Введение к работе
Актуальность работы. Основой экономического потенциала страны является горнодобывающая отрасль. Ее дальнейшее развитие невозможно без применения горных выемочных машин повышенной энерговооруженности и мощности. Экстремальные условия эксплуатации и специфика работы горных выемочных машин обусловливают их низкий ресурс, что приводит к значительным простоям оборудования, росту трудоемкости и стоимости ремонта.
Отсутствие достаточных средств на проектирование, модернизацию, ремонт горных машин, приобретение нового оборудования ведет к интенсивному старению машинного парка, способствует повышению аварийности и травмоопасное при ведении работ. Объективный процесс - реструктуризация горных предприятий и, в первую очередь, угольных шахт дополнительно выдвигают жесткие требования к надежности горных машин.
Наиболее нагруженными узлами горных выемочных машин являются трансмиссии. Около четверти всех отказов, например, угледобывающих комбайнов, связано с возникновением дефектов в элементах трансмиссий. Повышение надежности очистного оборудования должно сводиться к повышению надежности сборочных единиц и деталей, лимитирующих ресурс машины как системы. Энергетический подход является наиболее перспективным при оценке ресурса системы выемочной машины на всех этапах ее жизненного цикла. При этом элементы машины имеют свой энергоресурс, а его исчерпание приводит к отказам в работе машины. Однако применяемые методы, основанные на этом подходе, как правило, требуют значительных капитальных вложений для создания опытных образцов машин, стендов и проведения испытаний, что затруднено на стадии создания новой машины.
В связи с изложенным, решение научной проблемы - разработка теории повышения ресурса выемочной машины на основе диагностирования и корректировки показателей энергоресурса и потерь мощности отдельных элементов системы на стадии > создания новой машины - имеет важное народнохозяйственное
значение. Решение этой проблемы предполагает проведение оценки величин энергоресурсов элементов системы, и в первую очередь, трансмиссии выемочной машины, исследование процессов преобразования энергии в этих элементах и изучение возможностей влияния на процессы, способствующие повышению ресурса горной машины. А также построение математической модели, которая, описывая трансмиссию как простую систему, давала бы возможность осуществлять широкий вычислительный эксперимент для выявления наименее надежных элементов системы и прогнозирования наступления опасных повреждений в зависимости от условий ее эксплуатации.
Данная работа является частью комплексных исследований, выполняемых в СПГТИ (ТУ) по планам важнейшей тематики по научному направлению "Перспективные технологии и технологические средства для добычи и обогащения твердых полезных ископаемых" в соответствии с утвержденной Минвузом РСФСР Целевое комплексной программой "Человек и окружающая среда. Проблемг охраны природы. Охрана и использование земных недр".
Цель работы. Установление закономерностей, связывающю величины энергоресурса и потерь мощности в элементах системь выемочной машины, для обеспечения равноресурсности злементої системы или гарантированных кратных ресурсов этих элементов что позволит повысить ресурс выемочной машины в целом, снизил затраты на ее обслуживание и ремонт.
Идея работы заключается в том, что диагностирование со стояния выемочной машины осуществляется на основе сравнитель ной Оценки ресурсов элементов машины как простой системы чере количественные показатели, определяемые отношением энергоре сурса элементов к потерям мощности в них, а выравнивание ресур сов элементов осуществляется за счет перераспределения потер мощности между сопрягаемыми звеньями, составляющими элемен системы, или перехода на новые типоразмеры.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Повышение ресурса выемочной машины как системі взаимосвязанных между собой элементов может быть обеспечен путем диагностирования элементов системы с количественно:
оценкой ресурса отдельных элементов системы и последующим их выравниванием за счет увеличения энергоресурса отдельных элементов и изменения потерь в них посредством корректировки параметров сопряженных звеньев этих элементов или перехода на другой типоразмер.
-
Энергоресурс элементов системы определяется как произведение константы энергоресурса на предельное число циклов на-гружения с учетом показателя степени уравнения кривой энергоресурса, а сама константа есть произведение удельной мощности потерь и показательной функции, где основанием является число циклов нагружения, а показателем - тангенс угла наклона прямой логарифмического уравнения энергоресурса к оси абсцисс.
-
Потери мощности в зависимости от величины и характера внешней нагрузки в связанных между собой элементах системы вы-гмочной машины можно адекватно определить с помощью матема-гаческой модели, включающей в себя коэффициент вязкого сопротивления подсистемы, пропорциональный отношению потерь мощности в элементе при средней нагрузке за цикл к амплитуде мощности переменной составляющей, передаваемой через элемент системы.
