МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ГІРНИЧИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Варченко Юрій Едуардович

На правах рукопису

УДК 622. 647. 1

ОБҐРУНТУВАННЯ СПОСОБУ І ПРИСТРОЇВ НАТЯГУВАННЯ

ТЯГОВОГО ОРГАНУ ВИБІЙНИХ СКРЕБКОВИХ КОНВЕЄРІВ

Спеціальність: 05. 05. 06 – “Гірничі машини”

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Дніпропетровськ – 2003

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі гірничої електромеханіки в Українській інженерно-педагогічній академії Міністерства освіти і науки України (м. Стаханов).

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент КОРНЄЄВ Сергій Васильович, Українська інженерно – педагогічна академія, гірничий факультет, Міністерство освіти і науки України, доцент кафедри гірничої електромеханіки (м. Стаханов).

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор ШИРІН Леонід Никифорович, Національний гірничий університет, Міністерство освіти і науки України, завідувач кафедри рудникового транспорту (м. Дніпропетровськ),

кандидат технічних наук, доцент МАКСЮТЕНКО Валерій Юрійович, Інститут геотехнічної механіки Національної академії наук України, завідувач відділу фізико-механічних основ гірничого транспорту (м. Дніпропетровськ).

Провідна установа: Донецький Національний технічний університет, Міністерство освіти і науки України (м. Донецьк).

Захист відбудеться “18” червня 2003 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.080.06 в Національному гірничому університеті Міністерства освіти і науки України за адресою: 49027, м. Дніпропетровськ, просп. К. Маркса, 19, т. 47-24-11.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Національного гірничого університету Міністерства освіти і науки України (49027, м. Дніпропетровськ, просп. К.Маркса, 19, т. 47-24-11).

Автореферат розісланий “15” травня 2003 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради, кандидат технічних наук,

доцент О. В. АНЦИФЕРОВ

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ДИСЕРТАЦІЙНОЇ РОБОТИ

Актуальність роботи. Конструктивну основу очисного механізованого комплексу складає скребковий конвеєр, що знаходиться в постійній взаємодії із системами вибійного устаткування. Зупинка або вихід конвеєра з ладу порушує нормальну роботу всього комплексу, і, як наслідок, приводить до зменшення обсягів видобутку вугілля. У зв'язку з цим вузли і конструктивні елементи вибійного конвеєра повинні мати підвищену надійність.

Відмовлення скребкових конвеєрів відбуваються при виконанні основних і допоміжних операцій через перевантаження силової системи або недостатню міцність її конструктивних елементів.

При експлуатації вибійних скребкових конвеєрів до допоміжних операцій відносять монтажне натягування ланцюгового тягового органу (ТО), що здійснюється приводом конвеєра і супутнім устаткуванням, зокрема, спеціально виготовленим натягувальним пристроєм (НП). Застосування в якості силового агрегату НП електропривода конвеєра має цілий ряд безсумнівних переваг, але процес монтажного натягування стає небезпечним і не підлягає контролю, бо здійснюється серією пусків асинхронних електродвигунів конвеєра в ручному режимі. Більш того, натягування супроводжується екстреними навантаженнями трансмісії і ТО. Аварії, що виникають при цьому, пов'язані з руйнуванням ланцюга або його сполучних ланок, зсувом (зривом) кінцевого стопорного пристосування, відмовленням елементів трансмісії конвеєра чи НП. У загальному числі відмовлень вибійного скребкового конвеєра найбільша частка відмовлень приходиться на ТО. Простої через його руйнування складають 19,8 % усіх простоїв по очисним ділянкам, причому на розриви сполучних ланок приходиться близько 52 % відмовлень конвеєра в цілому. Наслідком обриву ланцюгів у процесі монтажного натягування, особливо на порожній гілці ТО, є значні втрати робочого часу, а у деяких випадках – травмування обслуговуючого персоналу через неконтрольоване переміщення стопорного пристосування й елементів ТО уздовж рештачного ставу під впливом пружної витяжки ланцюга і розвантажувального удару. Руйнування однієї сполучної ланки скребкового ланцюга викликає зупинку вибою в середньому на 5 годин. При середньому по галузі навантаженні на лаву 23 т/год. і собівартості 1 т вугілля 88,17 грн. розрив однієї ланки обходиться в 10 тис. грн.

Аналіз випадків травматизму, виконаний за даними відділу безпеки праці ВО “Стахановвугілля”, показав, що за період з 1990 по 1996 р. при виконанні операції монтажного натягування ланцюга скребкового конвеєра в очисних вибоях загинуло 6 осіб і один робітник був важко травмований. У цілому таке положення спостерігається й на шахтах інших вуглевидобувних компаній.

Одним з ефективних шляхів підвищення надійності вибійних скребкових конвеєрів і безпеки робіт при монтажному натягуванні ТО електроприводом є зниження динамічних і статичних навантажень у тягових ланцюгах. При стандартному способі натягування ТО його гілки навантажуються послідовно максимальним при пуску тяговим зусиллям приводу. На можливість рівномірного розподілу тягового зусилля приводу між робочою й холостою гілками ТО й, таким чином, зниження рівня натягу ланцюгів вказують існуючі інші способи монтажного натягування, які базуються, наприклад, на подовжнім переміщенні приводних чи обвідних зірочок конвеєра. Однак відсутність теоретичних передумов до обґрунтування способу попереднього натягування ТО й раціональних параметрів устаткування НП не дозволяють створити універсальні засоби натягування, що забезпечують високу надійність скребкових конвеєрів і безпеку робіт при монтажному натягуванні ТО. Цим визначається актуальність роботи, спрямованої на підвищення надійності й безпеки робіт при монтажному натягуванні скребкового ланцюга.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконана у відповідності з планами НДР і ОКР Міністерства палива й енергетики України, госпдоговірної НДР “Дослідження можливості підвищення безпеки експлуатації вибійних скребкових конвеєрів очисних комплексів” ГР № 81839994, а також державної програми “Українське вугілля”.

