Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ проблемы и оценка динамических нагрузок в армировке шахтных стволов 9
1.1. Анализ информационных источников по контролю динамики движения подъемного сосуда. 14
1.2. Анализ влияния системы мониторинга на производительность ШПУ 41
1.3. Цели и задачи исследования 43
ГЛАВА 2. Исследование показателей функционального состояния системы «подъемный сосуд – жесткая армировка» 45
2.1. Акустический метод контроля 45
2.2. Виброметрический метод контроля 50
2.3. Комплексная оценка влияния динамических нагрузок на скип и армировку измерительной – регистрирующей аппаратурой. 56
ГЛАВА 3. Исследования ускорений скипа при проведении контроля плавности движения подъемного сосуда 62
3.1. Функциональная схема непрерывного контроля движения подъемного сосуда 63
3.2. Методическая погрешность точности установки акселерометра на измеряемом объекте 67
3.3. Обоснование и выбор места установки датчика на подъемном сосуде 69
ГЛАВА 4. Промышленные испытания контроля плавности движения скипов и повышение на этой основе эффективности ШПУ 76
4.1. Методика испытания непрерывного контроля плавности движения подъемного сосуда 76
4.2. Основные результаты исследований промышленного применения аппаратуры непрерывного контроля 78
4.3. Разработка алгоритмов обработки информации в системе непрерывного контроля движения подъемного сосуда 99
4.4. Анализ развития дефектов в системе «подъемный сосуд – жесткая армировка» по данным аппаратуры непрерывного контроля и разработка мероприятий по повышению эффективности ШПУ 105
Заключение 112
Список литературы
- Анализ влияния системы мониторинга на производительность ШПУ
- Виброметрический метод контроля
- Методическая погрешность точности установки акселерометра на измеряемом объекте
- Разработка алгоритмов обработки информации в системе непрерывного контроля движения подъемного сосуда
Введение к работе
Актуальность темы исследований
Шахтные подъемные установки (ШПУ) являются основными звеньями в технологической схеме производства горнодобывающих предприятий. От устойчивой работы оборудования шахтных стволов и их технического состояния в процессе эксплуатации зависит успешная работа не только рудника, но и предприятия в целом. Динамические нагрузки, возникающие при движении подъемного сосуда в шахтном стволе, обусловливают разрушение элементов армировки и являются причиной возникновения аварийных отказов. Для обеспечения эффективной и безопасной работы ШПУ необходимо использовать принципиально новые подходы в управлении их техническим состоянием, заключающиеся в использовании систем непрерывного мониторинга плавности движения скипов. В связи с этим разработка методологических основ и структуры оборудования непрерывного контроля плавности движения подъемных сосудов ШПУ является актуальной задачей.
Степень научной разработанности темы исследования
Существенный вклад в изучение процессов взаимодействия движущего подъемного сосуда с направляющими проводниками внесен учеными О.А. За-лесовым, В.И. Гаркуши, В.И. Дворниковым, А.И. Ветровым, И.В. Баклашовым и др. и описан в их работах.
Экспериментальные исследования динамических воздействий скипа на армировку ствола и тюбинговую крепь выполнены сотрудниками Уральского филиала ВНИИГалургии В.И. Гоменюком и Ю.П. Ольховиковым. Исследования, посвященные совершенствованию методики расчета и конструирования жесткой армировки вертикальных стволов, приведены в работах А.Ю. Прокопова.
Среди зарубежных ученых, внесших существенный вклад в изучение процессов, сопровождающих работу ШПУ, следует отметить Г. Берга, З. Бэр (Германия), С. Кавулока (Польша), 3. Шабелу (Чехия).
Методологические основы контроля технического состояния и режимных параметров ШПУ изложены в работах А.Г. Степанова, В.И. Самуси, С.Р. Ильина, Г.Д. Трифанова, М.А. Стрелкова.
Объект исследования: шахтные подъемные установки.
