Содержание к диссертации
Введение
1. Аналитический обзор и постановка задач исследований 14
1.1. Направления развития комбайнового способа проведения подготовительных выработок 14
1.2. Конструкции исполнительных органов избирательного действия с тангенциальными шарошками 18
1.3. Основные кинематические и динамические закономерности турбулентных течений ньютоновских и неньютоновских жидкостей 35
1.4. Основные экспериментальные результаты исследования турбулентности 39
1.5. Коэффициент турбулентной вязкости 44
1.6. Методы диспергирования жидких и твердых примесей в потоке жидкости 52
Выводы 66
Цель и идея работы. Постановка задач исследований 69
2. Экспериментальные исследования разрушения горного массива шарошками при проведении подземных горных выработок 73
2.1. Характеристика объекта исследований и стендовое оборудование 73
2.2. Условия проведения экспериментов 76
2.3. Методические положения обработки результатов экспери ментов 85
2.4. Силовые и энергетические показатели, зависящие от конст руктивных и режимных параметров 91
2.5. Влияние прочностных свойств породы, конструктивных и режимных параметров на показатели процесса разрушения 106
2.6. Экспериментальные исследования процесса врезания испол нительного органа в массив Выводы 116
3. Выбор и обоснование рациональных конструктивных и кинематически параметров дискового шарошечного исполнительного органа 118
3.1. Выбор и обоснование рациональных параметров режущего диска и количества шарошек 118
3.2. Рациональные параметры процесса врезания исполнительного органа в массив 126
3.3. Основные геотехнические и геотехнологические положения разрушения горного массива шарошками 141
Выводы 142
4. Организаодонные, геотехнические и геотехнологические принципы изготовления и ремонта бурового оборудования 144
4.1. Системные организационные, геотехнические и геотехноло
гические принципы интеграции науки и производства в сфере
обслуживания горнодобывающих компаний 144
4.2. Принципы реструктуризации и диверсификации машино строительных заводов по производству бурового оборудования для горнодобывающих компаний 150
4.3. Принципы межотраслевой интеграции для повышения эффективности производства, эксплуатации и восстановления горно-шахтного оборудования 154
4.4. Принципы межрегиональной интеграции для повышения эффективности производства, эксплуатации и восстановления бурового оборудования 158
4.5. Основные научные и практические результаты исследовательских работ в области гидродинамики трубопроводов буровых комплексов 163
4.6. Принципы формирования базы данных по основным физико-механическим свойствам жидкостей, влияющим на гидродинамические свойства потоков суспензий и эмульсий в трубопроводах 166
4.7. Методические положения неразрушающего контроля и технической диагностики 173
Выводы 185
5. Физическое обоснование и расчетные параметры снижения сопротивления при течении жидкости в трубах 187
5.1. Базовые теоретические положения моделирования течения жидкостей 187
5.2. Физическая модель и математическое описание течения загрязненных жидкостей в трубопроводах 194
5.3. Оценка факторов, определяющих энергоемкость транспортирования загрязненных жидкостей по трубам 199
5.4. Уточнение математической модели сопротивления течению загрязненной жидкости в трубопроводах 204
5.5. Практические рекомендации по снижению сопротивления течению загрязненной жидкости в трубопроводах 205
Выводы 209
6. Математическое моделирование условий эксплуатации пластинчатых гидродинамических диспергаторов , 210
6.1. Постановка задачи для пластинчатых диспергаторов 210
6.2. Расчет собственных частот и форм колебаний пластины гидродинамического диспергатора 213
6.3. Моделирование гидродинамических процессов при обтекании пластинчатого излучателя 222
6.4. Метод суперпозиции форм колебаний (mode superposition) . 236
6.5. Методика и результаты вычислительных экспериментов 247
Выводы 257
7. Результаты технического совершенствования и внедрения оборудования для буровых комплесов 259
7.1. Гидродинамические диспергаторы 259
7.2. Шаровой затвор с встроенным кавитационным диспергатором 268
7.3. Установки для очистки и мойки бурового оборудования 272
7.4. Способ упрочнения длинномерных цилиндрических изделий.. 273
7.5. Методы оперативного контроля агрессивности жидкостей и эффективности ингибиторов коррозии 283
7.6. Технология повышения долговечности трубопроводов на основе использования диспергаторов типа ВГ 286
Выводы 290
Заключение 292
Список литературы
- Конструкции исполнительных органов избирательного действия с тангенциальными шарошками
- Условия проведения экспериментов
- Основные геотехнические и геотехнологические положения разрушения горного массива шарошками
- Принципы реструктуризации и диверсификации машино строительных заводов по производству бурового оборудования для горнодобывающих компаний
Введение к работе
Эволюцию современного мира невозможно представить без развития технологий воздействия на верхнюю часть литосферы. Техногенное воздействие на твердую оболочку Земли особенно сильно проявляется в ресурсодобывающих отраслях промышленности, где на относительно небольших территориях сконцентрировано значительное количество техники, производственных и непроизводственных фондов, транспортных средств. Но, в тоже время, очевидно, что развитие человеческого общества невозможно без взаимодействия с окружающей средой, а, следовательно, и воздействия на природу, без использования природных ресурсов. Люди преобразовывали, и будут преобразовывать природу. Поэтому одной из важнейших проблем стратегии управления качеством окружающей природной среды является проблема создания горных машин и технологического оборудования, обеспечивающих эффективность комплексного и экологически рационального воздействия на горные массивы. Экономическая эффективность и экологическая рациональность такого подхода к созданию технологического бурового оборудования и горнопроходческой техники в современных экономических условиях возможны только на основе разработки и внедрения новых организационно-технологических принципов изготовления и эксплуатации проходческих комбайнов, буровой техники и различных технических устройств и систем для восстановления нестандартного технологического оборудования.
