Введение к работе
Актуальность работы. Современные обогатительные фабрики (ОФ) характеризуются большой мощностью потоков перерабатываемого сырья, функциональной взаимосвязью технологических машин и аппаратов, значительной стоимостью одного часа простоя технологических линий.
Оборудование ОФ представлено различными дробилками, мельницами, грохотами, насосами; сепараторами, центрифугами, конвейерами, питателями и другими машинами.
Все оборудование характеризуется широкой номенклатурой по мощности, исполнению, сроку службы, надежности, стоимости, сложности технического обслуживания и ремонта. При отказе в работе какого-либо механизма секции последняя или останавливается (в 40% случаев отказа оборудования), или продолжает работать (в 60% случаев отказа), но уже с измененной производительностью. При этом резко меняется режим их работы, нарушается технологический процесс, ухудшается качество продукции.
Анализ надежности работы дробилок, конвейеров, питателей, насосов, грохотов, сепараторов показал, что конвейеры являются наиболее слабым звеном в технологической цепи. Так доля конвейеров в общем количестве простоев на Сафроновской ОФ АО "Востсибуголь" составила 55%. По годам этот показатель колеблется от 45 до 75%.
: Анализ режимов работы рассматриваемых механизмов показал, что они работают с производительностью меньшей паспортной. Средний коэффициент загрузки механизмов лежит в пределах: дробилки - 0,44; конвейеры - 0,55; вентиляторы, дымососы, компрессорьґ -0,66; насосы -0,74; грохоты-0,61.
Наличие запаса мощности двигателей определяет повышенные нагрузки, формируемые приводом при пуске механизма. Динамическая составляющая этих нагрузок оказывается значительной при пусках вхолостую, либо с небольшими нагрузками. Динамическая нагруженность возникает во всех элементах кинематической цепи механизма, что снижает его надежность.
Характерной особенностью рассматриваемых механизмов является наличие в кинематических цепях зубчатых зацеплений, упругих связей, которые определяют возникновение дополнительной динамической нагруженное. . Неблагоприятная механическая характеристика1 асинхронных приводных двигателей также сказывается на формирований высокого уровня динамических нагрузок.
Выше перечисленные факторы являются причиной частых поломок, усталостного износа механизмов. Это указывает на необходимость направленного формирования (управления) динамической нагруженностыо рассматриваемых механизмов и решения тем самым актуальной задачи -ограничения динамических нагрузок в трансмиссиях механизмов ОФ.
Целью работы является обоснование принципов управления механизмами с сухим и граничным трением при различном характере нагру-жения в процессе их пуска и разработка специального устройства, позволяющего обеспечить снижение динамической нагруженности и надежные пуски механизмов.
Идея работы заключается в формировании диаграммы движущих усилий при пуске, учитывающей наличие сухого и вязкого трения, обеспечивающей снижение динамических нагрузок в трансмиссии механизма.
Задачи исследований:
обоснование характера движущих сил в механизмах, работающих при частых пусках, остановах в условиях сухого и граничного трения и обоснование принципов управления механизмами, при которых обеспечивается снижение динамических нагрузок;
разработка динамического ограничителя, реализующего управление движущим моментом механизма, при котором ограничиваются динамические нагрузки в трансмиссиях;
разработка математической модели и алгоритма ее реализации на ЭВМ для исследования процессов, протекающих в механизмах с применением динамического ограничителя, а также обоснование методики настройки его, при которой обеспечивается минимальная динамическая нагруженность;
разработка экспериментальной установки, подтверждение идеи работы и реализация полученных результатов на реальном механизме.
Методы исследования. Задачи, поставленные в работе, решались аналитически, моделированием на ЭВМ с использованием аппарата теоретической механики, теории вероятностей и математической статистики. Практическая проверка полученных результатов проводилась на экспериментальной установке.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
- надежность работы механизмов ОФ во многом зависит от динамиче
ских нагрузок, возникающих в переходных режимах и, прежде всего,
при пусках машин. Наиболее рациональным способом ограничения
этих нагрузок является снижение движущих усилий с помощью разра
ботанного динамического ограничителя;
формирование диаграммы пуска должно производиться с учетом сухого и вязкого трения, а также упругих связей в кинематической цепи независимо от значения коэффициента жесткости;
обеспечение минимальной динамической нагруженности с помощью динамического ограничителя возможно в механизмах ОФ, представленных одно- и двухмассовыми расчетными схемами, путем настройки ограничителя, воздействуя на начальное, конечное внедрение сердечников и угол наклона корпуса динамического ограничителя.
Научная новизна работы. В процессе решения поставленной задачи получены следующие научные результаты:
обоснованы принципы управления механизмами ОФ, при которых обеспечивается снижение динамических нагрузок в трансмиссиях;
разработано устройство, названное динамическим ограничителем, реализующее предложенные принципы управления, защищенное патентом №2126197;
разработаны математическая модель и алгоритм расчета на ЭВМ переходных процессов в механизмах ОФ с динамическим ограничителем. В модели учитываются кинетические характеристики трения в узлах механизмов, а также зазоры в зубчатых передачах;
исследованы процессы, протекающие в механизмах ОФ с применением динамического ограничителя, а также разработана методика его настройки, обеспечивающая минимальную динамическую нагружен-ность.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
разработано устройство, обеспечивающее защиту машин и механизмов обогатительных фабрик от динамических нагрузок. Устройство апробировано на экспериментальной установке и промышленном компрессоре ВП 12/3;
разработана методика настройки динамического ограничителя из условия поддержания минимальных динамических нагрузок;
доказано, что динамический ограничитель гарантирует повышение надежности и работоспособности основных машин и оборудования обогатительных фабрик за счет снижения перегрузок механизмов в моменты пуска и работы машин.
Реализация результатов работы. Научные и практические результаты диссертационной работы использованы и внедрены:
- в опытно-конструкторской разработке динамического ограничителя,
прошедшего испытания на специальном стенде и на действующем
компрессоре;
в разработке технического задания для изготовления трех динамических ограничителей для рудника "Холбинский" АО "Бурятзолото" которые будут установлены на конвейере обогатительной фабрики, компрессоре и вентиляторе главного проветривания рудника;
в проектных работах АО "Востсибгипрошахт";
в учебном процессе для студентов специальностей 17.01 и 18.04 Иркутского государственного технического университета.
Апробация работы. Основные теоретические положения, результаты и выводы диссертационной работы доложены и обсуждены на: Международной научно-практической конференции "Человек, среда, вселенная", секция "Стратегия обеспечения устойчивого развития общества, природы, техники и технологии в XXI веке"; межрегиональных научно-технических конференциях "Проблемные вопросы регионального освоения минерально-сырьевых ресурсов Сибири", горно-металлургическая секция, 1997, 1998 г; научно-техническом семинаре кафедр "Горные машины и рудничный транспорт" и "Систем управления электромеханическим оборудованием горных предприятий" (г. Иркутск, 2000г).
Публикации. По результатам исследований и разработок опубликовано 5 статей, получен патент на изобретение, в соавторстве написана монография.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, изложенных на 136 страницах. Содержит 93 рисунка, 10 таблиц, список литературы из 95 наименований и 4 приложения. Общий объем работы 181 страница.