Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние исследований и нерешенные вопросы повышения эффективности многоканатных подъёмных установок с наземным расположением подъёмных машин 9
1.1. Состояние научных исследований в области вертикальных подъёмных установок с наземным расположением многоканатных подъёмных машин 9
1.2. Задачи повышения эффективности создания и совершенствования многоканатных подъемных установок с наземным расположением подъёмных машин на глубоких карьерах 21
1.3. Анализ существующих конструкций скипов наклонных карьерных подъемников 37
1.4. Состояние исследований в области прогнозирования и установления фактических ресурсов подъемных установок 43
1.5. Цели и задачи диссертационной работы 48
2. Исследование особенностей динамики наземных многоканатных подъемных установок 49
2.1. Обоснование необходимости перехода от башенного к наземному расположению двух и более многоканатных машин 49
2.2. Методика расчета фактических углов обхвата наземного канатоведущего шкива 52
2.3. Особенности динамики многоканатных наземных подъемных установок 54
2.4. Методика расчета нагрузок на основные элементы многоканатных наземных подъемных установок 57
2.5. Исследование влияния величины провисов струны канатов на тяговую способность наземных многоканатных подъемных установок 61
2.6. Сравнительный анализ нагружения канатоведущих шкивов при их башенном и наземном расположении 70
2.7. Выводы по разделу
3. Обоснование рациональных параметров скипов для многоканатных карьерных подъемных установок с наземным расположением подъемных машин
3.1. Разработка и обоснование схем многоканатных наземных карьерных установок 78
3.2. Оптимизация параметров большегрузных скипов 82
3.3. Анализ и теоретическое обоснование наиболее целесообразного способа разгрузки большегрузных скипов.. 93
3.4. Разработка методики расчета рациональных параметров большегрузных скипов 97
3.5. Выводы по разделу 111
4. Разработка и экспериментальное исследование нагруженности конструкций большегрузных скипов карьерных наклонных подъемников ...
4.1. Разработка и обоснование конструкций большегрузных карьерных скипов 112
4.2. Экспериментальное исследование нагруженности элементов большегрузных скипов 116
4.3. Разработка и обоснование методики прочностных расчетов кузовов скипов предложенной конструкции 127
4.4. Выводы по разделу 132
5. Повышение безопасности комплексов подъемных установок на основе прогнозирования кризисных ситуаций, общего и остаточного ресурсов подъемных машин 133
5.1. Комплексы подъемных установок как сложные энергомеханические системы 133
5.2. Анализ и прогнозирование структурных кризисов комплексов шахтных подъемных установок 136
5.3. Причинно-следственный анализ кризисных состояний шахтных подъемных комплексов 141
5.4. Теоретические основы оценки общего и остаточного
ресурсов шахтных подъемных машин 145
5.5. Обоснование нормативных сроков эксплуатации
подъемных машин. 152
5:6. Выводы по-разделу 153
6. Апробация и реализация результатов диссертационной работы 155
6.1. Реализация результатов исследований в рабочем проекте клетевого подъема шахты «Новая» ОАО «Гайский ГОК» 155
6.2. Реализация результатов исследований в рабочем проекте двухскиповой подъемной установки на шахте «Новая» ОАО «Гайский ГОК» 161
6.3. Реконструкция одноканатных подъемных установок с заменой барабанных подъемных машин на многоканатные наземного расположения 166
6.4. Разработка методики определения общего и остаточного ресурсов многоканатных подъемных машин 172
6.5. Выводы по разделу 187
Заключение 188
Библиографический список
- Состояние исследований в области прогнозирования и установления фактических ресурсов подъемных установок
- Особенности динамики многоканатных наземных подъемных установок
- Оптимизация параметров большегрузных скипов
- Разработка и обоснование методики прочностных расчетов кузовов скипов предложенной конструкции
Введение к работе
Актуальность темы. Непрерывное увеличение глубины ведения горных работ, и прямо связанное с этим проектирование все более мощных комплексов многоканатных подъемных установок (МКПУ) обуславливают необходимость сооружения все более громоздких и дорогостоящих башенных копров. Строительство таких сооружений связано с большими капитальными затратами и, кроме того, со снижением уровня безопасности эксплуатации МКПУ, в то время как в мировой практике уже наметилась устойчивая тенденция перехода от башенного к наземному расположению подъемных машин (канатоведущих шкивов трения – КВШ). Однако основные научно-технические аспекты данной проблемы остаются пока не решенными, что зачастую сдерживает реализацию этого перспективного во всех отношениях направления развития подземных горных предприятий.