Актуальность рассматриваемой проблемы подтверждается тем, что в современной России ресурсодобывающий комплекс, включающий отрасли промышленности добывающие минеральное сырье, жидкие и газообразные углеводороды, по-прежнему будет оставаться основой экономической стабильности в стране. При этом последние годы показали, что, например, угольная промышленность потребует серьезных мероприятий государст- венного масштаба на строительство новых шахт и разрезов, потому что доля природного газа как топлива на теплоэлектростанциях будет снижаться вследствие падения добычи. Мировая электроэнергетика в среднем на 43% основана на угле: в Европе - более 50%, в США - на 56%, в Китае - на 70%. В России его доля на теплоэлектростанциях сейчас составляет около 27%, а с учетом атомных и гидростанций - 18%.
Однако наряду с очевидной социально-экономической необходимостью перехода с газа на уголь, возникает техническая проблема создания проходческой техники, оборудованной шарошечными исполнительными органами, для проведения подготовительных выработок по твердым породам. В последнее время в практике отечественного и зарубежного машиностроения все более широкое распространение получает шарошечный инструмент, который по сравнению с резцовым инструментом обладает высокой стойкостью и работоспособностью.
Буровые технологические комплексы, также составляют один из важнейших видов горной техники и требуют разработки более совершенного оборудования для их восстановления и создания различных устройств, позволяющих продлить период их безремонтной эксплуатации. Но при транспортировании загрязненных жидкостей породными частицами при добыче минерального сырья возникает сложнейшая техническая проблема, которая состоит в необходимости снижения энергоемкости процесса транспортирования и износа трубопроводов. Промышленные трубопроводы в большинстве случаев подвергаются интенсивному абразивному износу, поскольку транспортируемые жидкости содержат взвешенные примеси, повышающие вязкость потока.
Таким образом, исследования посвященные разработке теоретических положений, позволяющих научно обосновать технические параметры машин и оборудования для разрушения горных пород шарошками и восстановления технологических буровых комплексов, являются актуальными
Диссертационная работа выполнялась в рамках тематических планов
Федеральной целевой программы «Интеграция», межрегиональных научно-технических программ «Прогноз» и «Экологически чистое горное производство».
Целью работы являлось установление новых и уточнение существующих закономерностей разрушения горных пород шарошками и диспергирования твердых примесей в жидкостях для создания новых исполнительных органов проходческих комбайнов и оборудования технического сервиса технологических буровых комплексов, внедрение которых обеспечит высокий экономический эффект и соблюдение экологических ограничений при добыче минерального сырья.
Идея работы заключается в том, что создание новых исполнительных органов проходческих комбайнов и технологического оборудования буровых комплексов, внедрение которых обеспечит повышение долговечности горной техники и соблюдение экологических ограничений при добыче минерального сырья, основывается на комплексных экспериментальных исследованиях режимов резания прочных пород шарошками и адекватных математических моделях гидродинамики и системного анализа, обосновывающих технологические решения и параметры машин и комплексов оборудования для разрушения крепких пород, позволивших разработать и внедрить новые технические устройства и организационно-технологических принципы.
