МІНІСТЕРСТВО Освіти і науки УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНА ГІРничА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ

Рубель Андрій Олександрович

УДК 622.67.678.5

ОБГРУНТУВАННЯ СТІЙКОГО рухУ поСУДИНИ у ПРОВІДНИКАХ посиленого АРМування СТвола

ШАХТНИХ ПІДйомних УСТАНОВОК

Спеціальність: 05.05.06 - "Гірничі машини"

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Дніпропетровськ – 2002

Дисертаційна робота є рукописом.

Робота виконана на кафедрі будівельної та теоретичної механіки Національної гірничої академії України (м. Дніпропетровськ) Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник – доктор технічних наук, професор Блохін Сергій Євгенович, Національна гірнича академія України (м. Дніпропетровськ) Міністерства освіти і науки України, завідувач кафедри будівельної та теоретичної механіки

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Дворніков Володимир Іванович, Донбаська державна академія будівництва та архітектури (м. Макіївка) Міністерства освіти і науки України, професор кафедри підіймально-транстпортних машин

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Ільїн Сергій Ростиславович, Інститут геотехнічної механіки НАН України (м. Дніпропетровськ), завідувач лабораторії діагностики устаткування шахтних підйомних установок

Ведуча організація – Донецький державний технічний університет

Міністерства освіти і науки України, кафедра гірничої механіки.

Захист відбудеться "_19_" червня 2002 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.080.06 при Національної гірничої академії України Міністерства освіти і науки України (49027, м. Дніпропетровськ-27, просп. К. Маркса, 19, тел. 47-24-11)

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національний гірничий академії України Міністерства освіти і науки України (49027, м. Дніпропетровськ-27, просп. К. Маркса, 19)

Автореферат розісланий "_16_" травня 2002 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

канд.техн.наук О.В. Анциферов

загальна характеристика роботи

Актуальність роботи. Один із шляхів підвищення рентабельності підприємств гірничовидобувної галузі – нарощування обсягів видобутку корисних копалин. Зростання продуктивності підйомних установок досягається збільшенням вантажності підйомних посудин та швидкості їх руху у стволі. І хоч майже 80% вертикальних стволів шахт та рудників України обладнані жорстким армуванням із рейковими провідниками, вони неспроможні підвищити ні швидкість руху, ані вантажність підйомних посудин без відповідних заходів щодо посилення металоконструкцій армування ствола.

Більше того, згодом у процесі експлуатації внаслідок втрати несучої здатності армування через корозійне та механічне зношення або вимушено знижується продуктивність підйомної установки порівняно з проектними показниками, або з’являється потреба у значному обсязі робіт по ремонту та реконструкції армування, що пов’язане з великими матеріальними коштами та втратами при видобутку корисних копалин.

Тому і виникла необхідність у розробці конструкцій зміцнення експлуатованого жорсткого армування, які б дозволили насамперед, продовжити термін використання армування, піднести рівень безпеки робіт, знизити кошти на обслуговування та ремонт і, що не менш важливо, створити реальні передумови для підвищення продуктивності шахтних підйомних установок.

Один із способів зміцнення жорсткого армування шахтного ствола полягає у заміні існуючих провідників на провідники більшого типорозміру. Проте таке вирішення проблеми потребує, по-перше, тривалої зупинки ствола, а, по-друге, не завжди може бути реалізоване практично.

Доступніший і не менш ефективний – відомий спосіб збільшення жорсткості провідників конструктивними елементами, наприклад, стягуючи парні рейкові провідники посередині між розпорами за допомогою скоб Бріара, або шляхом установлення на паралельних нитках провідників так званих “несправжніх” розпор. Недолік подібних способів – в обмеженій області їх застосування. Крім того, кожен із них збільшує жорсткість провідника лише в одному напрямку вигину – тільки в лобовому чи тільки у бічному, що може виявитися недостатнім для досягнення поставленої мети. З цієї причини у дисертації запропонований та розроблений принципово інший конструктивний підхід, що гарантує підвищення жорсткості провідників одночасно у двох напрямках вигину, окремими випадками якого можуть бути згадані вище способи посилення армування.

Суттєва і та обставина, що незалежно від конструктивних особливостей того чи іншого методу зміцнення, досі фактично відсутнє їх наукове обгрунтування. Практична реалізація посилення провідників, наприклад, скобами Бріара, здебільшого грунтувалася на досвіді експлуатації, а через відсутність теоретичної бази неможливо було встановити, наскільки цей спосіб ефективний, як у даному випадку розміщені межі резонансних областей, чи можливо при цьому збільшувати швидкість та вантажність підйомних посудин і т.д.

Ще один, дотепер не вивчений аспект задачі посилення провідників – так звана “щільність” розподілу посиленого армування. Останнє можливо здійснювати за різними схемами розподілів посилених і непосилених провідників, але дійти висновку про доцільність застосування тієї чи іншої схеми посилення можна лише на підставі відповідних теоретичних досліджень.