При постоянном увеличении в стране числа глубоких карьеров с большой производительностью все более востребованными становятся мощные многоканатные наклонные подъемные установки с наземным расположением подъемных машин. При этом параметры основного подъемного оборудования и, в частности, большегрузных скипов должны быть адаптированы к условиям таких схем. Отсюда вытекает задача всестороннего обоснования основных конструктивных параметров большегрузных скипов карьерных многоканатных подъемных установок с наземным расположением канатоведущих шкивов трения.
Установленные в настоящее время нормативные сроки службы шахтных подъемных машин не отражают их фактическую нагруженность, интенсивность и условия эксплуатации и, по существу, носят директивный характер, что негативно влияет на общий уровень безопасности эксплуатации этих потенциально опасных объектов, подчиненных непосредственно органам технического надзора РФ. Назрела необходимость дифференцированной и всесторонне обоснованной оценки нормативных сроков службы подъемных машин с учетом нагруженности, интенсивности работы и условий их эксплуатации.
Эти задачи, поставленные в настоящей диссертационной работе, являются актуальными, особенно в плане дальнейшего развития отечественной науки и практики в области шахтных и карьерных подъемных установок.
Объект исследования – комплексы многоканатных подъемных установок шахт и карьеров с наземным расположением подъемных машин.
Цель работы – повышение эффективности работы комплексов многоканатных подъемных установок с наземным расположением подъемных машин.
Идея работы заключается в адаптации параметров схем и оборудования многоканатных подъемных установок шахт и карьеров к наземному расположению канатоведущих шкивов трения.
Научные положения, выносимые на защиту
1. Наземное расположение многоканатных подъемных машин при рациональной компоновке позволяет увеличить тяговую способность и динамический коэффициент безопасности против скольжения по сравнению с их башенным расположением.
2. Нагруженность коренных валов наземных многоканатных подъемных машин уменьшается с увеличением углов наклона струны канатов к горизонту. При рациональном выборе параметров наземного расположения канатоведущих шкивов возможно уменьшение в 1,5…1,7 раза изгибных напряжений коренных валов по сравнению с их башенным расположением и соответственно уменьшение массы подъемной машины и копра.
3. Основные конструктивные размеры большегрузных скипов карьерных наклонных многоканатных подъемных установок с наземным расположением КВШ должны определяться с учетом наименьших ударных нагрузок при загрузке и максимальных значений коэффициента заполнения кузова скипа.
4. Нормативный срок службы подъемных машин должен устанавливаться на стадии рабочего проектирования подъемных установок с учетом планируемой нагруженности, интенсивности и условий эксплуатации.
Научная новизна диссертационной работы
-
Обоснована технико-экономическая целесообразность перехода от башенного к наземному расположению многоканатных подъемных машин.
-
Выполнен анализ особенностей динамики многоканатных подъемных установок с наземным расположением канатоведущих шкивов.
-
Исследовано влияние величины провиса струны канатов на тяговую способность наземных подъемных шкивов трения.
-
Разработана методика оптимизации параметров большегрузных скипов карьерных наклонных подъемников.
-
Выполнено экспериментальное исследование нагруженности конструкций большегрузных скипов карьерных наклонных подъемников.
-
Сформулированы теоретические основы определения общего и остаточного ресурсов основных деталей подъемных машин.
Практическая ценность диссертации
-
Разработана методика расчета нагрузок на основные элементы наземных многоканатных подъемных установок.
