Введение к работе
Актуальность проблемы. Реиение актуальных задач роста эффективности производства в угольной промышленности и производи льности горной техники возможно при условии дальнейшего повышения ее надежности, меньшей надежностью обладают горные маши-:ы и оборудование с протяженным рабочим органом, являвшиеся преи-ущественно предметом настоящего исследования. Подавляющее боль-инство их оснащается нерегулируемым асинхронным электроприводом. аработка на отказ забойных скребковых конвейеров, относящихся к той группе горных машин,не превышает 5-6 ч., а коэффициент готов-ости находится в пределах 0,86-0,89. Наиболее аварийным узлом онвейера является тяговый орган, удельный вес отказов которого
общем числе отказов достигает 60 %. Сравнительно высокой явля-гся аварийность приводных устройств: до 20 % от общего числа от-азов. Недостаточную надежность имеют и другие виды горных машин: труговые установки, ленточные конвейеры, канатные дороги и т.д. а период полного использования ресурсов горных машин затраты на оддержание работоспособного состояния в ц~6 раз выше затрат на х создание. В большой мере это обусловлено недостаточно эффек-ивной работой или отсутствием защиты от перегрузок.
Широкие возможности повышения эффективности защиты появляют-* при применении автоматических и управляемых устройств. В связи
этим актуальна проблема создания теории, обеспечивающей обосно-іние, принципы построения и разработку способов и средств защиты г перегрузок, основанных на применении управляемых и авгомати-їских устройств. Теоретическому обобщению и практическому реше-го этой проблемы, имеющей ванное социальное и экономическое зна-
іние, посвящены собранные в настоящем докладе результаты научных
ібот автора.
Цель работы. Обоснование принципов построения, методов ісчета, путей и средств технической реализации способов защиты ірннх машин от перегрузок, основанных на применении управляемых автоматических устройств.
Идея работы. Параметр ограничения, по которому производит-: настройка защиты от перегрузок, должен быть принят и поддержи-ться при эксплуатации на гаком уровне, чтобы обеспечить макси-
мальную надежность при наиболее полном использовании произвол ственных возможностей машини и предотвратить развитие аварийной ситуации.
Основные научные положения, выносимые на защиту.
-
Обоснование применения в приводе горных машин в качест средств защиты от перегрузок управляемых и автомагических устройств, выполненное на базе комплексного теоретического и эксп риментального исследования динамической системы взаимосвязанны элементов "привод-рабочий орган-нагрузка" при всестороннем уче1 их параметров и взаимодействия в характерных режимах эксплуата
-
Систематизация способов и средств защиты горных машин перегрузок, основанная на предложенной концепции устройства за> щиты, которое рассматривается как многофункциональное средство с доминированием одной или нескольких функций, обеспечивающих і раничение экстренных динамических нагрузок в трансмиссии и рабі чем органе, предотвращение нарушений нормального режима работы машины и снижение средней нагруженности силовых деталей.
Принципы построения и выполняемые функции средств защиты, основанных на применении автоматических и управляемых устройств
3. Математическое описание динамического состояния в режи»
перегрузки горных машин, содержащих средство защити как один и;
взаимосвязанных элементов динамической системы, и предложенные
по результатам анализа системы пути снижения нагрузок, использс
вание которых самостоятельно или в сочетании друг с другом позі
лило осуществить построение новых способов и средств защиты.
k. Концепция оценки эффективности действия средства защити в рамках комплексной математической модели, учитывающей движени системы на двух этапах: до и после защитного срабатывания, согласно которой независимо от способа и принятого параметра огран чения в наиболее опасном для машины стопорном режиме при экстре ном возрастании сил сопротивления на рабочем органе устройство защиты следует рассматривать как средство управления потоком ки нетической энергии, разряжающейся на трансмиссии и рабочем орга
5. Обоснование и выбор в качестве параметра ограничения дл защиты от перегрузок в стопорном режиме величины третьей произв ной перемещения или второй производной тока приводного двигател: по времени, имеющих максимум в начале торможения привода, что пі
эляет при косвенном контроле нагрузок в системе обеспечить уп-зждающее срабатывание защиты и предотвратить развитие аварий-эй ситуации.
6. Принципиальное построение и структура устройства защиты
р заклинивания негабаритных предметов между комбайном и забой-
ім скребковым конвейером, выполненного в виде датчика негаба-
ггов контактного типа и аппарата электрического торможения, обес-
ічивасщего индукционно-динамическое торможение двигателей приво-
i конвейера при пути остановки тягового органа после срабатыва-гя защиты, не превышающем 0,2-0,3 м.