Зазначене вище обумовлює актуальне для вугільної промисловості завдання важливого народногосподарського значення, яке полягає в продовженні терміну служби армування ствола, підвищення рівня безпечної експлуатації підйомної установки за рахунок визначення областей стійкого руху посудини в провідниках посиленого армування ствола шахтних підйомних установок і створення методики розрахунку стійкого руху посудини в провідниках посиленого армування на додаток до існуючої галузевої методики.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема дисертаційної роботи пов'язана з тематичним планом держбюджетних робіт НГА України в межах тем ДП-252 "Теоретичне обгрунтування критеріїв якості та методів оптимізації дискретних механічних систем з в’язконапруженими внутрішніми і незв'язаними зовнішніми зв'язками" за № держреєстрації 0100U001822 та ДП-219 "Теоретичне обгрунтування закономірностей динамічних процесів у конструкціях машин і механізмів для створення раціональних шахтних транспортних засобів" за № держреєстрації 0198U005506. Завдання, що вирішуються в дисертації, відповідають тематиці Департаменту вугільної промисловості України стосовно вдосконалення устаткування стволів та підвищення рівня безпечної експлуатації устаткування ствола і всього підйомного комплексу в цілому.

Мета та завдання досліджень. Мета роботи – обгрунтувати використання стійких режимів руху підйомної посудини в провідниках посиленого армування ствола шахтних підйомних установок, і визначити рівень зниження динамічного навантаження у системі "посудина – посилене армування"; обумовити, як змінюються області стійкого та хиткого руху скіпа залежно від застосування тих чи інших схем посилення, спираючись на відповідні теоретичні дослідження; розробити математичну модель областей стійкого руху посудини в провідниках армування ствола шахтних підйомних установок.

Відповідно до поставленої мети в роботі вирішувалися такі завдання:

1. Виконати теоретичні дослідження динаміки системи “посудина – посилене армування”.

2. Досліджувати залежність стійкого руху підйомної посудини від параметрів і схем посилення провідників по глибині ствола.

3. Розробити і вибрати найбільш раціональні схеми посилення системи “посудина – армування”.

4. Розробити пакет прикладних програм на ЕОМ для розрахунку і вибору параметрів посиленого армування.

Об'єкт дослідження – система "підйомна посудина – посилене армування" шахтних підйомних установок.

Предмет дослідження – методи та засоби забезпечення стійкого руху підйомної посудини у провідниках посиленого армування ствола шахтних підйомних установок.

Ідея роботи зводиться до врахування змін періодичної “функції жорсткості” провідників та динамічних параметрів системи "скіп – посилене армування" порівняно з непосиленим армуванням для визначення зміни областей стійкого руху посудини у провідниках жорсткого армування ствола.

Методи досліджень поєднують комплексне теоретичне та практично-експериментальне вивчення режимів взаємодії підйомної посудини з періодично посиленими провідниками жорсткого армування ствола шахтних підйомних установок на основі розв’язку рівнянь математичної фізики, теоретичної механіки, теорії пружності.

Наукові положення, що захищаються в дисертації:

1. Період “функції жорсткості” армування монотонно зростає при збільшенні довжини кроку посилення провідників по глибині ствола.

2. Розмір кроку посилення провідників за глибиною ствола – визначальний параметр на зміну рівня динаміки в системі “посудина – армування”.

3. Стан меж стійкості динамічних вирішень системи “посудина – армування” визначається схемою посилення провідників по глибині стволу.

Наукова новизна отриманих результатів:

1. Уперше встановлена залежність “функції жорсткості” армування ствола від довжини інтервалу посилення рейкових провідників за глибиною ствола.

2. Уперше встановлена залежність “функції жорсткості” армування ствола від схеми посилення рейкових провідників за глибиною ствола.

3. Уперше встановлена залежність коефіцієнта динамічності системи "посудина-армування" від довжини інтервалу посилення армування.

4. Уперше встановлена закономірність зміни рівня динамічності в системі "посудина – армування" від схеми посилення провідників за глибиною ствола.

Обгрунтованість та вірогідність наукових положень, висновків і рекомендацій забезпечені значним обсягом теоретичних та експериментальних досліджень, задовільною збіжністю теоретичних і експериментальних досліджень, задовільною збіжністю теоретичного та експериментального значення “функції жорсткості” посиленого провідника; середні відхилення теоретичних значень “функції жорсткості” від експериментальних становлять 14%.

Практичне значення результатів досліджень полягає у виборі за отриманими даними найбільш раціонального режиму руху підйомної посудини в провідниках посиленого армування ствола шахтних підйомних установок залежно від різних схем розподілу посилених і непосилених провідників, розташованих періодично по глибині ствола, що дає змогу збільшити термін служби, швидкість руху підйомних посудин, зменшити капітальні витрати на реконструкцію ствола, істотно підвищити рівень безпечної експлуатації устаткування вертикальних стволів за рахунок зниження рівня динамічного навантаження армування. За підсумками роботи розроблена методика розрахунку посиленого армування додатково до існуючої галузевої методики розрахунку.

