Обґрунтування інструментального діагностування технічного стану шахтних стрічкових конвеєрів

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНА ГІРНИЧА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ

УДК 622.647.2

Обґрунтування інструментального діагностування технічного стану шахтних стрічкових конвеєрів

Спеціальність: 05.05.06 -- "Гірничі машини"

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Пілецький Володимир Георгійович

Дніпропетровськ 1999

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національній гірничій академії України Міністерства освіти України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор БІЛІЧЕНКО Микола Якович, Національна гірничаї академія України, професор кафедри рудникового

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор НАЗАРЕНКО Володимир Михайлович, Криворізький державний технічний університет, завідувач кафедри інформатики, автоматики і систем управління.

кандидат технічних наук, доцент БУДІШЕВСЬКИЙ Володимир Олександрович, Донецький державний технічний університет, завідувач кафедри гірничо-заводського транспорту і логістики.

Провідна установа: Донецький державний науково-дослідний проектно-конструкторський і експериментальний інститут комплексної механізації шахт Міністерства вугільної промисловості України (м. Донецьк).

Захист відбудеться " 27 " жовтня 1999 р. о 1400 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.080.06 при Національній гірничій академії України (49027, м. Дніпропетровськ-27, просп. К.Маркса, 19).

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національної гірничої академії України за адресою: 49027, м. Дніпропетровськ-27, просп. К. Маркса, 19.

Автореферат розісланий " 25 " вересня 1999 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, канд. техн. наук, ст. наук. співроб. О.В. Анциферов

АНОТАЦІЯ

Пілецький В.Г. Обгрунтування інструментального діагностування технічного стану шахтних стрічкових конвеєрів. - Рукопис.

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

Досліджено нагрівання рухомою стрічкою заштибованих, заклинених нерухомих, з підвищеним опором обертанню підтримуючих стрічку роликових опор, відхильних і приводних барабанів, а також нагрівання стрічки під час її контрольної зупинки для одержання на ній теплових плям та її перетворення після пуску на носія інформації. Остання зчитується спеціальними теплочутливими датчиками, введеними до системи розпізнавання адреси джерела нагрівання.

За результатами вимірів потужності холостого ходу привода запропоновано спосіб оцінки стану роликоопор конвеєра, а також зміни характеристик тандемпривода для вирівнювання навантаження при номінальному завантаженні.

Ключові слова: стрічковий, ковзання, нагрівання, заштибовані ролик та барабан, заштибування, теплова пляма - носій інформації.

АННОТАЦИЯ

Пилецкий В.Г. Обоснование инструментального диагностирования технического состояния шахтных ленточных конвейеров. - Рукопись.

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

Исследования посвящены нагреву движущейся лентой заштыбованных, заклиненных (неподвижных), а также вращающихся с повышенным сопротивлением и вращению поддержвающих роликоопор, отклоняющих и приводных барабанов, а также нагреву ленты во время ее контрольной остановки для получения на ней тепловых пятен и ее (ленты) превращения в носителя информации. Последняя считывается специальными теплочувствительными датчиками, включенными в систему распознавания адреса источника нагрева. Показана возможность аналогичным образом обнаруживать роликоопоры с достаточно повышенным сопротивлением вращению, но еще не заклиненных (незаштыбованных).

Установлено значение величин, которые характеризуют нагрев верхних заклиненных роликов, а также роликов с повышенным сопротивлением вращению во время трения о них движущейся ленты и ее пробуксовке на барабане.

Получены значения величин, которые характеризуют нагрев ленты во время ее контакта при остановке с нагретым роликом, определена форма, размеры и температура теплового пятна.

Установлена закономерность охлаждения теплового пятна на движущейся ленте.

По результатам измерений мощности двигателей холостого хода привода конвейера предложено оценивать техническое состояние роликоопор конвейера, а также регулировать (в случае необходимости) изменения нагрузки при номинальном загружении и, таким образом, избежать перегрузки одного из них при тандемприводе.

Ключевые слова: ленточный, ленты, нагрев, заштыбованные, тепловое пятно - носитель информации.

THE SUMMARY

Piletsky V.G. The mine ribbon conveyors technical condition instrumental diagnosing substantiation - manuscript.