Предмет исследования: динамические процессы в системе «подъемный сосуд – жесткая армировка», оборудование стволов.
Цель работы состоит в повышении эффективности эксплуатации скиповых подъемных установок вертикальных шахтных стволов, оборудованных жесткой армировкой.
Идея работы: повышение эффективности эксплуатации скиповых ШПУ возможно на основе оценки технического состояния системы «подъемный сосуд – жесткая армировка», которая осуществляется посредством использования непрерывного контроля плавности движения скипов в шахтном стволе.
Методы научных исследований
В работе принят комплексный теоретико-экспериментальный метод исследований: анализ литературных источников, экспериментальные исследова-
ния в шахтном стволе, шахтные испытания и натурные наблюдения, статистическая обработка и анализ результатов экспериментальных исследований.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Достоверная оценка технического состояния систем «подъемный сосуд –
жесткая армировка» возможна посредством реализации непрерывного контроля ве
личин, характеризующих процесс взаимодействия роликоопор подъемного сосуда
и предохранительных башмаков с шахтными направляющими проводниками.
2. Параметрами, характеризующими техническое состояние системы «подъ
емный сосуд–жесткая армировка», являются ускорения подъемного сосуда
в горизонтальной плоскости, величины которых монотонно возрастают при раз
витии дефектов свыше пороговых значений, установленных экспериментально.
Научная новизна результатов исследований
Исследованы основные закономерности процесса взаимодействия элементов технической системы «подъемный сосуд – жесткая армировка».
Получены зависимости изменения ускорений скипа в лобовом и боковом направлениях, характеризующие развитие дефектов армировки шахтного ствола во времени.
Практическая значимость работы
Предложен способ непрерывного контроля движения подъемного сосуда в шахтном стволе посредством измерения ускорения скипа в трех направлениях.
Разработана конструкция и обоснованы параметры системы непрерывного контроля плавности движения скипа в шахтном стволе.
Выполнены экспериментальные исследования процесса взаимодействия элементов технической системы «подъемный сосуд – жесткая армировка». Обоснованы диагностические признаки, характеризующие техническое состояние системы «подъемный сосуд – жесткая армировка».
Разработаны методические рекомендации по обеспечению непрерывного контроля системы «подъемный сосуд – жесткая армировка» и повышению на этой основе эксплуатационной производительности ШПУ.
Достоверность научных положений, выводов и технических рекомендаций, изложенных в диссертационной работе, подтверждается корректным использованием методов математического анализа, достаточным объемом проведенных экспериментальных исследований процессов взаимодействия элементов технической системы «подъемный сосуд – жесткая армировка». Основные выводы не противоречат результатам ранее выполненных исследований и данным инженерно-технических служб, осуществляющих эксплуатацию и ремонт ШПУ.
Реализация выводов и рекомендаций работы
Предложен способ непрерывного контроля движения подъемного сосуда в шахтном стволе. Заявка на изобретение «Способ динамического контроля жесткой армировки вертикальных шахтных стволов и устройство для его реализации» № 2013144169; опубликована 10.04.2015.
Разработана и внедрена система непрерывного контроля плавности движения скипа в шахтном стволе. Рекомендации, направленные на повышение эффективности эксплуатации ШПУ, используются в ПАО «Уралкалий» и переданы на другие предприятия.
Апробация работы
Результаты работы докладывались на следующих конференциях:
-
Международная научно-техническая конференция «Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности». Чтения памяти В.Р. Кубачека, г. Екатеринбург, 2012, 2013, 2014, 2015, 2016 гг.
-
Международный научный симпозиум «Неделя горняка», 2013, 2014, 2015 гг., г. Москва.
-
Всероссийский молодежный форум «Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых, г. Пермь, 2012, 2013, 2014, 2015 гг.
-
Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы повышения эффективности и безопасности эксплуатации горношахтного и нефтепромыслового оборудования», г. Пермь, 2014, 2015 гг.
