Обґрунтування параметрів та технологічних схем застосування канатних надґрунтових доріг під час проведення гірничих виробок

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНА ГІРНИЧА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ

УДК 622.625.5

Обґрунтування параметрів та технологічних схем застосування канатних надґрунтових доріг під час проведення гірничих виробок

Спеціальність: 05.05.06 - “Гірничі машини”

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Денищенко Олександр Валерійович

Дніпропетровськ 1999

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національнії гірничій академії України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Ренгевич Олександр Олександрович, Національна гірнича академія України, професор кафедри рудникового транспорту.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, доцент Самуся Володимир Ілліч, Національна гірнича академія України, завідувач кафедри гірничої механіки,

кандидат технічних наук Шендерович Юрій Мойсейович, керівник групи механіків ВАТ “Інститут Дніпродіпрошахт”.

Провідна установа: Донецький державний технічний університет Міністерства освіти України (м. Донецьк).

Захист відбудеться “ 6 ” жовтня 1999 р. о 1400 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.080.06 при Національній гірничій академії України (320027, м. Дніпропетровськ, просп. К. Маркса, 19).

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національної гірничої академії України.

Автореферат розісланий “ 4 ” вересня 1999 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, кандидат технічних наук О.В. Анциферов

АНОТАЦІЯ

Денищенко О.В. Обгрунтування параметрів та технологічних схем застосування канатних надгрунтових доріг під час проведення гірничих виробок. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.06 - “Гірничі машини”. - Національна гірнича академія України, Дніпропетровськ, 1999.

Проаналізовані умови, схеми та засоби транспортування гірничої маси, матеріалів, обладнання і людей під час проведення виробок з кутом нахилу ±6°. Досліджена динаміка перехідних процесів у канатній надгрунтовій дорозі (ДКН) на розробленій математичній моделі, яка враховує змінний профіль шляху та стисливость робочої рідини в гідросистемі та модель руйнування каната від утомленості. Експериментально за шахтних умов визначені кінематичні та силові параметри ДКН і перевірена адекватність зазначеної моделі. Розроблена програма розрахунку параметрів ДКН з урахуванням технологічних вимог. Досліджено контактну взаємодію канату з підтримуючими роликами та шківами ДКН, розроблені рекомендації підвищення їх довговічності. Запропонована циклічна технологія проведення виробок з використанням ДКН, розроблені технологічні схеми і технічні рішення по вдосконаленню конструкції вузлів ДКН.

Ключові слова: проведення виробки, канатна надгрунтова дорога, тяговий канат, коефіцієнт динамічності, підтримуючий ролик, шків тертя.

АННОТАЦИЯ

Денищенко А.В. Обоснование параметров и технологических схем применения канатных напочвенных дорог при проведении горных выработок. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.06 - “Горные машины”. - Национальная горная академия Украины, Днепропетровск, 1999.

Проведен анализ условий, существующих схем и средств транспортирования горной массы, материалов, оборудования и людей при проведении выработок с углом наклона ±6° и протяженностью до 2500 м, обоснована целесообразность использования при этом канатных напочвенных дорог (ДКН). Разработана математическая модель динамики канатной напочвенной дороги с учетом сжимаемости рабочей жидкости в гидросистеме, переменности профиля рельсового пути и программа расчета параметров установки с учетом технологических условий ее применения. Рассмотрена модель усталостного разрушения каната, определены допустимые значения коэффициентов динамичности из условий долговечности, прочности и нескольжения каната по поверхности приводного шкива и факторы, существенно влияющие на эти коэффициенты. Экспериментально в шахтных условиях получены значения кинематических и силовых параметров ДКН и проверена адекватность математической модели при помощи дисперсионного анализа по методу Фишера (отклонение результатов теоретических и экспериментальных исследований не превышает 12%). Теоретически и экспериментально исследовано контактное взаимодействие каната с поддерживающими роликами и канатоведущими шкивами, предложены технические решения, увеличивающие их срок службы: уменьшение угла перегиба канта, создание в поверхностном слое ролика предварительного напряженного состояния, применение тяговых канатов с увеличенным диаметром проволок наружного слоя, резинотросовых канатов и однообхватных футерованных шкивов трения. Предложена цикличная малооперационная технология проведения выработок с использованием ДКН, разработаны технологические схемы их применения и технические решения, позволяющие в 2-3 раза повысить скорость проведения подготовительных выработок на шахтах Западного Донбасса.

Ключевые слова: проведение выработки, канатная напочвенная дорога, тяговый канат, коэффициент динамичности, поддерживающий ролик, шкив трения.

SUMMARY

Denishenko A.V. Substantiation of parameters and technological schemes of rope soil road utilization in mining workings. - Manuscript.