-
Дан сравнительный анализ нагружения канатоведущих шкивов при их башенном и наземном расположении.
-
Предложены схемы наземных многоканатных карьерных подъемных установок.
-
Разработана методика расчета оптимальных параметров большегрузных скипов наклонных карьерных подъемников.
-
Разработаны конструкции большегрузных скипов наклонных карьерных подъемников.
-
Предложена методика прочностных расчетов кузова и рамы большегрузных скипов наклонных карьерных подъемников.
-
Разработана методика определения общего и остаточного ресурсов многоканатных подъемных машин, предложен подход к обоснованию их нормативных сроков службы.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована применением корректных методов математического и физического моделирования, базируется на основных положениях классической механики, теории устойчивости, теории колебаний, а также на апробированных методах экспериментальных исследований и подтверждается удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований; при этом относительная ошибка экспериментальных данных не превышает 79% при 90%-м уровне сходимости экспериментальных данных с расчетными.
Реализация результатов. Результаты работы использованы в технико-экономических обоснованиях и рабочих проектах клетевого и скипового многоканатных подъемов с наземным расположением подъемных машин на шахте «Новая» ОАО «Гайский ГОК», при реконструкции барабанной подъемной установки на шахте «Скиповая» ОАО «Гайский ГОК» с её заменой на многоканатную с наземным расположением машины (Экономический эффект от внедрения этих результатов составляет 4 100 тыс. рублей), при проведении экспертизы промышленной безопасности шахтных подъемных установок в ЗАО «Центр диагностики и экспертизы «Цветметналадка», а также в учебном процессе при подготовке специалистов по направлению «Технологические машины» в Уральском государственном горном университете.
Апробация работы.
Результаты диссертационной работы докладывались на шести Международных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва, МГГУ, 2005-2010 гг.), на пяти конференциях Уральской горнопромышленной декады (Екатеринбург, УГГУ, 2005-2009 гг.), на двух Международных научно-технических конференциях «Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности» (Екатеринбург, 2008-2009 гг.), на Международной конференции «Динамика горных машин»(1989 г.), г. Гливице (Польша).
Публикации: по теме диссертации опубликовано 26 работ, в том числе 12 – в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях.
Структура и объем диссертационной работы: Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, библиографического списка (123 наименования) и трех приложений. Содержит 151 страницу текста, 35 таблиц и 51 рисунок.
Состояние исследований в области прогнозирования и установления фактических ресурсов подъемных установок
Современная подъемная машина представляет собой набор сложного стационарного оборудования, выпускаемого различными предприятиями в различных отраслях промышленности. Поэтому на современном этапе важна задача выбора, проектирования, изготовления и комплектной поставки заказчику подъемных машин современного технического уровня, оптимально отвечающая условиям конкретного добывающего предприятия.
Остановимся в нашем случае на одном важном аспекте использования подъемных машин, а именно, на применении многоканатных машин в наземном исполнении. На многих горнодобывающих предприятиях широкое распространение получил многоканатный подъем, который по техническим возможностям значительно превосходит одноканатный.
Многоканатные подъёмные установки со шкивами трения начали внедряться на горнодобывающих предприятиях России и стран СНГ с середины XX века. В течение этого времени подъёмные машины постоянно совершенствовались и в настоящее время представляют собой высокопроизводительные автоматизированные комплексы. Обладая рядом неоспоримых достоинств, многоканатные подъёмные установки требуют значительных финансовых и временных затрат как на стадии строительства, так и на стадии эксплуатации. Во многом это обусловлено особенностями расположения подъёмной машины, в частности необходимостью возведения и эксплуатации башенного копра. На сегодняшний день значительным шагом на пути решения этой проблемы является внедрение наземного расположения подъёмной многоканатной машины. Такое техническое решение при его правильной реализации позволяет значительно ускорить строительство подъёмного комплекса, а также упростить обслуживание подъёмной установки.