Thesis on competition of an engineering candidate scientific degree on a speciality 05.05.06 - " Mining machines ". National Mining University of Ukraine, Dnepropetrovsk, 1999.

The heating by a movable ribbon of a gumming, wedged, with increased resistance to rotation of angle and driving drums supporting roller brackets, and also heating of a ribbon at its monitoring stop with the purpose of obtaining on it of thermal spots and it transformation in the information carrier after launch . This information is read out by the special heat-sensitive sensors, which are included in the address recognition system of a heating source.

By measurements results of the drive idle running power the way of the conveyor roller-brackets condition evaluation and also the two-propulsion drive characteristics change for a capacity equalization at nominal loading is suggested.

Key word: the ribbon, sliding, heating, thermal spot - information carrier.

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Останнім часом у різних галузях промисловості для транспортування сипких вантажів широко застосовуються стрічкові конвеєри. Особливо велика їхня роль у гірничій промисловості, зокрема, - на вугільних шахтах. Сумарна протяжність конвеєрів у горизонтальних і похилих виробках вугільних шахт України досягає 2000 км. Працюють конвеєри з використанням високоміцниі стрічок завдовжки до 600-700 м, набирають поширення вітчизняні конвеєри типорозмірного ряду з поліпшеними експлуатаційними якостями.

Застосування конвеєрного транспорту на вугільних шахтах, зростання міцності стрічки і пов'язане з цим збільшення довжини, продуктивності конвеєрів та потужності приводів ставлять перед експлуатаційниками (службою забезпечення їх безперебійної роботи насамперед) низку нових актуальних завдань, що виникають у зв'язку із збільшенням натягу стрічки, тиску стрічки на барабани, опору переміщенню стрічки по роликах, заштибування нижніх та заклинювання верхніх роликоопор, потужності приводів, витрати електроенергії тощо. На особливому місці - завдання своєчасного вияву можливих причин виникнення несправностей на стрічкових конвеєрах.

За даними НДІГС, під час експлуатації стрічкових конвеєрів неполадки найчастіше спостерігаються на конвеєрному поставі (прогони або канати, роликоопори) та натяжних станціях і складають 83,2% від загальної кількості таких розладів, причому 46,3 % припадає на заклинювання та заштибування роликів, 26,3 % - на заштибування натяжних барабанів, 10,6 % - на перекоси і тертя стрічки об кріплення та опори. Вчасне виявлення неполадок ще на ранній стадії порушення технічного стану конвеєра - одне з основних вимог діагностування, значення якого зростає. Це дасть змогу вжити необхідних заходів відносно усунення всіляких пошкоджень, що погіршують технічний стан конвеєра, а також накреслити плани ремонтів, не допустити небажаних наслідків, тощо.

На жаль, сьогодні діагностування стану конвеєрів відбувається практично без інструментів, інтуїтивно, вручну, покладаючись на досвід обслуговуючого персоналу.

Дисертаційна робота присвячена розширенню можливостей інструментальної діагностики технічного стану стрічкових конвеєрів і тому - актуальна. На часі створення реальних передумов для формування методики інструментальної діагностики й основних параметрів тих засобів, що мають бути використані у виробництві.

Мета роботи:

а) дослідження процесу нагрівання стрічки, роликів, барабанів при заштибуванні, збільшенні опору обертанню, пробуксовуванні, для визначення вели-чин, що характеризують нагрівання, та можливості їх використання у діагностиці;

б) наукове аргументування застосування результатів вимірів потужності двигунів холостого ходу для діагностики.

Ідея роботи полягає у обгрунтуванні можливості використання температурних плям на стрічці, що утворилися під час контрольної зупинки і пуску конвеєра, а також результатів виміру потужності двигунів приводів як носіїв інформації для інструментального діагностування технічного стану стрічкового конвеєра.

Завдання дослідження:

* установити значення величин, що характеризують нагрівання верхнього заклиненого і нижнього заштибованого або заклиненого ролика, а також із збільшеним опором обертанню роликів під час тертя об них рухомої стрічки та при її пробуксовуванні на барабані;

* установити значення величин, що характеризують нагрівання стрічки об нагрітий ролик з її зупинкою, визначити форму, розміри і температуру теплової плями;

* визначити закономірність охолодження теплової плями на рухомій стрічці;

* розробити методику діагностування технічного стану конвеєра за результатами виміру потужностей двигунів привода на холостому ходу.