Thesis for the application of the Candidate of Technical Sciences on speciality 05.05.06 “Mining machines” - National Mining University of Ukraine, Dniepropetrovsk, 1999.

Conditions, schemes and means of rock mass, materials, equipment and people transportation while driving the working with sloping angle of ±6° have been analyzed. The dynamic of transition processes of rope soil road on mathematical model taking into account variability of rail track profile, compression of working liquid in hydrosystem and model of rope destruction was investigated. Kinematic and force parameters of rope soil roads were defined experimentally in mining conditions and adequation of given model was examined.

The calculation program of rope soil road parameters taking into account technological requirements was carried out. Contact interaction of rope with supported rollers and pulleys of rope soil roads was investigated, recommendations of increasing their longevity were developed. Cycle techniques of working driving using rope soil roads was suggested, technological schemes of their using and technical decisions concerning improvements of rope soil road unit construction were developed.

Key words: driving of working, rope soil road, pulling rope, dynamic efficiency, supported roller, pulley of friction.

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. У вугільній промисловості України нині розробляється 47 пологоспадних шахтопластів (Західний Донбас та Львівсько-Волинський басейн - таких 100%). При їх підготовці необхідно проходити гірничі виробки із складним профілем шляху, що мають змінний кут нахилу від 0 до 6° і протяжність до 2500 м (тільки у державній холдинговій компанії (ДХК) “Павлоградвугілля” - до ста кілометрів на рік). Традиційні засоби та схеми транспортування не забезпечують потрібних темпів проходки (понад 250м на місяць) та безпеку робіт. Сфера застосування електровозної відкатки, згідно з вимогами Правил безпеки (ПБ), обмежується нахилами шляху до 50‰. Кінцеву канатну відкатку не можна використовувати на знакозмінному профілі шляху. Ефективність конвеєрів знижується паралельним допоміжним засобом тран-спорту, складністю розподілу вантажопотоків вугілля та породи, нестабільністю роботи в обводнених виробках.

У цих умовах перспективні для транспортування гірничої маси, матеріалів, обладнання та людей канатні надгрунтові дороги (ДКН), що застосовуються для домопіжного транспорту. За відсутності альтернативних варіантів вони знайшли застосування на шахтах ДХК “Павлоградвугілля”, однак існуючі конструкції ДКН неповною мірою пристосовані до роботи як основний транспортний засіб при проходженні виробок. Це виявляється у їх низькій продуктивності, недостатній довговічності основних елементів (тягового каната, підтримуючих роликів, ведучого шківа), високому рівні динамічних навантажень у канаті, несанкціонованих включеннях парашутної системи ДКН при перевищенні допустимої швидкості руху состава. Для широкого впровадження цих установок у ролі гірничопрохідницького транспортного засобу необхідно проаналізувати умови їх використання, розробити методику розра-хунку та обгрунтувати основні параметри (потужність приводної станції, кількість електродвигунів, гідронасосів та гідромоторів, діаметр тягового каната та швидкість його руху, раціональний закон зміни швидкості приводного шківа при пуску та гальмуванні), удосконалити конструкцію окремих вузлів. Тому об-грунтування режимів роботи ДКН та технологічних схем їх застосування під час проведення гірничих виробок - актуальна науково-практична задача.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Роботи щодо створення та впровадження на шахтах Західного Донбасу рейкових канатних доріг як єдиного транспортного засобу під час проведення виробок виконувалась у НГА України з участю автора (1980-1993 рр.) за планами НДР, узгодженими з Мінвуглепромом України та ВО “Павлоградвугілля” (д/т: 010311, 010517, 010522, 010525, 010529) під керівництвом доктора технічних наук, проф. О.О. Ренгевича.

Мета і задачі дослідження. Мета роботи - обгрунтування основних парамет-рів та технологічних схем застосування канатних надгрунтових доріг (ДКН), що забезпечують задану продуктивність та довговічність в умовах гірничопро-хідницьких робіт.

Для досягнення означеного вище вирішуються наступні задачі: розробити математичну модель для дослідження динаміки ДКН під час перехідних та стаціонарних режимів її роботи та визначити оптимальний закон зміни швидкості приводного шківа при пуску та гальмуванні; виконати експлуатаційні дослідження динаміки ДКН у шахтних умовах; дослідити контактну взаємодію канатів, роликів та шківів ДКН і розробити рекомендації щодо підвищення їх довговічності; опрацювати технологічні схеми застосування ДКН при проходженні виробок.

Ідея роботи полягає у комплексному сполученні технологічних вимог до канатної надгрунтової дороги як основного транспортного засобу при проходженні гірничих виробок та математичної моделі динаміки ДКН як єдиної електрогідромеханічної системи.