Применение многоканатных подъёмных установок (МКПУ) с расположением на нулевой отметке - довольно широко распространенное явление в странах Европы, особенно в Германии и Польше. Так, например, наземное расположение многоканатных подъёмных машин применяется на калийном руднике «Верра» (Германия), в данном случае речь идет о клетевом подъёме, предназначенном для спуска-подъёма людей и материалов, в Польше МКПУ используются на предприятиях угольной промышленности [1,2].
Среди действующих подъёмных комплексов с наземным расположением на территории стран СНГ можно выделить объекты АО «Казцинк», для которого в 1999 году был разработан проект и произведена поставка оборудования наземной скиповой подъёмной машины ЦШН 4x4 для Зыряновского ГОКа, рудник «Малевский», на котором в июне 2000 года сдана в эксплуатацию МКПУ и в настоящее время эксплуатируется с проектной производительностью, а также ряда предприятий Украины. На территории России подобные подъёмные комплексы запроектированы для шахты «Новая» Гайского ГОКа, решается вопрос о возможности применения наземного исполнения для рудников Учалинского ГОКа, ОАО «Башкирская медь» и прочих.
Наземная установка многоканатных подъёмных машин широко распространена в странах дальнего зарубежья с развитой горнодобывающей промышленностью. На территории СНГ многоканатные подъёмные машины в наземном исполнении выпускались заводом «Донецкгормаш» в виде двухканатных машин МК 5x2. Однако эти машины использовались в основном на клетевых подъёмах и несли небольшую для такого диаметра шкива нагрузку. Существенным недостатком таких машин является необходимость применения парашютов типа ПШТП для клетевых подъёмов, которые значительно сложнее парашютов типа ПТК, применяемых на одноканатных подъёмах с барабанными машинами. Именно поэтому такие машины не получили широкого распространения. Более целесообразным является использование наземных машин с числом канатов более двух, для которых не требуется применения парашютов.
В своё время были изготовлены несколько четырехканатных подъёмных машин. В 1972 году в Кривбассе существующая подъёмная машина типа 2x5x2,3 была переоборудована в четырёхканатную со шкивами трения. До реконструкции возможная высота подъёма по канатоёмкости барабанов машины составляла 700 м, а после переоборудования в четырёхканатную -1500 м. Эта подъёмная установка использовалась для выполнения и вспомогательных операций с горизонта 1115 м. Также в Кривбассе в 1991 г. была пущена в эксплуатацию четырёхканатная наземная машина МПМН 3,15x4 с дисковым тормозным устройством производства «Донецкгормаш». Она используется на клетевой подъёмной установке для вспомогательных операций. Имеется также несколько наземных машин МК 5x4, эксплуатируемых с четырьмя канатами (ш. им.Гаевого, ш. «Южный коммунар» и т.д.).
Опыт эксплуатации этих машин доказала надёжность и работоспособность схемы многоканатного подъёма с наземным расположением подъёмной машины. Однако все эти машины эксплуатировались не на полную нагрузку, что не позволяло до конца выявить особенности этой схемы [1].
В 2000 году на руднике «Малевский» АО «Казцинк» была пущена в эксплуатацию четырёхканатная наземная машина ЦШН 4x4. Машина была разработана НПФ «Мидиэл». Разработка заключалась в переоборудовании серийной машины ЦШ 4x4 в наземную. Машина эксплуатируется в интенсивном режиме с нагрузкой, близкой к максимально допустимой. Впервые в СНГ начала эксплуатироваться четырёхканатная наземная подъёмная машина в относительно тяжёлых условиях.
С самого начала эксплуатации НПФ «Мидиэл» ведёт наблюдение за работой этой машины. И хотя, в общем, опыт эксплуатации оказался положительным, был выявлен ряд проблем, которые заставили по-новому взглянуть и на роль конструкции копровых шкивов в работе подъёмной установки, и на допустимые монтажные отклонения в машине, и на допустимые удельные давления на футеровку в условиях абразивной рудной пыли.
В настоящее время НПФ «Мидиэл» проводит работы по решению этих проблем и, соответственно, по усовершенствованию конструкции наземных многоканатных машин. В частности, проводятся работы по рационализации конструкции копровых шкивов, канатоведущего шкива.