Личный вклад автора
Предложен способ контроля движения подъемного сосуда в шахтном стволе. Разработаны методологические основы и требования к системе непрерывного контроля плавности движения подъемного сосуда в шахтном стволе. Разработан и изготовлен регистрирующий комплекс, осуществляющий контроль плавности движения подъемных сосудов в шахтном стволе. Проведены экспериментальные исследования в условиях рудника, выполнен анализ полученных результатов.
Публикации
По результатам выполненных исследований опубликовано 16 печатных работ, в том числе 3 работы в изданиях, рекомендованных ВАКом Российской Федерации, подана заявка на патент.
Структура и объем диссертационной работы: диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 117 наименований. Работа изложена на 167 страницах машинописного текста, содержит 69 рисунков, 5 таблиц и 4 приложения.
Анализ влияния системы мониторинга на производительность ШПУ
С повышением скорости и грузоподъемности ШПУ совершенствовались и методы контроля их параметров. По мере накопления опыта эксплуатации ШПУ и расследования причин различных аварий стало понятно, что только один периодический статический контроль ограниченной группы параметров не дает достаточно достоверной картины взаимодействия подъемного сосуда с армировкой во всех практически возможных ситуациях. Поэтому с 50-х годов ХХ века в европейских странах стали предприниматься попытки разработки методов и создания средств аппаратурного динамического контроля систем «подъемный сосуд – жесткая арми-ровка» на рабочих режимах движения подъемных сосудов [61].
После серии крупных аварий, вызванных параметрическими резонансами в системе «подъемный сосуд – жесткая армировка» стволов Донецкого угольного бассейна в 60-х годах, и на основании большого объема теоретических и экспери 15
ментальных исследований в НИИГМ им. М.М. Федорова был разработан и применяется до настоящего времени метод динамического контроля, включающий статические измерения геометрических параметров системы «подъемный сосуд – жесткая армировка» и последующий динамический расчет ее поведения в рабочих и аварийных режимах по общей динамической модели ШПУ, разработанной профессором В.И. Дворниковым и реализованной в специальном программном комплексе.
В работах профессора В.И. Дворникова установлено, что при расчете безопасных параметров работы ШПУ необходимо ориентироваться на максимально возможные нагрузки в системе «подъемный сосуд – жесткая армировка» [63]. В настоящее время количество подъемов груза одной ШПУ достигает 700 циклов в сутки. Накопление усталостных повреждений, трещины по сварным швам проводников и нарушение узлов крепления проводников к расстрелам за короткое время могут привести к их ускоренному разрушению (случаи внезапного разрушения проводников или рамы подъемного сосуда во время движения описаны выше).
В настоящее время диагностику шахтного ствола и его оборудования следующими методами контроля: визуальным ежесуточным осмотром, маркшейдерским контролем (периодический контроль минимум раз в год), инструментальным контролем (периодичность контроля устанавливается руководством рудника).
Осмотр армировки и направляющих проводников проводится один раз в сутки вместе с осмотром крепи ствола и заключается в проезде по шахтному стволу рабочих, находящихся на верхней площадке скипа, движущихся со скоростью 0,3 м/с. Осмотры направляющих устройств, корпуса подъемного сосуда и размещенного на нем оборудования производятся с нулевой отметки шахтного ствола. На их проведение ежесуточно отводится всего 2–3 ч, в течение которых бригада стволовых рабочих осматривает все яруса армировки, выявляя возможные нарушения стыков проводников, крепления проводников к расстрелам, заделки расстрелов в крепи, усталостные трещины на проводниках, уровень коррозионных повреждений расстрелов и прочие дефекты. Работники механической службы определяют состояние направляющих скольжения и качения сосуда, кинематические зазоры в парах «предохранительный башмак – шахтный проводник», зазоры между сосудами и расстрелами и состояние механизмов, размещенных на сосуде. Периодически проверяется вертикальность проводников, состояние головных и уравновешивающих канатов, подвесных и прицепных устройств.