Методи досліджень. Поставлені задачі вирішувалися шляхом узагальнення та аналізу літературних джерел, а також у ході теоретичних та експериментальних досліджень. Теоретичне дослідження динаміки ДКН виконано методом математичного моделювання на ПЕОМ, а експериментальні - у шахтних умовах на серійних машинах. Обробка одержаних даних та перевірка адекватності математичної моделі - за методами математичної статистики.

Основні наукові положення, що виносяться на захист:

Застосування канатних надгрунтових доріг основним транспортним засобом під час проходження гірничих виробок дає змогу підвищити швидкість проходки до 250-300 м на місяць із зниженням трудомісткості робіт та підвищенням їх безпеки.

Оптимальні параметри названого вище типу доріг повинні визначатися при сумісному аналізі технологічних вимог до їх застосування як основного транспортного засобу під час проведення виробок та динамічних процесів у електрогідромеханічній системі ДКН, що розглядається як система з розподіленими параметрами з урахуванням змінності профілю рейкового шляху, стисливості робочої рідини у гідросистемі та руйнування від утомленості каната. На коефіцієнт динамічності, довговічність каната та амплітуду швидкості руху состава найбільше впливають профіль рейкового шляху та закон зміни швидкості приводного шківа під час пуску й гальмування; оптимальним при цьому є лінійний закон зміни швидкості.

Підвищення довговічності (у 2-2,5 раза) тягових канатів, підтримуючих роликів та ведучих шківів ДКН забезпечується шляхом обмеження коефіцієнта динамічності зусиль у канаті під час пуску та гальмування установки до kД 1,4, зменшення кута перегину каната на ролику до 1,5° при скривленні траси та застасуванні однообхватного приводного шківа із змінною пружною футерівкою.

Наукова новизна одержаних результатів:

уперше обгрунтовані доцільність та ефективність канатних надгрунтових доріг як основного транспортного засобу під час проведення гірничих виробок із забезпеченням необхідних динамічних режимів роботи установки;

уперше проаналізована динаміка ДКН з урахуванням технологічних вимог її застосування основним транспортним засобом під час проходження гірничих виробок;

уперше обгрунтовані значення коефіцієнтів динамічності ДКН з умов міцності та заданої довговічності, а також нековзання каната на шківі;

установлено, що пускове прискорення ДКН не повинне перевищувати 0,2 м/с2, гальмівне уповільнення 0,8 м/с2 при підйомі та 0,5 м/с2 при спуску составу;

показано, що значне зменшення динамічних навантажень у тяговому канаті та амплітуди швидкості состава ДКН досягається за умови tР = ТС (tP - час розгону; ТС - період вимушених коливань системи).

Наукове та практичне значення одержаних результатів.

Наукове значення - у теоретичному обгрунтуванні та експериментальному підтвердженні залежності основних параметрів ДКН від технологічних параметрів застосування як основного транспортного засобу під час проведення гірничих виробок та динамічних процесів у ході перехідних та стаціонарних режимів її роботи.

Практичне значення полягає у розробці методики вибору параметрів ДКН на ПЕОМ, обгрунтуванні теоретичних рішень з удосконалення конструкції та технологічних схем використання ДКН під час проведення виробок.

Реалізація результатів роботи. Результати дисертації впроваджені у вигляді технологічних схем транспортування та методики вибору параметрів ДКН на шахтах ДХК “Павлоградвугілля”.

Достовірність результатів роботи. Достовірність одержаних результатів підтверджена наступним: застосуванням в теоретичних дослідженнях випробуваних на практиці методів теорії динаміки машин, електро- та гідропривода; проведенням експериментальних досліджень у шахтних умовах на серійному обладнанні за допомогою сучасної вимірювальної техніки; задовільним для практики збігом теоретичних та експериментальних даних зусиль у канаті (12% з надійною імовірністю 0,95).

Особистий внесок здобувача. Автором дисертації визначені мета, ідея роботи, задачі дослідження, сформульовані наукові положення, висновки, рекомендації, проаналізовані та узагальнені результати теоретичних та експериментальних досліджень.

Апробація результатів дисертації. Результати дисертаційної роботи доповідалися на науково-технічних конференціях “Проблеми прискорення науково-технічного прогресу у гірничій промисловості” (м. Дніпропетровськ, 1986), “Надійність систем та машин гірничо-транспортних комплексів” (м. Київ, 1987), “Стан, напрямки вдосконалення та методи ефективного використання підземного транспорту на гірничих підприємствах” (м. Горлівка, 1991), “Надійність та якість гірничих машин і обладнання” (м. Москва, 1991), ювілейних конференціях, присвячених 75-річчю кафедри рудникового транспорту НГА України (м. Дніпропетровськ, 1997) та 80-річчю з дня народження професора В.О. Мурзіна (м. Дніпропетровськ) і міжкафедральному семінарі в НГА України (м. Дніпропетровськ, 1999), науково-технічних радах ДХК “Павлоградвугілля” (м. Павлоград, 1990-1995 рр.).