Методи дослідження:

аналітичний, що передбачає аналіз результатів чисельних рішень на ПЕОМ відомих задач теплопередачі за підготовленими автором вихідними да-ними, оцінку, порівняння, графічне зображення й опис результатів;

експериментальний, який зводиться до постановки та проведення експериментальних досліджень у лабораторних і шахтних умовах для порівняння ре-зультатів з отриманими при вирішенні задач аналітичним шляхом.

Основні наукові положення.

Тепловий потік від тертя ковзання під час руху холостої вітки конвеєрної стрічки по нижньому заштибованому вугільним штибом ролику нагріває його так, що температура поверхні в зоні ковзання збільшується із затухаючою з часом інтенсивністю і, залежно від ваги стрічки, що припадає на ролик, та її швидкості, через 30-60 хв стабілізується при величині 70-150°С.

Аналогічний процес відбувається і під час руху стрічки по верхньому заклиненому ролику, але через більші (в 2-3 рази) навантаження на ролик та інші умови охолодження - за 60-90 хв. Максимальна температура зростає пропорційно навантаженню на ролик (стрічка і вантаж) і може досягати 300-400°С. Ще вища температура можлива при заклинюванні відхиляючих барабанів або пробуксовуванні стрічки на приводних барабанах.

Рух стрічки по ролику, який має підвищений опір обертанню аж до самої зупинки, супроводжується нагріванням, причому максимальна усталена температура ролика не перевищує такої, як при заштибуванні або заклинюванні і, аналогічно попереднім випадкам, стає інформацією при інструментальному діагностуванні технічного стану конвеєра.

Контрольна (експозиційна) зупинка конвеєра на 5-7 хв. Достатня для нагрівання стрічки в місцях її дотику з нагрітими роликами або барабанами (створення теплових плям, тобто носіїв інформації) до максимальної температури, яка менше початкової на 5-10°С; при збільшенні часу експозиції температура стрічки і ролика зменшується з інтенсивністю, що залежить від величини по-чаткової температури і умов охолодження.

Після запуску конвеєра, якому передує контрольна (експозиційна) зупинка, теплові плями на стрічці охолоджуються завдяки навколишньому середовищу та від контактів з кожним наступним ненагрітим роликом, температура плям зменшується за експоненціним законом але протягом певного часу зберігається можливість вимірювати безконтактним або контактним датчиком їх інтенсивність та час руху його до датчика, що, з урахуванням швидкості стрічки, дає можливість спеціальною системою розпізнавання визначити адресу (місце положення) нагрітого ролика та ступінь нагрівання, максимальна довжина шляху пересування кожної теплової плями визначається величиною її початкової температури та швидкості стрічки.

Результати виміру потужності холостого ходу конвеєра з тандем приводом дозволяють прогнозувати розподіл потужності між приводами при номінальному навантаженні та розробляти заходи вирівнювання навантаження або визначати зменшену (граничну) продуктивність конвеєра, щоб уникати поломок двигунів. Аналогічні результати вимірів та їх порівняння при будь-якому приводі слугують інформацією для оцінки стану роликоопор конвеєра (опору обертанню роликів).

Наукова новизна отриманих результатів:

підсумки чисельних рішень на ПЕОМ відомих аналітичних виразів, що описують теплопередачу в заданих умовах шахти (результати подано у вигляді графіків, дано їхні описи для використання при діагностиці);

підсумки виконаних у лабораторних та шахтних умовах експериментів по встановленню температури обертового ролика з підвищеним опором обертанню, визначенню параметрів теплової плями на стрічці;

аналітична залежність зміни температури теплової плями на рухомій стрічці від її швидкості та довжини шляху пересування;

залежність для коригування розподілу потужностей двигунів, що працюють з номінальним навантаженням конвеєра за результатами вимірів потужностей на холостому ходу;

обгрунтування можливості та шляхів здійснення діагностики стрічкового конвеєра за допомогою інструментальних вимірів для встановлення його технічного стану.

Наукове і практичне значення отриманих результатів.