Мета роботи полягає у підвищенні надійності й безпеки роботи вибійних скребкових конвеєрів шляхом зниження рівня неконтрольованих навантажень тягового органу за рахунок рівномірного розподілу динамічних зусиль між робочою й холостою гілками при монтажному натягуванні ланцюгів електроприводом.

Для досягнення поставленої мети в дисертаційній роботі сформовані такі задачі, що визначають її зміст:

1. Установити критерії оцінки способів монтажного натягування тягового органу скребкового конвеєру й раціональних параметрів натягувальних пристроїв та розробити розрахункові схеми динамічної системи “скребковий конвеєр – стопорне пристосування” й математичну модель процесу натягування ланцюгів конвеєру електроприводом (з урахуванням нелінійностей у приводі) альтернативними способами для їх теоретичного обґрунтування.

2. Експериментально апробувати результати моделювання процесу натягування тягового органу скребкового конвеєру електроприводом альтернативними способами й засобами, установити їх працездатність та підтвердити припущення, прийняті при розробці математичної моделі.

3. Розробити методику розрахунку конструктивних параметрів натягувального пристрою нового технічного рівня з урахуванням динамічних навантажень у ланцюгах скребкових конвеєрів.

4. Розробити конструкцію натягувального пристрою нового технічного рівня, провести його промислові випробування і впровадити у виробництво.

Об'єкт дослідження – динамічні процеси, що протікають у тяговому органі й трансмісії скребкового конвеєра при монтажному натягуванні ланцюгів приводом із взаємним замиканням робочої й холостої гілок у вертикальній площині й зі стопорінням робочої гілки кінцевим стопорним пристосуванням.

Предмет досліджень – способи монтажного натягування тягового органу приводом скребкового конвеєра й параметри устаткування натягувальних пристроїв.

Ідея роботи полягає у використанні закономірностей формування динамічних навантажень у тяговому органі скребкових конвеєрів для забезпечення їх надійності й безпеки робіт при монтажному натягуванні ланцюгів електроприводом зі взаємним замиканням робочої й холостої гілок у вертикальній площині.

Методи досліджень. Поставлена мета й реалізація ідеї роботи досягаються на підставі системного підходу до рішення проблеми, що включає порівняльний аналіз науково-технічних досягнень, теоретичні й експериментальні дослідження, математичне моделювання, методи статистики й застосування фундаментальних законів прикладної механіки.

Наукові положення, що захищаються в дисертації.

1. Взаємне замикання робочої й холостої гілок тягового органу скребкового конвеєру у вертикальній площині при монтажному натягуванні ланцюгів електроприводом призводить до зниження їх динамічних та статичних навантажень в 2,1 рази у порівнянні з традиційними способами і дозволяє коректувати параметри натягування ланцюгів.

2. Оцінка ефективності способів монтажного натягування ланцюгів вибійного скребкового конвеєра за методом “навантаження-міцність” з урахуванням нормальних законів розподілу випадкових величин дозволяє встановити, що ймовірність безвідмовної роботи тягового органу при взаємному замиканні робочої й холостої гілок у вертикальній площині збільшується в 1,9 разів у порівнянні з базовим способом, а співвідношення ймовірностей відмов холостої гілки до робочої – зменшується в 1,1 рази.

3. Зниження навантажень на застопорені скребки й підвищення надійності стопорного пристосування забезпечується завдяки двосторонній дії фіксуючого пристрою, розташованого у подовжніх вирізах натягувального рештака з відстанню між скобами b, прямо пропорційною межі міцності матеріалу скребка [], моменту опору скребка на вигин Mz і обернено пропорційною зусиллю натягу P.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в тому, що уперше автором:–

розроблена динамічна модель силової системи “скребковий конвеєр – стопорне пристосування” з урахуванням нелінійностей у приводі й представленням тягового органу у вигляді послідовності зосереджених мас, з'єднаних пружно-в'язкими елементами;–

встановлені закономірності формування навантажень в тяговому органі впродовж конвеєра при різних способах монтажного натягування скребкового ланцюга приводом;–

розроблена математична модель для оцінки надійності способів монтажного натягування ТО вибійного конвеєра приводом;–

встановлено, що застосування способу попереднього натягування ланцюгів скребкового конвеєра приводом із взаємним замиканням робочої й холостої гілок у вертикальній площині дозволяє підвищити ймовірність безвідмовної роботи тягового органу в 1,9 рази.

Особистий внесок автора полягає у формуванні мети, наукових положень, постановці задач досліджень, теоретичному обґрунтуванні способу монтажного натягування ТО конвеєра приводом із взаємним замиканням робочої й холостої гілок, розробці критеріїв вибору й методики розрахунку силових характеристик НП скребкових конвеєрів, проведенні експериментальних досліджень, розробці і впровадженні у виробництво нових способу і засобів монтажного натягування ТО.

