Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И 3ДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 14
1.1. О стойкости подъёмных канатов на глубоких шахтах 14-
1.2. Преимущества и недостатки канатов с металлическим сердечником 19
1.3. Влияние эксплуатационных факторов на срок службы канатов 22
1.4. Анализ причин, обуславливающих снятие и замену подъёмных канатов 33
1.5. Краткие выводы и постановка задачи исследований 38
2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ УСИЛИЙ В ЭЛЕМЕНТЯ ПОДЪЁМНЫХ КАНАТОВ С МЕТАЛЛИЧЕСКИМ СЕРДЕЧНИКОМ 40
2.1. Расчёт подъёмных канатов глубоких шахт с учётом нелинейности их деформаций ... 41
2.2. Внутренняя нагрузка в прямом канате 47
2.2.1. Линейный нормальный контакт проволок между слоями каната 47
2.2.2. Точечный контакт проволок между слоями каната 51
2.3. О работе подъёмных канатов с металлическим сердечником на глубоких шахтах 54
2.3.1. Блок-схема алгоритма расчёта деформаций в подъёмных канатах с металлическим сердечником и работа с программой 58
2.4. Кручение отвесной части каната в процессе спуско-подъёмных операций на барабанном подъёме 63
2.5. Напряженное состояние шахтного подъёмного каната при внецентренном растяжении и причины структурных дефектов 71
Выводы 79
3. ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ УСИЛИЙ В ЭЛЕМЕНТАХ КАНАТА С МЕТАЛЛИЧЕСКИМ СЕРДЕЧНИКОМ 81
3.1. Методы определения усилий в элементах каната 81
3.2. Машина для изготовления модельных образцов канатов с металлическим сердечником 83
3.3. Основы моделирования канатов методом прямого электротензометрирования 89
Исследования модельных образцов каната с металлическим сердечником 94
3.5. Исследования по определению внецентренного растяжения канатов 103
Выводы 105
4. ИССЛЕДОВАНИЕ КРУЧЕНИЯ КАНАТОВ НА БАРАБАННОМ ПОДЪЁМЕ.. 107
4.1. Кручение канатов на подъёмах глубоких шахт... 107
4.2. Исследование кручения канатов в лабораторных условиях на модельной установке 112
4.3. Прибор для замера деформаций шахтных подъёмных канатов в производственных условиях 119
4.4. Методика замера деформаций кручения подъёмных канатов в производственных условиях 125
4.5. Результаты экспериментальных исследований по кручению шахтных подъёмных канатов 129
4.6. Влияние кручения отвесной части подъёмных канатов на их стойкость 142
4.7. Характерные причины разрушений и дефектов в канатах с металлическим сердечником 146
4.8. Изменение параметров свивки канатов с металлическим сердечником в процессе эксплуатации 151
Выводы 159
5. ОПЫГНО-ПРОМЫНЛЕННАЯ ПРОВЕРКА РАЗРАБОТАННЫХ! РЕКОМЕНДАЦИЙ 161
5.1. Анализ полученных уравнений и выбор рациональных конструкций и параметров свивки подъёмных канатов с металлическим сердечником для барабанного подъёма 161
5.2. Рекомендации по применению способа браковки шахтных подъёмных канатов по их деформациям 164
5.3. Внедрение результатов работы 173
"Выводы 174
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 175
ЛИТЕРАТУРА 178
ПРИЛОЖЕНИЯ со 190 по 217.
Введение к работе
В " Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года " [і], утвержденных ХХУІ съездом КПСС, предусмотрено дальнейшее развитие горнорудной и угольной промышленности. Так, к концу одиннадцатой пятилетки намечено довести годовую добычу угля до 770-800 млн.тонн, соответственно возрастает добыча руд черных и цветных металлов.
В связи с возрастающими требованиями охраны окружающей среды [2] , особое внимание уделяется освоению месторождений полезных ископаемых подземным способом.
Поставленные задачи, в основном, решаются за счёт повышения производительности труда и интенсификации производства, на основе всестороннего использования достижений науки и техники, повышения качества и надёжности оборудования, уменьшения металлоёмкости, энергопотребления и снижения стоимости работ на единицу выпускаемой продукции.
В горнодобывающей промышленности эти положения реализуются, в основном, за счёт создания крупных высокопроизводительных шахт и рудников.
Среди важнейших звеньев в общем комплексе добычи полезных ископаемых необходимо иметь в виду шахтный подъём и его ответственнейший элемент - подъёмный канат, роль которого еще более возрастает в связи с разработкой глубоких горизонтов, увеличением грузоподъёмности и скорости движения подъёмных сосудов. От подъёмного каната во многом зависит бесперебойная работа шахт и безопасность спуска и подъёма людей.
Наиболее крупным потребителем стальных канатов в народ ном хозяйстве страны является угольная и горнорудная промышленность. Несмотря на то, что выпуск шахтных подъёмных канатов год от года и возрастает, однако потребность в канатах горных предприятий удовлетворяется не полностью pf5 .
