Введение к работе
Актуальность темы. Эффективность работы горного предприятия во многом обусловлена производительностью, безопасной эксплуатацией и энергосберегающими показателями рудничных подъемных установок.
Развитие рудничного подъема, связанное с увеличением глубины добычи полезных ископаемых, характеризовалось повышением грузоподъемности и скоростей движения механизмов подъема, вызывающих значительные динамические нагрузки в периоды разгона и торможения.
Для существующей системы параметров и показателей при оценке динамических режимов подъема, определяющих производительность, размеры и вес оборудования, а также энергетические затраты, такие как расход энергии и нагрев двигателя, требовалась более достоверная информация по наиболее нагруженным переходным режимам.
В 2008 г. на кафедре технической механики УГГУ были проведены исследования динамических режимов в условиях электрического торможения рудничных подъемных установок, в которых был применен подход, базирующийся на методах теории подобия. Такой подход в исследованиях позволил создать основанные на критериях подобия методы оценки переходных процессов рудничного подъема, способствующие обоснованию рациональных режимов как по энергозатратам, так и по другим показателям. Для получения обобщающей информации по динамике тормозных режимов подъемных установок, используя методы подобия, необходимо было также исследовать режим механического торможения на всем пути замедления.
Кроме того, практика эксплуатации рудничного подъема показывает, что применяемые в настоящее время системы контроля от аварий не всегда обеспечивают своевременное срабатывание своих устройств, особенно при глубине стволов более 200 м, что вызывает длительные паузы в работе подъемных установок, связанные с ликвидацией аварий после напуска каната в стволе шахты. В существующих исследованиях, посвященных вопросам контроля напуска каната в целях защиты от аварий, не применяется метод контроля, позволяющий контролировать аварийный режим посредством устройства, срабатывающего за определенный заданный промежуток времени при заданной величине осевого усилия в канате.
Таким образом, исследование вопросов динамики механического торможения рудничного подъема на основе теории подобия, а также разработка конструкции устройства для контроля напуска подъемного каната являются актуальной научно–технической задачей, отвечающей потребностям практики горного производства.
Цель работы – повышение эффективности эксплуатации рудничных подъемных установок за счет обоснования рациональных динамических режимов на основе критериальных номограмм подобия и разработки конструкции по контролю от напуска каната при аварийных режимах работы.
Идея работы заключается в установлении подобия динамических режимов рудничного подъема в условиях механического торможения, а также разработке системы защиты подъемных канатов от аварий.
Методы научных исследований. Использованы методы прикладной математики и динамики рудничного подъема, методы моделирования динамических процессов на основе теории подобия, методы теории механизмов и машин и теоретической механики.
Научные положения, выносимые на защиту:
Из множества динамически подобных режимов рациональный режим может быть выбран по номограммам подобия на основе комплекта изолиний экстремальных показателей переходных процессов при механическом торможении.
Экстремальными динамическими показателями режима механического торможения являются минимумы одноразовых и часовых потерь тепла в двигателе, области наивысших КПД, минимум эквивалентного усилия и мощности шахтного подъема, максимум относительной производительности установки.
Определяющими показателями для контроля напуска каната являются величина осевого усилия в канате и время срабатывания устройства для контроля напуска.
Научная новизна результатов исследований заключается:
в разработке метода исследований динамических режимов на основе критериев подобия через переменную частоту операций, как при постоянном весе груза, так и при постоянной (заданной) производительности;
в установлении критериальных экстремумов показателей динамики механического торможения подъема на основе номограмм подобия;
в разработке математической модели, определяющей параметры настройки устройства для контроля напуска каната по времени срабатывания и величине осевого усилия в канате.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается корректным использованием современных методов математического моделирования, построенных на критериях подобия, сравнением теоретических исследований с практическими данными по рудничному подъемно-транспортному оборудованию и результатами исследований других авторов, расхождение между которыми не превышает (7…10) % .
Практическая значимость работы состоит:
– в разработке методики обоснования рациональных динамических режимов в условиях механического торможения рудничного подъема на основе уравнений и номограмм подобия;
– в разработке системы защиты от напуска подъемного каната при аварийных режимах работы
Личный вклад автора заключается в разработке методики обоснования рациональных динамических режимов рудничного подъема в
условиях механического торможения на основе критериев подобия; в разработке комплекта номограмм подобия переходных процессов при механическом торможении; в разработке математической модели устройства для контроля напуска каната (УКН); в разработке конструкции УКН.
Реализация результатов работы. Разработанная методика обоснования рациональных динамических режимов на основе критериальных номограмм подобия может быть рекомендована предприятиям, проектирующим рудничные подъемные установки.
Разработанное УКН прошло испытания на подъемных установках шахты «Черемуховская» ОАО «Севуралбокситруда» и на Хайдарканском ртутном комбинате, которые показали, что УКН обеспечивает своевременное срабатывание систем контроля и защиты при аварийных режимах работы рудничного подъема
Апробация работы. Основные положения и научные результаты обсуждались на международных научно-технических конференциях: «Нетрадиционные технологии и оборудование для разработки сложно-структурных месторождений полезных ископаемых» (г. Екатеринбург,
2005 г.), «Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности» (г. Екатеринбург, 2006, 2008, 2009, 2013 гг.), на всероссийских научно-технических конференциях «Математическое моделирование механических явлений» (г. Екатеринбург, 2004, 2007, 2011, 2013 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликованы: 19 печатных работ, из них 4 работы в ведущих рецензируемых журналах и изданиях; получено 1 авторское свидетельство на изобретение.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения и четырех глав, содержит 112 стр. машинописного текста, 30 рисунков, 1 таблицу, библиографический список из 129 наименований и приложение.