Результатами досліджень скористалися: НДІГМ ім. М.М. Федорова під час проектування та реконструкції жорсткого армування стволів шахт, ДХК "Донбасантрацит" при виконанні робіт з посилення армування ствола №7 ДВАТ "Шахта Хрустальська", Національна гірнича академія України у своїй науковій діяльності (ДП-252 за № держреєстрації 0100U001822 та ДП-219 за № держреєстрації 0198U005506) і в навчальному процесі.

Особистий внесок здобувача: досліджені режими стійкого руху підйомної посудини у провідниках посиленого армування ствола, створена математична модель взаємодії посудини з провідниками посиленого армування, здійснені експериментальні дослідження збіжності теоретичного та практичного значення “функції жорсткості” рейкових провідників армування ствола №7 ДВАТ "Шахта Хрустальська", сформульована наукова проблема, визначені мета та завдання дослідження, науково обгрунтовані винесені на захист основні положення і методи їх розрахунку із змінною функцією жорсткості провідників, розроблені конструкції посилення рейкових провідників жорсткого армування.

Розроблена методика розрахунку посиленого армування як додаток до існуючої галузевої методики розрахунку армування вертикальних стволів шахт, яку впроваджено в “НДІГМ ім. М.М. Федорова”. За оцінками фахівців ДХК "Донбасантрацит", економічний ефект для середньостатистичного ствола завдяки посиленню провідників армування становить 30 000 грн. на рік у цінах 1999 р.

Апробація результатів дисертації. Основні її положення доповідалися: на міжнародній конференції, присвяченій пам'яті професора В.О. Мурзіна “Сучасні проблеми та перспективи розвитку гірничої механіки” (м. Дніпропетровськ, 1999), міжнародній конференції до 80-річчя механіко-машинобудівного факультету НГА України "Сучасні шляхи розвитку гірничого устаткування переробки та сировини" (м. Дніпропетровськ, 2001), науково-практичній конференції "Організація ремонту і технічного обслуговування устаткування та армування шахтних стволів" (м. Донецьк, 2001), на міжнародному симпозіумі "Механіка еластомерів-2001" (м. Дніпропетровськ, 2001), науково-технічних семінарах у Департаменті вугільної промисловості України (м. Донецьк, 2001), державних холдингових компаніях: "Донбасантрацит" (м. Красний Луч, 1998 – 2001), "Антрацит" (м. Антрацит, 2001), "Краснодонвугілля" (м. Краснодон, 2001), "Луганськвугілля" (м. Луганськ, 2001).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 9 праць, у тому числі 5 статей у наукових фахових виданнях, 1 теза доповідей, отримано 3 патенти на винаходи.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел з 149 назв, містить 193 сторінки, де 34 рисунки, 6 таблиць та 11 додатків на 48 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Перший розділ містить огляд та аналіз літературних джерел відносно досліджень системи "посудина – армування" шахтних підйомних установок. Розглянуто також дослідження закордонних і вітчизняних вчених з 1951 р.

Сучасна теорія розрахунку жорсткого армування вертикальних стволів шахт розроблена професорами О.А. Залєсовим, М.Г. Гаркушею, В.І. Дворніковим, І.В. Баклашовим. Вагомий внесок у вирішення цієї проблеми зробили З. Бер, Д. Поппе, Л.Г. Медведєв, О.П. Вєтров, Н.І. Шилінговський, О.О. Храмов, Я.В. Чирков, І.Б. Доржинкевич, Ю.Г. Ісполнов, О.Є. Гавруцький та ін.

Питання розрахунку проектування та вдосконалення жорсткого армування ствола вивчали в НДІГМ ім. М.М. Федорова, ІГТМ НАН України (м. Дніпропетровськ), Дніпродіпрошахті, Луганськдіпрошахті, Донецькому державному технічному університеті.

У роботах М.Г. Гаркуші та В.І. Дворнікова досить повно висвітлено теорію динамічної взаємодії підйомної посудини з жорстким армуванням ствола, за якою було розроблено галузеву методику розрахунку. Понад 30 років за цією методикою проектувалось й розраховувалось існуюче армування стволів, проте шахтне армування усе ще далеке від досконалості, про що свідчать досвід експлуатації та великі витрати на ремонт.

Як показує проведений у дисертаційній роботі аналіз літературних джерел, перспективний напрямок удосконалення системи "посудина-армування" передбачає створення науково обгрунтованої моделі стійкого режиму руху судини в провідниках дискретно посиленого армування ствола, методики розрахунку посиленого армування до існуючої галузевої методики розрахунку. Тому науковим завданням стала розробка математичної моделі областей стійкого руху посудини в провідниках посиленого армування ствола шахтних підйомних установок і розробка спеціальних конструкцій посилення жорсткого армування як у лобовому, так і в бічному напрямках.

Наприкінці розділу сформульовано програму теоретичних та експериментальних досліджень і методи її виконання.