Дефицит стальных подъёмных канатов приводит иной раз к отсутствию резервных канатов на некоторых грузолюдских установках, вопреки требованиям § 362 Правил технической эксплуатации угольных и сланцевых шахтах fell. Большие затраты, связанные с частой заменой канатов и, следовательно, простои шахт делают весьма актуальной проблему уменьшения расхода канатов и повышения их эксплуатационной стойкости и надёжности.
Отечественными канатными заводами, многими научно-исследовательскими институтами и кафедрами ВУЗов совместно с ВНИЙ-Метизом, постоянно проводится большая работа по совершенствованию конструкций и технологии производства стальных канатов.
В 1980 году еще раз были пересмотрены ГОСТы на стальные канаты, разработаны новые совершенные их конструкции. Ряд конструкций канатов получил Государственный знак качества.
Вместе с тем, несмотря на достигнутые успехи в конструировании рудничных подъёмных канатов и технологии их изготовления, опыт эксплуатации показывает, что работоспособность применяемых в настоящее время канатов на подъёмных установках большой глубины ( более 500 метров ) колеблется в весьма широких пределах ( от 140 до 550 дней ), то есть остается невысокой, что, естественно, снижает их эффективное использование [з4-37, 54, 69, 72, 73, 74] .
Нередки случаи браковки руцничных подъёмных канатов в первые месяцы их эксплуатации по причинам структурных изменений. Это приводит к большим, как экономическим, так и трудо вым затратам.
Учитывая большую потребность угольной и горнорудной промышленности в стальных канатах и сравнительно малый срок их службы, следует считать вопрос повышения их работоспособности актуальной народнохозяйственной проблемой, требующей разрешения.
Вопрос снижения работоспособности подъёмных канатов за счёт кручения при эксплуатации на установках со шкивами трения был исследован рядом авторов 4-6, 14, 16, 26, 29, 38 . Имеются работы и о влиянии на стойкость канатов их кручения на участке струны под действием углов девиации и винтовой навивки на барабан подъёмной машины 24, 25, 41, 44 .
Однако, вопрос кручения подъёмных канатов на их отвесной части на установках с барабанными машинами исследован не в полной мере. Недостаточно изучен и вопрос о влиянии кручения на напряженное состояние канатов с металлическим сердечником.
Очень ограничено число работ, касающихся распределения нагрузки между элементами рудничного каната при его кручении под действием собственного веса.
В диссертационной работе впервые выполнены теоретические и экспериментальные исследования по распределению усилий в элементах каната под действием эксцентрично приложенной концевой нагрузки собственного веса с учётом изгибной жёсткости элементов и нелинейности изменения параметров свивки, а также проведены экспериментальные исследования по замеру деформаций кручения и удлинения подъёмных канатов в условиях эксплуатации. Комплекс этих исследований позволил разработать ряд конкретных мероприятий по конструированию и технологии изготовления канатов с повышенным техническим ресурсом, а также рекомендации по новому способу браковки подъемных канатов.
По результатам исследования разработана методика расчета параметров свивки рудничных канатов ТЛК-РО 6x36 ( 1+7+ +7/7+14 ) + 7x7 ( 1+6 ) и технология их производства. Изготовлен опытный образец каната ( 19,5 тонн ) по БТК 213-83 повышенной прочности и роботоспособности, который внедрен на Запорожском железорудном комбинате.
На шахте " Майская " П.О. " Ростовуголь " проверен и внедрен новый способ браковки рудничных подъемных канатов, заключающийся в сравнении деформации кручения нового и изношенного каната.
Работа выполнена на кафедре " Подъемно-транспортные машины и оборудование " Новочеркасского политехнического института и является частью комплексной программы Минвуза РСФСР " Охрана и рациональное использование земных недр " (письмо Ж) 11-36-246/05-04 от 23.02.81 г, приказа Минвуза РСФСР № 599 от 15.10.81 г.).
ЦЕЛЬ РАБОТЫ - повышение стойкости шахтных подъемных канатов с металлическим сердечником и безопасности их эксплуата -ции.