Основные научные положения, сформулированные в работе, состоят в следующем: мощность, потребляемая двигателем шарошечного исполнительного органа, крутящий момент на выходном валу, усилие подачи стрелы комбайна, осевое усилие и удельная энергоемкость процесса разрушения зависят от контактной прочности породы, высота уступа, величины подачи инструмента, угла наклона и диаметра режущего диска при этом зависимо- сти результативных характеристик от факториальных признаков с достаточной для практики точностью можно представить в линейном виде; а дисковый шарошечный исполнительный орган должен оснащаться нечетным количеством режущего инструмента с минимально возможным диаметром шарошек, исходя из конструкции опорного узла и физико-технических свойств породы для снижения динамических нагрузок; q при врезании шарошечного исполнительного органа в породный массив режущий диск должен быть отклонен от продольной оси стрелы на 3 ... 6 для исключения контакта с забоем тыльных плоскостей шарошек при этом рациональные угловые скорости находятся в диапазоне от 0,004 до 0,025 рад/с соответственно, а увеличение угла наклона режущего диска и величины подачи инструмента приводит к возрастанию вариации удельной энергоемкости разрушения породы, крутящего момента, осевого и поперечного усилий подачи исполнительного органа в среднем на 22 %; кавитационное воздействие на загрязненные жидкости в трубопроводах приводит к тому, что при отношении начальной вязкости жидкости к произведению диаметра трубопровода на скорость потока равном 1, наблюдается равновесное состояние, соответствующее динамической вязкости, обеспечивающей наименьшее значение коэффициента сопротивления трения, а для условий, когда это отношение более 1, существуют такие сочетания отношения среднего времени движения жидкой частицы к периоду релаксации, при которых можно снизить энергоемкость транспортирования жидкости; а при моделировании автоколебаний пластины гидродинамического диспергатора, включающее совместное решение нестационарной гидродинамической задачи и упругих колебаний пластины, поведение жидкости описывается нестационарными уравнениями Навье-Стокса с учетом вязкости, записанными в консервативной форме, при этом исходными данными являются частота и форма собственных колебаний пластины, механиче- ские свойства материала пластины, физические характеристики жидкости, рабочее давление в рассматриваемом гидродинамическом объеме и расход жидкости. о современная парадигма производства горных машин в целом, а также разработки и внедрения, новых организационно-технологических принципов изготовления и ремонта нестандартного технологического бурового оборудования в частности, заключается в межотраслевой и межрегиональной интеграции науки и производства, которая, в свою очередь, должна базироваться на интеграции системы высшего образования, вузовской и академической науки;
Новизна теоретических положений: а научно обоснованы эксплуатационные параметры режущего диска шарошечного исполнительного органа для проходческих комбайнов и разработаны методические положения проектирования, отличающиеся тем, что обоснование н выбор конструктивных параметров основываются на комплексных стендовых испытаниях с учетом вариации удельной энергоемкости разрушения породы, крутящего момента, осевого и поперечного усилий подачи исполнительного органа; доказано, что плотность распределения показателей процесса разрушения горного массива шарошками подчиняется нормальному закону, а автокорреляционные функции описываются экспоненциально-косинусными зависимостями; а установлены закономерности возникновения напряжения в пластинах диспергатора излучательного типа при колебаниях пластин по из-гибным и крутильным формам, позволяющие научно обосновать конструктивные параметры пластин по критериям механической прочности; а установлены закономерности влияния кавитационного воздействия на загрязненные жидкости в трубопроводах, учитывающие динамику начальной вязкости жидкости после кавитационнои обработки, диаметр трубопровода, скорость потока, коэффициента сопротивления трения и период релаксации, при которых можно снизить энергоемкость транспортирования жидкости; а научно обосновано использование совместного решения нестационарной гидродинамической задачи и упругих колебаний пластины, где поведение жидкости описывается нестационарными уравнениями Навье-Стокса с учетом вязкости, записанными в консервативной форме при моделировании автоколебаний пластины гидродинамического диспергатора; а сформулированы теоретические положения структурированности научно-производственных подсистем, реализующих функциональные возможности гибкой организационно-технологической системы производства, ремонта, гарантийного и сервисного обслуживания проходческой техники и нестандартного бурового оборудования, отличающиеся тем, что обоснованы требования многоуровневой иерархии системы управления; а сформулирована и научно обоснована современная парадигма производства горных машин и оборудования, отличающаяся тем, что доказана реальная эффективность межотраслевой и межрегиональной интеграции науки и производства, которая базируется на интеграции системы высшего образования, вузовской и академической науки.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендации подтверждается: а корректной постановкой задач исследований, обоснованным использованием классических методов физической химии, математической физики, математической статистики и современных достижений вычислительной техники; а достаточно большим объемом лабораторных и вычислительных экспериментов, результаты которых свидетельствуют об адекватности разработанных моделей и обоснованности выводов и рекомендаций; а результатами опытно-промышленной апробации разработанных методик и положительными решениями государственной патентной экспертизу по заявленным техническим решениям; положительными результатами обширного внедрения в производство на машиностроительных заводах, обогатительных фабриках и горнодобывающих предприятиях разработанных технических средств и организационно-технологических схем.