-
Увеличение энергоресурса элементов системы выемочной машины, изменение потерь в них и корректировка параметров сопряженных звеньев элементов обеспечивается минимизацией коэффициента перекрытия, гарантирующего нормальное зацепление в передаче, и снижением абсолютной величины коэффициента удельного скольжения звена, имеющего наименьший энергоресурс.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается корректным использованием тробированных методов теории колебаний, классической механики, трибологии и триботехники, теории контактного взаимодействия трикладного математического анализа, а также достаточной сходи-иостью теоретических и экспериментальных результатов (расхождение не более 15 % при доверительной вероятности 0.9-0.95). Научная новизна диссертационной работы заключается: впервые предложена качественная оценка ресурса элементов :истемы выемочной машины, основанная на диагностировании и
выравнивании их ресурсов с определением энергоресурса элементов системы на основе количественной оценки предельного числа циклов нафужения и константы энергоресурса, как функции удельных потерь мощности, числа циклов нафужения;
разработана математическая модель потерь мощности в системе выемочной машины в зависимости от величины и характера внешней нафузки, включающая в себя коэффициент вязкого сопротивления в кинематических парах как элементах системы;
предложен метод повышения ресурса элементов системы выемочной машины путем целенаправленного изменения параметров сопряженных звеньев элементов системы.
Практическое значение работы состоит в разработке:
методики оценки энергоресурса элементов трансмиссии горной машины;
методики выявления элементов системы выемочной машины, лимитирующих ее ресурс;
рекомендации по повышению ресурса наиболее нафужен-ных элементов системы горной выемочной машины - зубчатых передач;
новых конструкций улучшенных зацеплений, защищенных патентом и тремя авторскими свидетельствами.
Реализация результатов работы. Разработанные в диссертации методики, рекомендации и технические решения внедрены Е производство и используются в учебном процессе.
-
Методика расчета фафиков 111 IP для основного технологического оборудования (ЗАО "Битран" .Ярегского нефтешахтногс управления);
-
Элементы профаммного обеспечения и методика оценки качества механического оборудования (ЗАО "ТЕХМАШЭКСПОРТ" г Санкт-Петербург);
-
Методика оценка ресурса трансмиссий горных машин (на пред приятиях "ПЕЧОРШАХТОСТРОЙ").
-
Результаты исследований используются в учебном процесс« Санкт- Петербургского государственного горного института і нашли свое отражение при подготовке бакалавров по направле
нию 551800 "Технологические машины и оборудование", специалистов по специальностям 1701000 "Горные машины и оборудование", 170300 "Металлургические машины и оборудование" в учебных программах по дисциплинам: "Технология производства горных машин и оборудования", "Ремонт и монтаж горного оборудования", "Проектирование металлургического оборудования", "Методы исследования машин и механизмов", "Надежность, эксплуатация и ремонт металлургических машин и оборудования". Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на международных, республиканских и отраслевых научно-технических конференциях, симпозиумах и семинарах: Международная научно-практическая конференция по проблеме обеспечения надежности и качества зубчатых передач (Санкт-Петербург 17-20 июля 1996 г.); Симпозиум "Горное оборудование, переработка минерального сырья, новые технологии, экология", IV Международный форум. (Санкт-Петербург, 29 октября - 2 ноября 1996); 2-я Международная конференция "Экология и развитие Северо-Запада России" (Санкт-Петербург-Кронштадт 26-28 июня 1997г); конференции Горное оборудование, переработка минерального сырья, новые технологии, экология, V Международный горно-геологический форум (Санкт-Петербург 7-10 октября 1997); Межвузовская научно-практическая конференция "Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения (г. Воркута 27-29 апреля 1998г.).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 25 печатных работах, из которых четыре являются изобретениями.
Объем и структура работы. Диссертационная работа включает 207 страниц основного текста, 41 рисунок, 8 таблиц и состоит из введения пяти глав, заключения и списка литературы из 155 наименований.
Автор выражает глубокую признательность и благодарность профессорам Тимофееву И.П., А.А. Кулешову, Тарасову Ю.Д., доц. Долгому И.Е. за консультации, ценные замечания и организационную помощь в подготовке и оформлении диссертационной работы.