7. Принципы выбора параметров привода трения горных транспорт
ов машин, основанные на обеспечении им, наряду со снижением дина-
'ческих перегрузок трансмиссии, защиты тягового органа и ведущей
верхности трения от пробуксовки под предельной нагрузкой, соп-
вождающейся их чрезмерным износом с последующим разрушением, в
иболее сложном режиме - при пуске машины. Функции средства за-
ты привода при этом должны быть возложены на натяжное устройст-
Обоснованность и достоверность научных положений и рекомен-ций подтверждаются корректным использованием апробированных годов теории колебаний и прикладной динамики машин, методов манат ического анализа, теории вероятностей и математической ста-зтики; идентификацией математических моделей и горных машин и составных частей на основе экспериментально полученных харак-ристик, а также достаточной сходимостью результатов теоретичес-с и экспериментальных исследований (.расхождение не более 15 %) і выполнении последних на полноразмерных стендах и натурных об-зцах машин в лабораторных, заводских и шахтных условиях; рабо-;пособностью испытанных и внедренных способов и средств защиты, 5работанных по параметрам, обоснованным теоретическими исследо-шями.
Научная новизна заключается в разработке теории построения :тем защиты, основанных на применении управляемых а автомати-ких устройств, в рассмотрении устройства защиты в качестве гофункционального средства, в представлении его при построении четных схем, структурообразовании горных машин, решении задач лиза и синтеза как одного из взаимосвязанных элементов динами-
ческой системы при комплексном учете их параметров, характері тик и взаимодействия; в разработке математических моделей дні мического состояния горных машин в режиме перегрузки при отс; ствии и наличии средства защиты ; в выявлении источников возні вения перегрузок и факторов, влияющих на их формирование,пос] ством целенаправленного динамического анализа системы с примі ниєм математического моделирования и широкомасштабных зкспері тальных исследований на натурных образцах машин, по результат которых установлены пути снижения нагрузок, обоснованы и разі ботаны способы защиты и средства для их реализации. Разрабог; ные новые технические решения способов и средств защиты защт более чем 30 авторскими свидетельствами.
Значение работы, научное значение состоит в разработке ложений теории построения способов и средств защиты горных иг от перегрузок, в том числе разработке систематизации перегру; способов и средств защиты, новой концепции средства защиты, і матических моделей машин со средствами защиты и без них , мет{ ке их относительного сопоставления, в формировании основных г ципов построения защиты горных машин от перегрузок. Получен }
ЛЄКС НОВЫХ зависимостей И МеТОДИК, ПОЗВОЛЯВШИХ ВЫЯВИТЬ HCT04t
и причины возникновения перегрузок, дать правильную оценку рс и возможностей устройства защиты, выбрать параметр ограничен} и уставку защиты, определить эффективность действия и наметит пути совершенствования средств защиты.
Практическое значение работы заключается в обосновании t базе предложенной теории технических требований и на их осної разработке способов и средств защиты, позволяющих повысить на декность и эффективность работы горных машин. Выполненные исс дования доведены до обоснованных, экспериментально подтверкде ных, применимых в инженерной деятельности методик и алгоритмо Разработанные рекомендации, способы и средства защиты, их стр тура и параметры могут быть взяты за основу проектными и науч исследовательскими институтами, занимающимися созданием срег и систем защиты.
Реализация выводов и рекомендаций работы, результаты ис дований использованы при разработке:
ДонДПО "ВЭ", Харьковским заводом "Свет шахтера" и Скопин
ашиностроятелъным заводом экспериментальных и опытных образов приводов забойных скребковых конвейеров CKTj6, СК-38Р, СП64 электромагнитными муфтами B3M-I00, B3MC-I00, ВЭМС-160 и блока правления приводом (испытаны на шахтах № б "Капитальная" ПО Донецкугояь", "Sanaднодонбасская" № I ПО "Лавлоградуголь", Пролетарская" ПО "Стахановуголь") ;
Горловским машзаводом им. С.М.Кирова и ДонНПО "ВЭ" экспери-ентального образца привода струговой установки УСБ-2 с электро-агнитными муфтами (испытан на шахте № 27 ПО "Снежнянантрацит") ;
институтами "Гипроуглемаш" и "Автоматгормаш" конструкции ривода типа ПІІ0 с планетарным редуктором и электромагнитной уфтой (тормозом) для скребкового конвейера СПЦ27І (серийное про-зводство на Юргинском машиностроительном заводе с 1993 г.) и іьітного образца привода скребкового конвейера СПЦ38І с дифферен-налъным редуктором и электромагнитной муфтой (тормозом) ;
МакНЩ, Горловским машзаводом им. С.М.Кирова конструкции зтройства защиты от заклинивания негабаритов между комбайном конвейером (серийное производство с 1986 г. для комплектации эмбайнов ІКГ0ІУ - исполнения 02.03,06.07,10,11,14,15,18,19.22,