Вірогідність наукових положень, висновків і рекомендацій роботи обґрунтована:–

у теоретичних дослідженнях – застосуванням коректних допущень і апробованих методів прикладної динаміки гірничих машин, математичного моделювання;–

в експериментальних дослідженнях – проведенням їх у лабораторних і шахтних умовах із застосуванням сучасної вимірювальної апаратури, що відповідає вимогам точності й методам математичної статистики;–

задовільною для практики збіжністю теоретичних і експериментальних значень навантажень у ТО (розбіжність теоретичних результатів у порівнянні з даними експерименту не перевищує 15 % при довірчій імовірності, рівній 0,95);–

працездатністю розробленого пристрою СФУ-1, що пройшов лабораторні й промислові випробування й був рекомендований до серійного виробництва.

Наукове значення роботи полягає:–

у теоретичному й експериментальному підтвердженні ефективності способу монтажного натягування тягового органу конвеєра приводом із взаємним замиканням робочої й холостої гілок у вертикальній площині; –

у визначенні резервів підвищення надійності вибійних скребкових конвеєрів у результаті обґрунтованого вибору способу натягування тягового органу електроприводом; –

в обґрунтуванні раціональних геометричних параметрів натягувальних пристроїв скребкових конвеєрів і визначенні на цій основі шляхів підвищення безпеки робіт при монтажному натягуванні ланцюгів електроприводом.

Практичне значення отриманих результатів роботи полягає в розробці методики розрахунку силових характеристик натягувальних пристроїв вибійних скребкових конвеєрів, на базі якої обґрунтовано ефективність способу попереднього натягування тягового органу конвеєра електроприводом зі взаємним замиканням гілок у вертикальній площині та розроблена конструкція натягувального пристрою нового технічного рівня, зокрема стопорно-фіксуючого пристрою СФУ-1, впровадженого у виробництво, що дозволило підвищити надійність вибійних скребкових конвеєрів, а також безпеку робіт при проведенні монтажного натягування ланцюгів приводом.

Реалізація висновків і рекомендацій роботи. Брянківським рудоремонтним заводом ВО “Луганськвуглеремот” використані методики розрахунку силових характеристик і раціональних геометричних параметрів натягувальних пристроїв при виготовлені СФУ-1 та його модифікацій.

На шахті ім. Ілліча ВО “Стахановвугілля” проведено промислові випробування натягувального пристрою нового технічного рівня СФУ-1. Використання при монтажному натягуванні ТО скребкового конвеєру СФУ-1 дозволило одержати очікуваний економічний ефект по ВО “Стахановвугілля” 150000 грн. на рік. Пристрій СФУ-1 рекомендовано до серійного виробництва.

Апробація роботи. Основні положення дисертації доповідалися й обговорювалися: на республіканській конференції молодих вчених ІПК Мінвуглепрому СРСР, Донецьк, 1991 р.; науково-технічних конференціях ГФ УІПА, Стаханов, 1992–2000 р.; на міжнародній науково-практичній конференції “Відродження Донбасу”, ГФ УІПА, Стаханов, 2001 р.; на міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми механіки 2002”, ДГА, Дніпропетровськ, 2002 р.;

Публікації. На підставі отриманих результатів, здобувачем опубліковано 12 друкованих праць: у т.ч. статей у фахових виданнях, затверджених ВАК України - 7; винаходів - 2; матеріалів конференцій - 3.

Структура й обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, 5 розділів, висновку, переліку використаних джерел із 60 найменувань на 6 сторінках, містить 112 сторінок машинописного тексту, 45 малюнків на 44 сторінках, 2 таблиці на 2 сторінках і додатки на 11 сторінках; обсяг роботи 167 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність теми, сформульовані мета та завдання досліджень, наведені наукові положення, що виносяться на захист, наукове та практичне значення роботи, а також дані щодо апробації і публікації досліджень.

Розділ 1 містить результати критичного аналізу конструкцій і устаткування НП та літературних джерел за темою дослідження.

Виконаний в дисертації аналітичний огляд конструкцій і устаткування НП показав, що найбільш розповсюдженими й перспективними є пристрої, у яких для натягування ТО конвеєра використовується енергія його приводних блоків. Такі пристрої можна вважати універсальними через можливість їхнього застосування як у комплексно-механізованих лавах, так і в лавах з індивідуальним кріпленням. Разом з тим такі НП мають недоліки: надмірні навантаження в ТО, можливість пересування кінцевих стопорних пристосувань при розвантажувальних ударах, які виникають при обриві ланцюгів. Тому слід вважати актуальними роботи, спрямовані на подальше вдосконалення таких НП.

Дослідження динамічних процесів в скребкових конвеєрах розпочато в роботах О.О. Співаковського, М.С. Полякова, І.Г. Штокмана, О.Б. Скородумова, Л.І.Чугрєєва, А.В. Леусенко, Л.Н. Сігалова, С.В. Корнєєва та ін. Залишаються недостатньо дослідженими питання обґрунтування ефективності способу натягування ТО скребкового конвеєра та раціональних параметрів устаткування НП. До цього часу не розроблена теоретична база й пропозиції щодо вдосконалення вибійних конвеєрів у напрямку надійності й безпеки при проведенні монтажного натягування ТО. Таке положення підтверджує теоретичну значимість і актуальність проведення таких досліджень.

У розділі 2 виконані дослідження способів монтажного натягування й устаткування натягувальних пристроїв ТО вибійного скребкового конвеєра. Існуючі способи натягування ТО систематизовані за принципом дії й призначенням НП, виконані розрахунки й проведений аналіз статичних і динамічних навантажень у ТО при натягуванні ланцюгів різними способами, а також встановлена їх ефективність.