Целесообразность применения МКПУ с наземным расположением подъёмных машин достаточно широко обсуждалась ещё в 50-е годы XX века, когда решался принципиальный вопрос о выборе направления развития многоканатных подъёмных установок: с башенными копрами или с наземным расположением машин. При этом отмечалось [3], что основным эксплуатационным преимуществом башенного копра является то, что при расположении на нём подъёмной машины подъёмные канаты имеют только два перегиба (на барабане машины и на отклоняющем шкиве), в то время как при расположении машины на земле (по схеме Кёпе) канат имеет три перегиба: один на барабане машины и два на направляющих шкивах (Рис. 1.1).
Особенности динамики многоканатных наземных подъемных установок
Основной целью диссертационной работы является повышение эффективности эксплуатации комплексов многоканатных подъемных установок с наземным расположением подъемных машин, как для вертикальных шахтных, так и для наклонных карьерных подъемников. Выделение скипов в самостоятельную часть из общей задачи исследования карьерных подъемных установок имеет глубокие основания. Эти основания лежат в специфике эксплуатации карьерріьіх подъемников. Скип, являясь одной из основных частей карьерной подъемной установки, в тоже время является наиболее ответственным ее элементом, подверженным наибольшим динамическим нагрузкам и работающим в наиболее неблагоприятных условиях. Параметры конструкции скипа, показатели его надежности и долговечности в большой мере влияют на показатели работ всей подъемной установки, определяют ее производительность. В конечном итоге, показатели функционирования скипа определяют экономические показатели карьерной подъемной установки.
В соответствии с общей целью в диссертации исследованы теория, методы расчета и вопросы конструктивной реализации большегрузных скипов мощных карьерных подъемных установок с наземным расположением подъемных машин.
При этом основные задачи диссертационной работы могут быть сформулированы следующим образом: 1. Исследование особенностей динамики многоканатных подъемных установок с наземным расположением подъемных машин. 2. Исследование влияния расположения КВШ относительно ствола шахты на безопасность эксплуатации МКПНУ. 3. Разработка рациональных схем многоканатных наземных подъемных установок для шахт и карьеров при проектировании новых и реконструкции действующих установок. 4. Теоретические и экспериментальные исследования и разработка конструкций большегрузных карьерных скипов многоканатных карьерных подъемников с наземным расположением канатоведущих шкивов. 5. Повышение безопасности эксплуатации комплексов подъемных установок шахт и карьеров на основе прогнозирования их кризисных ситуаций, обоснования фактической и остаточной ресурсности и нормативных сроков службы. 2. Исследование особенностей динамики и тяговой способности канатоведущих шкивов наземных многоканатных подъёмных установок Такие отличительные особенности МКПНУ как наличие струны канатов, отклоняющих копровых шкивов, формирующих угол обхвата канатоведущих шкивов и др., вызывают необходимость дополнения и уточнения динамики установок, обеспечения условия не скольжения канатов и выполнения всего комплекса силовых расчетов подъёмных установок.
Необходимо при этом также рассмотрение вопросов резонансных явлений при установке двух и более подъемных машин и возможных путях отстройки от них, сравнительного анализа динамики установок с башенным и наземным расположением подъёмных машин и др.