Публікації. Основні положення дисертації опубліковані у 14 статтях та 2 авторських свідоцтвах.

Структура та обсяг роботи.

Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновків на 122 с. машинописного тексту, 43 малюнків, 17 таблиць, списку використаних джерел з 101 назви та трьох додатків.

канатний гальмування швидкість

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі роботи розглянуті основоположні праці щодо досліджень установок з канатним тяговим органом, які відносяться до шахтного подйому. У них, зокрема, йдеться про удосконалення фізичної моделі каната від пружної невагомої до пружно-в'язкої вагомої нитки змінної довжини (О.М. Динник, О.О. Локшин, Н.П. Неронов, Г.М. Савін, О.О. Горошко, Ф.В. Флоринський, М.Ф. Глушко та ін.), досліджена взаємодія каната з іншими елементами піднімальної установки (О.М. Голубенцев, Л.В. Колосов, В.Ф. Столярчук, В.М. Чермалих та ін.). Незважаючи на велику кількість загальних конструктивних особливостей канатних надгрунтових доріг з піднімальними установками, використовувати їх розрахункові схеми для аналізу процесів, що відбуваються у ДКН, не можна. Це стосується і стрічкових конвеєрів та кільцевих канатних доріг.

Значний внесок у створення та удосконалення вітчизняних канатних надгрунтових доріг зробили вчені НВО “Вуглемеханізація” О.С. Кузнецов, Г.М. Генералов, В.В. Бухановський. Теоретичні дослідження динаміки ДКН провели С.А. Штедінг, В.В. Кох (електромеханічний привод з асинхроним двигуном змінного струму), Л.М. Сигалов, О.І. Кравцов (привод з гідромуфтою), О.С. Кузнецов (гідрооб'ємний привод), проте у їхніх працях не враховані технологічні вимоги до ДКН під час проведення виробок, змінність профілю рейкового шляху, стисливість робочої рідини у гідросистемі та руйнування від утомленості каната.

Експериментальні дослідження процесів, що відбуваються у ДКН проведені Г. Вагнером, Г. Апелем, Х. Арнольдом, А.А. Ткаченко, О.С. Кузнецовим та інш. Ці дослідження ставили своєю метою визначити ті чи інші параметри установки і проводились на випробувальних стендах.

Значний внесок в дослідження довговічності канатів у взаємодії з блоками (шківами) зробили О.І. Дукельський, П.П. Нестеров, Ф.М. Глушко, Л.В. Колосов, С.Ф. Чукмасов, В.А. Іванов та ін. У роботах цих авторів детально досліджені питання залежності довговічності канату від: відношення діаметрів шківа та каната, частоти перегинів і кута обхвату блока канатом, матеріалу блока і канатного дроту. Проте, розроблені авторами рекомендації, що стосуються шахтного підйому, портових кранів, лісотранспортних установок, не враховують специфічних умов експлуатації ДКН у шахтних умовах.

З аналізу попередніх досліджень сформульовані мета та задачі роботи.

Другий розділ дисертації присвячений дослідженню динаміки канатних надгрунтових доріг з метою встановлення закономірностей формування динамічних зусиль у ланках ДКН під час перехідних режимах роботи: під час розгону, запобіжного та робочого гальмування. Об'єкт дослідження - канатна надгрунтова дорога з електрогідромеханічним приводом, розрахункова схема якої наведена на рис. 1. Задача вирішена методом математичного моделювання та експериментально.

Згідно з методом лінійно-кускової апроксимації разрахункову схему ДКН можна подати у вигляді багатомасної системи із пружними зв'язками, що складається з n вузлів із зосередженими масами ланок, які взаємодіють між собою як матеріальні точки. При цьому маса состава послідовно приєднується до цих вузлів залежно від його місцезнаходження.

В'язко-пружні сили у канаті визначаються рівняннями:

2СУ[(xш - х1) + (VШ - V1) - B], i = 1;

СУ[(xi-1 - хi) + (Vi-1 - Vi)], 2 = i = n-1;

СП[(xn-1 - хn) + (Vn-1 - Vn)], i = n;

СB[(xn - хШ) + (Vn - VШ) - Н], i = n + 1,

де хi, Vi - переміщення та швидкість i-го вузла відповідно; хШ, VШ - переміщення та швидкість шківа відповідно; - коефіцієнт в'язкості канату; В, Н - довжина каната відповідно у верхньому та нижньому натяжних пристроях; СВ, СП, СУ - жорсткість останньої, передостанньої та інших ланок відповідно.

