Введение к работе
Актуальность работы. Все возрастающие объемы добычи полезных ископаемых открытым способом требуют применения высокопроизводительной экскаваторной техники, в частности карьерных экскаваторов.
Большая часть эксплуатируемого экскаваторного парка физически и морально устарела. Однако из-за экономических трудностей горные предприятия имеют ограниченные возможности для замены действующих типов на машины последних проектов. Поэтому основным, а зачастую, единственным способом улучшения технических характеристик экскаваторов и повышения их производительности, является модернизация.
Анализ выполненных к настоящему времени работ по модернизации карьерных экскаваторов показывает, что основные исследования направлены преимущественно на совершенствование структур управления главными электроприводами экскаватора с целью повышения его производительности, а также на решение вопросов энергосбережения, улучшения эргономики, удобства обслуживания и т.п. Вопросам же оценки возможного при этом снижения долговечности мехоборудования при переходе на новые быстродействующие системы управления электроприводами (СУЭП) не уделяется достаточного внимания. В то же время интенсификация работы (сокращение времени цикла) неминуемо приводит к повышению динамических нагрузок в механической части привода и снижению усталостной долговечности его деталей и узлов. Замена электрической части привода, без учета влияния изменения процессов в механической, может свести на нет саму идею модернизации.
Поэтому на момент принятия решения о модернизации необходима научно обоснованная методика оценки ресурса деталей и узлов для находящихся в эксплуатации экскаваторов, а на её основе – выбор рекомендаций организационного характера по технологии эксплуатации механической части и(или) конструктивная модификация отдельных деталей с целью минимизации экономических потерь от снижения их долговечностей.
Такая задача является актуальной и с научной, и с практической точки зрения.
Цель работы: повышение реальной эффективности модернизации одноковшовых экскаваторов.
Идея работы заключается в разработке способов и средств оценки изменения долговечности деталей в условиях повышенной интенсивности работы модернизированного экскаватора.
Научные положения
1. Колебания механических напряжений в деталях карьерного экскаватора, вызывающие их усталостный износ, обусловлены периодическими изменениями кинематических и упругих параметров венцового зацепления: переменностью мгновенных значений КПД, упругих жесткостей зубьев и их производных по углу поворота.
2. Модель кинетического накопления усталостного повреждения в деталях с существенно нерегулярным нагружением, свойственным карьерным экскаваторам, должна учитывать не только мгновенные значения текущей нагрузки, но и её производной по времени.
3. Оперативность расчета остаточного (после модернизации экскаватора) усталостного ресурса рассматриваемой детали достигается получением для неё в моделях со штатной и новой системой привода поворота уточненных нагрузочных диаграмм за один паспортный цикл экскавации и последующим подсчетом накапливаемой поврежденности многократной обработкой полученных диаграмм.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются теоретическими исследованиями с использованием методов классической механики, сопротивления материалов, теории упругости, теории усталостной прочности, результатами экспериментальных исследований и математического моделирования динамических процессов.
Научная новизна
1. Разработана математическая модель механизма поворота экскаватора, впервые совокупно учитывающая переменность параметров венцового зубчатого зацепления.
2. Впервые предложена и обоснована разновидность кинетического подхода к оценке усталостной долговечности оборудования экскаватора.
3. Разработана методика компьютерного анализа изменения ресурса деталей и узлов модернизируемых экскаваторов.
Научное значение работы
1. Разработанная математическая модель механизма поворота экскаватора позволяет рассчитывать дополнительные параметрические составляющие колебаний нагрузки в элементах конструкций экскаватора.
2. Предложенная разновидность кинетического подхода к оценке усталостной долговечности оборудования экскаватора работоспособна в условиях существенно нерегулярного нагружения натурных деталей.
3. Разработанная методика компьютерного анализа изменения ресурса деталей модернизируемых экскаваторов позволяет значительно ускорить соответствующие ей расчеты.
Практическое значение работы:
1. Предложенный подход к расчету усталостной долговечности деталей экскаваторов позволяет адекватно оценивать её в условиях существенно нерегулярного нагружения.
2. Разработанный анализатор ресурса позволяет оперативно осуществлять прогноз ресурса выбранных деталей экскаватора.
3. Предложенная методика учета результатов анализа минимизирует дополнительные расходы на обслуживание модернизированной машины.
4. Оценка реального вклада модернизации главных электроприводов экскаватора в общее повышение его производительности позволяет втрое уменьшить затраты на приобретение дополнительного оборудования.
Реализация выводов и рекомендаций работы. Разработанные рекомендации приняты к использованию в разработках НПК «Югцветметавтоматика».
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы и ее отдельные положения докладывались и обсуждались на международной конференции «Информационная математика, кибернетика, искусственный интеллект в информациологии» (Москва-Владикавказ, 1999г.), на Всероссийской научно-практической конференции «Перспективы развития горнодобывающего и металлургического комплексов России, посвящённой 70-летию СКГТУ (Владикавказ, 2002г.), на 2-ой Всероссийской научно-практической конференции «Горно-металлургический комплекс России: состояние, перспективы развития», (Владикавказ, 2003), на ежегодных научно-технических конференциях СКГМИ (ГТУ) 2005-2010 г.г., на расширенном заседании кафедры «Технологические машины и оборудование» СКГМИ (ГТУ), 2011 г.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 8 печатных работах, одна из них в издании, входящем в перечень ведущих рецензируемых журналов.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 134 страницах машинописного текста, включая 41 рисунок, перечень литературы из 109 наименований, таблицу и 2 приложения.