Обоснование необходимости перехода от башенного к наземному расположению двух и более многоканатных машин
Многоканатные подъёмные установки представляют собой сложную систему подвижных масс. Тенденция к увеличению их производительности, приводит к увеличению, как массы поднимаемого груза, так и скорости его перемещения. Увеличение скоростей движения и массы поднимаемого груза становится причиной резкого возрастания нагрузок воспринимаемых подъёмной машиной. Традиционно, при проектировании подъёмных установок методика проверки подъёмной машины на воспринимаемые нагрузки учитывает лишь их статическую составляющую, без учета динамики процесса. С этой точки зрения рассмотрим совместную работу двух и более многоканатных подъёмных установок, машины которых установлены на одном башенном копре. При расположении нескольких машин на башенном копре, весомую роль в обеспечении безопасной работы подъёмных машин приобретает уменьшение динамических колебательных процессов. Вредное воздействие вибрации, возникающей при работе подъёмных машин, усугубляются тем, что башенный копер, в котором они установлены, в физическом смысле представляет собой упругий стержень с сосредоточенной массой на свободном конце (рис. 2.1). Такая конструкция обладает частотой собственных колебаний: копров с круглым сечением до 1,5 Гц; с квадратным сечением — до 5 Гц. [1]. При пуске и остановке подъемной машины возникают колебания скипов (клетей, противовесов), которые передаются на раму подъемной машины, а затем на металлоконструкции копра. Время срабатывания тормоза (нарастания и уменьшения тормозного момента) соизмеримо с периодом собственных колебаний динамической системы. При таких временных параметрах изменения тормозного момента происходит усиление колебаний. Если этот процесс происходит с периодичностью меньше, чем время затухания колебаний, то возникает резонанс. Известно, что относительно низкочастотные системы, к которым можно отнести и башенные копры, имеют невысокое демпфирование, поэтому эти колебания при пуске и торможении могут существенно снизить ресурс копра.
Под действием источников вибрации в протяженных тонкостенных элементах конструкций возникают поперечные (изгибные) колебания, вследствие чего напряжения в них становятся переменными, т.е. отличными от расчетных. Переменные напряжения вызывают изменение структуры бетона, дефекты структуры увеличиваются в размерах, образуются новые. Следствием такого изменения структуры становится снижение изгибной жесткости указанных элементов и увеличение амплитуды колебаний, то есть процесс происходит с ускорением. Специфика конкретного сооружения влияет лишь на скорость процесса
Оптимизация параметров большегрузных скипов
Выделение схем установок в самостоятельную часть общей задачи повышения эффективности карьерных МКПНУ имеет глубокие основания. Эти основания лежат в общей специфике устройства и функционирования карьерных наклонных подъёмников. При этом каждый карьер имеет ещё и свои отличительные особенности [56].
Современная мировая тенденция в области создания новейшего горного оборудования: экскаваторов, транспортных средств, дробильно-размольных комплексов и др. как раз и предусматривает обязательный учет конкретных горногеологических и горно-технологических условий.
Сама схема МКПНУ, способ её уравновешивания играют чрезвычайно важную роль в обеспечении экономичной и безопасной эксплуатации установок. Важным и ответственным элементом МКПНУ, являются скипы, подверженные наибольшим динамическим нагрузкам и функционирующие в наиболее неблагоприятных условиях. Особенно это относится к большегрузным скипам г/п более 40т (75,80,90,110,150,180 и более тонн). Параметры конструкции таких скипов в значительной мере влияют на производительность МКПНУ, на её энергетические показатели, на надёжность и безопасность функционирования. Разработка схем установок и конструкций скипов должны быть взаимосвязанными и взаимно обусловленными.
Таким образом, эффективная отработка глубоких горизонтов открытых горных работ оказывается достаточно тесно связанной с дальнейшим развитием и совершенствованием всего комплекса наклонных многоканатных подъемных установок наземным расположением подъемных машин.
С точки зрения устройства и технологии функционирования многоканатных наклонных наземных подъёмных установок предпочтительной является схема с двухэтажной эстакадой, обеспечивающая наиболее благоприятные условия для канатов едущего шкива с точки зрения углов обхвата, взаимного расположения шкивов, струн ветвей канатов и др., однако устройство таких эстакад значительной протяженности для большегрузных скипов представляется весьма проблематичным.
Анализ предлагаемых схем для условий многоканатных подъёмных установок [37,38,56,57 и др.] показывает, прежде всего, нерешенность проблемы их уравновешивания. Использование для этих целей хвостовых канатов, как в вертикальном подъёме, практически неприемлемо, ввиду чрезвычайной сложности реализации этого способа.