Практическая значимость работы заключается в том, что были на практике реализованы новые направления повышения качества и технологического уровня производства, ремонта, гарантийного и сервисного обслуживания нестандартного бурового оборудования для решения перспективных задач развития конкретных производственных единиц на основе интеграции промышленности Уральского региона, вузовской и академической науки. Внедрен и действует интеграционный императив в развитии технологической базы ЗАО «ИЫОКАР» и ЗАО «НОиР» за счет создания региональных научно-производственных структур, в которых концентрируются для этого усилия институтов соответствующего профиля Российской академии наук, университетов Министерства образования Российской Федерации, ведущих горнодобывающих компаний России. Разработана и внедрена структура и функциональные принципы интеграции науки и производства в сфере обслуживания горнодобывающих и перерабатывающих предприятий Урала и Сибири. Разработаны и внедрены новые и усовершенствованы существующие технологий производства нестандартного бурового оборудования. Создано опытно-экспериментальное производство нестандартного оборудования для восстановления буровой техники. Организована эффективная система научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в экономических условиях переходного периода. Освоены производство и выпуск установки для очистки и мойки бурового оборудования; установки упрочнения резьбы насосно-компрессорных труб и штанг; комплекса оборудования для ремонта глубинных штанговых насосов, насосных штанг, насосно-компрессорных труб; новые технические средства по измерению прочности, неразрушающему радиационному и магнитному контролю насосно-компрессорных труб. Разработаны, внедрены и освоено производство, и выпуск гидродинамических устройств, воздействующих потоки загрязненной жидкости в трубопроводах. Реализация сформулированных концептуальных положений идеологии межотраслевой и межрегиональной интеграции науки и производства в сфере производства, ремонта, гарантийного и сервисного обслуживания нестандартного оборудования способствует устойчивому функционированию российских горнодобывающих компаний.
Реализация работы. Основные научные и практические результаты диссертационной работы внедрены на машиностроительных предприятиях, в научно-исследовательских и проектных организациях Уральского региона и Западной Сибири. Наиболее эффективное внедрение предлагаемых разработок осуществлено на крупнейшем машиностроительном комплексе России АК «Мотавилихинские заводы». Теоретические результаты и технические решения включены в базовые учебные курсы по проектированию горных машин и комплексов для студентов, обучающихся по направлению «Горное дело» и студентов, обучающихся но специальности «Охрана окружающей среды и рациональное природопользование», а также использованы при выполнении договорных и госбюджетных НИР в Тульском государственном университете.
Апробация работы. Научные положения и практические разработки диссертационной работы в целом и отдельные ее разделы докладывались и обсуждались на научных семинарах и конференциях кафедр горных машин и комплексов и геотехнологий ТулГУ (г.Тула, 1985-2003 гг.); ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава ТулГУ (1985-2003 гг.); Международных симпозиумах «Mining Environmental Pro- tection» (Югославия, г. Белград 2001 - 2003 г.г.), 2-й Международной конференции «Проблемы разработки месторождений полезных ископаемых и переработки отходов горной промышленности» (г. Тула, 2003 г.), 1-й Международной конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики (г. Тула 2003 г.); Международных конференциях по проблемам экологической и технологической безопасности (г. Санкт-Петербург 1997 - 2001 г.).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликованы I монография и 26 статей, получены 7 авторских свидетельств и 12 патентов.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения 7 глав, и заключения, изложенных на 294 страницах машинописного текста, содержит 71 иллюстрацию, 11 таблиц и список литературы из 208 наименований.
Автор диссертации выражает глубокую благодарность д.т.н., профессору Е.И. Захарову за постоянную поддержку и методическую помощь в проведении исследований, а также сотрудникам кафедры геотехнологий ТулГУ за совместную работу и ценные научные и методические советы при разработке рассматриваемой проблемы.
Конструкции исполнительных органов избирательного действия с тангенциальными шарошками
Попытки создания исполнительных органов, избирательного действия с тангенциальными шарошками имеют более чем 40-летнюю историю. Однако ни одна из них не привела к созданию серийного образца. Некоторые модели были доведены до стадии конструкторских разработок и экспериментальных образцов, другие существуют лишь в виде описаний к авторским свидетельствам.
Проанализируем некоторые причины подобного положения.