Другий розділ присвячений визначенню “функції жорсткості” періодично посиленого провідника залежно від довжини інтервалу і посилення системи "посудина – армування".

Вважатимемо, що згинальні жорсткості кожного провідника жорсткого армування з кроком періодично повторюються по глибині ствола через однакові інтервали завдовжки ( – число кроків армування по всій довжині ).

На рис. 1 наведена розрахункова схема провідника у вигляді нерозрізної балки, із згинальними жорсткостями прольотів та розташованої на пружно-прогинаючих і пружно-поворотних опорах з жорсткостями, відповідно рівними та . Загальна довжина такої балки береться рівною . Необхідність додання до ділянки довжиною ліворуч і праворуч по три прольоти завдовжки обумовлена вимогою одержати на даній ділянки функцію жорсткості провідника з достатнім ступенем точності.

Для визначення “функції жорсткості” провідника слід знайти прогин балки у точці прикладення сили у функції координати , де змінюється в межах .

Приймаючи, що згинальні жорсткості всіх прольотів провідника на ділянки різними, а жорсткості опор на прогинання і жорсткості опор на поворот постійними, за допомогою методу переміщень запишемо систему рівнянь:

У даній системі лінійних рівнянь (1) вільні члени дорівнюють:

і при решті значень , де – номер прольоту, в якому прикладена сила .

Визначивши із системи лінійних рівнянь (1) невідомі та , жорсткість балки під силою Р матиме вигляд:

(2)

де – безрозмірна функція жорсткості провідника;

, і , – прогини та кути повороту перерізів у точках та відповідно (рис. 1);

де k – номер прольоту, в якому прикладена сила P.

Розроблений програмний модуль для обчислення “функції жорсткості” посиленого провідника використано при розв’язанні задач з визначення областей стійких розв’язків диференціального рівняння, що описує рух підйомної посудини у провідниках посиленого армування ствола.

У третьому розділі виконані дослідження з визначення стійких розв’язків диференціального рівняння типу Матьє - Хіла з описом усталених та неусталених режимів руху в системі "посудина – посилене армування".

Рух підйомної посудини у провідниках жорсткого армування ствола описаний зв’язаною системою п’яти диференціальних рівнянь із змінними коефіцієнтами. Грунтуючись на роботах М.Г. Гаркуші та В.І. Дворнікова, область стійких розв’язків такої системи можна сформулювати для одночастотного рівняння:

(3)

Функціональним рівнянням меж областей стійких розв’язків рівняння (3) за теорією Флоке є вираз

(4)

де , – два незалежних розв’язки рівняння (3), нормовані при одиничною матрицею; Т – період функції (2).

Розв’язок функціонального рівняння (4) можливий за відомих значень та , отриманих числовим інтегруванням диференціального рівняння (3) при відповідних початкових умовах. Для інтегрування рівняння (3) необхідні числові значення безрозмірної “функції жорсткості” провідника . Для її обчислення був розроблений модуль в оболонці Delphi, який за впровадженими параметрами та , а також значеннями згинальних жорсткостей кожного прольоту одиничної ділянки довжиною дає можливість обчислювати значення безрозмірної “функції жорсткості” армування за заданою координатою , що лежить у межах . Тому на початковому етапі визначення меж диференціального рівняння (3) за розробленим модулем розраховувалася функція жорсткості провідника в N точках. Параметр N встановлювався із співвідношення

де – крок інтегрування рівняння (3), який залежно від значень та змінювався від = 0,005 до = 0,000625.

Результати розв’язків використані при складанні програми в оболонці Delphi щодо визначення границь резонансних областей для різних розподілів посилених та непосилених провідників на одиничній ділянки.

Кількість розподілів залежить від числа прольотів на одиничному відрізку та змінюється відповідно до рівняння

,

де – число розподілів; – кількість прольотів на одиничній ділянці.

Для визначення усіх можливих розподілів на одиничній ділянці було складено програму в оболонці Delphi за умови симетрії ближчих розподілів для створення періодичності посиленої “функції жорсткості”.

На рис. 2 зображена розроблена автором модель дискретно посиленого армування за схемою n=(у&н)=(2&1), де у – число послідовно розташованих посилених провідників у розподілі; н – кількість послідовно розміщених непосилених провідників і & – знак об’єднання послідовно розташованих посилених і непосилених прольотів. Отже, посилені та непосилені провідники чергуються в одиничному розподілі, а (у&н) зветься одиничним модулем розподілу.

Усі розподіли умовно поділяються на одно-, дво-, трирівневі і т.д., тобто розподіл типу (у&н)=n – це розподіл першого рівня (один модуль), (у&н)+(у&н)=n – розподіл другого рівня (два модулі) і т.д., відповідно до рівняння

(у&н)+(у&н)+(у&н)+......+(у&н) = n.