Наукове значення - у визначенні величин температури та її зміни (нагрівання) при неполадках на конвеєрі та в наочному зображенні у вигляді графіків і аналітичних залежностей суті та взаємозв'язку величин основних параметрів, що характеризують технічний стан елементів конвеєра і для користувача є вихідними при діагностиці.

Практичне значення: подання результатів дослідження у вигляді рекомендацій для використання при діагностиці та формуванні вимог до технічного завдання під час створення вимірювальної діагностичної апаратури, а також для застосування на практиці спеціалізованими налагоджувальними організаціями; подано напрямок з регулювання завантаження двигунів.

Вірогідність отриманих у роботі підсумків забезпечується коректним застосуванням виконаних раніше розв'язків рівнянь теплопередачі, доведених до вигляду, за якого можливе числове рішення на ПЕОМ, одержанням не суперечних один одному результатів чисельних вирішень, достатнім для практичних цілей збігом результатів розрахунків з виявленими під час експериментів.

Апробація результатів дисертації: основні положення роботи обговорені й одержали схвалення на засіданнях експертно-технічної ради ВАТ "Автоматгормаш" (м. Донецьк, 1997); АСУ Донецького державного технічного університету, 1997; у Науково-дослідному інституті гірничої механіки ім. М.М.Федорова НАН України (м. Київ, 1998); у лабораторії конвеєрного транспорту Дондіпровуглемашу (м. Донецьк, 1998); на засіданні техради тресту "Донецьквуглеавтоматика", 1997; на міжнародній конференції "Сучасні шляхи розвитку транспортних машин" у Національній гірничій академії України (м. Дніпропетровськ, 1997).

Особистий внесок здобувача полягає: у вдосконаленні технічного діагностування стану стрічкових конвеєрів через використання їх нагрітих тертям елементів; встановленні розрахунками та експериментами значень температур теплових плям на стрічці для оцінки можливості їх використання в інструментальному діагностуванні; в розробці методики використання результатів вимірів потужності двигунів тандем привода при холостому ході для регулювання розподілу їх загрузки.

Публікації. Основні положення і висновки дисертації опубліковані в 5 наукових працях, всі - у наукових фахових виданнях.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота загальним обсягом 154 с. складається з вступу, 4 розділів, висновків та 38 рисунків (104 стор.), а також списку літератури із 46 назв, 5 додатків.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

конвеєр двигун заштибований

У першому розділі стисло описаний досвід застосування стрічкових конвеєрів на вугільних шахтах України, відзначено зрослий рівень конвеєри-зації шахт, перераховані основні труднощі при експлуатації конвеєрів та причини їх виникнення. Виділено, що із зростанням потужності привода і довжини конвеєра підвищується питомий тиск стрічки на барабани, ролики, лінійну частину, збільшується імовірність аварійних ситуацій, які призводять до перевантажень електродвигунів та виникнення небезпечних теплових осередків. Наведені цифри НДІГС про пожежі та аварії за останні 10-15 років.

Особливу увагу звернено на низький рівень діагностування стану конвеєрів, що відбувається переважно візуально.

Одне з головних завдань діагностування технічного стану стрічкових конвеєрів - визначення наявності і місцезнаходження на поставі зіпсованих роликів, виявлення пробуксовування стрічки на приводних барабанах за допомогою носія інформації - теплової плями на стрічці та спеціальних датчиків.

Відомий внесок у вирішення проблеми діагностування зробили: О.І. Козлюк, Ю.М. Маркович, Г.Ф. Голдобін, В.В. Мамаєв, В.Л. Белявський, К.І.Лапін, А.Н. Лященко. Роботи цих авторів присвячені питанням підвищення пожежобезпеки шахтних конвеєрів, теоретичним та експериментальним дослідженням, нагрівання системи “стрічки - футерівка” приводного барабана, вивчення теплового процесу під час тертя стрічки об заклинений ролик. Незважаючи на значний обсяг наведених досліджень, залишаються невирішеними питання встановлення закономірностей нагрівання дефектних роликів, визначення тем-пературних полів на стрічці при її контакті з елементами конвеєра, а також (особливо) можливості використання нагрівання елементів для діагностики технічного стану пристрою.

Основи теорії та розрахунку стрічкових конвеєрів, використані в дисертації, викладені в роботах О.О. Співаковського, Л.Г. Шахмейстера, Б.О. Кузнецова, А.М. Вичигіна, В.Г. Дмитрієва.