В 1963 - 64 гг. Донгипроуглемашем были проведены шахтные испытания исполнительного органа АПК-1 (рис. 1.1 а) [71], предназначенного для комбайна ПК-3. Этот орган включал пять шарошечных коронок 1, установленных на качающейся в вертикальной плоскости рукояти 2. Разрушение массива происходило по всей его площади снизу вверх или сверху вниз. В ходе исследований было установлено, что величина уступа ограничивалась 35 мм, так как при больших значениях комбайн терял устойчивость. Конструкция исполнительного органа имела ряд существенных недостатков: низкую мощность электродвигателя исполнительного органа для разрушения породного массива вследствие необходимости обработки забоя по всей площади; недостаточную массу комбайна для его устойчивой работы; большую динамику и вибрацию процесса разрушения как результат неудачной конструкции режущего органа. Перечисленные недостатки не позволили установить в ходе испытаний рациональные параметры инструмента и режимов разрушения. В 1972 году было получено авторское свидетельство на конструкцию исполни тельного органа, оснащенного шарошками [72] (рис. 1.1 б), оси которых пересекались в одной точке, расположенной на оси стрелы. Шарошки 3 были закреплены на осях 2, установленных в расточках планшайбы, которая, в свою очередь, монтировалась на приводном валу 1. Основным недостатком этого органа являлась невозможность врезания его в массив.
При обработке забоя тыльная сторона шарошек терлась о забой, что вызывало изменение геометрии инструмента и, следовательно, снижало эффективность разрушения.
Институтом ЦНИИПодземмаш был разработан исполнительный орган (рис. 1.2 а) оснащенный шарошками [73], оси которых имели дополнительный наклон (угол а к плоскости, проходящей вдоль оси таре-ли 2 в сторону, противоположную направлению вращения. Кроме того, режущие диски шарошек 3, были наклонены под острым углом р, необходимым для образования уступа 4 при осевой и боковой подачах разрушающего органа, а также для скола породы в сторону обнаженной поверхности забоя (считается, что двойной наклон инструмента обеспечит эффективное врезание его в забой при совместных осевой и боковой подачах исполнительного органа в массив).
Недостатком конструкции явилось сложное исполнение процесса врезания рабочего органа в массив, сопровождающееся повышенными динамичностью и вибрацией проходческой машины, вследствие чего последнюю отжимало от забоя. Институтом ВНИИрудмаш был создан исполнительный орган проходческого комбайна (рис. 1.2 б), на стреле которого устанавливалась планшайба 1 с дисковыми шарошками 2 [74]. Достоинством этого рабочего органа явилось устранение трения шарошек о забой за пределами линии резания, а недостатком сложная система изменена положения планшайбы с шарошками относительно стрелы комбайна.
В конструкции другого рабочего органа [75] предлагалась двухрядная фреза с дисковыми шарошками (рис. 1.3 а), которая представляла собой, конструкцию, в которой на режущей фрезе 1 устанавливались восемь тангенциальных шарошек 2 - по четыре в каждом ряду. Диаметры шарошек равнялись 140 и 180 мм, диаметр фрезы - 660 мм. Недостатком конструкции являлось наличие резцового забурника 3, а также незначительное количество шарошек в каждом ряду и большое расстояние между инструментами, что приводило к высокой динамичности процесса разрушения.
Исполнительный орган с "изгибающейся" стрелой конструкции ДонУГИ [76] устанавливался на проходческом комбайне в распор, на ходовой части (рис. 1.3 б). Рабочий орган, состоящий из породоразру-шающей головки 1 с шарошками 2, оснащался сменным буровым инструментом, включающим шнекоштанги 3 и резцовую коронку 4. Буровой инструмент подготавливал в массиве опережающую нишу для породной головки.
Недостатками исполнительного органа являлись наличие бурового инструмента, усложняющего конструкцию, и "изгибающейся" части стрелы, снижающей ее жесткость.
Исполнительный стреловидный орган, разработанный в Гипро-рудмаше [77], устанавливался на проходческом комбайне ПК-9р (рис. 1.4 а). Для врезания в забой конструкция стрелы 1 обеспечивала поворот режущего органа 2 в одной плоскости относительно продольной оси. Для врезания в другой плоскости рабочий орган поворачивался округ своей оси за счет дополнительного червячного редуктора 3. К недостаткам этой конструкции можно отнести увеличение длины стрелы в результате дополнительных передач для поворота и изгиба рабочего органа, что снижало ее жесткость и, как следствие, приводило к высокой динамике и вибрации в процессе работы.
Условия проведения экспериментов
На Скуратовском экспериментальном заводе на комбайновых стендах для проведения экспериментальных исследований выкладывались породные блоки, которые включали два типа горных пород - известняк и песчаник. Для изготовления блоков использовались природные камни размером 1,2x1,2x0,8м и проливались цементным раствором (цемент марки 400).
Камни известняка завозились из Рождественского и Хомяковского карьеров Тульской области, а песчаник - из Краснолученского карьера Ворошиловградской области. Физико-технические свойства горных пород представлены в табл.2.2. Испытания образцов известняка и песчаника на механическую прочность проводились в лаборатории механического разрушения гордых пород ИГД им. А.А. Скочинского и на комбайновом стенде ЦНИИПодземмаша. Контактная прочность определялась по методике Л.И. Барона - Л.Б. Глатмана [111, 112], абразивность -по методике Л.Б. Барона - А.В. Кузнецова [113].