Принцип дії НП є їх основною класифікаційною ознакою й характеризується способом передачі ТО розтягуючого зусилля. За цією ознакою існуючі НП поділяються на три основні групи, відповідно до яких розтягуюче зусилля ТО передається: при стягуванні замкненого контуру ланцюга; приводом конвеєра з застосуванням кінцевого стопорного пристосування; подовжнім переміщенням приводних чи обвідних зірочок конвеєра.

Для усунення недоліків і використання наявних достоїнств існуючих НП, пропонується новий спосіб натягування ТО конвеєра приводом із взаємним замиканням робочої й холостої гілок.

Згідно з новим способом робоча гілка конвеєра в місці, яке знаходиться в безпосередній близькості від приводної зірочки (за перехідним рештаком), з'єднується перемичкою, наприклад, через подовжній паз, виконаний у днищі спеціального рештака, із холостою гілкою ТО.

З метою обґрунтування способу натягування ТО і параметрів НП за критерії раціональності були прийняті силові характеристики НП: максимальне зусилля Smax, що розвивається НП в ТО для його мінімального статичного натягу Smin; подовження ланцюга l, створюване й фіксоване НП; коефіцієнт використання розтягуючого зусилля, імовірність безвідмовної роботи ТО.

Максимальні статичні натяги ТО визначаються виразами:

для першого способу

(1)

для другого способу

; (2)

для третього способу

(3)

для четвертого – нового способу

(4)

де S1 – початковий натяг ланцюга; Sc – зусилля, що розвиває НП для створення слабини ланцюга для його з'єднання; Wп, Wгр – відповідно опір руху ТО на порожній і навантаженій гілках конвеєра; Wх, Wx, Wx Wр, Wр, Wр – відповідно опір руху відрізків ланцюга на порожній і робочій гілках ненавантаженого конвеєра; k, k1, k2 – коефіцієнти, що враховують відношення довжини відрізків ланцюга ТО, що розтягуються, до довжини конвеєра.

На підставі виконаних розрахунків побудовані залежності максимальних зусиль Smax, що створюють НП в ТО для його подовження, від довжини конвеєра Lк (рис.1).

Доведено, що для способів монтажного натягування ТО, при яких необхідно створювати додаткову слабину ланцюга ?с (криві 1, 2, 3), необхідну для його з'єднання, максимальні величини зусиль для натягування ланцюгів змінюються за гіперболічною залежністю. Способи монтажного натягування ТО “стягуванням замкнутого контуру” (крива 1) і приводом конвеєра з різними варіантами стопоріння ланцюга (криві 2 і 3) доцільно застосовувати при довжинах конвеєрів більше 50 м.

Рис. 1. Залежності максимальних розтягуючих зусиль Smax, що розвивають НП в ТО при різних способах монтажного натягування ланцюга, від довжини скребкового конвеєра Lк: 1 – стягуванням замкнутого контуру ланцюга; 2 – головним приводом зі стопорінням робочої гілки; 3 – головним приводом з взаємним замиканням робочої й холостої гілок; 4 – переміщенням обвідних зірочок конвеєра.

При цьому НП, що працюють за першим способом натягування (крива 1), повинні розвивати в ТО максимальне зусилля натягу не менше 76 кН, за другим (крива 2) – 85 кН і за третім (крива 3) – 150 кН.

Область застосування НП, що працюють за способом натягування ТО “переміщенням обвідних зірочок гвинтовими силовими агрегатами” (крива 4) обмежена, тому, що вони створюють у ТО розтягувальні зусилля до 30 кН і при довжині лав до 200 – 250 м не здатні виконувати свої функції. Тому дані НП доцільно застосовувати при довжинах конвеєрів не більше 75 м.

Аналіз динамічних навантажень впродовж ТО скребкового конвеєра при монтажному натягуванні ланцюга головним приводом був виконаний на підставі результатів моделювання режимів стопоріння ТО вибійного скребкового конвеєра. Для проведення аналізу розроблені розрахункові схеми системи “скребковий конвеєр – стопорне пристосування”, відповідно до яких процес натягування скребкового ланцюга при стопорінні робочої гілки кінцевим стопорним пристосуванням (рис. 2, а) і при взаємному замиканні робочої й холостої гілок (рис. 2, б) описуються системою диференційних рівнянь другого порядку:

(5)

де j – порядковий номер приводного блоку в складі головного приводу; k – кількість приводних блоків у складі приводної станції; дj, нj, тj – кутові переміщення мас відповідно до ротора двигуна, насосного й турбінного коліс гідромуфти; Jдj, Jнj, Jтj – моменти інерції конструктивних елементів j-го приводного блоку; зв – кутове переміщення приведених до вала привідної зірочки мас редуктора й привідної зірочки, зв = тj upj-1; upj – передатне відношення редуктора конвеєра; Jзв – приведений момент інерції приводного вала; Сдj, Срj – відповідно приведені коефіцієнти жорсткості вала електродвигуна і редуктора; здj, зрj – приведені коефіцієнти в'язкості; Rзв – радіус приводної зірочки; S1 і Sn – натяги ділянок ТО між приводним валом і відповідно першою й n-ю зосередженими масами ТО; Мдj і Мгj – відповідно, крутячі моменти, що розвиваються j-ми електродвигуном і гідромуфтою; i і n – відповідно порядковий номер і число зосереджених мас ТО; Fi-1,i і Fi,i+1 – реакції пружних зв'язків, що діють на i-у масу відповідно з боку i–1,i і i,i+1 мас, відлік ведеться з боку ведучого перетину ТО; Fc.i – сила опору руху i-ї маси.