С помощью визуального контроля можно выявить лишь грубые изменения в состоянии армировки шахтного ствола: большие остаточные деформации, увеличение зазоров, нарушение связей элементов. Спланировать и произвести качественные ремонтные работы в период осмотров за короткий промежуток времени практически невозможно. В первую очередь стараются устранить наиболее существенные неисправности, влияющие на работу ШПУ. Выбор проведения ремонтной или технологической операции зависит от компетенции обслуживающего персонала.
Маркшейдерский контроль в настоящее время является основным способом профилирования шахтных проводников и расстрелов. Данный контроль проводят с целью проверки соответствия армировки шахтного ствола требованиям соотношений геометрических параметров. При профильной съемке ствола определяют состояние направляющих проводников, относительное отклонение проводников в горизонтальной плоскости, расстояние между проводниками, ширину колеи [33].
Профилирование шахтных стволов осуществляется механическим, оптическим, фотооптическим, стереофотограмметрическим и ультразвуковым методами. Маркшейдерские способы контроля трудоемки, требуют остановки подъемного комплекса на длительное время и проводятся в сложных условиях работы. При непосредственном механическом профилировании, наиболее широко распространенном на практике, применяются мерная рейка и отвес, подвешенные в шахтном стволе. При помощи рейки определяют расстояние между отвесами и соответствующим элементом крепи. При автоматическом механическом профилировании определяется пространственное положение проводников. В качестве чувствительного элемента используется маятник. Маркшейдерские приборы для определения расстояний между проводниками шахтных стволов состоят из телескопической трубы с подвижным штоком, отсчетного устройства с линейкой, шкалой и контактных упоров [76]. В последние годы при маркшейдерском контроле применяют измерительную станцию СИ-5, предназначенную для автоматического профилирования рельсовых проводников и металлических коробчатых проводников. Станция разработана ВНИМИ и изготовляется Харьковским заводом маркшейдерских инструментов. При разработке аппаратуры СИ-5 использован оптический способ профилирования с применением механических устройств. Станция представляет собой комплекс приборов для измерения угловых отклонений проводников от проектного положения, измерения расстояний между проводниками, определения взаимного расположения проводников и приборов для камеральной обработки полученных записей. Маркшейдерская съемка ведется при прокатывании по проводникам укрепленной под подъемным сосудом на расстоянии 6–8 м каретки со смонтированными на ней приборами. Построение профилограмм по данным съемки делается при помощи механического интегратора-полуавтомата. Недостатками станции СИ-5 являются ее ограниченные возможности.
Инструментальная проверка износа проводников в шахтном стволе выполняется за счет аппаратуры автоматического контроля воздействия динамических нагрузок. На сегодняшний день известно несколько видов систем для выполнения динамического контроля воздействия динамических нагрузок на армировку и крепь шахтных стволов.
Научно-исследовательским горным институтом (НИГРИ) разработана аппаратура контроля нагрузок на роликовые направляющие шахтных подъемных сосудов во время работы подъемной установки [61]. Аппаратура обеспечивает регистрацию нагрузок одновременно на всех роликовых направляющих во время загрузки и разгрузки, спуска и подъема сосудов при любой скорости их передвижения по проводникам.
Виброметрический метод контроля
Из графиков видно, что сигнал характеризуется высоким уровнем шума, это связано с работой вентилятора. Временной сигнал по 20-му ярусу не приводится. Уровень сигнала от тестовых ударов на 20-м ярусе полностью совпадает с уровнем шума от работы вентилятора, поэтому не приведен. Вместе с тем эти удары все-таки определяются, поскольку имеют другую частоту.
Шум в сигнале имеет много случайных составляющих, амплитуда которых может быть сопоставима с уровнем полезного сигнала. Такие случайные составляющие могут быть удалены с помощью частотной фильтрации [102].