»; I
НПО "Углемеханизация" конструкции натяжного устройства под-;мных канатных дорог ДКНЛ-І (серийное производство с 1989,-г.);
Харьковским машиностроительным заводом "Свет шахтера" кон-рукции гидромуфт ТЛЭ345А (с 3.10.82 ГПЭ345У) для привода задних скребковых конвейеров (серийное производство с 1976 г.) ;
Стахановским филиалом КГИИ и Брянковским рудоремонтным за-ідом конструкции стопорно-фиксирущего устройства СФУ-І для задних скребковых конвейеров (испытано на шахте им. Ильича ПО ;тахановуголь", принято к серийному производству);
институтом "Гипроуглемаш" и Стахановским филиалом КГМИ кон-рукции опытных образцов приводов скребковых конвейеров для мар-тцевых руд КМР-І и КМРЭ со стартовым устройством и тиристорного юка управления стартовым двигателем БУСД (испытаны на рудниках :. Ленина и "Итхвиси-Новый" ПО "Чиатурмарганец") ;
институтом "Донгипроуглемаш" конструкции экспериментального разца натяжного устройства ленточного конвейера ІЛІ00-І с эпект-магнитными муфтами ВЭМ-100 (испытано на шахте № 6 "Великомос-вская" ПО "Укрзападуголь") ;
ДонНПО "ВЗ" опытного образца системы тиристорного электрс привода для скреперо-струговой установки УС-3 (испытанна шахт* № 3 ш/у "холодная балка" ПО "Советскуголь");
ДонНПО "ВЭ" и ясиноватским машиностроительным заводом кої струкции опытного образца привода проходческого комбайна "Ясиі ватец-2" с электромагнитной муфтой ВЭМС-200 (испытан на шахте им. В.ИЛенина ПО "Артемуголь") ;
Краснолучским машзаводом и Стахановским филиалом КГМИ or ных образцов автоматических натяжных устройств бремсбергового точного конвейера ЦБ 100 и тиристор ных блоков управления БУШ и БУТНЛ-2, работающих в режиме программного я следящего регул* вания (испытаны на шахте "Прогресс" ПО "Торезантрацит") ;
НПО "Углемеханизация" и Стахановским филиалом КГМИ опыта образцов привода монорельсовой и напочвенной канатных дорог 6І и ДКН со стартовым устройством к тиристор ной аппаратуры управл АУСДК-І (испытаны на шахте "Соколовская" ПО "Ростовуголь");
Стахановским филиалом КГМИ устройства теплового контроля талей машин (внедрено на Торезском ремонтно-механическом завоа
Харьковским заводом "Свет шахтера" и институтом "Автоматг маш" экспериментального образца аппаратуры защиты привода скре нового конвейера АЗЛК (испытана на шахте "Первомайская" ПО "Пе вомайскуголь") ;
Харьковским заводом "Свет шахтера" конструкции храпового механизма натяжения тягового органа и выборе места его установ в приводе скребковых конвейеров типа СД202, выпускаемых серийн
ИакНИЙ "Нормативов по безопасности забойных машин, компле сов и агрегатов" - М.: МУЛ СССР,1990 (п.п.3.2.9.II, 3.4.II, 3.4.19.2, 3.4.19.4, 3.2.15.3, 3.2.16.8).
Утверждены и приняты к использованию разработанные под ру: водством автора: "Методика выбора рациональных параметров натя ных устройств подземных ленточных конвейеров" - Краснолучским і шиностроитепьным заводом; "Методика определения рациональных і раметров систем привода подземных канатных дорог" - НПО "Углемі ханизация".
Апробация работы, основные материалы диссертационной рабі докладывались и получили положительную оценку на республиканец конференции по проблемам угольной промышленности УССР (Донецк,
1968), на П Республиканской конференции по рудничному транспорту (Днепропетровск, 1976), на научных семинарах отделения горной механики ИГЛ им. А.А.Скочинского (.1974, 1989), на Всесоюзном семинаре по технической диагностике и надежности горнах машин (Люберцы, 1988), в СКВ завода "Свет шахтера", Скопинского машзаво-да и Горловского машзавода им. С.М.Кирова, в отделе транспорта эчистных забоев Гипроуглемаша, в отделе безопасности горных ма-аин МакНИИ, на научно-техническом совете НПО "Углемеханизация" .Луганск, 1989), на Всесоюзном научно-технической совещании по юдземному транспорту (Горловка, 1991) , на заседании кафедры гор-шх машин и горной электромеханики Московского государственного >ткрытого университета (Москва, 1992); на расширенных заседаниях :афедр: горных машин Днепропетровского горного (Днепропетровск, :991) и Донецкого политехнического (Донецк, 1993) институтов; орной электромеханики и горных машин Новочеркасского политехнике ко го института (Новочеркасск, 1993).
Разработки экспонировались на ВДНХ СССР (1988), ВДНХ УССР 1989).
Публикация. По результатам проведенных исследований опубли-овано 90 работ, в том числе получено более 30 авторских свиде-ельств.
В диссертации, кроме основных положений и выводов по резуль-атам исследований, обоснованных и сформулированных автором само-тоягельно, использованы отдельные материалы, содержащие резуль-аты коллективной научной работы, включая полученные совместно сотрудниками, с которыми опубликованы научные труды. Автор пагодарен соавторам и сотрудникам ВНИИВЭ и горного факультета ИЛИ за помощь и содействие, оказанные при выполнении исследова-ий и внедрении их результатов.