Зараз кількісних ознак для інструментального контролю стану вузлів стрічкових конвеєрів недостатньо. Ця обставина не дозволяє визначати технічний стан устаткування і на цій базі будувати післяоглядову стратегію обслуговування та ремонту.

Аналіз причин, що викликають відмови і пожежі на стрічкових конвеєрах вугільних шахт, дають змогу зробити висновок про необхідність розробки та створення методів контролю й апаратури для діагностування стану елементів стрічкових конвеєрів. Зараз усе різноманіття операцій при обслуговуванні та ремонті підземних стрічкових конвеєрів базується на відносно невеликому переліку діагностичних дій щодо контролю стану елементів їх конструкції (таблиця 1). Включені 4 основні вузли стрічкових конвеєрів, технічний стан яких контролюється. Нині діагностування стану відбувається практично без будь-яких приладів або методик. Це підтверджує необхідність наукового підходу до питань розробки та застосування інструментальних методів вимірювання параметрів, що характеризуватиме технічний стан конвеєра, сприятиме підвищенню рівня обслуговування при експлуатації і, врешті, - дасть ефективніші результати під час транспортування вантажів на шахтах.

В работі наведені приклади застосування вітчизняних та закордонних пристроїв для різних локальних інструментальних вимірювань, які згодом можна використти в діагностиці, і дана оцінка перевагам та недолікам, через які ці пристрої досі не використані.

Головне завдання діагностування технічного стану конвеєра, що зформульовано в дисертації - визначення наявності дефектних (заштибованих, заклинених і обертових з великим опором) роликів та їхнє положення на поставі, а також існування інтенсивного пробуксовування стрічки на приводі і заштибування неведучих барабанів. Окреме завдання - використання для діагностики результатів вимірів потужності привода холостого ходу конвеєра.

Таблиця 1 Система діагностування технічного обслуговування шахтних стрічкових конвеєрів

Елемент конструкції конвеєра	Контрольований параметр, ознака, стан	Діючий пропонований спосіб контролю параметра, ознаки
Приводна станція	Пробуксовування приводних бара-банів (А) Температура редуктора двигуна підшипників, барабанів (Б) Витікання олії (Б) Рівень шуму, вібрації (А) Заштибування (Б)	Апаратура автоматизації (І) На дотик (І) Візуально Прилад контролю рівня шуму, вібрації Візуально (І)
Постав та підтримуючі ролики	Конструктивна цілісність (Б) Температура роликів (Б) Якість монтажу (Б) Наявність необертових роликів (Б)	Візуально Не контролюється (І) Візуально Візуально (І)
Натяжна станція	Зусилля натягу (В) Температура підшипників натяжного барабана (Б) Хід натяжного барабана (В) Заштибування (Б)	Динамометр (манометр) На дотик (І) Рулетка Апаратура автоматизації (І)
Стрічка	Геометричні розміри (Б) Температура (А) Схід поперечний (А) Пошкодження зовнішні (видимі)	Рулетка Не контролюється (І) Апаратура автоматизації Візуально

Примітка: 1. Періодичність контролю: А - постійно; Б - щозмінно; В - періодично; 2. Пропонований спосіб контролю: І - інструментальний контроль

Размещено на http://www.allbest.ru/

Другий розділ присвячений встановленню значення величин, що характеризують теплові поля і теплові потоки під час тертя стрічки об ролики та барабани. Відзначається, що при експлуатації стрічкових конвеєрів існують три основні причини виникнення небезпечних ситуацій: ковзання стрічки по нижньому заклиненому або заштибованому ролику, по верхньому заклиненому ролику, на приводному або ведених барабанах. В усіх випадках виділяється тепло, нагріваються елементи, що можна використовувати для діагностування. Обрана методика аналізу, яка базується на чисельному рішенні конкретних задач із застосуванням відомих теоретичних положень, висновків та алгоритмів у галузі теплообміну (теплопередачі). Числові рішення задач й графічні залежності на ПЕОМ взяті для аналізу, формулювання пропозицій при діагностиці. Використано виконане раніше рішення рівняння Фур'є, записаного для трьох середовищ (ролик, стрічка, штиб):

;; ; (1)

;; ; ; (2)

;; ; ; (3)

де - температура ролика, стрічки і штибу відповідно;

- циліндричні координати;

- час;

- питома температуропровідність матеріалів ролика, стрічки та вугільного штибу відповідно.