В ходе проведения экспериментов фиксировались: скорость подачи исполнительного органа Vn, величина разрушаемого уступа 1-І, вели чина удельной подачи шарошки h, угол наклона режущего диска ар, диаметр режущего диска D, количество шарошек Z. Эти параметры являлись определяющими при изучении характера и величины нагрузок на исполнительном органе, мощности его привода, крутящего момента на выходном валу, удельных энергозатрат.
Для измерения и регистрации исследуемых параметров применялась регистрирующая аппаратура, включающая осциллограф Н-Г17, тензоусилители "ТОПАЗ" и ТА-5, трансформаторы тока и напряжения, преобразователь трехфазной мощности П-006, самопишущий трехфазный ваттметр Н-348, токосъемник ТРАК-12М, тензодатчики давления. Схема подключения аппаратуры представлена на рис. 2.2.
Мощность, потребляемая электродвигателем исполнительного органа, регистрировалась путем непрерывной записи в течение всего процесса разрушения забоя. Мгновенное значение мощности измерялось с помощью преобразователя трехфазной мощности типа П006, а запись мощности производилась гальванометром типа МО17-300 на осцилло-графическую ленту. Средняя мощность регистрировалась самопишущим ваттметром активной мощности типа Н348.
Измерение мощности параллельно двум шинам приборов давало более широкую информацию и создавало удобство контроля нагрузки, т.к. преобразователь П006 позволял фиксировать мгновенные значения мощности, которые нельзя получить при регистрации ваттметром вследствие большой инертности прибора.
В свою очередь запись ваттметра позволяла производить отсчет мощности и определять характер и изменение нагрузки, не прерывая опыта, что было невозможно при использовании только преобразователя.
Кривая мощности на осциллограмме записывалась со скоростью 100 мм/с. Это дало возможность при обработке с шагом квантования (считывания точек кривой), равным 1мм, фиксировать 6-8 точек на периоде высшей частоты реализации процесса.
Приборы (преобразователь и ваттметр) подключались через измерительные трансформаторы тока при коэффициенте трансформации, соответствующем току опрокидного момента данного электродвигателя, и трансформаторы напряжения при коэффициенте трансформации, соответствующем напряжению используемого прибора.
Фактическая величина активной мощности Na зарегистрированная самопишущим ваттметром, определялась по формуле N.-akw, (2.1) W где kw=—-kTkv ; (2.2) h a - амплитуда записи, мм; kw - коэффициент записи мощности, кВт/мм; W - предел измерения ваттметром, кВт; h - рабочая часть диаграммы, мм; кт - коэффициент трансформации по току; kv - коэффициент трансформации по напряжению. Фактическая величина активной мощности Na , зафиксированная на рабочих осциллограммах, устанавливалась при помощи тарировочно-го коэффициента, представляющего собой зависимость между измеряемой мощностью и амплитудой тока, записанного на осциллограмме с выхода преобразователя. Тарировка преобразователя выполнялась
при напряжении на зажимах прибора, соответствующего паспорту. Ток нагрузки, проходящей через прибор, принимал значения от I до 5 А.
По значениям измеренной мощности и амплитуде записи на осциллограмме определялась зависимость a = f(N). При этом тарировоч-ный коэффициент рассчитывался по формуле: где кт коэффициент трансформации по току; kv- коэффициент трансформации по напряжению; N - измеренная мощность, Вт; а -величина амплитуды на осциллограмме, мм. Усилия подачи при горизонтальных или вертикальных перемещениях стрелы, а также в процессе зарубки в массив определялись путем замера давления в соответствующих гидроцилиндрах и дальнейшего пересчета его значений через соотношения плеч механизмов подачи.
Давление в гидроцилиндрах измерялось тензоманометрами ТМ-200, устанавливаемыми непосредственно у штуцеров поршневой и што-ковой полостей. Измерение осуществлялось при помощи тензометриче-ского усилителя ТА-5 с регистрацией сигналов гальванометром типа М004-1.2 на осциллографической ленте. Фактическое значение давления в гидродомкратах определялось с помощью коэффициентов, получаемых при тарировании.
Тарировка тензоманометров осуществлялась путем создания грузовым манометром типа МП-60 в тензочувствительном элементе давления Р = 16 МПа. Контроль давления осуществлялся по образцовому манометру типа МО-І 6 МПа. Значение крутящего момента измерялось на выходном валу редуктора исполнительного органа.