Умови, що визначають характер переміщення ТО, наступні: для базового способу – Хn = 0; для нового способу – Х1=Хn; V1=Vn.

За результатами моделювання доведено, що при неконтрольованому монтажному натягуванні ТО приводом взаємне замикання гілок ТО, у порівнянні з традиційним стопорінням робочої гілки кінцевим стопорним пристосуванням, дозволяє знизити в 2,1 рази рівень навантажень у ланцюзі (рис. 3), а також уникнути застосування стопорної колодки.

Розроблена динамічна модель конвеєра також покладена в основу імовірнісних методів оцінки надійності конвеєрів при монтажному натягуванні приводом. Ефективність способів попереднього натягування ТО конвеєра приводом встановлювалась за фактором надійності ТО.

Рис. 2. Розрахункові схеми системи “скребковий конвеєр – стопорне пристосування”: а – зі стопорінням робочої гілки (базовий спосіб); б – із взаємним замиканням робочої й холостої гілок (новий спосіб).

Імовірність безвідмовної роботи ТО може визначатися на підставі законів розподілу випадкової величини – міцності агрегатних елементів, що включають відрізки ланцюгів і сполучні ланки, за формулою

Рис. 3. Процес монтажного натягування ТО конвеєра приводом: 1 – крутильний момент на валу електродвигуна Мдв; 2 – пусковий струм електродвигуна Ідв; 3,4 – зусилля в ТО на приводній зірочці Sн і за місцем замикання ТО стопорною скобою S1; 5 – швидкість приводної зірочки Vзв; 6 – переміщення приводної зірочки xзв;

- - - - стопоріння робочої гілки; -––– взаємне замикання гілок.

(6)

або на підставі законів розподілу міцностей випадкових величин – відрізків ланцюгів і сполучних ланок за формулою

, (7)

де k і j – відповідно число ланцюгів у ТО і номер ланцюга; n і i – відповідно число й номери агрегатних елементів ланцюгів ТО, відлік ведеться від головного привода; FAij , FЦij , FCij – відповідно до ймовірності появи відмов i-х агрегатних елементів, відрізків ланцюга й сполучних ланок, які входять до їх складу.

Імовірності FAij , FЦij і FCij визначаються за методом “навантаження-міцність”,

; (8)

; (9)

, (10)

де Si, Sij – максимальні при пуску конвеєра значення зусиль на ділянках ТО і його гілках, що відповідають i-м агрегатним елементам, величини випадкові, у випадку дволанцюгового ТО Si1=kнSi , Si2=(1–kн)Si; fSi – щільність розподілу Si; FА , FЦ і FC – відповідно до функції розподілу міцності агрегатного елемента, відрізків ланцюга й сполучних ланок, які входять до їх складу; kн – коефіцієнт нерівномірності розподілу навантаження між ланцюгами.

Рис. 4. Імовірності безвідмовної роботи ТО конвеєра СП250.11 при монтажному натягуванні базовим (1) і новим (2) способами (термін експлуатації ТО – 12 мес., kН =0,5).

Доведено, що застосування нового способу монтажного натягування ТО скребкового конвеєра приводом із взаємним замиканням робочої й холостої гілок у результаті перерозподілу зусиль у гілках ТО дозволяє (при проведенні допоміжних операцій) підвищити ймовірність безвідмовної роботи конвеєра в 1,9 рази (рис. 4). Імовірний економічний ефект, віднесений до одиничної операції натягування, складає величину порядку 4400 грн.

Рис. 5. Осцилограма процесу натягування ТО скребкового конвеєра приводом із взаємним замиканням робочої і порожньої гілок: 1 – струм електродвигуна; 2 – напруга в мережі; 3 – переміщення приводної зірочки; 4 – швидкість обертання вала першої ступіні редуктора; 5 – зусилля в ТО в приводної зірки; 6 – зусилля в гілках ТО, створюване СФУ; 7 – швидкість вала електродвигуна.

У розділі 3 виконується: перевірка адекватності математичної моделі силової системи “скребковий конвеєр – стопорне пристосування” реальному конвеєру; оцінка працездатності в складі НП розробленої конструкції СФУ-1 (стопорних скоб і натягувального рештака) і відповідність силових і конструктивних характеристик даного НП (зусилля Smax створюваного в ТО, утвореного подовження ланцюга l, прийнятої довжини подовжніх вирізів Lв.min у натяжному рештаку й ширини в стопорних елементів) області застосування скребкових конвеєрів типу СП; встановлення і зіставлення основних закономірностей процесу монтажного натягування ТО приводом конвеєра зі стопорінням робочої гілки кінцевим стопорним пристосуванням і при взаємному замиканні робочої й холостої гілок ТО у вертикальній площині.

Експериментально доведено, що застосування способу натягування ТО приводом із взаємним замиканням робочої й холостої гілок пристроєм СФУ дозволяє знизити навантаження в скребковому ланцюзі в 2,1 рази (рис. 5) в порівнянні з базовим способом, що підвищує імовірність безвідмовної роботи ТО, а, отже – надійність скребкових конвеєрів і безпеку робіт при виконанні допоміжних операцій. Натягування ТО конвеєра приводом з взаємним замиканням робочої і порожньої гілок СФУ-1 дозволяє зменшити динамічні навантаження в трансмісії привода, тому що переміщення елементів трансмісії зменшуються через збільшення жорсткості ТО. При реалізації способу монтажного натягування ТО приводом із взаємним замиканням робочої й холостої гілок у вертикальній площині переміщення приводної зірочки в 4 рази менше, ніж при базовому способі, але тому що при новому способі натягування обидві гілки розтягуються в одному напрямку, сумарне подовження ТО буде в два рази менше, ніж при базовому. Це є достатнім для забезпечення необхідного попереднього натягування ТО.

