Введение к работе
Актуальность работы. Железорудная промышленность является одной из ведущих отраслей, базирующихся на мощной минерально-сырьевой базе Курской магнитной аномалии (КМА). По подтвержденным запасам железистых кварцитов РФ занимает ведущее место в мире. Основные запасы железистых кварцитов в РФ в основном сосредоточены в районах со сложными горно-геологическими условиями.
Сегодня открытый способ разработки твердых полезных ископаемых неоспоримо превалирует как в мировой горной промышленности, так и в России и республиках постсоветского пространства.
В настоящее время российские производители не смогли предложить карьерные механические лопаты с вместимостью ковша более 15 м3 с опытом эксплуатации по добыче железных руд. Основу парка выемочно-погрузочных машин России составляют экскаваторы – ЭКГ–8И, ЭКГ–10 и их модификации производства ООО « ИЗ–КАРТЭКС им. П.Г. Коробкова », однако длительный опыт эксплуатации карьерных экскаваторов показал их недостаточно высокую производительность при выемке взорванных скальных пород (в основном железных руд). Это объясняется тем, что техническая производительность карьерного экскаватора при заданных его конструктивных и энергетических параметрах зависит не только от технологических, но и от динамических параметров рабочего оборудования, хотя стратегия ООО « ИЗ–КАРТЭКС им. П.Г. Коробкова» предусматривает переход к выпуску современных экскаваторов ЭКГ–12К, ЭКГ–20 и ЭКГ–30.
Поэтому разработка комплекса научно-технических мероприятий для обоснования и выбора рациональных динамических параметров рабочего оборудования карьерных экскаваторов, эксплуатирующихся в различных горнотехнических условиях в зависимости от их конструктивных, кинематических, силовых характеристик, является актуальной научной задачей.
Целью работы является установление закономерностей формирования динамических параметров рабочего оборудования карьерных экскаваторов, эксплуатирующихся в различных горнотехнических условиях, в зависимости от их конструктивных, кинематических, силовых характеристик.
Идея работы заключается в минимизации коэффициента динамичности рабоче -
го оборудования карьерного экскаватора за счет оснащения упругодемпфирующим
устройством одного из его механизмов.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
минимальный уровень статического нагружения (P min, Pn min, ) рабочего оборудования в процессе отработки экскаватором породного уступа может быть достигнут только при оптимальных параметрах кардиоидальной траектории движения (max, min, t0 ) и конструкции вооружения ковша экскаватора (1= const);
минимальный уровень динамического нагружения (kд min) рабочего оборудования экскаватора в процессе отработки породного уступа может быть достигнут путем оснащения одного из его приводов упругодемпфирующим устройством – пневматической шиной с минимально возможной жесткостью (СУДУ(y0+y) min) при зарядном давлении p0, обеспечивающем заданную величину начального прогиба шины y0;
многопараметрическая имитационная модель определения уровня удельной технической производительности экскаватора (система совместных нелинейных алгебраических уравнений), отличающаяся учетом влияния конструктивных (E,H, r, r1, L, b, B,D, Н, kk), кинематических (П, Н, пл, з), силовых (,, NП, NН , NПов ,kI ,kг, kп) , жесткостных ( скi(H), сУДУ, кi, кi ), диссипативных (i, i ,УДУ) и инерциальных (I(), Iд ,Ij) динамических параметров экскаватора , работающего в забоях с различными технологическими и прочностными характеристиками ( , П, kр , a1).
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций базируются на применении современных научных методов исследований, включающих аналитические исследования с использованием фундаментальных положений: теоретической механики твердого тела, жидкости и газа; теории колебаний механических систем; математического моделирования; системного анализа процесса нагружения приводов рабочего оборудования карьерных экскаваторов. Относительная ошибка результатов математического моделирования составила по амплитуде 8 %, по частоте 0,5%.
Научное значение работы заключается в установлении закономерностей:
изменения параметров процесса взаимодействия ковша с породой с учетом коэффициента динамичности рабочего оборудования карьерного экскаватора;
изменения уровня удельной технической производительности карьерного экскаватора от физико-механических свойств породы, технологических, энергетиче-
ских, конструктивных и динамических параметров его рабочего оборудования.
Практическое значение исследования состоит в разработке методики и про -
граммного обеспечения для моделирования и расчета рациональных динамических параметров рабочего оборудования карьерных экскаваторов.
Реализация выводов и рекомендаций работы.
Основные результаты диссертационной работы нашли применение в плановых проектно-конструкторских разработках ООО «ИЗ–КАРТЭКС им. П.Г. Коробкова» на 2012-2014 гг. по совершенствованию существующих и созданию инновационных конструкций рабочего оборудования карьерных экскаваторов и использованы:
в технических требованиях на модернизацию рабочего оборудования карьерного экскаватора ЭКГ–10 (производства «ИЗ – КАРТЭКС им. П.Г. Коробкова»), находящегося в эксплуатации на железорудном карьере ОАО «Стойленский ГОК»;
в методике статического и динамического расчета рабочего оборудования карьерных экскаваторов, оснащенных упругодемпфирующим устройством с регулируемыми жесткостью и демпфированием;
в программном обеспечении для моделирования динамических характеристик рабочего оборудования карьерных экскаваторов с упругодемпфирующим устройством.
Научная новизна и личный вклад автора состоят:
в установлении кинематических особенностей рабочего процесса экскаватора с рабочим оборудованием «прямая напорная лопата» и в обосновании оптимальных параметров траектории движения и конструкции вооружения ковша экскаватора;
в разработке математического аналога пневматического упругодемпфирующего устройства механизмов карьерных экскаваторов;
в моделировании процесса взаимодействия ковша карьерного экскаватора с поро-
дой при отработке породного уступа в зависимости от прочности породы, конструктивных и кинематических параметров рабочего оборудования, а также силовых, жесткостных, диссипативных и инерциальных динамических параметров приводов экскаватора.
Апробация работы. Основные положения и содержание работы были доложены и обсуждены на Международных научных симпозиумах «Неделя горняка» в 2008, 2009, 2010, 2011, 2012 гг. (г. Москва, МГГУ); XIII, XIV и XV Международных экологических конференциях студентов и молодых ученых «Горное дело и окружающая среда. Инновационные и высокие технологии XXI века» - 2009, 2010, 2011 гг. (г. Москва, МГГУ); Международной научно-технической конференции «Современные техника и технологии горно-металлургической отрасли и пути их развития» - 2010 г., (Республика Узбекистан, Навои); XIV Международной конференции «Технология, оборудование и сырьевая база горных предприятий промышленности строительных материалов» - 2010 г (г. Москва, МГГУ).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ, две из них в изданиях, входящих в перечень ведущих рецензируемых журналов.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения и списка использованных источников информации из 107 наименований и включает 30 рисунков и 18 таблиц.
Автор выражает благодарность всем сотрудникам кафедры «Горные машины и оборудование» Московского государственного горного университета за поддержку и участие, особенно профессорам Подэрни Р.Ю., Замышляеву В.Ф. и доценту Сандалову В.Ф. за методическую помощь при работе над диссертацией.
