Введение к работе
Актуальность проблемы. Калийные рудники ПО «Беларуськалий» входят в число крупнейших предприятий горной промышленности мира. Производительность их по горной массе составляет 23,8 млн. т/год. Дальнейшее развитие производства определяет необходимость решения вопросов повышения производительности труда, качества продукции и снижения себестоимости. При решении этих задач предусматривается создание нового и реконструкция действующего шахтного оборудования с высокими эксплуатационными и экономическими показателями. В настоящее время скиповые подъемные установки этих рудников оснащены барабанными машинами, имеющими предельную для подъема производительность. Установки работают по 20 и более часов в сутки в условиях абразивно-коррозионной среды. Срок службы канатов и других элементов меньше нормативного. В этих условиях актуальной является задача увеличения долговечности канатов, прицепных устройств и повышения эффективности работы подъемных установок.
Анализ работоспособности шахтных канатов, технических возможностей существующих подъемных установок и перспектив их развития показал, что отсутствуют эффективные технические решения по обеспечению их надежной работы.
В этой связи усовершенствование методов расчета и выбора рациональных параметров канатов и прицепных устройств, создание новых средств контроля, их несущей способности, введение в практику инструкций и методик, регламентирующих проведение испытаний, является актуальной научной проблемой имеющей важное народнохозяйственное значение.
Цель работы. Повышение надежности работы рудничного подъема и безопасной эксплуатации шахтных канатов, подвесных и прицепных устройств на основе исследования динамики подъема как единой механической системы.
Идея работы заключается в комплексном мониторинге напряженно-деформированного состояния шахтных канатов, динамики подъемной установки, как единой системы механизма усталостного разрушения.
Методы исследований. Для достижения поставленной цели в работе использовались системный, статистический и корреляционный анализы, экспериментальные и теоретические исследования.
Задачи исследований:
изучить динамические процессы, возникающие в канатах, прицепных и подвесных устройствах при нормальных и экстремальных режимах работы подъема;
разработать математические модели расчета канатов, подвесных и прицепных устройств;
- создать экспериментальное оборудование для проведения испытаний канатов, подвесных и прицепных устройств в лабораторных и шахтных условиях;
установить закономерности изменения прочности канатов при экстремальных режимах работы подъемной установки;
разработать методики и рекомендации по повышению безопасности эксплуатации оборудования рудничного подъема.
Научные положения, защищаемые в диссертации:
- новые способы и методы комплексной оценки эффективности использо
вания шахтных канатов, подвесных и прицепных устройств, учитывающие па
раметры шахтной атмосферы и динамические режимы работы подъемных уста
новок для ПО «Беларуськалмй»;
- закономерности изменения прочности каната при экстремальных на
грузках;
зависимости изменения напряжений в опасных сечениях резинотросо-вьгх канатов;
модели нагружения стальных и резинотросовых уравновешивающих канатов, обеспечивающие поддержание задаваемого уровня безопасности при эксплуатации.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждены: корректным использованием фундаментальных наук в области теории рудничного транспорта, а также значительным объемом экспериментальных исследований (испытаниям на прочность подвернуто более 1440 канатов и прицепных устройств), позволивших с надежностью не ниже 0,90 установить законы распределения величин разрушающих нагрузок и статистические параметры; применением современной измерительной и регистрирующей аппаратуры; удовлетворительной сходимостью результатов теоретических исследований с данными, полученными в шахтных условиях (в пределах 85-90%).
Научная новизна работы заключается в следующем:
предложены новые способы и методы комплексного мониторинга динамических процессов, возникающих в канатах, подвесных и прицепных устройствах при нормальных и экстремальных режимах работы подъемного оборудования;
установлены закономерности изменения прочности канатов в зависимости от их конструкции и характера износа;
разработаны математические модели нагружения стальных и резинотросовых канатов, учитывающие динамику работы подъемной установки и влияние окружающей среды;
установлены зависимости изменения напряжений в опасных сечениях резинотросовых канатов от запаса их прочности, режимов работы подъемной установки и циклов нагружений;
предложены дифференцированные нормы браковки канатов по потере сечения металла в зависимости от запаса прочности при навеске и конструкции канатов.
Практическое значение работы и ее реализация:
- на основе выполненных исследований, Солигорский институт проблем
ресурсосбережения с Опытным производством освоил производство подвесных
и прицепных устройств, которые используются на шахтных подъемно-транспортных установках в ПО «Беларуськалий»;
- разработаны «Методика испытаний подвесных, прицепных и парашют
ных устройств сосудов вертикальных подъемных установок» и «Инструкция по
испытанию шахтных канатов, работающих в условиях соляных месторождений
Республики Беларусь» которые используются при проектировании, изготовле
нии и испытании данного оборудования;
- использование созданного испытательного оборудования позволяет
оценивать уровень надежности и выполнять оперативную оценку резервов по
вышения эффективности работы горношахтного оборудования;
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на Международной научно-технической конференции «Современные проблемы машиноведения» (г. Гомель, 1998 г.), на III республиканской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии» (Минск, 1998), на международной научно-технической конференции «Охрана труда в подземных и открытых шахтах и рудниках» (София, 1998 г.), на научно-технической конференции «Современные материалы, оборудование и технологии упрочнения и восстановление деталей» (г. Новополоцк, 1999 г.), на международной научно-технической конференции «Охрана и восстановление окружающей среды при разведке, добыче полезных ископаемых в металлургическом производстве» (Болгария, Варна, 1999 г.), на различных этапах в течение 1996 - 2000 г.г. выносились на заседаниях научно-технического совета Солигорского Института проблем ресурсосбережения с Опытным производством совместно с представителями ПО «Беларуськалий» и ОАО «БЕЛГОРХИМПРОМ».
Публикации. Результаты исследований, изложенные в диссертации, опубликованы в 23 работах, из них в 10 статьях и 5 решениях о выдаче патентов РБ.
Структура и объем работы. Диссертация содержит введение, шесть глав, заключение, список литературы из 122 наименований и 10 приложений. Полный объем диссертации составляет 139 стр., включая 36 рисунков, 18 таблиц.