Зроблено низку звичайних припущень, визначены початкові та граничні умови, введені коефіцієнт тепловіддачі від поверхні ролика до повітря та питома теплопровідність ролика, стрічки та вугільного штибу відповідно.

Розрахунки виконано для роликів, розмір та маса яких відповідають застосовуваним тепер у вугільній промисловості при швидкостях руху стрічки і нормальному навантаженні на ролик за “Правилами експлуатації стрічкових і пластинчастих конвеєрів на вугільних та сланцевих шахтах”.

Побудовані графіки де ілюструються залежності, що характеризують розподіл температури за радіусом у системі "ролик - вугільний штиб" для різних значень часу з початку тертя, залежність температури поверхні ролика від кутової координати, зміна в часі найбільшої температури поверхні ролика (у місці дотику до стрічки) для різних навантажень швидкостей руху стрічки.

Як приклад, на рис. 1 зображена залежність зміни температури заштибованого ролика від часу при ковзанні по ньому стрічки з різними швидкостями руху якщо навантаження 2·104 Н/м2, а на рис. 2 - за різних навантажень.

Визначені величини, що характеризують нагрівання верхнього заклиненого ролика рухомою стрічкою і його охолодження із зупинкою. Аналогічно заштибованому ролику тут показано, що температура верхнього незаштибованого ролика (заклиненого) по його товщині практично однакова і помітно змінюється залежно від кутової координати. Процес нагрівання значною мірою визначається умовами теплообміну його поверхні із зовнішнім середовищем (повітрям).

За певного поєднання швидкості руху стрічки та навантаження, що часто буває в шахтах, температура заклиненого ролика досягає 300-400°С.

Залежно від стану вентиляції виробки умови теплообміну змінюються, що й проілюстровано на графіку рис. 3. Тут Ві - число Біо, яке показує співвідношення конвективного і кондуктивного процесів тепловіддачі. Очевидно, умови провітрювання значною мірою визначають процес охолодження (і нагрівання) роликів, а, отже, й утворення теплових плям на стрічці із зупинкою.

Істотне збільшення температури стрічки внаслідок її контакту з нагрітим роликом відбувається в шару завтовшки близько 5 мм, що дозволяє засто-совувати результати нагрівання і до гумотросових стрічок. На рис. 4 - картина зміни температури теплової плями на стрічці залежно від тривалості експозиції. Для одержання максимального теплового сигналу на стрічці час контрольної зупинки конвеєра (час експозиції) не перевищує 5-7 хв. За цей термін стрічка нагрівається до температури, на 5-10°С меншої початкової температури ролика і надалі розпочинається процес охолодження.

Інтенсивне виділення тепла відбувається при проковзуванні стрічки на відхильних і особливо приводних барабанах. Основні параметри, що визначають температуру нагрівання барабана і стрічки, - швидкість ковзання, натяг стрічки, коефіцієнт тертя, кут обхвату стрічкою барабана. Найбільш пожежонебезпечні - приводні станції з барабанами великих розмірів та кутами обхвату 180° і більше. Тут протягом 5-8 хв стрічка і барабан нагріваються до 300°С й вище. Оскільки на приводі можливе часткове (будь-якого ступеня) і повне пробуксовування, систему контролю нагрівання привода не треба пов'язувати із системою виявлення нагрівання роликів та відхильних барабанів, а здійснювати за ступенем ковзання і нагрівання барабана. Нагрівання ведених (натяжних) барабанів контролюється по теплових плямах на стрічці аналогічно нагріванню роликів.

Температура теплового сигналу на стрічці під час її руху зменшується за рахунок теплопередачі на роликах та в повітрі за законом, близьким до експоненціального.

Температура теплової плями на стрічці після проходження ролика змінюється за геометричною прогресією із знаменником .