Маси вузлів системи:

, i = 0;

, 1 = i = n - 1;

+ mБ, i = nБ;

+ mB, i = nB;

*LB, i = n,

де ІШ - момент інерції обертових частин шківа та гідромотора; RШ - радіус шківа; mБ, mВ - маси, відповідно, кінцевого блока та состава; nБ, nВ - номери вузлів, де знаходяться кінцевий блок та состав; * - приведена лінійна маса системи “канат-ролик”.

Складові сил ваги вузлів:

mi g sin, 1 i nБ-1;

0, i = nБ;

- mi g sin, nБ+1 i n;

- (m1 + mB) g sin, i = nВ,

де - кут нахилу виробки.

Сили тертя:

wК mi g cos, 1 i n;

FТPi = 0, i = nБ;

(m1 + mB) wB cos, i = nB,

де wК, wВ - коефіцієнт опору канату та составу відповідно.

Використавши метод Даламбера, одержимо для і-го вузла:

Fi - Fi+1 + FBi - FТPi sign(Vi). (5)

Запишемо рівняння руху роторів електродвигуна та насоса, шківа тертя та гідромотора аналогічно дослідженню О.С. Кузнецова:

, (6)

, (7)

де ІД, Д - момент інерції та кутова швидкість роторів двигуна та насоса відповідно; qHmax - максимальний робочий об'єм насоса; МК - критичний момент електродвигуна; SК, S - ковзання, відповідно, критичне та поточне; рН, рВ - тиск, відповідно, у нагнітальній та зливальній магістралях; uН - параметр регулювання насоса; МТРН - момент тертя у насосі; ІШ, Ш - момент інерції та кутова швидкість шківа відповідно; МТРШ - сумарний момент сухого тертя гідромоторів, редуктора та шківа; qМ - робочий об'єм мотора; RШ - радіус шківа тертя.

Зміна тиску у магістралях внаслідок стисливості та витікання рідини складає:

, (8)

,

де Е - приведений модуль пружності рідини; UН, UВ - об'єми рідини, відповідно, у нагнітальній та зливальній магістралях; М - кутова швидкість ротора гідромотора; 0 - коефіцієнт витікання рідини.

Закон зміни кута нахилу виробки у місці знаходження состава задається у вигляді:

В = 1 + (2 - 1) (х - S1)/(S2 - S1), (9)

де 1, 2 - початковий та кінцевий кути нахилу відповідно; S1 - довжина відрізку шляху з кутом нахилу 1; S2 - довжина відрізку шляху з кутом нахилу 2.

Розв'язування математичної моделі динаміки ДКН проведено на ПЕОМ графічно з виведенням необхідної цифрової інформації (рис. 2).

За вхідний параметр взята швидкість приводного шківа тертя, а за вихідний - коефіцієнт динамічності, тобто відношення максимального натягу каната у перехідному процесі до його сталого значення. Визначені допустимі значення коефіцієнтів динамічності за умов міцності, довговічності та нековзання каната по поверхні шківа.

У роботі розглянута модель руйнування каната ДКН від утомленості. Довговічність тягового каната (у кількості циклів до руйнування), згідно з дослідженнями проф. Л.В. Колосова, визначається за формулою:

, (10)

де NБ - значення бази випробувань на утомленість канатного дроту згідно з лінією регресії; n1, n2, n3 - коефіцієнти, що враховують зниження довговічності через повільну зміну навантаження у робочих режимах у порівнянні з режимом випробувань, наявності високочастотного динамічного навантаження, розбіжність дослідних даних, при цьому n1 = 3,5; n2 = 3,0; n3 = 1,37; 0 - межа утомленості канатного дроту; max = Р kД ki kЗЧ + В - максимальне еквівалентне напруження у дротинах канату; Р - напруження розтягу у дротині; В - напруження вигину дротини; m - коєфіцієнт лінії регресії; kД - коефіцієнт динамічності системи; kі - коефіцієнт перевантаження цілих дротин при зносі дротин зовнішнього шару; kЗЧ - коефіцієнт, що враховує послаблення каната у місці зчалу;

Аналіз формули (10) показав, що при необхідному терміні служби каната не менше 1,5 року, коефіцієнт динамічності при кількості циклів у добу nЦ = 30 та кількості циклів на рік nР = 10800 повинен бути не менше за 1,5.

