Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Стальные подъемные канаты нашли широкое применение в различных областях народного хозяйства. Очень широко используются стальные канаты в угольной, горнорудной и металлургической промышленности. В основной вся добыча полезных ископаемых, проводимая подземный способом, осуществляется шахтными подъемными машинами. Надежность и долговечность шахтной подъемной машины в большой степени зависит от рабочих качеств подъемных канатов, являющихся одной из важнейших деталей их конструкции.
С з'величением интенсивности добычи полезных ископаемых и глубины подъема наметилась тенденция к резкому снижению сроков службы канатов сверхглубоких шахт. Очень часто стали появляться структурные дефекты, выражающиеся в виде расслоения прядей на проволоки, выхода прядей из каната с изгибом его оси по бинтовой линии. Для канатов с органическим сердечником по причине структурных дефектов и обрыва проволок бракуется 45%, а для канатов с металлическим сердечником - 58% от общего числа отбракованных канатов. Агрегатная прочность канатов на 17% меньше суммарной разрывной прочности всех проволок. Это связано с несовершенством канатного производства, и в частности, с изготовлением канатов с неравномерным натяжением их элементов при свивке. Существующие канатовьющие машины не обеспечивают равномерного технологического натяжения проволок и прядей, которые при этом утоіадьшаются в канат, имея неодинаковую длину. При нагружении канатов происходит неравномерное распределение нагрузки между проволоками. Проволоки меньшей длины перегружаются, а проволоки большей длины недогружаются. Неодинаковое распределение нагрузки в проволоках во время эксплуатации канатов особенно сказывается при увеличении высоты подъема. Небольшая относительная разность длин проволок (прядей) на шаге свивки при большой длине каната суммируется и может достигать нескольких метров.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Разработка научной теории расчета дифференциальных натяжных устройств канатоъыощих машин и на ее основе технологии изготовления канатов с равномерным натяжением проволок и прядей при свивке.
->
ОСНОВНАЯ ИДЕЯ РАБОТЫ. Использование дифференциальных механизмов в технологическом процессе изготовления канатов для создания равномерного натяжения проволок и прядей.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ. При выполнении исследований использован комплексный метод, включающий анализ современных конструкций" натяжных устройств канатовьющнх машин и методов их расчета, аналитические исследования влияния неравномерности технологического натяжения на напряженно-деформированное состояние каната и динамику канатовьющеи машины, разработку теории расчета дифференциальных натяжных устройств и их исследования с применением ЭВМ, а также экспериментальные исследования в лабораториях, на испытательных стендах н в промышленных условиях.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Установлено влияние допусков на геометрические размеры и механические свойства материала проволок на напряженно-деформированное состояние каната.
Разработаны; метод расчета технологических растягивающих нагрузок в канате, позволяющий определять оптимальные параметры технологического процесса свивки каната; метод расчета динамических нагрузок в проволоках каната и узлах трансмиссии канатовьющеи машины с учетом технологического натяжения проволок н прядей; метод построения структуры и синтез структурных схем дифференциальных натяжных устройств; метод расчета силовых и энергетических параметров дифференциальных натяжных устройств; математическая модель канатовьющеи машины с дифференциальным натяжным устройством.
определение закономерностей влияния допусков на геометрические размеры и механические свойства материала проволок на напряженно-деформированное состояние каната;
иетод расчета величины растягивающих технологических нагрузок в канате;
определение закономерностей влияния технологического натяжения на его прочность и долговечность;
метод расчета динамических нагрузок в элементах каната и узлах трансмиссии канатовьющеи машины, с учетом технологического натяжения проволок и прядей;
метод построения структуры н синтез структурных схем дифференциальных натяжных устройств;
метод расчета силовых и энергетических параметров дифференциальных натяжных устройств;
математическая модель канатовьющен машины с дифференциальным натяжным устройством и результаты моделирования технологического процесса свивки каната на ЭВМ;
результаты экспериментальных исследований дифференциальных натяжных устройств и канатов, изготовленных с равномерным технологическим натяжением прядей.
ДОСТОВЕРНОСТЬ НАУЧНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ. Разработанный метод расчета технологических растягивающих нагрузок в канате базируется на методах строительной механики и современной теории малых упруго-пластических деформаций металлов. При разработке математических моделей канатовьющих машин с дифференциальными натяжными устройствами в основе положены дифференциальные уравнения Лагранжа второго рода. В основе методики проведения экспериментальных исследований и обработки полученных данных лежат методы математической статистики. Результаты аналитических расчетов подтверждаются результатами экспериментальных исследований.
ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ. Научное значение состоит в создании теории расчета дифференциальных натяжных устройств канатовьющих машин и технологии изготовления канатов с равномерным натяжением проволок н прядей при свивке.
Практическое значение заключается в разработке методик расчета дифференциальных натяжных устройств и технологических растягивающих нагрузок в канате, что может служить основой для создания и совершенствования натяжных устройств канатовьющих машин; методики определения величины неравномерности технологического натяжения прядей; конструкций дифференциальных натяжных устройств серийных канатовьющих машин роторного и сигарного типа, а также рекомендаций по их наладке и эксплуатации в условиях канатного производства.
РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. По результатам исследований разработано и изготовлено четыре промышленные образца дифференциальных натяжных устройств канатовьющих машин С6/500РН, Кб/800 и K8/I500, выполненных на основе элежтромашниных и гидромашин-
ных дифференциалов. Новые натяжные устройства успешно прошли испытания и внедрены на Волгоградском сгалепроволочно-канагном и Орловском сталепрокатной заводах. В канатное производство внедрена методика определения величины неравномерности технологического натяжения прядей в канатах двойной свивки; методики расчета»» инструкции по эксплуатации дифференциальных натяжных устройств. Разработаны и утверждены технические условия ТУ 14-4-І591-89 "Канаты повышенной прочности" к ГОСТ 2688-80, ГОСТ 3066-80, ГОСТ 3067-74, ГОСТ 3069-80, ГОСТ 3077-80, ГОСТ 3088-80, ГОСТ 7665-80, ГОСТ 7669-80, ГОСТ 7681-80, ГОСТ 14954-80, ГОСТ-7668-80.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Диссертационная работа и ее основные положения докладывались и получили одобрение на техническом совещании АО НИИметгаа (1996 г.), на технических совещаниях Волгоградского сталепроволочно-ханатного н Орловского сталепрокатного заводов (1990-1995 г,г.), на научно-технической конференции Магнитогорского горно-метаялургичеехого института (г. Магнитогорск, І986 г.), на Всесоюзной научно-технической конференции по механизации ПРТС работ (г. Могилев, 1986 г.), на Украинской республиканской научно-технической конференции "Проблемы повышения качества и надежности стальных канатов" (г. Одесса, 1991 г.), на Российских научно-технических семинарах'Проблемы надежности и безопасной эксплуатации крановых металлоконструкций и стальных канатов" (г. Новочеркасск, 1992 г., 1995 г.), на научно-технической конференции (г. Севастополь, 1996 г.).
ПУБЛИКАЦИЯ. По теме диссертации опубликовано 23 работы, в той числе одна монография и шесть авторских., свидетельств на изобретение.
ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, заключения и содержит 266 страниц машинописного текста, И 5 рисунков и таблиц, библиографического списка из 202 наименований.
Работа выполнена на кафедре технической механики ШИ НГТУ и соответствует важнейшей проблеме Новочеркасского государственного технического университета "Теория машин, автоматов и роботов" (тема П-53-757).