Графики временного сигнала (рисунки 2.5–2.7) после фильтрации в частотном диапазоне (970–1010) Гц. Из графиков видно, что уровень шума после фильтрации значительно снизился, но также снизился и уровень полезного сигнала, который на расстоянии 60 м (рисунок 2.7) близок к уровню шума и случайных помех. Применение фильтров при слабом сигнале нецелесообразно, шум в стволе имеет составляющие на многих частотах, что приводит к сложности выделения полезного сигнала.
При записи был отмечен высокий уровень шума, который исходил от вентиляционного канала шахтного ствола № 1. Ствол вентиляционный, оснащен двумя скиповыми подъемными установками. В стволе одновременно могут перемещаться четыре скипа. Акустический сигнал для выявления ударных воздействий скипа на проводники использовать без специальной обработки практически невозможно. Применение фильтрации и других методов обработки сигнала не приводит к повышению эффективности акустического метода. Эффективное расстояние выявления ударных воздействий составляет 40–50 м. После фильтрации сигнала уровень полезного сигнала также снижается, что приводит к ограничению эффективного расстояния выявления ударных воздействий. Таким образом, акустический метод состояния системы «подъемный сосуд – жесткая армировка» позволяет контролировать плавность движения скипа на расстоянии до 50 м и не может использоваться в практике эксплуатации шахтных подъемных установок.
Шумом является сочетание звуков различной интенсивности и частоты, возникающих при механических колебаниях. Акустический метод контроля позволяет достаточно четко фиксировать структурный шум от поверхности колеблющихся конструкций.
На производстве существует еще одна разновидность волн – вибрация. В результате соударения направляющих подъемных сосудов и неточных стыков проводников по металлу проводника распространяются механические колебания. Возникающие колебания характеризуются величиной виброускорения, которое может быть измерено с помощью датчиков-акселерометров (вибропреобразователей) [9]. Измерение вибрации направляющих проводников позволяет реализовать еще один из методов контроля, который проверили в условиях работы шахтной подъемной установки.
Принцип работы датчиков-акселерометров основан на преобразовании механических колебаний в электрический сигнал, т.е. на выходе преобразователя образуется сигнал, прямо пропорциональный виброускорению. Характеристики виброанализатора СД-12М представлены в таблице 2.1.
Направляющие проводники № 1 и № 2 обеспечивают движение правого скипа, № 3 и № 4 – левого скипа ШПУ-1. Для обеспечения защиты от падающих кусков руды датчики закреплены под балками расстрелов. нику (рисунок 2.9). Сварные швы, соединяющие основание датчика и проводник, сориентированы вдоль проводника в вертикальной плоскости.
Методикой предусматривалось осуществление тестовых воздействий на проводники в шахтном стволе путем нанесения ударов кувалдой весом 10 кг, при остановках скипа на определенных ранее ярусах (движении вниз от «нулевой» отметки до загрузочного бункера). Интервалы остановок скипа составили (–30)…(–40) м. Результаты записи представлены на рисунках 2.10–2.12.
Вибропреобразователи установлены на проводниках № 1, 2, 3, 4 на отметке –3 м под балками первого яруса ниже устья ствола (нулевой отметки).
Корпус датчика крепится к основанию, приваренному к провод Рисунок 2.9 – Схема установки датчиков на направляющем проводнике
Амплитуда сигнала при тестовом воздействии на проводники на 30-м ярусе (127 м от места установки датчика) Сигнал при значительном удалении места удара от точки крепления датчика значительно ослабевает (рисунок 2.13). Это можно объяснить быстрым затуханием высокочастотных колебаний при распространении по металлу, значительным ослаблением волны при переходе через стыки проводников, рассеянием и поглощением энергии удара в конструктивных элементах армировки и крепи ствола. Так, при тестовых воздействиях на проводник на отметке «–40» (рисунок 2.13) амплитуда сигнала ослабевает в 65,4 раза по сравнению с отметкой «0». На 20-м ярусе (рисунок 2.13) – соответственно в 111 раз, на 30-м ярусе (рисунок 2.13) – в 311 раз. На 30-м ярусе (отметка –125,5 м) полезную часть сигнала выделить практически невозможно, так как по амплитуде сигнал сравнивается с уровнем шума. Измерения на более удаленных отметках в стволе привели к аналогичным результатам. Соотношение уровня сигнала к уровню шумов на ярусах 0, 10, 20 и 30 соответственно составляют 271; 3,9; 2,3; 1.