Для вантажних ДКН запас міцності, згідно з ПБ, повинен бути не менше 5. Статичний запас міцності nСТ у свою чергу залежить від низки чинників:

nCT = kД ki kЗЧ kЗАЛ kВ, (11)

де kЗАЛ - коефіцієнт залишкової міцності канату, який приймається kЗАЛ = 1,5; kВ - коефіцієнт, що враховує додаткові напруження у канаті від вигину.

Шахтні дослідження свідчать, що фактичний запас міцності канатів ДКН близький до нормативного і перебуває у межах від 5,5 до 7,5, а значення коефіцієнтів kі = 1,2; kЗЧ = 1,3; kВ = 1,7. Тоді допустиме значення коефіцієнта kД з формули (11) не може перевищувати 1,4.

Встановлені чинники, що істотно впливають на коефіцієнт динамічності - прискорення шківа та кут нахилу виробки. Обгрунтовано також, що, з точки зору динамічних зусиль, оптимальним є лінійний закон зміни швидкості шківа, а коливальний процес у канаті при розгоні фактично затухає, коли час розгону шківа дорівнює або кратний періоду вимушених коливань системи (рис. 3).

Подібним чином досліджена залежність коефіцієнта нерівномірності швидкості руху состава ДКН (відношення максимального значення швидкості состава у перехідному режимі до його сталого значення) від швидкості приводного шківа. Існуючі конструкції ДКН обладнані парашутними системами, що спрацьовують у разі перевищення швидкості руху состава на 25% по відношенню до її сталого значення, однак на практиці досить часто це трапляється без обриву каната. Чинниками, що суттєво впливають на коефіцієнт нерівномірності руху состава, - є прискорення шківа та довжина установки. Оптимальний закон зміни щкидкості шківа при цьому - лінійний.

Експериментальні дослідження динаміки ДКН проведені в умовах шахти ім. М.І. Сташкова ДХК “Павлоградвугілля” з метою встановлення кінематич-них та силових параметрів та оцінки адекватності математичної моделі. В результаті досліджень одержані значення коефіцієнтів динамічності та нерівномірності швидкості состава (kД 2 при розгоні та kД 1,5 при запобіжному гальмуванні; kV 1,7 при пуску і kV 1,2 при гальмуванні), розбіжність результатів експериментальних та теоретичних досліджень не перевищує 12%.

У третьому розділі роботи досліджено контактну взаємодію каната з підтримуючими роликами та канатоведучими шківами. Підтримуючі ролики та тягові канати ДКН згідно з дослідженням, проведеним автором, мають низьку надійність (коефіцієнт відносної кількості відказів складає відповідно 0,3 та 0,2), у процесі експлуатації ролики інтенсивно зношуються, що засвідчує наявність високих контакних напружень. За наявності високого навантаження каната (до 50 кН) та нестаціонарного режиму роботи ДКН зона контакту ролика і каната постійно випробовує дію нормальних та дотичних статичних, а також пульсуючих динамічних напружень. У роботі проаналізована силова взаємодія дротин каната з поверхнею ролика.

Відомий вираз формули Герца-Беляєва для визначення максимального контактного тиску для пари “дротина-ролик”:

Напруження у точках контура еліптичної площадки контакта:

;

; (13)

,

де ; е2 = 1 - 2; - коефіцієнт Пуассона матеріалу ролика.

Визначені напруження, що діють у зоні контакту пар: “канат-ролик”, “дротина канату-ролик”, “канат-ролик з канавкою”, “канат-футерований ролик”, “плоский канат-ролик (шків)”. Порівнявши розрахункові значення максимальних контактних напружень з допустимими, підсумовуємоє: при існуючій конструкції підтримуючих роликів, канатів та регламентованих кутах перегину каната напруження, у зоні контакту перевищують допустимі у декілька разів, що потребує нових технічних рішень.

Експериментальні дослідження проведені для визначення зносу роликів з різною твердістю робочої поверхні. Як експериментальні використані ролики, футеровані гумою та легованою сталлю, а також оброблені електроіскровим легуванням, електродуговою металізацією, методом ударно-хвильової обробки вибухом. Оскільки критерії оцінки довговічності роликів можуть бути визначені тільки за реальних виробничих умов, їх експлуатаційні випробування здійснені на шахті “Павлоградська” ДХК “Павлоградвугілля” на спеціальному стенді, де канат перегинається на експериментальних роликах з однаковим кутом. Результати експериментальних досліджень зносу роликів зображені у вигляді залежностей (рис. 4).

Експериментальні дослідження взаємодії тягового стального каната з попередньо стисненою гумовою футерівкою ведучого шківа проведені на шахті “Павлоградська”, в результаті чого встановлені значення коефіцієнта тертя між канатом та футерівкою (від 0,33 для каната у породній грязі до 0,45 - для сухого каната) і зроблено висновок про доцільність заміни багатообхватного параболічного шківа тертя на футерований однообхватний.