Із зіставлення даних теоретичних і експериментальних досліджень випливає, що відхилення розрахункових значень контрольних параметрів монтажного натягування ТО приводом ( динамічних і статичних навантажень в ланцюзі) від експериментальних не перевищує 15 % при довірчій імовірності 0,95. Це підтверджує вірогідність математичної моделі силової системи – “скребковий конвеєр – стопорне пристосування” й можливість її використання в якості імітаційної моделі.

При експериментальних дослідженнях використовуються засоби й апаратура вимірів, апробовані на практиці, що дозволяє вважати отримані в роботі результати досліджень цілком достовірними.

Вірогідність проведених досліджень забезпечувалася також застосуванням стендової установки, виконаної на базі натурного зразка скребкового конвеєра СП 202 М.

У розділі 4 приведені конструктивні розрахунки та обґрунтування раціональних параметрів елементів НП вибійних скребкових конвеєрів, насамперед стопорно-фіксуючого пристрою типу СФУ. Рішення проблеми включає порівняльний аналіз розроблених конструкцій стопорно-фіксуючих пристроїв і розрахунок їхніх раціональних геометричних параметрів із застосуванням методів математичної статистики й фундаментальних законів прикладної механіки. При розробці пристрою типу СФУ-1 та його модифікацій СФУ-0, СФУ-2, СФУ-3, прийняте рішення стопоріння й фіксацію перетину ТО конвеєра побудувати на принципі накладення жорсткого зв'язку на робочу й холосту гілки ТО, що рухаються в різних напрямках, за допомогою перемички через наскрізний подовжній паз, виконаний у днищі натягувального рештака.

Пристрої СФУ-1 та СФУ-3, виконано у вигляді двох не зв'язаних між собою перемичок. У натяжному рештаку на відстані 125 мм від осі рештака виконані два подовжні вирізи. Таке рішення дозволяє використовувати пристрій надалі також для конвеєрів, як одноланцюгових, так і з центрально-здвоєними ланцюгами. Ширина кожного вирізу склала 60 мм, ширина стопорної скоби – 40 мм. Довжина вирізу прийнята 900 мм, що задовольняє умові забезпечення максимально можливої лінійної деформації ТО при натягуванні з урахуванням установки стопорної скоби у вирізі. Маса кожної скоби в зборі склала 2,5 кг. У робочому стані конвеєра подовжні вирізи закриті кришками, встановленими врівень з днищем рештака.

Пристрої СФУ-0 та СФУ-2 мають одну стопорну скобу, яка встановлюється у центральний подовжній виріз натягувального рештака.

В розділі визначаються ймовірність розташування скребків порожньої гілки конвеєра в межах натягувального рештака, мінімальна довжина подовжніх вирізів Lв.min , зроблених у його днищі, приводиться методика розрахунку раціональних геометричних параметрів СФУ, обґрунтування технічних вимог до нього й розробка конструкції.

Доведено, що підвищення безпеки робіт при проведенні попереднього натягування ТО досягається завдяки двосторонньої дії пристрою типу СФУ-1, розташованого в подовжніх пазах натягувального рештака між скребками робочої й холостою гілок з відстанню в між стопорними скобами прямо пропорційною межі міцності матеріалу скребка [у], моменту опору скребка на вигин Wz і обернено пропорційною зусиллю натягу P :

. (11)

Раціональна ширина установки стопорних скоб – 0,25 м. Довжина подовжніх вирізів у натяжному рештаку, яка дорівнює 900 мм, є достатньою для виконання монтажного натягування ТО вибійних скребкових конвеєрів типу СП довжиною більше 200 м і в три рази перевищує можливе подовження ланцюга.

У розділі 5 наведені результати промислових випробувань СФУ-1, які відбувались на шахті ім. Ілліча ВО “Стахановвугілля”. Випробування й дослідження проводились в очисному вибою на скребковому конвеєрі СП202М довжиною 220 м. У процесі випробувань вироблялася перевірка експлуатаційних якостей СФУ-1 згідно з “Програмою і методикою шахтних випробувань експериментального зразка стопорно-фіксуючого пристрою СФУ-1 скребкового конвеєра СП202М”.

При натягуванні ТО конвеєра приводом пристрій СФУ-1 забезпечував надійну фіксацію ланцюгів. Час з’єднання-роз’єднання ланцюга склав 5-10 хв. Час підготовки СФУ-1 до роботи 5-10 хв. Пристрій СФУ-1 не перешкоджає роботі конвеєра в міжремонтний період, тому що подовжні пази натяжного рештака закриті на цей час запобіжними кришками.

Доведено, що у порівнянні з кінцевими стопорними пристосуваннями, які серійно випускаються заводами виробниками для конвеєрів типу СП чи СПЦ, СФУ-1 забезпечує: –

рівномірний розподіл розтягуючого зусилля між гілками ТО, що знижує ймовірність пориву ланцюга в процесі його натягування;–

двостороннє утримання ТО конвеєра в місці його стопоріння й виключає неконтрольований зсув стопорних скоб під впливом пружної реакції ланцюга у випадку його обриву.