Після переміщення на довжину L (прошовши N роликів )

,

де tо - початкова температура теплової плями;

- час контакту теплової плями рухомої стрічки, ;

lk - довжина контакту (розмір теплової плями по довжині стрічки);

- коефіцієнт, що залежить переважно від коефіцієнта теплопередачі в навколишнє середовище, при V=1,6-3,5 м/с; =0,15-0,31 хв-1;

k - коефіцієнт теплопередачі в зоні контакту стрічки з обертовим роликом, встановлений експериментально прокатуванням ролика тепловою плямою під час тиску стрічки на ролик, що відповідає вазі порожньої стрічки. Якщо lp - 1,5м, а V=1,5-3 м/с та діаметр ролика 89-159 мм, k=0,2-0,3 с-1;

lp - відстань між роликоопорами;

V - швидкість стрічки.

На рис. 5 зображений один з графіків залежності температури плями на стрічці від відстані між джерелом та приймачем.

Крім заклинених, заштибованих роликів та пробуксовування стрічки на барабанах, коли виділяється кількість тепла, здатного утворити на стрічці теплову пляму, одним із незадовільних вважається такий стан конвеєра, за якого опір роликів і ведених барабанів з різних причин помітно перевищує номінальний. Такий стан звичайно не визначається аварійним доти, поки потужність двигунів не досягне величин, вищих за номінальні, і вони не розпочнуть виходити з ладу. Для подібного стану характерне значне підвищення витрати енергії, збільшення натягу стрічки і потужності двигунів.

У третьому розділі наведені результати експериментів у лабораторних та шахтних умовах щодо вимірювання нагрівання ролика, коли його опір набуває величин (ступенями), більших за номінальні (розрахункові) - аж до заклинювання. Виготовлений спеціальний ролик, температура якого вимірювалася як у заклиненому, так і обертовому стані при різних опорах обертанню і зусиллях притиснення до нього стрічки. Показано можливість виміру температури теплових плям, утворених від роликів з підвищеним опором обертанню. Тут з'являються теплові плями з температурами, які можна виміряти, відповідно об-равши відстань між датчиками.

Порівняння результатів розрахункових та експериментальних температур поверхні роликів дає підставу вважати величини, отримані розрахун-ковим шляхом, достатньо переконливими для розробки рекомендацій інструментального діагностування.

У четвертому розділі обгрунтоване застосування результатів вимірів потужностей двигунів тандем привода привода конвеєра на холостому ходу для діагностування стану розподілу навантаження між двигунами, а також для оцінки опору руху стрічки по роликоопорах. Вимірювання потужності двигунів першого (за ходом стрічки) і другого барабанів N1 і N2 на незавантаженому конвеєрі дає можливість установити співвідношення розподілу загальної потужності й вирішити питання про вирівнювання навантажень. Для цього відомими способами змінюється характеристика одного з них (з більшою потужністю), робляться повторні виміри та необхідне доведення з тим, щоб за номінального навантаження привода розподілити потужності, як передбачено розрахунком.

Сумарна величина потужності на холостому ходу конвеєра дозволяє зробити висновок про ступінь погіршення стану роликоопор конвеєра і прийняти відповідні рішення щодо робіт по його обслуговуванню.

ВИСНОВКИ

Дисертаційна робота - завершене наукове дослідження з новим науковим обгрунтуванням експериментальних результатів, можливостей та шляхів застосування інструментальних способів діагностування стану стрічкових конвеєрів вугільних шахт, що має істотне значення для вдосконалювання методів технічного забезпечення їхньої роботи й ефективності транспортування сипких вантажів.

Загалом результати дослідження - досить суттєві для розвитку діагностування технічного стану стрічкових конвеєрів з допомогою інструментів, а не відчуттів людини.

Показано, що завдяки спеціальної системи вимірювання температури теплових плям на стрічці та потужності холостого ходу (інструментальне діагностування) можна виявляти передаварійний стан, планувати технічне обслуговування, вчасно вживати відповідних заходів й уникати аварій. Все це підвищує рівень обслуговування та імовірність безаварійної роботи.

Основні наукові результати, висновки та рекомендації:

Для режиму ковзання стрічки по нижнім заштибованим роликам подана (у графічному виді) картина зміни та визначені числові значення температур у різних точках системи “ролик-штиб” залежно від швидкості ковзання і навантаження на ролик. Встановлено, що за умов, які відповідають експлуатаційним, температура нижнього заштибованого ролика може досягати 150°С.