Максимальна кількість модулів у розподілі визначається з виразу

У дисертаційній роботі було проаналізовано різних розподілів та їх вплив на зміну меж резонансних областей і на основі цього зроблено такі висновки:

1. Найбільший ступінь звуження області параметричного резонансу дає повністю посилене армування.

2. Варіації розподілів за кількістю прольотів в одиничній ділянки понад дев’ять не бралися до уваги, оскільки величина зниження рівня динаміки в цих розподілах практично не різниться від проаналізованих раніше.

3. Якщо розподіл містить більше чотирьох підряд розташованих непосилених провідників, то межі резонансної області збігаються з такими ж межами непосиленого армування або перевищують їх. Подібні розподіли надалі не розглядаються, тому що їх використання призводить до розгойдування коливань у системі “посудина – посилене армування” (рис. 3).

4. При однакових капітальних витратах на посилення для розподілів (1&2) та (2&4) резонансна область розподілу (2&4) навіть більша, ніж при непосиленому армуванні; тут до процесу приєднуються парні субгармоніки, що забезпечують додаткове підкачування енергії до системи “посудина – армування” (рис. 3).

5. За однакових капітальних витрат для розподілів (2&1) та (4&2) при їх моделюванні по глибині ствола розподіл (4&2) має меншу резонансну область, ніж (2&1) (рис. 3).

6. У розподілах з числом модулів (у&н) більше трьох не спостерігається відчутного ефекту.

7. Підвищувати кількість посилених провідників у розподілі понад 66% недоцільно через незначне зниження рівня динамічного навантаження жорсткого армування та великі капітальні витрати на посилення та реконструкцію армування.

Унаслідок аналізу резонансних областей вибрано такі розподіли зі значенням рівня зниження динамічного навантаження армування порівняно з непосиленим армуванням, % (рис. 3): [(1&1)+(1&1)+(1&2)] 20,7; (1&2) 23,5; (2&1) 27,5; (4&2) 29. Максимально посилене армування звужує резонансну область на 30%.

Для практичного використання здобутих результатів отримано графічні залежності середньоінтегрального значення “функції жорсткості” провідників для рекомендованих розподілів (рис. 4). Критичні значення параметра відповідають границям резонансних областей, а для рекомендованих розподілів визначаються за допомогою графіків рис. 5.

Резонансні області обраних розподілів з урахуванням запасів стійкості, представлені на рис. 6.

Відповідно дослідженням проф. Н.Г. Гаркуші і В.І. Дворнікова перехід через основну резонансну область при існуючих конструкціях армування неможливий, тому надалі розглядається відхилення правої межі параметричного резонансу.

Резонансні області вибраних розподілів з урахуванням запасів стійкості, що встановлюються за відомими формулами, – на рис. 6.

У четвертому розділі – процес розробки методики розрахунку посиленої системи "посудина – армування" та оцінка її економічної ефективності.

Зміцнення армування відбувається за рахунок застосування конструкцій, які підвищують жорсткість провідника у лобовому й бічному напрямках.

Запропонована конструкція посилення парних провідників (рис. 7) складається з провідників 1, елемента посилення з швелерами 2, які мають наскрізний отвір у полиці 3; стягувальні скоби 4 розташовані так, що обмежувальний виступ 7 сполучається з бічним профілем конструкції, у складі якої – швелери 2. Скоби 4 стягують болтовим з'єднанням 5 через отвір 6 елемент посилення та провідники в цілісну конструкцію, завдяки якій значно знижуються динамічні навантаження на провідник.

Розроблена також конструкція посилення непарних провідників (рис. 8), яка об’єднує несправжні провідники 2, які за допомогою охоплюючих

Рис. 3. Усі можливі розподіли для Рис. 4. Функція жорсткості обраних

шести прольотів розподілів

Рис. 5. Резонансні області обраних Рис. 6. Області роботи армування з

розподілів урахуванням запасів стійкості —————————————————–––––––––––––––––––––––––––––

*Примітка. На всіх рисунках (3 – 6) 1 – непосилене армування

скоб 3 і болтового з'єднання 4 кріпляться до непарного провідника 5. Стяжне зусилля здійснюється болтовим з'єднанням 4 і виконаних з ухилом сполучених поверхонь 7 до обмежувального виступу 6.

Для розрахунку еквівалентних згинальних жорсткостей посилених провідників розроблено спеціальний програмний модуль для всіх типів існуючого жорсткого армування, які набрані рейковими провідниками.

За отриманими рекомендаціями посилене армування ствола №7 ДВАТ "Шахта Хрустальська" ДХК "Донбасантрацит" та зроблено оцінку економічної ефективності, що становила 30 000 грн на рік.

Виконано також оцінку вірогідності теоретичних результатів шляхом виміру “функції жорсткості” посилених провідників та порівняно з розрахунковими даними. Функція жорсткості одиничного інтервалу посилення рейкових провідників вимірялася в стволі №7 зазначеної шахти з урахуванням та залежно від прогину провідника при прикладенні до нього навантаження (останнє моделювалося за допомогою домкратів). Спираючись на експериментальні дані та значення прогину провідника, визначено функцію жорсткості армування і зроблено порівняльну оцінку експериментальних та теоретичних висновків у вигляді графіка. Відхилення значень встановлення “функції жорсткості” теоретичних і експериментальних досліджень не перевищило 14%.