Основные геотехнические и геотехнологические положения разрушения горного массива шарошками
Таким образом, в результате экспериментальных и теоретических исследований были сформулированы теоретические положения, новизна которых заключается в том, что обоснование и выбор конструктивных параметров основываются на комплексных стендовых испытаниях с учетом вариации удельной энергоемкости разрушения породы, крутящего момента, осевого и поперечного усилий подачи исполнительного органа. При этом доказано, что плотность распределения показателей процесса разрушения горного массива шарошками подчиняется нормальному закону, а автокорреляционные функции описываются экспоненциально-косинусными зависимостями.
Основные геотехнические и геотехнологические положения разрушения горного массива шарошками на исполнительных органах проходческих комбайнов нового технического уровня можно сформулировать следующим образом:
дисковый шарошечный исполнительный орган должен оснащаться нечетным количеством режущего инструмента с минимально возможным диаметром шарошек, исходя из конструкции опорного узла и физико-технических свойств породы для снижения динамических нагрузок;
режущий диск должен быть отклонен от продольной оси стрелы на 3...60 для исключения контакта с забоем тыльных плоскостей шарошек при этом рациональные угловые скорости находятся в диапазоне от 0,004 до 0,025 рад/с соответственно;
увеличение угла наклона режущего диска от 3 до 18 и величины подачи инструмента приводит к возрастанию вариации удельной энергоемкости разрушения породы, крутящего момента, осевого и поперечного усилий подачи исполнительного органа иа 20 %, а изменение высоты уступа от 20 до 80 мм и числа шарошек от 13 до 17 - вызывает уменьшение этих характеристик на 22 %, при этом плотность распределения показателей процесса подчиняется нормальному закону, а автокорреляционные функции описываются экспоненциально-косинусными зависимостями;
технологический процесс врезания дискового шарошечного исполнительного органа в массив должен происходить таким образом, чтобы исключался контакт с забоем тыльных плоскостей шарошек, а сам режущий диск должен быть отклонен от продольной оси стрелы а по 3 ...6 ;
на высоту уступа Н, образующегося в процессе врезания режущего диска в массив, наибольшее влияние оказывают скорость подачи телескопических гидроцилиндров V-r и угловая скорость со, при этом рациональные угловые скорости to, и 0 находятся в диапазоне 0,004...0,01 и 0,01...0,025 рад/с соответственно, а отношение со1 /Ь должно быть больше отношения ю0/ р в 1,1 ... 1,3 раза.
Выводы
1. В результате экспериментальных и теоретических исследований были сформулированы теоретические положения, новизна которых заключается в том, что обоснование и выбор конструктивных параметров основываются на комплексных стендовых испытаниях с учетом вариации удельной энергоемкости разрушения породы, крутящего момента, осевого и поперечного усилий подачи исполнительного органа.
2. Наибольшее влияние на размер диска оказывает диаметр инструмента, который в свою очередь, зависит от физико-технических свойств разрушаемых пород и режимных параметров.
3. Допустимая вариация крутящего момента, равная 0,49, что соответствует числу шарошек Z = 13, а при Z = 12 и 14 коэффициенты вариации соответственно равны 1,8 и 1,4, что позволяет сделать вывод о том, что минимальное количество шарошек Z должно быть равно 13.
4. На высоту уступа Н наибольшее влияние оказывают скорость подачи телескопических гидр о цилиндров VT И угловая скорость со,. Рациональные угловые скорости со, и со0 находятся в диапазоне 0,004...0,01 и 0,01...0,025 рад/с соответственно, а отношение ш.,/Ь должно быть больше отношения со0/р в 1,1 ... 1,3 раза.
5. Увеличение угла наклона режущего диска от 3 до 18 и величины подачи инструмента приводит к возрастанию вариации удельной энергоемкости разрушения породы, крутящего момента, осевого и поперечного усилий подачи исполнительного органа на 20 %, а изменение высоты уступа от 20 до 80 мм и числа шарошек от 13 до 17 - вызывает уменьшение этих характеристик на 22 %, при этом плотность распределения показателей процесса подчиняется нормальному закону, а автокорреляционные функции описываются экспоненциально-косинусными зависимостями.
Принципы реструктуризации и диверсификации машино строительных заводов по производству бурового оборудования для горнодобывающих компаний
При создании локальной базы данных необходимо решить следующие проблемы: 1) число месторождений твердых полезных ископаемых с запасами различных категорий в России велико, поэтому необходимо единое информационное пространство для горнодобывающих предприятий и гибкая классификация месторождений; 2) часто процедура сбора данных оказывается громоздкой, требуется ее упрощать; 3) методики агрегирования месторождений полезных ископаемых с запасами различных категорий вызывают порой слишком трудоемкие изменения в структуре функционирования вычислительных систем, поэтому необходима адаптация методик; 4) на горнодобывающих предприятиях еще недостаточно полно и точно учитываются динамика качественных показателей транспортируемых жидкостей, влияющих на энергоемкость транспортирования; 5) от локальных баз данных надо обеспечить получение данных, позволяющих сразу же подключать программы для расчета основных характеристик месторождений, а ие стремится накапливать информацию вообще.