Результаты тестовых воздействий показали, что при удалении места удара от точки крепления датчика вибросигнал значительно ослабевает. Это можно объяснить быстрым затуханием высокочастотной вибрации при распространении по металлу, значительным ослаблением волны при переходе через стыки проводников, рассеянием и поглощением энергии удара в конструктивных элементах армировки и крепи ствола [82]. Таким образом, по результатам измерения можно сказать, что эффективность измерения вибрации проводника ограничена расстоянием в 60–80 м от точки установки датчика. Быстрое затухание сигнала объясняется его ослаблением при переходе через стыки проводников, а также рассеянием и поглощением энергии колебаний в элементах ствола.
Полученные после обработки информации данные с датчиков (рисунок 2.14) при работе подъемной установки для наглядности совмещаются с диаграммой движения скипов регистратора параметров РПУ-03.5. Приведены удары скипа при подъеме правого (груженого) и спуске левого (порожнего) скипов. На графиках виброускорений с датчиков № 1 и № 4 четко видны удары в проводниках своих отделений: № 4 – при спуске левого и № 1 – при подъеме правого.
Методическая погрешность точности установки акселерометра на измеряемом объекте
Погрешность измерений, обусловленная неточностью установки акселерометра на подъемной сосуде в направлении линейного ускорения, вносится преобразующим элементом акселерометра. Математическое выражение, приведенное в работе [75], при малых углах несовпадения направления установки акселерометра на подъемной сосуде с направлением измерения, имеет вид ру = 1- (cos a+ g/a-sin а), (3.1) где - относительная погрешность измерения акселерометра; - угол несоответствия установки акселерометра на подъемной сосуде, град; a - линейное ускорение точки подъемного сосуда, м/с2. Вид поверхности методической погрешности точности установки акселерометра, показывающий изменение – угла несоответствия установки акселерометра на подъемной сосуде в градусах и a – линейного ускорения точки подъемного сосуда
Максимальные горизонтальные линейные ускорения подъемных сосудов, как правило, не всегда превышают 1,5g, реальная погрешность установки акселерометра на подъемной сосуде – до 7. Тогда относительная приведенная погрешность акселерометра для этих максимальных ускорений составит 7 %. Из представленного выше математического выражения видно, что относительная погрешность установки акселерометра уменьшается по мере увеличения линейного ускорения. Как показано в работе [51], для скипа линейное ускорение уже 1,3 м/с2 ( 0,14g) говорит о том, что скип движется с повышенным трением в опасном вибрационном режиме с постоянным контактом по направляющим через предохранительные башмаки в месте сужения проводников. Очевидно, что для фиксации этого аварийного режима требуется, чтобы погрешность установки не превышала 7 %, при этом точность установки акселерометра должна быть не менее 0,5–1 (см. рисунок 3.7). Для получения погрешности 1 % и менее точность установки акселерометра на подъемной сосуде занимает небольшое количество времени. Важное значение имеет также выбор крепления блока акселерометра на подъемном сосуде. При измерении ударных действий могут возникнуть существенные погрешности, связанные с демпфирующим влиянием [2, 23–25]. Только абсолютно жесткий вариант крепления корпуса акселерометра (сваркой) на подъемном сосуде обеспечивает необходимую точность, не внося дополнительной погрешности.