Узагальнено досвід експлуатації тягових канатів на установках підземного канатного транспорту та визнано доцільність заміни канатів із зменшеним діаметром дротів у зовнішньому шарі (ГОСТ 2688-81), які внаслідок корозії та високих контактних напружень не відзначаються довговічністю, на канати із збільшеним діаметром дротів у зовнішньому шарі, з попередньо обтисненими сталками та гумотросові канати.

У четвертому розділі дисертації методами математичної статистики узагальнені та проаналізовані гірничо-геологічні й виробничо-технічні умови застосування ДКН під час проведення виробок. На основі хронометражних спостережень визначено коефіцієнт використання прохідницького комбайна, обгрунтована технічна продуктивність ДКН та мінімальна швидкість руху состава для її забезпечення. Завдяки одержаним результатам розроблено циклічну малоопераційну технологію транспортування гірничої маси та матеріалів ДКН і графік організації робіт у прохідницькому вибої. З метою удосконалення конструкції ДКН та підвищення їх продуктивності розроблені технічні рішення (захищені авторськими свідоцтвами), які дозволяють скоротити процес подов-ження контура тягового каната.

Існуючі засоби та технологічні схеми транспортування, що застосовуються на шахтах Західного Донбасу, дозволяють проходити підготовчі виробки із середньою швидкістю не вище 100 м на місяць в той час, як для вчасного введення у дію експлуатаційних ділянок потрібна швидкість не менше 250 м на місяць. Використання ДКН за технологічними схемами, розробленими за участю автора, дозволило довести швидкість проходження виробок до 300 м на місяць, загальна протяжність проведених виробок перевищила 100 км, підтверджений економічний ефект склав понад 140 тис. грн.

ВИСНОВКИ

Дисертаційна робота є закінченим науковим дослідженням, де на підставі результатів теоретичних та експериментальних досліджень вирішена актуальна задача, відносно обгрунтування параметрів, технологічних схем застосування та технічних рішень щодо вдосконалення конструкції канатних надгрунтових доріг під час проведення гірничих виробок, що дає можливість підвищити якість проектування установок, швидкість проходження виробок та безпеку гірничопідготовчих робіт.

Основні наукові результати, висновки та рекомендації:

Встановлено, що застосування канатних надгрунтових доріг для транспортування гірничої маси, матеріалів та обладнання при проведенні виробок із складним профілем рейкового шляху дозволяє підвищити швидкість проходки(до 250-300 м на місяць), безпеку робіт та знизити їх трудмісткість.

Обгрунтоване допустиме значення коефіцієнта динамічності ДКН (kД 1,4) з умов міцності, заданої довговічності та нековзання каната на приводному шківі і встановлено, що найменші значення коефіцієнтів динамічності та нерівномірності швидкості состава відповідають лінійному закону зміни швидкості приводного шківа.

Досліджені залежності коефіцієнтів динамічності та нерівномірності швидкості состава від параметрів ДКН та виробки, виділені чинники, що істотно впливають на величини цих коефіцієнтів (закон зміни швидкості шківа та кут нахилу виробки) і неістотно (маса состава).

Показано, що у розглянутих умовах експлуатації ДКН пускове прискорення не повинне перевищувати 0,2 м/с2, а гальмівне уповільнення 0,8 м/с2 при підйомі та 0,5 м/с2 при спуску состава.

Встановлено, що у випадку, коли період розгону дорівнює або кратний періоду вимушених коливань каната ДКН, коливальний процес у канаті та амплітуда коливань швидкості состава фактично затухають при досягненні шківом сталої швидкості руху, у той час як при невиконанні цієї умови коефіцієнти динамічності та нерівномірності руху состава досягають значень 2,0-2,5.

Встановлено, що рекомендований заводом-виробником максимальний кут перегину каната на роликах підтримуючих пристроїв ДКН (5°) завищений і не повинен бути більшим 1,5° за умови допустимих напружень.

Аналіз одержаних результатів рішення математичної моделі динаміки ДКН з урахуванням технологічних чинників дозволяє обгрунтовано вирішувати питання автоматизації ДКН з її використанням як єдиного транспортного засобу при проведенні підготовчих виробок із складним профілем рейкового шляху.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В ТАКИХ ПРАЦЯХ

1. Шмиголь А.В., Федоренко С.В., Денищенко А.В. Транспортные проблемы при прохождении слабонаклонных горных выроботок на шахтах Западного Донбасса // Уголь Украины. -1983. - N1. - С.25-26.

2. Трощило В.С., Петришина Е.Г., Федоренко С.В., Денищенко А.В. Перспективные виды транспорта при проходке слабонаклонных горных выработок угольных шахт // Транспортные и горные машины.- К.: Наук. думка, - 1984. - С.33 - 36.