В связи с этим в настоящей работе предлагается другой способ уравновешивания, в достаточно полной мере учитывающий специфику наклонных многоканатных подъёмных установок с наземным расположением канатоведущих шкивов.
Схема установки, реализующая этот способ, приведена на рис. 3.1. Её отличительной особенностью является дополнительная приводная станция, располагаемая в нижней части рельсовых путей, за нижним перегрузочным пунктом. Эта приводная станция состоит из привода 1, поочередно подключаемого к барабанам 2. При спуске порожнего скипа посредствам обычного круглопрядного каната 3, соединенного с нижним прицепным устройством 4 скипа 5 и наматываемого на барабан 2, осуществляется полное уравновешивание подъёмной системы. Барабаны 2, располагаются таким образом, чтобы углы девиации ССд тягового каната 3 не превышали допускаемых по ПБ при любых положениях подъёмного сосуда.
Предложенная схема установки функционирует следующим образом. Согласно схеме управления (автоматического, полуавтоматического или ручного), барабан соответствующей ветви ПУ включается в работу в момент начала разгрузки скипа на верхнем перегрузочном пункте и с этого момента осуществляется его надёжное соединение с приводом (положение заторможено).
В начале подъёмной операции синхронно с опусканием порожнего сосуда обслуживающий его барабан, получая вращение от привода, осуществляется натяжением своего каната, дающего дополнительное усилие сбегающей ветви. ,доп Это дополнительное усилие Fсб заменяет собой усилие от уравновешивающего хвостового каната. По абсолютной величине оно должно быть не менее: FT I?хпх.к. хZoх(sin an + f2xcosan)Vs (з.і) где: q,nx к - масса одного погонного метра и количество предполагавшихся хвостовых канатов. После загрузки порожнего скипа на нижнем перегрузочном пункте привод дополнительной приводной станции переключается на другую ветвь канатов (с порожним скипом на верху) и описанный процесс повторяется.
Преимуществом предложенной здесь схемы уравновешивания ветвей канатов является надёжное обеспечение условия непроскальзывания каната на КВШ и безусловное выполнение требований ПБ в части обеспечения значений коэффициентов безопасности против скольжения. При этом хвостовые, плоские уравновешивающие канаты заменяются (одним или двумя) головными канатами, сравнительно небольшого диаметра.
Разработка и обоснование методики прочностных расчетов кузовов скипов предложенной конструкции
Анализ кризисных состояний и причин выхода из строя комплексов ШПУ следует вести по их базовым структурным единицам. Итогом такого анализа должно быть обоснование методологии установления общего ресурса и остаточной ресурсности ШПМ (для машин с истекшим нормативным сроком службы).
Основной базовой структурной единицей подъемной машины является главный вал, и его разрушение означает замену всей машины, т.е. по сути дела состояние вала определяет технический ресурс подъемной машины. Главные валы крупных подъемных машин изготавливаются из стальных поковок, которые в силу технологических особенностей металлургического производства еще на стадии их изготовления приобретают дефекты в виде неметаллических включений, раковин, закатов, усадочных трещин, флокенов, расслоений и т.д. Естественно, что изготовленный из такой поковки вал после окончательной обработки сохранит все внутренние дефекты данной поковки. Любой из этих дефектов, по своей сути, есть концентратор напряжения и в результате длительной эксплуатации подъемной машины является потенциальным источником зарождения усталостной трещины, которая, при определенном сочетании и характере внешних нагрузок, получит дальнейшее развитие, что, в конце концов, приведет к разрушению вала. Поэтому поковки еще до изготовления вала подвергаются на заводе ультразвуковому контролю сплошности металла согласно ГОСТ 24507-80 «Контроль неразрушающий. Поковки из черных и цветных металлов. Методы ультразвуковой дефектоскопии». Этим стандартом определено, что схема прозвучивания поковок в полном объеме устанавливается таким образом, чтобы каждый элементарный объем металла был прозвучен в трех взаимно перпендикулярных плоскостях. Этим документом также определено, что уровень фиксации дефекта и браковочный уровень должны соответствовать уровня, установленным технической документацией на поковки. На основании сопоставления результатов контроля и требований нормативно-технической документации завода-изготовителя подъемной машины делают заключение о годности или браковки для соответствующего изделия (в данном случае главного вала подъемной машины).