Очевидно, что именно действующие горнодобывающие предприятия и определяют качество жидкостей, влияющее на энергоемкость их транспортирования по магистральным трубопроводам. Именно эти предприятия и должны в первую очередь быть задействованы в информационном контуре технологии анализа и прогноза состояния физико-химических свойств транспортируемых жидкостей. Предприятия, включенные в сеть должны поставлять оперативную информацию об основных характеристиках месторождений полезных ископаемых, отражающих динамику запасов различных категорий и контролируемых свойств транспортируемых жидкостей, в вычислительные узлы среднего уровня. В узлы верхнего уровня должна поступать обобщенная информация о динамике запасов полезных ископаемых и об их структуре одновременно.
Принципы создания и функционирования автоматизированной базы данных характеризуются сбором, хранением и использованием информации, зафиксированной в прошедшие моменты времени, т.е. носят статический характер. База данных представляет собой совокупность последовательностей информационных объектов, индивидуализированных по прошедшим моментам времени. В то же время большинство объектов отображаемых в базе данных, имеют динамический характер, требуют непосредственного учета временного фактора и повышения оперативности при актуализации хранимых данных (особенно для принятия оперативных управленческих решений).
Очевидно, что статическое отображение данных в базе данных само по себе (т.е. без применения каких-либо прогнозирующих средств) не обеспечивает возможности компенсации старения данных, а в случае применения соответствующих программ прогнозирования является нетехнологичным и может не отвечать требованиям оперативности.
Выход состоит в использовании наряду со статическим представлением информации динамического отображения в базе данных объектов и отношений предметной области и отображении в базе данных, где это необходимо, тенденции следования событий и фактов с необходимой степенью точности (с возможностью генерирования данных для требуемых моментов времени в прошедшем, настоящем и будущем).
Организация локальной автоматизированной базы данных предполагает проведение следующих работ: сбор и подготовка исходной информации, подлежащей хранению в автоматизированной базе данных; инициализация базы данных; подготовка обеспечивающих средств базы данных; ввода исходных данных. Результаты анализа структуры и функциональных схем различных СУБД свидетельствуют о том, что в качестве основы информационного обеспечения целесообразно принять БД реляционного типа. БД организована в виде совокупности файлов. В качестве СУБД выбран компонент популярнейшего пакета Microsoft Office - Microsoft Access 97. Такой выбор вызван, характером входной информации, а также наличием интегрированного в пакет мощного языка Visual Basic for Applications (VBA), позволяющего обрабатывать данные и создавать интерфейс пользователя. Кроме того, в MS Access включены такие «полезные» объекты, как Reports, позволяющие быстро создавать качественные отчеты.
Информационные системы по комплексной оценке сырьевых ресурсов территории субъекта федерации характеризуются, прежде всего, наличием очень большого количества входной информации, поступающей из разных мест. И хотя большая часть этой информации поступает в уже структурированном виде (в виде БД или электронных таблиц), требуется достаточно большая работа по обработке этой информации и получении на ее основе тех или иных характеристик, на основе которых уже можно делать дальнейший анализ. Другими словами поступающая информация обладает избыточностью, так как содержит индивидуальную информацию по каждому уникальному объекту, а для анализа требуется обобщенная (суммарная) информация по той или иной характеристике.
Поэтому при проектировании информационной структуры, в первую, очередь, необходимо реализовать возможность гибкой работы информационной системы (ИС), связанной с возможностью обработки большого количества входной информации. Под этим, прежде всего, понимается возможность расширения ИС новыми функциями по обработки входной информации или изменении существующих функций, не затрагивая при этом работу основных модулей ИС в целом. Другими словами, процедуры обработки входной информации не должны изменять структурную логику ИС.
Поэтому уже па начальном этапе требуется создавать двухуровневую структуру ПС, основу которой составляет ядро (БД, хранящая уже количественные унифицированные характеристики, а также процедуры по их дальнейшей обработке). Затем количество уровней должно наращиваться. Для взаимодействия с ядром ИС создается специальная таблица, содержащая названия количественных характеристик, а также правила получения этих характеристик из входной информации (внешний уровень) (рис. 4.1). Подобная структура организации ИС позволяет использовать не жестко фиксированную номенклатуру количественных характеристик, а иметь возможность гибкого выбора этих показателей, не затрагивая основные модули ядра ИС и структуру БД.
