Введение к работе
Актуальность работы
Одним из главных направлений научно-технического прогресса при подземной разработке месторождений в последние 20 лет являлось внедрение самоходного оборудования, которое обеспечивает рост производительности и улучшение условий труда, повышение экономической эффективности и культуры производства. В России оно наиболее широко применяется на рудниках цветной металлургии и объемы добычи руды с его использованием достигли 57,4%.
Эксплуатация самоходного горно-транспортного оборудования осложняется двумя серьезными факторами - высокой себестоимостью перевозок, погрузочно-доставочных работ (затраты на энергоносители составляют 15-20% в общей себестоимости) и отрицательным воздействием на экологическую обстановку в подземных выработках. Новые конструкторские решения, направленные на создание высокоэкономичных дизелей, долгосрочны в своей реализации, поэтому для получения экономического эффекта в ближайшее время без дополнительных капиталовложений следует оптимизировать режимы работы серийно выпускаемого оборудования. Снижение транспортных расходов возможно также за счет максимального соответствия конструктивно-технологических характеристик машины заданным условиям эксплуатации, что не всегда соблюдается на практике из-за трудностей методологического характера.
В связи с изложенным, при существующих высоких затратах на приобретение, доставку, ремонт и эксплуатацию транспортного самоходного оборудования, проблема снижения энергозатрат и повышения его экологичности является актуальной и экономически значимой.
Цель работы
Разработка метода оптимизации режимных параметров дизельного привода погрузочно-доставочной машины (ПДМ) по
энергетическому критерию, учитывающему эксплуатационные и конструктивные факторы и позволящему минимизировать расход топлива ПДМ и прогнозировать его изменение в зависимости от условий эксплуатации.
Идея работы
Выбирать скоростной диапазон, оптимальный по критерию энергопотребления, возможно на основе анализа детализированной по элементарным операциям технологического цикла ПДМ силовой статической составляющей нагрузочного режима.
Защищаемые научные положения
-
Учет всех основных факторов, воздействующих на привод машины в течение технологического цикла, при исследовании режимных параметров достигается кусочно-интегральным детерминированным подходом, который позволяет в формализованном виде описать изменение силовой составляющей нагрузочного режима по элементарным технологическим операциям ПДМ, добиваясь наибольшего соответствия реальному процессу.
-
Минимизация энергетических показателей технологического цикла ПДМ достигается выбором оптимальных угловых скоростей вала дизеля по каждой элементарной технологической операции с предварительным определением величины силовой составляющей нагрузочного режима, зависящей от текущих показателей нагружения узлов привода.
Научная новизна:
- предложена математическая модель рабочего процесса ПДМ, отличающаяся от известных тем, что она основана на статическом силовом нагружении привода в зависимости от внешних (условий эксплуатации) и внутренних (конструкционные особенности) факторов при детализации технологического цикла ПДМ по элементарным операциям с учетом возможных направлений прохождения потока мощности от привода к узлам внешних и внутренних возмущений;
- на основе численного компьютерного моделирования с помощью разработанного алгоритма расчета получены зависимости энергетических характеристик рабочего процесса ПДМ от основных эксплуатационных факторов.
Обоснованность и достоверность
научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается использованием в теоретических исследованиях классической теории теоретической механики и гидравлики, теории движения автомобиля, применением методов математической статистики, сопоставимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований с исследованиями других авторов, наблюдениями за работой оборудования в условиях рудника «Северный» ГМК «Печенганикель».
Практическая значимость работы
-
Разработана методологическая база определения статической силовой составляющей нагрузочного режима привода за технологический цикл ПДМ, позволяющая выбирать технически обоснованный скоростной диапазон работы привода с минимизированным энергопотреблением и улучшенными экологическими показателями.
-
Разработан пакет прикладных программ, в основе которого лежит разработанный алгоритм расчета оптимальных режимных параметров работы ПДМ, который может использоваться как в процессе эксплуатации ПДМ с целью прогнозирования расхода топлива в изменяющихся условиях эксплуатации, так и при проектировании транспортных схем с целью выбора оптимального типоразмера машины.
Основные результаты исследований
1. Получены уравнения изменения силовой составляющей статического режима нагружения привода по элементам технологического цикла ПДМ, учитывающие конструкционные особен-
ности машины, а также факторы, определяющие условия эксплуатации.
-
Обоснованы принципы построения интегральной математической модели рабочего процесса ПДМ.
-
Получены эмпирические зависимости изменения центра тяжести пробы горной массы в ковше от угла его поворота.
-
Установлено, что оптимизация рабочего процесса ПДМ по критерию энергопотребления достигается за счет выбора оптимальных рабочих угловых скоростей дизеля.
-
Определены и реализованы новые подходы к моделированию режима совместной работы гидротрансформатора (ГТ) с дизелем, заключающиеся в аналитическом выражении безразмерной характеристики ГТ и универсальной - дизеля, после чего методом итерации с использованием ЭВМ определяются параметры совместной работы.
Апробация работы
Диссертационная работа и её основные разделы докладывались на ежегодных научных конференциях молодых ученых «Полезные ископаемые России и их освоение» (г. Санкт-Петербург, 1995-1998 гг.), Международном симпозиуме «Горное оборудование, переработка минерального сырья, новые технологии, экология» (г. Санкт-Петербург, 1996), на семинарах кафедры «Горных транспортных машин» СПГГИ(ТУ).
Публикации
Основные положения диссертации изложены в 6 печатных работах.
Объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы из 105 наименований, содержит 107 страниц машинописного текста, 36 рисунков, 12 таблиц.