За даними значень “функції жорсткості” провідників та рівняннями, що описують стійкий рух у системі "скіп – посилене армування", складено методику розрахунку посиленого армування на додаток до існуючої галузевої методики.

ВИСНОВКИ

Дисертація – завершена робота, в якій на основі теоретичних та експериментальних досліджень вирішена актуальна науково-технічна задача важливого народногосподарського значення, що полягає в продовженні терміну служби армування ствола, підвищення рівня безпечної експлуатації підйомної установки за рахунок визначення областей стійкого руху посудини в провідниках посиленого армування ствола шахтних підйомних установок і створення методики розрахунку стійкого руху посудини в провідниках посиленого армування на додаток до існуючої галузевої методики.

Основні наукові та практичні результати, висновки і рекомендації:

1. На основі розробленої математичної моделі “функції жорсткості” створена розрахункова модель і програма в оболонці Delphi по визначенню згинальної жорсткості провідників шахтних підйомних установок, що відрізняється обліком періодичного посилення системи “посудина – армування”.

2. Досліджено та розроблено алгоритм визначення областей стійких розв’язків диференціального рівняння, що описує рух підйомної посудини у провідниках армування ствола, за різними схемами посилення армування і відпрацьовано програму для ЕОМ стосовно областей стійкого режиму руху посудини в провідниках дискретно посиленого армування ствола.

3. Отримана якісна і кількісна картина впливу різних схем розподілу “функції жорсткості” армування на зміну областей стійкого руху посудини у провідниках армування ствола, яке дозволяє здійснити аналіз та вибір раціональних схем розподілу дільниць з посиленими провідниками армування.

4. Аналіз зміни областей стійкого руху посудини дозволяє вибрати розподіли зі значенням рівня зниження динамічного навантаження армування порівняно з непосиленим армуванням, %: [(1&1)+(1&1)+(1&2)] 20,7; (1&2) 23,5%; (2&1) 27,5; (4&2) 29. Посилене в усій повноті армування звужує резонансну область на 30%.

5. Встановлено, що збільшення кількості посилених провідників у розподілі понад 66% недоцільно через незначне зниження рівня динамічного навантаження армування та великі капітальні витрати на посилення та реконструкцію.

6. Розроблені конструкції підвищення жорсткості провідника у лобовому та бічному напрямках можуть бути застосовні як на діючих вертикальних стволах, так і новозакладуваних.

7. За рекомендаціями, автора посилене армування ствола №7 ДВАТ "Шахта Хрустальська" ДХК "Донбасантрацит".

8. Вірогідність теоретичних передумов, аналітичних залежностей перевіряється порівняльною оцінкою теоретичних і експериментальних результатів визначення “функції жорсткості” посиленого армування ствола № 7 ДВАТ " Шахта Хрустальська". Середні відхилення теоретичних значень “функції жорсткості” від експериментальних становлять 14%.

9. Розроблена методика розрахунку посиленого армування на додачу до існуючої методики розрахунку жорсткого армування вертикальних стволів шахт.

10. Річний економічний ефект для ствола №7 ДВАТ "Шахта Хрустальська" від упровадження рекомендацій щодо посилення провідників становить 30 000 грн. за рахунок скорочення ремонтних робіт у стволі та продовження терміну служби рейкових провідників.

11. Результати роботи використовуються НДІГМ ім. М.М. Федорова при проектуванні та реконструкції жорсткого армування стволів шахт, а також Національною гірничою академією України при проведенні науково-дослідних робіт та в навчальному процесі.

Основні положення дисертації опубліковані в роботах:

1. Рубель А.А. О возможности продления срока службы жесткой армировки вертикальных стволов // Науковий вісник Національної гірничої академії України. – 1998. – № 3. – С.37-39.

2. Блохин С.Е., Рубель А.А. О некоторых вопросах проектирования жестких усиленных армировок // Вибрации в технике и технологиях. – 1999. – № 3. – С.49-50.

3. Рубель А.А. О многообразии схем распределения усиленных армировок вертикальных шахтных стволов // Науковий вісник Національної гірничої академії України. – 2000. – № 1. – С.26-27.

4. Рубель А.А. Оценка экономической эффективности работы системы “сосуд – усиленная армировка” // Вибрации в технике и технологиях. – 2001. – № 3(19). – С.44-46.

5. Рубель А.А. О возможности совершенствования оборудования шахтных стволов путем создания армировок, обладающих непараметрическими свойствами // Зб. тр. автоматика та електромеханіка. – Дніпропетровськ, 1999. – № 2(61). – С.47-49.

6. Рубель А.А. Обоснование влияния применения резиновых демпферов в конструктивных элементах системы “сосуд – армировка” // Междунар. симпоз. “Механика эластомеров - 2001”. – Днепропетровск, 2001. – С. 27.