Пристрій СФУ-1 рекомендовано Державною приймальною комісією до серійного виробництва.

В розділі також наводяться результати апробації методики розрахунку силових характеристик та раціональних геометричних параметрів пристрою СФУ-1.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі дане нове рішення актуальної наукової задачі, що полягає в розробці математичної моделі динамічної системи “скребковий конвеєр – стопорне пристосування” та встановленні на її базі закономірностей формування навантажень по довжині тягового органу скребкового конвеєру при монтажному натягуванні ланцюгів електроприводом різними способами. Це дозволило обґрунтувати раціональні параметри устаткування НП й ефективність способу монтажного натягування ТО конвеєра приводом із взаємним замиканням робочої й холостої гілок, розробити і впровадити у виробництво пристрій СФУ-1, призначений для взаємного замикання гілок ТО, і таким чином, підвищити надійність вибійних конвеєрів і безпеку їхньої експлуатації.

Основні висновки й результати роботи зводяться до наступного:

1. Уперше розроблена математична модель силової системи – “скребковий конвеєр – стопорне пристосування” з урахуванням нелінійностей у приводі й представленням ТО у вигляді послідовності зосереджених мас, з'єднаних пружно-в’язкими елементами. Це дозволило визначити динамічні й статичні навантаження впродовж ТО конвеєра при монтажному натягуванні ланцюгів електроприводом різними способами.

2. Установлено, що величина динамічних і статичних навантажень у тяговому органі вибійних скребкових конвеєрів при монтажному натягуванні ланцюгів електроприводом залежить від способу натягування, прямо пропорційна розтягувальному зусиллю приводу й обернено пропорційна кількості ланцюгів, що одночасно навантажуються. Накладення жорсткого зв'язку у вертикальній площині на робочу й холосту гілки конвеєра при їхньому монтажному натягуванні електроприводом приводить до зниження в 2,1 рази динамічних і статичних навантажень у ланцюгах. Це дозволяє коректувати параметри попереднього натягування ланцюгів.

3. Уперше розроблена математична модель для оцінки ефективності способів монтажного натягування ТО приводом, яка відрізняється тим, що ймовірності безвідмовної роботи ТО визначаються за методом “навантаження-міцність” з урахуванням нормальних законів розподілу випадкових величин: міцностей агрегатних відрізків ланцюга й навантажень в елементах ланцюга. Це дозволило встановити, що натягування ТО конвеєра приводом із взаємним замиканням робочої й холостої гілок у вертикальній площині збільшує імовірність безвідмовної роботи ТО в 1,9 разів у порівнянні з базовим способом, а співвідношення ймовірностей відмовлень порожньої гілки до робочої – зменшує в 1,1 рази.

4. Розроблено методику розрахунку силових характеристик натягувальних пристроїв вибійних скребкових конвеєрів, на базі якої обґрунтовано ефективність способу попереднього натягування тягового органу конвеєру електроприводом із взаємним замиканням гілок у вертикальній площині та розроблена конструкція натягувального пристрою нового технічного рівня, зокрема стопорно-фіксуючого пристрою СФУ-1

5. У результаті зіставлення даних теоретичних і експериментальних досліджень встановлено, що відхилення розрахункових значень основних параметрів натягування ТО конвеєра приводом (навантаження в ланцюзі та його подовження) від експериментальних не перевищує 15 % при довірчій імовірності, рівної 0,95. Це підтверджує адекватність математичної моделі силової системи – “скребковий конвеєр – стопорне пристосування” експерименту й можливість її використання як імітаційну модель.

6. Запропоновані методики, висновки й рекомендації дисертаційної роботи використані Брянковським рудоремонтним заводом ВО “Луганськвуглеремот” при виготовленні модифікацій стопорно-фіксуючого пристрою СФУ-1, що пройшов промислові випробування й рекомендований до серійного виробництва для комплектації вибійних скребкових конвеєрів типу СП.

7. Очікуваний економічний ефект від впровадження СФУ-1 у виробництво складає 150000 грн. на рік.

Основні положення дисертації опубліковано в наступних роботах:

1. Варченко Ю.Э. Совершенствование натяжных устройств для повышения безопасности эксплуатации забойных скребковых конвейеров // Тезисы докладов участников республиканской конференции молодых учёных. – Донецк.: ИПК, 1991. – С. 3-4.

2. А. С. 1720953 (СССР). Стенд для испытания скребкового конвейера // Л.Н.Сигалов, Ю.Э. Варченко, А.И. Кравцов, А.Г. Петров. – Опубл. В Б. И., 1992, №11.

3. А. С. 1766788 (СССР). Устройство для фиксации цепи скребкового конвейера // Л.Н. Сигалов, Ю.Э. Варченко, П.С. Ружелович, В.Н. Ткаченко. – Опубл. В Б. И., 1992, №37.

4. Сигалов Л.Н., Варченко Ю.Э., Ткаченко В.Н. Промышленные испытания стопорно-фиксирующего устройства для передвижных скребковых конвейеров // Уголь Украины. – 1995. – №9. – С. 31-32.

5. Сигалов Л.Н., Варченко Ю.Э. Стенд для испытания натяжных устройств скребковых конвейеров // Уголь Украины. – 1997. – №8. – С. 50-52.

6. Варченко Ю.Э. Классификация натяжных устройств забойных скребковых конвейеров // Уголь Украины. – 1998. – №2. – С. 26-27.