Визначена картина нагрівання верхнього заклиненого ролика під час ковзання по ньому стрічки, та встановлений ступінь впливу фізичних і технологічних параметрів на процес нагрівання ролика, показано, що при визначених значеннях швидкості ковзання та навантаженні тут можливе нагрівання до 300 - 400°С.

Для одержання на стрічці теплової плями з максимальною температурою тривалість контрольної зупинки конвеєра не повинна перевищувати 5-7 хв. За цей термін стрічка нагрівається до температури, на 5-10°С нижчої початкової температури ролика. Із збільшенням часу зупинки температура стрічки та ролика знижується за рахунок охолодження повітрям. Теплову пляму на стрічці після контрольного пуску конвеєра (стрічка - носій інформації) виявляють спеціальними датчиками і системою розпізнавання адреси джерела нагрівання.

Числове розв'язування задачі нагрівання для умов пробуксовування на приводі визначило нестаціонарне температурне поле під час тертя в системі “конвеєр - стрічка - приводний барабан” з урахуванням теплообміну його вільної поверхні з повітрям. Параметри, що визначають процес виділення і поширення тепла: швидкість обертання барабана, діаметр, натяг стрічки, передане тягове зусилля та кут обхвату стрічкою барабана. Найбільш пожежобезпечні - приводні станції з барабанами великих діаметрів і кутами обхвату понад 180°. Протягом 5-8 хв внаслідок ковзання стрічки по таких барабанах температура може доходити до 300°С і вище.

Система контролю нагрівання на приводі повинна вимірювати температуру барабана, а не стрічки. Нагрівання веденого барабана повинне контролювати по плямах на стрічці аналогічно нагріванню роликів.

Зменшення температури теплового сигналу на стрічці під час руху відбувається за законом, близьким до експоненціального. Запропоновано формулу та графіки для визначення температури теплової плями залежно від пройденої відстані (від кількості роликів, яких пляма торкалася під час руху). Для розробки чутливості датчика рекомендовано мати сигнал плями з температурою поверхні, на 4-5°С більшою за температуру навколишнього середовища зі швидкістю стрічки 3,15 м/с.

Частота встановлення датчиків на лінійній частині конвеєра (відстань між датчиками) визначається після налагодження “вихідної схеми розміщення” за результатами порівняння економічних показників, що враховують витрати на систему діагностики та її обслуговування.

У процесі експлуатації опір обертанню роликів поступово збільшується - аж до повної зупинки. Запропановано залежність, яка визначає умови зупинки. Показано, що й обертовий з великим опором ролик може нагріватися до температури, здатної відтворювати теплову пляму на стрічці.

Експериментально визначені форма та розміри теплової плями на стрічці, а також глибина нагрівання стрічки залежно від часу.

Запропонована методика, що дає можливість коригування характеристики приводної станції з двома двигунами за результатами вимірювання потуж-ності холостого ходу, щоб вирівняти навантаження між ними при номінальному завантаженні.

Запропонований спосіб оцінки стану роликоопор конвеєра за вимірами потужності холостого ходу.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ВИКЛАДЕНО В НАСТУПНИХ ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЯХ

1. Бычков В.И., Пилецкий В.Г., Белостоцкий Б.Х. Диагностирование технического состояния шахтных конвейерных линий // Уголь Украины. - 1992. - № 12. -С. 25-26.

2. Бычков В.И., Пилецкий В.Г., Белостоцкий Б.Х. Контроль технического состояния шахтных конвейеров по мощности холостого хода //Уголь Украины. -1993. -№ 11. -С. 17-18.

3. Бычков В.И., Пилецкий В.Г., Белостоцкий Б.Х. Диагностирование распределения нагрузки между двигателями привода ленточного конвейера //Уголь Украины. -1994. -№ 3. -С. 21-22.

4. Пилецкий В.Г. Исследование теплового сигнала на движущейся ленте конвейера после его остановки // Гірнича електромеханіка та автоматика Наук.-техн. зб. - 1999. -№ 2. -С. 45-47.

5. Трощило В.С., Пилецкий В.Г. Исследование нагрева ленты конвейера при пробуксовке приводного барабана // Гірнича електромеханіка та автоматика Наук.-техн. зб. - 1999.-№ 2. -С. 38-44.

Размещено на Allbest.ru