3. Трощило В.С., Денищенко А.В., Петришина Е.Г. Проведение подготовительных выработок с углами наклона 2...3° с использованием канатных дорог // Шахтный и карьерный транспорт. - М.: Недра.- 1986. - N10. - С.214 - 218.

4. Немцов П.А., Денищенко А.В., Федоренко С.В. Применение канатных напочвенных дорог при проведении выработок // Уголь Украины. - 1987. - N10. - С.33 - 34.

5. Смагин В.И., Сидоренко Г.П., Денищенко А.В. Опыт эксплуатации канатных напочвенных дорог на шахте “ Павлоградская “ // Уголь. - 1989. - N3. - С.25 - 27.

6. Коптовец А.Н., Зиль В.В., Денищенко А.В. Частные решения контактной задачи для расчета прочности роликов канатных напочвенных дорог // Известия ВУЗов. Горный журнал.- 1994. - N1. - С.79 - 82.

7. Пути повышения износостойкости поддерживающих устройств шахтных канатных напочвенных дорог / Р.П. Дидык, А.Н. Вьюник, А.В. Денищенко и др. // Металлург. и горноруд. пром-ть. - 1993.- N3. - С.52 -53.

8. Федоренко С.В., Денищенко А.В., Сидоренко Г.П. Приводной шкив трения канатной напочвенной дороги нового технического уровня // Уголь Украины. - 1994. - N4. - С.50-51.

9. О совершенствовании канатных напочвенных дорог / Л.В. Колосов, А.В. Денищенко, А.В. Мухин, Г.П. Сидоренко // Уголь Украины. - 1998. - N10. - С.41 - 43.

10. Денищенко А.В., Федоренко С.В., Сидоренко Г.П. Технология горнопроходческих работ с использованием канатных напочвенных дорог // Уголь Украины. -1991. - N7. - С.44-46.

11. А.с. 1737136 СССР МКИ E21F 13/02. Устройство для удлинения транспортных средств замкнутым тяговым канатом / А.А. Ренгевич, А.В. Денищенко, С.В. Федоренко, Г.П. Сидоренко (СССР). - N 4839290/3; Заявлено 19.06.90; Опубл. 30.05.92; Бюл. N20.

12. А.с. 1752612 СССР, МКИ В21 7/00. Канатная напочвенная дорога / А.А. Ренгевич, А.В. Денищенко, С.В. Федоренко, Г.П. Сидоренко (СССР). - N 1004175; Заявлено 19.06.90; Опубл. 07.08.92; Бюл. N29.

13. Технологические схемы проведения подготовительных горных выработок с использованием канатных напочвенных дорог / А.А. Ренгевич, С.В. Федоренко, А.В. Денищенко, Г.П. Сидоренко / Днепропетр. горн. ин-т. - Днепропетровск, 1994. - 10с. - Деп. в ГНТБ Украины 27.01.94, N224.

14. Ренгевич А.А., Денищенко А.В., Коптовец А.Н. О построении диаграммы статических натяжений замкнутого тягового органа транспортных установок периодического действия / Днепропетр. горн. ин-т. - Днепропетровск, 1996. - 9с. - Деп. в НИИТЭХИМ 9.07.96, N64.

15. Денищенко А.В. Обоснование математической модели динамики канатной напочвенной дороги. // Гірнича електромеханіка та автоматика: Наук.-техн. зб. - 1999. - № 2(61). - С. 224-230.

16. Денищенко А.В., Коптовец А.Н., Таран И.А. Обоснование расчетной производительности канатной напочвенной дороги. // Сб. науч. тр. НГАУ. - Днепропетровск. - 1999. - № 7, т.3. - С. 98-102.

17. Особистий внесок здобувача у роботи, опубліковані у співавторстві: [1, 2, 3] - розробка класифікації транспортних засобів під час проходження слабопохилих виробок, обгрунтування доцільності використання ДКН у цих умовах та опрацювання методики їх розрахунку; [4, 5] - урахування технологічних умов проведення виробок та розробка технічних рішень щодо вдосконалення ДКН; [6, 7, 8, 9] - запропонування розрахункової схеми контакту каната з роликом, розробка методики, проведення та аналіз результатів дослідження зносу роликів (шківів) ДКН та рекомендацій щодо підвищення довговічності вузлів; [10, 13] - розробка технологічних схем транспортування ДКН під час проведення виробок в умовах Західного Донбасу; [11, 12] - пропозиція формули винаходу; [14] - розробка методики побудови діаграми статичних навантажень тягового органу ДКН.

Размещено на Allbest.ru