищенных авторскими свидетельствами; проектирование и разработке технической документации на стенда, установки, устройства для экспериментальных образцоп и серийного производства, испытания, проводились при непосредственном участия автора.
Работа выполнена в Ивано-Франковском институте нефти и газа и Кузбасском политехническом институте.
Автор выражает благодарность инженерно-техническим работникам ПО 1(уэбассуголь, шахты Новая, завода ОЛО Карлаткефтеыаи, СКТБ "Недра" йвано-франковского института нефти и газа, сотрудникам НИС кафедры транспортных мяшан Кузбасского политехнического института, ИГД им. Ско-чинского, кафедры нефтяного оборудования Ивано-іранкогского института нефти к газа, оказавши поьюць на стадиях создания и серийного освоения разработок.
Реализация выводов и рекомендаций работы. Результаты исследований! научные положения, вывода и рекомендации использоЕакц: при создании конвейера для сложных трасс - Александровским машиностроительным заводои; при разработке технико-экономического обоснования применения ленточного конвейера на магнитной подушке - ИГД им. Скочинско-го; при разработке устройств очистки скважин - СКІЬ "Недра" Пвано-вранковского института нефти и газа, ПГО Ьападукргеология, ПО Турбо-газ; при разработке технических условий, карты технического уровня и рабочей документации - СКГБ "Недра", ОДО Карпатнефгемзы, ПО Казруд-геология. Іех.чическая документація на различные типы магнитных устройств переданы ИГО Яыалнефтсгазгеология, Архангельскгеолог'я, Удиурт-геология и др.
Внедрены в производство: ленточный изгибающийся конвейер с маг-нитоиягкой лентой и магнитными роликоопорзмя (угол поворота в плане -до 30. радиус крчвизкы - Ш и) на шахте Новая ПО 1(уэбассугсль. Неж_ дуведонственная приемочная комиссия рекомеі-имвала Мянугтепроиу СССР изготовить умвновочную серие (15-20 зт) тэких «онгейерсв; размерная ряд магнитных устройств очистки скв-івин девяти типоразмеров для скважин диаметром 62-320 мм, не имеющих отечественных аналогов н за рубе-
)
жом; четыре технические условия на устройства очистки схважин..
Освоено серийное производство устройств очистки скважин на Ка-луиском опытно-производственном объединении Карпатнефтеыаш Микнефте-прома, на Алма-Атинском заводе НПО Каэрудгеологкя Миягео СССР, ПО Запукргеология Мингео УССР, на Ужгородском завода Турбогаз.
Устройства в колітчеетве более 2000 втух работают на предприятиях Кингео, Ііиннсфгегазпрома, Иинчерыета, Минуглепроыа. По контрактам устройства поставлены в Чехословакию, Болгарии к Индию.
Внедренные разработки защиіценьї пятью авторскими свидетельствами.
Апробация работы. Основные положения докладывались и получили одобрение: на второй республиканской конференции по рудничному транспорту Академии наук УССР (г. Днепропетровск, 1975); Всесоюзном семинаре "Нсвые- разработки средств и систем горного транспорта" (г. Киев,
1977); научио-тахнкчсских конференциях Куэбасскогололктехнического-
^инстотута_(г,-Кемерово,—IS59-I979); научно-техническом семинаре по новой техн/хе при ИГА им. А.А.Скочинского 1г. Люберцы, 1978, 197. IS<32); научно-техническом семинаре по машинам непрерывного транспорта института ВНИШГШШ! (г. Москва, 1976, 1931); Всесоюзном координационном со-врц|пн;:и по применению ленточных конвейеров для перевозки людей в шах-тех (г. Кемерово, ВОСТНИК, I9S2); научно-техническая конференция молодых ученых, и специалистов угольной промышленности (г. Караганда, 1978); ІУИ, XIX научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава Ивано-Фракхоаского института нефти и газа 1902, 19ЭЗ ; технической конференции молодых ученых (г. Пермь, I9S5); республиканской научно-технической конференции "Ускорение", создание, освоения и внедрения ресурсосберегающих технологий и бурении, добыче, транспорте и переработке нефти и газа (г. Киев, I9S6); Всесовэной конференции "Перспективы развития, совероенствование конструхиий и повышение надехиости бурового и нефтепромыслоього оборудования (г. Пермь, 1988); республиканской научно-технической конференции "Применение ыагнитоактивных материалов и магнитных систем в народном хозяйстве (г. Ивано-Франковск, IS89).
Экспонаты разработок неоднократно демонстрировались на ДДНІ СССР и УССР, всесоюзных и международных ярмарках. Награждены дипломами, тремя серебряныйми и тремя бронзовыми медалями.
Публикации. Основные материалы диссертационной работы опубликованы в 82 печатных работах, в том числе одна монография, 26 авторских свидетельств на изобретение. Результаты исследований изложены также в 27 отчетах по НИР и СКР, руководителем которых является автор.
Объем и структура работы: Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, представленных из 304 стр. машинописного текста, 79 рисунков и 16 таблиц по тексту, список использовакноП литературы 174 наименований и 5 приложения.