7. Варченко Ю.Э. Натяжные устройства тягового органа скребковых конвейеров // Уголь Украины. – 1999. – №9. – С. 33- 35.

8. Корнеев С.В., Варченко Ю.Э. Математическая модель динамической системы “скребковый конвейер – стопорное приспособление” // Материалы Междунар. Науч.-практ. Конф. – Луганск, Книжковий свiт, 2001, С.51-54.

9. Корнеев С.В., Варченко Ю.Э., Сафонов В.И. Анализ способов монтажного натяжения тягового органа забойных скребковых конвейеров // Уголь Украины. – 2001. – №6. – С. 49-51.

10. Корнеев С.В., Варченко Ю.Э., Сафонов В.И. Новый способ монтажного натяжения тягового органа забойных скребковых конвейеров // Сборник научных трудов Национальной горной академии Украины. – 2002. – №13, том 3 – С. 82-85.

11. Варченко Ю.Э. Основные параметры натяжных устройств забойных скребковых конвейеров // Уголь Украины. – 2002. – №9. – С. 29.

12. Корнеев С.В., Варченко Ю.Э., Сафонов В.И. Новый способ монтажного натяжения тягового органа забойных скребковых конвейеров // Материалы Междунар. Науч.-практ. Конф. “Проблемы механики горно-металлургического комплекса” – Днепропетровск: “Навчальна книга” – 2002. – С. 58.

Особистий внесок автора в роботи опубліковані у співавторстві полягає у наступному: [2,5] – ідея й розробка конструкції стенда і його вузлів, оформлення заявки на винахід; [3] – ідея й розробка конструкції стопорно-фіксуючого пристрою; [4] – розробка програми й методики промислових випробувань, проведення випробувань, обробка отриманих результатів; [8,9,12] – моделювання режимів стопоріння ТО на багатомасовій моделі скребкового конвеєра, проведення досліджень, обробка результатів, зіставлення отриманих даних; [10] – розробка імітаційної моделі для оцінки надійності ТО при монтажному натягуванні приводом конвеєра, проведення досліджень, обробка результатів.

АНОТАЦІЯ

Варченко Ю. Е. Обґрунтування способу і пристроїв натягування тягового органу вибійних скребкових конвеєрів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.06 – “Гірничі машини”. – Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2003.

Дисертація присвячена питанням попереднього натягування тягового органу вибійних скребкових конвеєрів приводом і оцінюванню динамічних та статичних характеристик скребкового конвеєра.

У роботі дається оцінка впливу способів натягування тягового органу скребкового конвеєра приводом на величину динамічних і статичних навантажень у ланцюзі і трансмісії, а також на імовірність їхньої безвідмовної роботи; запропоновано новий спосіб натягування тягового органу приводом з взаємним замиканням робочої й холостої гілок і розроблено стопорно-фіксуючий пристрій для його реалізації. Установлено раціональні параметри стопорно-фіксуючого пристрою СФУ-1.

Ключові слова: скребковий конвеєр, тяговий орган, спосіб монтажного натягування, натягувальний пристрій, динамічне зусилля, імовірність безвідмовної роботи, розтягувальне зусилля в ланцюзі; раціональні параметри.

АННОТАЦИЯ

Варченко Ю. Э. Обоснование способа и устройств натяжения тягового органа забойных скребковых конвейеров. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.06 – “Горные машины”. – Национальный горный университет, Днепропетровск, 2003.

Диссертация посвящена вопросам предварительного натяжения тягового органа забойных скребковых конвейеров приводом и оценке динамических и статических характеристик скребкового конвейера.

В работе дана оценка влияния способа натяжения тягового органа на величину динамических и статических нагрузок в цепи и трансмиссии конвейера, а также на вероятность его безотказной работы; предложен новый способ натяжения тягового органа с взаимным замыканием рабочей и холостой ветвей и разработано стопорно-фиксирующее устройство для его реализации. Установлены рациональные параметры стопорно-фиксирующего устройства СФУ-1.

Для забойного скребкового конвейера, оборудованного асинхронным приводом, разработана математическая модель для определения динамических усилий по длине тягового органа и установлены их зависимости при монтажном натяжении цепей электроприводом. При моделировании процесса натяжения цепей альтернативными способами учитывалось влияние упруго-вязких свойств тягового органа и параметры двигателей и гидромуфт. Моделирование производилось на базе структурного метода, при этом динамика конвейера описана с помощью уравнений Лагранжа и метода кусочно-линейной аппроксимации.

Разработана методика расчета конструктивных параметров натяжного устройства нового технического уровня с учетом динамических нагрузок в цепях скребковых конвейеров.

Установлена вероятность безотказной работы тягового органа при натяжении цепей приводом конвейера со стопорением рабочей ветви концевым стопорным приспособлением и с взаимным замыканием рабочей и холостой ветви в вертикальной плоскости.

На базе выполненных исследований разработано стопорно-фиксирующее устройство СФУ-1, которое было внедрено в производство и рекомендовано к серийному производству. Это позволило повысить надежность скребковых конвейеров и безопасность работ при монтажном натяжении цепного тягового органа.

Ключевые слова: скребковый конвейер, тяговый орган, способ монтажного натяжения, натяжное устройство, динамическое усилие, вероятность безотказной работы, тяговое усилие в цепи; рациональные параметры.

SUMMARY

Varchenko Y. The substantiation of a way and devices of a tension of a thrust organ of chain conveyors. – Manuscript.

Thesis on