Поэтому при реализации методических указаний (МУ) будем исходить из того, что заводом - изготовителем (на стадии изготовления) дано заключение о годности поковки для изготовления вала, а диагностическими и экспертными организациями (на стадии эксплуатации) дано положительное заключение по экспертизе промышленной безопасности ПМ. Последнее касается и других структурных единиц подъемных машин.
За каждый цикл спуска-подъема главный вал подъемной машины испытывает достаточно сложный блок напряжений кручения и изгиба. Кроме того, в процессе эксплуатации он испытывает также ряд перегрузок, возникающих при срабатывании предохранительного тормоза, во время загрузки подъемных сосудов на весу, при резком снятии провисшим канатом подъемных сосудов с твердого основания (с кулаков, посадочных брусьев), при застревании подъемного сосуда в проводниках жесткой армировки и в ряде других случаев.
На определенной стадии действия циклических нагрузок в сочетании с перегрузками в валах подъемных машин в местах, где циклические напряжения достигают больших значений (галтели, надрезы, участки шероховатости, места структурных дефектов металла и т.п.), могут возникать и прогрессивно развиваться трещины усталости, которые постепенно приводят к усталостному разрушению вала.
Анализ всех случаев разрушения главных валов (а их зафиксировано по данным работы [1] порядка 80) свидетельствует, что все они произошли по причине усталости металла вала. На основании доказанных положений теории усталости можно сформулировать типовую схему процесса усталостного разрушения главного вала подъемной машины: - очаг усталостной трещины находится, как правило, на поверхности вала; - конструкция главного вала является ступенчатой, имеет многочисленные галтельные переходы различного радиуса, шпоночные пазы, радиальные отверстия с резьбой для крепления стопорных планок, посадочные места под ступицы органов навивки, наличие следов резца на поверхности вала в результате механической обработки его, внутренняя структура вала засорена дефектами металлургического характера и т.д.; - все перечисленные особенности конструкции главного вала представляют собой концентраторы напряжения, которые в процессе эксплуатации могут наслаиваться друг на друга и значительно усиливаться, например, вследствие увеличения зазора между валом и ступицей барабана и т.д. - усталостная трещина может возникнуть в любых сечениях главного вала, в которых действуют наибольшие моменты и где имеется концентратор напряжений, при этом запас статической прочности в данном сечении не играет роли.
Второй структурной единицей, техническое состояние которой в значительной степени определяет остаточный ресурс подъемной машины, являются органы навивки, т.е. барабаны или канатоведущие шкивы. Металлоемкая конструкция барабана в большинстве случаев (особенно это касается барабанов подъемных машин НКМЗ) усилена различными кольцами жесткости, подкосами и косынками, соединенными с обечайкой с помощью сварных швов. Сварные швы, как правило, не отличаются высоким уровнем изготовления, поэтому на ранней стадии эксплуатации машины проявляются внешние признаки деградации металла в виде трещин в сварных швах. Однако появление таких трещин обычно не характеризует общую деградацию металлоконструкции барабана, а только дает информацию о некоторых аномальных локальных дефектах, не связанных с усталостью. Во многих случаях дальнейшее развитие таких трещин прекращается. Появившиеся в процессе длительной эксплуатации машины трещины в теле обечайки или лобовин могут быть идентифицированы как усталостные. Именно эти трещины представляют наибольшую опасность, и их появление свидетельствует о переходе металлоконструкции барабана в предельное состояние.
Кроме трещин переход барабана в предельное состояние может быть обусловлен уменьшением толщины металла обечайки вследствие ее механического износа. Это может привести к снижению прочности и потере устойчивости барабана. Величина уменьшения толщины обечайки нормативно-техническими документами не регламентирована, но она может быть установлена, в том числе, и при реализации результатов настоящей работы.