Измерительная часть системы непрерывного контроля должна обеспечивать измерения вибрации в соответствующем диапазоне измерения ускорений на подъемном сосуде (±2,5g) и частоты (от 100 до 300 Гц). Реальный диапазон для конкретных измерений зависит от целей измерений. Измерения вибрации на подъемном сосуде требуют жесткого механического крепления датчиков, позволяющего обеспечить точное измерение вибрации высокого уровня. Выбор точек измерений зависит от решаемой задачи, такой как: 1) проведение исследований; 2) оценка воздействия вибрации на контролируемом объекте. Для оценки динамики системы «подъемный сосуд – жесткая армировка», проведения исследований ствола требуется несколько точек измерения ускорения подъемного сосуда (рисунок 3.8), пример аппаратуры «АРМИР» [70]. Для оценки воздействия подъемного сосуда на направляющие шахтные проводники предполагаем проводить измерения в одной точке подъемного сосуда в трех направлениях (см. рисунок 3.5). Рекомендуем измерять вибрацию в вертикальном направлении и в горизонтальных направлениях: лобовом и боковом направлении подъемного сосуда. Предполагаемой целью работы аппаратуры является определение предельных параметров динамического состояния системы «подъемный сосуд – жесткая армировка». Для того чтобы оценить предполагаемое место установки датчика, необходимо разобраться в конструкции измеряемого объекта – скипа СН-19,5. СН – скипы шахтные с неподвижным кузовом. Скип состоит из кузова, кузов скипа крепится жестко к раме и составляет вместе с несущими элементами силовую конструкцию (рисунок 3.8). К раме прикреплена зона – площадка. Разгрузка скипа осуществляется с помощью секторного затвора [5]. Основные виды направляющих устройств, применяемых на скипах: роликовые направляющие и башмаки скольжения.
В процессе эксплуатации особое внимание обращают на ослабление верхней части кузова и рамы скипа соединенными болтовыми соединениями: крепление приемной площадки к раме скипа, места установки роликовых направляющих. Следует принимать во внимание постоянное изменение смещения dSx, dSy зонта подъемного сосуда к оси каната, во время его движения, влияющего на собственные колебания приемной площадки скипа (рисунок 3.10).
Из возможных мест установки акселерометра на подъемном сосуде следует выбирать то, которое обеспечит надежную фиксацию и не окажет косвенного влияния других элементов на работу акселерометра, также необходимо усиливать отдельные составляющие вибрации и вносить резонансы по всему диапазону частот измерений.
Разработка алгоритмов обработки информации в системе непрерывного контроля движения подъемного сосуда
Совместное применение сложных алгоритмов анализа сигнала вибрации и методов обработки результатов измерений позволяет не только решать необходимые задачи по контролю, но и выполнять некоторые элементы прогнозирования технического состояния контролируемого объекта. Примеры прогнозирования элементов конструкции шахтного ствола представлены в работах [40]. Пример итоговой диаграммы безопасности, которая строится для каждого элемента конструкции яруса армировки и показывает поярусное соотношение между запасами прочности элементов, его остаточной прочности и уровнем фактического нагружения, представлен на рисунок 4.22.
Номера ярусов Рисунок 4.22 – Диаграмма безопасности нагружения армировки бокового расстрела [47]: 1 – фактические максимальные нагрузки за все циклы динамических испытаний; 2 – допустимые нагрузки при запасе прочности 2,15; 3 – допустимые нагрузки при запасе прочности 1,5; 4 – допустимые нагрузки при запасе прочности 1,0; 5 – допустимые нагрузки при запасе прочности 2,15 для неизношенного расстрела; 6 – допустимые нагрузки при запасе прочности 1,0
Провалы на кривых допустимых нагрузок соответствуют потере прочности вследствие износа, пики на кривых фактических нагрузок соответствуют повышенным динамическим нагрузкам из-за нарушений вертикальности или других геометрических параметров системы проводников данного сосуда. Из графиков видно, с каким фактическим запасом прочности эксплуатируется конкретный элемент ар-мировки при данном режиме работы подъема.