ОСНОВНАЯ ИДЕЯ заключается в снижении влияния внецент-ренного приложения концевой нагрузки на стойкость канатов с металлическигл сердечником за счет подбора рациональных параметров и технологии их изготовления, а также увеличении безопасной эксплуатации канатов за счет получения оперативной информации о их состоянии.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Основные положения изложенные и защищаемые в работе, выводы и рекомендации базируются на законах классической механики и механики твердого тела, методах дифференциальной геометрии, результатах теоретических и экспериментальных исследовании с применением методов математического и физического моделирования, математической статистики, тензометрирования, лабораторных и промышленных испытаний, обработки полученных данных с применением ЭЦВМ.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА :
- получены аналитические выражения деформаций и напряжении шахтного подъемного каната с учетом изменения по его длине физико-механических свойств и внецентренного приложения растягивающей нагрузки ;
- разработан алгоритм и программа расчета шахтных подъемных канатов с металлическим сердечником с проверкой на совместность работы его элементов ;
- предложена конструкция и технология изготовления каната с рациональными параметрами свивки, при которых достигается условие равенства напряжений в металлическом сердечнике и его прядях ;
проведены экспериментальные исследования в производственных условиях по определению крутильных деформаций шахт - ных подъемных канатов ;
- установлено, что основной причиной снижающих стойкость шахтных подъемных канатов является циклическое кручение, вызванное внецентренным приложением концевой нагрузки ;
- разработан способ браковки шахтных подъемных канатов подъемных канатов в условиях эксплуатации и методики проведения эксперимента ;
- создании, разработке и внедрении нового способа браковки шахтных подъемных канатов.
РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ :
- технология производства канатов ТЛК-РО 6x36 ( 1+7+ 7/7 + 14 ) + 7x7 ( 1+6 ) по ВТК 213-83 с переменными параметрами свивки сердечника внедрена на Волгоградском стале-проволочноканатном заводе ;
- конструкция каната с переменными параметрами свивки и методика их навески, обтяжки и эксплуатации внедрена на шахте " Эксплуатационная " Запорожского железорудного комбината ;
- методика выбора конструкций подъемных канатов обладающих максшлальным сроком службы для определенных условий эксплуатации внедрена на шахте " Майская " П.О.
" Ростовуголь " ;
- новый способ браковки подъемных канатов опробован и внедрен на шахте " Майская " П.О. " Ростовуголь ".
ДОСТОВЕРНОСТЬ НАУЧНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ, ВЫВОДОВ И РЕКОМЕНДАЦИЙ обоснована применением апробированных современных методов исследований и аппаратуры, обширным статистическим материалом, сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, проверкой разработанных рекомендаций и мероприятий в производственных условиях и их внедрением. по анализу деформаций кручения, защищенный авторским свидетельством.
В ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ ЗАЩИЩАЕТСЯ :
- аналитические выражения деформаций и напряжений шахтного подъемного каната с учетом изменения по его длине физико-механических свойств и внецентренного приложения растягивающей нагрузки ;
- конструкция и технология производства шахтного подъемного каната с переменными параметрами свивки металлического сердечника ;
- методика проведения и результаты производственных испытаний по замеру крутильных деформаций шахтных подъемных канатов ;
- способ браковки шахтных подъемных канатов по анализу деформаций кручения.
ПРАІШІЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ ЗАКЛЮЧАЕТСЯ В :
- рекомендациях по конструированию и выбору рациональных параметров свивки подъемных канатов с металлическим сердечником для глубоких шахт с повышенным техническим ресурсом ;
- создании и изготовлении модели канатовьющей машины с узлами и механизмами, повышающими качество изделий, защищенными 4 авторскими свидетельствами ;
- создании, разработке и внедрении новой конструкции малокрутящегося подъемного каната с переменными параметрами свивки металлического сердечника для барабанного подъема;
- разработке и внедрении прибора для замера деформаций
АПРОБАЦІЯ РАБОТЫ. Основное содержание диссертационной работы докладывалось и получило одобрение на научных семинарах Северо-Кавказского научного центра высшей школы "Механизация и автоматизация горных работ " ( Новочеркасск, 1980 - 1983 гг. ), на научно-технических конференциях молодых ученых и специалистов НПИ ( Новочеркасск, 1982 - 1984 гг. ), на региональном научно-техническом семинаре по проблеме " Повышение надежности, эффективности эксплуатации и механизации транспортного оборудования и систем " ( Ростов, 1983 г.), на научно-техническом совете Запорожского железорудного комбината ( г. Днепрорудный, 1984 г. ), на научно-техническом совете Волгоградского сталепроволочноканатного завода. ( г. Волгоград, 1984 г. ), на научно-техническом совете П.О. " Ростовуголь ".
ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертационной работы опубликовано 15 работ, из них 4 статьи по результатам теоретических и экспериментальных исследований, 3 авторских свидетельства и 8 положительных решений о выдаче авторских свидетельств.
Модель канатовьющей машины, разработанная автором,, экспонировалась на всесоюзной выставке - ярмарке, проведенной газетой " Комсомольская правда " ( Новочеркасск, 1984 г. ).
ОБЪЕМ РАБОТЫ . диссертационная работа состоит из введения, пяти глав , заключения и содержит 130 страниц машинописного текста, 52 рисунка, 14 таблиц список литературы из 99 найменований и приложение, включающее документы, подтверждающие внедрение результатов диссертационной работы в производство.
Автор выражает благодарность к.т.н. Жальфину М.Н. за внимание к работе и научные консультации.