7. Пат. 33660 А Україна, МКИ6 E 21D 7/00. Стяжний пристрій / А.О. Рубель (Україна); Національна гірнича академія України (НГАУ) (Україна). - № 99031581, Заявлено 23.03.99, Опубл. 15.02.01. Бюл. №25 // Промислова власність. – 2001. – № 1. – С. 47.

8. Пат. 35417 А Україна, МКИ6 E 21D 7/00. Жорстке армування вертикального шахтного ствола / А.О. Рубель, О.В. Рубель, В.О. Рубель (Україна); Національна гірнича академія України (НГАУ) (Україна). - № 99105545, Заявлено 12.10.99, Опубл. 15.03.01. Бюл. №2 // Промислова власність. – 2001. – № 2. – С. 54.

9. Пат. 40111 А Україна, МКИ6 E 21D 7/00. Пристрій для збільшення жорсткості одностороннього рейкового провідника / А.О. Рубель, О.В. Рубель, В.О. Рубель (Україна); Національна гірнича академія України (НГАУ) (Україна). – № 2000053051, Заявлено 29.05.2000, Опубл. 16.07.01. Бюл. №6 // Промислова власність. – 2001. – № 3. – С. 61.

Особистий внесок здобувача в роботи, опубліковані у співавторстві: [1,5] – ідея створення армувань з періодично повторюваними дільницями посилених і непосилених провідників, розробка моделі стійких режимів руху посудини у провідниках жорсткого армування ствола шахтних підйомних установок; [2] – аналіз питань щодо проектування посилених армувань, дослідження “функції жорсткості” при лобових коливаннях посудини.

Анотація

Рубель А.О. Обгрунтування стійкого руху посудини у провідниках посиленого армування ствола шахтних підйомних установок. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.06. “Гірничі машини”, Національна гірнича академія України, Дніпропетровськ, 2002.

Робота присвячена питанням визначення стійких режимів руху посудин (переважно скіпів) у провідниках дискретно посиленого армування ствола шахтних підйомних установок. Обгрунтовано актуальність удосконалення устаткування ствола, зокрема жорсткого армування (з аналізу літературних джерел). Досліджено стійкі режими руху посудини у провідниках посиленого армування ствола і розроблено математичну модель. Відпрацьовано модель та складено програму в оболонці Delphі для ЕОМ щодо встановлення “функції жорсткості” періодично посиленого провідника. Досліджено та розроблено алгоритм визначення областей стійких розв’язків диференціального рівняння, з описом руху підйомної посудини у провідниках жорсткого армування ствола, за різних схем посилення армування і розроблено програму для ЕОМ. Виконано аналіз і вибір на підставі отриманих даних найбільш економічно раціональних схем розподілу ділянок з посиленими провідниками армування, зі значенням рівня зниження динамічного навантаження армування порівняно з непосиленим армуванням, %: (1&1)+(1&1)+(1&2)20,7; (1&2)23,5; (2&1)27,5; (4&2)29. Посилене в усій повноті армування звужує резонансну область на 30%.

Розроблено конструкції підвищення жорсткості провідника у лобовому і бічному напрямках, застосовні для діючих вертикальних стволів та закладених знову. Завдяки зазначеним конструкціям та рекомендаціям стосовно розрахунку посиленого армування зміцнено армування ствола №7 ДВАТ "Шахта Хрустальська" ДХК "Донбасантрацит" і проведено порівняльну оцінку теоретичних та експериментальних результатів визначення “функції жорсткості”. Середні відхилення теоретичних значень “функції жорсткості” від експериментальних становлять 14%.

Розроблено методику розрахунку посиленого армування на додаток до існуючої методики розрахунку жорсткого армування вертикальних стволів. Річний економічний ефект від упровадження рекомендацій з посилення провідників для ствола №7 ДВАТ "Шахта Хрустальська" – 30 000 грн.

Ключові слова: жорсткість провідника, посилене армування, параметричний резонанс, схеми розподілу, економічний ефект.

АнНотация

Рубель А.А. Обоснование устойчивого движения сосуда в проводниках усиленной армировки ствола шахтных подъемных установок. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.06. “Горные машины”, Национальная горная академия Украины, Днепропетровск, 2002.

Работа посвящена вопросам определения устойчивых режимов движения сосудов (преимущественно скипов) в проводниках дискретно усиленной армировки ствола шахтных подъемных установок. Обоснована актуальность совершенствования оборудования ствола, в частности жесткой армировки (из анализа литературных источников).

Исследованы устойчивые режимы движения сосуда в проводниках усиленной армировки ствола и разработана математическая модель, составлена программа в оболочке Delphi для ЭВМ по определению функции жесткости периодически усиленного проводника. Выполнены исследования и разработан алгоритм определения областей устойчивых решений дифференциального уравнения, описывающего движение подъемного сосуда в проводниках жесткой армировки ствола, при различных схемах усиления армировки и разработана программа для ЭВМ по определению областей устойчивого режима движения сосуда в проводниках армировки ствола. Получена качественная и количественная картина влияния различных схем распределения функции жесткости армировки на изменение областей устойчивого движения сосуда в проводниках армировки ствола.