Диаграмма показывает, что на участках ярусов 53...63 и 150…172 несущая способность расстрела резко снижена из-за повышенного износа и расчетный запас прочности меньше минимально допустимого (1,0) по пределу текучести. На участках ярусов 110...125 и 145...165 реализуется всплеск контактных нагрузок из-за нарушений вертикальности проводников. На участке ярусов 110...125 этот всплеск не приводит к снижению запаса прочности ниже номинального значения 2,15, а на участке 157...172 он приводит к снижению запаса прочности ниже допустимого (1,0) из-за наложения нарушений профиля проводников на участок повышенного износа расстрела. Поэтому на участке ярусов 53...63 необходимо восстановление несущей способности расстрела путем замены его балок или упрочнение существующей конструкции, а на участке 150…172 необходимо совместное восстановление несущей способности и спрямление проводников после местной профилировки.
Анализ развития дефектов в системе «подъемный сосуд – жесткая армировка» по данным аппаратуры непрерывного контроля и разработка мероприятий по повышению эффективности ШПУ
Достаточно масштабные промышленные испытания, использование аппаратуры непрерывного контроля плавности движения подъемного сосуда в шахтном стволе позволили получить богатый статистический материал, который представлен главным образом в виде диаграмм плотности распределения вероятности изучаемой характеристики, например уровня вибрации скипа по отношению к дефектам в шахтном стволе, и дает возможность оценить их изменчивость [69].
Первым этапом технического диагностирования состояния системы «подъемный сосуд – жесткая армировка» является определение дефектов, которые представляют наибольшую опасность для функционирования и, как следствие, должны обнаруживаться в процессе контроля.
Как было отмечено выше (см. главу 1), наиболее опасными дефектами, приводящие к аварии в работе подъемных установок, являлись дефекты армировки ствола (разрушение шахтных проводников показано на рисунок 4.23).
Пороговые значения дефектов определяются различными способами. Первый способ – расчет и использование математической модели диагностирования, возможен, только если в модель включены соответствующие формулы для расчета влияния дефекта на параметры состояния или диагностические параметры. Второй способ – экспериментальное многократное моделирование дефектов, возможен в однотипных объектах диагностики со статической оценкой величины соответствующей диагностического симптома [4].
Второй способ наиболее удобен и подходит для выполнения нашей работы, так как возможны появления специфических дефектов в период эксплуатации подъемной машины, которые невозможно просчитать, что затруднит дальнейшую оценку.
Во многих случаях изменение технического состояния подъемных сосудов и армировки шахтного ствола, особенно на начальной стадии развития дефектов, не влияло на общий уровень ускорения скипа. Так, в частности, незначительные дефекты в роликоопорах, дефекты бандажа, люфты в подшипниках не изменяют общий уровень ускорения. Однако наличие зарождающегося дефекта в армировке, связанного с разрушением крепления проводников, приводит к появлению высокочастотных ударных импульсов и, следовательно, увеличению пиковых значении (росту максимальных амплитуд), при этом его среднеквадратические уровни на протяжении всего цикла могут оставаться неизменными или показывать незначительный рост.
Автором рассмотрен наиболее опасный дефект разрушения крепления шахтных проводников к расстрелу, разрушение самого проводника по сварному шву. Обработка данных ускорения скипа по среднеквадратичным значениям при развитии дефекта крепления проводника на протяжении нескольких дней приведена на рисунок 4.24.
Результаты обработки ускорения скипа при развитии дефекта на протяжении нескольких дней: 1 – ускорения скипа в боковом направлении; 2 – ускорения скипа в лобовом направлении На диаграмме периоды f1–f4 соответствуют различному состоянию работы подъемного сосуда, f1– нормальной работе подъемного сосуда; f2 – период развития дефекта в креплении проводников к расстрелу; f3 – период насыщения, работа подъемного сосуда с данным дефектом; f4 – период работы подъемного сосуда после проведенного ремонта.
Полученные экспериментальные зависимости ускорения скипа в лобовом боковом направлении при развитии дефекта в армировке шахтного ствола соответствуют разрушению крепления проводника к расстрелу и разрушению проводника по сварному шву (таблица 4.4).