Осуществлены анализ и выбор на основе полученных данных наиболее экономически рациональных схем распределения участков с усиленными проводниками армировки ствола. В результате анализа изменения границ областей устойчивого движения сосуда выбраны следующие распределения со значением уровня снижения динамической нагрузки армировки по сравнению с неусиленной армировкой, %: [(1&1)+(1&1)+(1&2)]20,74; (1&2)23,5; (2&1)27,5; (4&2)29%. Полностью усиленная армировка сужает резонансную область на 30%. Увеличение количества усиленных проводников в распределении свыше 66% нецелесообразно из-за небольшой степени снижения уровня динамической нагруженности армировки и высоких капитальных затрат на усиление и реконструкцию.

Разработаны конструкции повышения жесткости проводника в лобовом и боковом направлениях, применимые как для действующих вертикальных стволов, так и вновь закладываемых. Благодаря разработанным конструкциям и рекомендациям была усилена армировка ствола №7 ГОАО “Шахта Хрустальская” ГХК “Донбассантрацит”, а также проведена сравнительная оценка теоретических и экспериментальных результатов определения функции жесткости усиленной армировки ствола. Средние отклонения теоретических значений функции жесткости от экспериментальных составляют 14%. Разработана методика расчета усиленных армировок в дополнение к существующей методике расчета жестких армировок вертикальных стволов. Годовой экономический эффект для ствола №7 ГОАО “Шахта Хрустальская” от внедрения рекомендаций по усилению проводников составляет 30 000 грн за счет сокращения ремонтных работ в стволе и продления срока службы рельсовых проводников. Результаты работы использованы НИИГМ им. М.М. Федорова при проектировании и реконструкции жестких армировок стволов шахт, а также Национальною горною академией Украины при проведении научно - исследовательских работ (ГП-252 по № госрегистрации 0100U001822 и ГП-219 по № госрегистрации 0198U005506) и в учебном процессе.

Ключевые слова: жесткость проводника, усиленная армировка, параметрический резонанс, схемы распределения, экономический эффект.

Summary

Rubel A. A. Explorations of influence of rigid shaft equipment strengthenings on parametric resonance limits change at movement of cage in shaft guides. – The manuscript.

A thesis on scientific degree competition of the candidate of engineering science on a speciality 05.05.06. "Mining machines", National mining university of Ukraine, 2002.

Work is devoted to questions of definition of steady modes of movement of vessels (mainly skips) in conductors discretely strengthened reinforcing a trunk of mine elevating installations. The urgency of perfection of the equipment of a trunk, in particular rigid reinforcing (from the analysis of references) is proved.

Steady modes of movement of a vessel in conductors strengthened reinforcing a trunk are investigated and the mathematical model is developed, the program in environment Delphi for the computer by definition of function of rigidity of periodically strengthened conductor is made. Researches are executed and the algorithm of definition of areas of steady decisions of the differential equation describing movement of an elevating vessel in conductors rigid reinforcing of a trunk is developed, at various circuits of strengthening reinforcing and the computer program by definition of areas of a steady mode of movement of a vessel in conductors reinforcing a trunk is developed. The qualitative and quantitative picture of influence of various circuits of distribution of function of rigidity reinforcing on change of areas of steady movement of a vessel in conductors reinforcing a trunk is received.

The analysis and choice are carried out on the basis of the received rational circuits of distribution of sites given most economically with the strengthened conductors reinforcing a trunk. As a result of the analysis of change of borders of areas of steady movement of a vessel the following distributions with value of a level of decrease of dynamic loading reinforcing are chosen in comparison with not strengthened reinforcing, %: [(1&1) + (1&1) + (1&2)]20,74; (1&2)3,5; (2&1)27,5; (4&2)29. Completely strengthened reinforcing of a trunk narrows resonant area on 30%.

Designs of increase of rigidity of a conductor in the frontal and lateral directions, applicable as for working vertical trunks and again pawned are developed. Due to the developed designs and recommendations "Mine Hrustalskaja" DHK "Donbassantratsit" was strengthened reinforcing of a trunk #7 GOAO, and also the comparative estimation of theoretical and experimental results of definition of function of rigidity strengthened reinforcing a trunk is carried out. Average deviations of theoretical values of function of rigidity from experimental make 14%.

The design procedure strengthened reinforcing of a trunk is developed in addition to an existing design procedure rigid reinforcing of vertical trunks. For a trunk #7 GOAO "Mine Hrustalskaja" from introduction of recommendations for strengthening of conductors makes annual economic benefit 30 000 grn.

Key words: the rigidity of a conductor strengthened reinforcing of a trunk, a parametrical resonance, and circuits of distribution, economic benefit.