Введение к работе
Актуальность научного те следования. На современно?.! этапе развития науки и практики неуклонно возрастает значение промшлєішо-го транспорта. Объем перевозок грузов промышленным транспортом в 1970-1990 г.г. возрос от 20,8 млрд.г до 39,7 млрд.т, в тоги числа железными дорогами от 8,1 млрд.т до 12,5 млрд.т, а спецкализяро-ваяшии видами транспорта /гідротранспорт, конвейеры/ в 1990 г. составил 3,6 млрд.т.
Одним из возможных путей качественного изменения в процессах транспортирования является отказ от существующих прищдпов структурного построения транспортных маигя я создание установок, в которых механические способы воздействия на транспортируемый материал либо устраняются полностью, либо их роль сводится к минимуму. В этом смысло известной универсальностью обладает магнитное поло, поскольку оно обеспечивает непосредственное воздействие на транспортируемый материал /с магнитными или электрическими свойствами/ или на грузонесуций орган /которому сообщены соответствующие физические свойства/. Чисто магнитная силолая связь по своей природе механически неуязвима.
Если в области электромагнитного перемещения кидкях тел достигнуты большие успехи, то в области магнитного транспортирования тзердых грузов сделаш еще первые шаги.
Уне сегодня для многих установок mosho о уверенностью назвать ряд преимуществ магнитных транспортных систем перед обычными, а именно: а) отсутствие механических передач; механического контакта меяду взаимно перемещавшимися частями и вызываемого им износа; движущихся частей либо всей установки, либо привода; б) возможности полной изоляции транспортируемого груза от внешней среды и движения его по сложным пространственным трассам; в) отсутствие загрязнения воздуха, бесшумность в работе; г) низкие эксплуатационные расходы и высоки! срок службы и др.
Проведенные рядом исследователей научные работы по проблеме транспортирования грузов с использованием магнитных и элшетромаг-нитных полей /проф.Штокман Й.Г. и возглавлявшая ни группа учекых-канд.техн.наук і&рчах С.З., Грудачев А.Я., Зсаулеяко В.А., Керз-ллккн Э.С. и другие/ выявили область эффективного применения, важные для пслгт'июі качества промышленник образцов и находящихся в стадиях разработок различных видов средств транспорта, непосредственно и косвенно использующих магнитные и электромагнитные поля.
-4-Однако кяэгхе вопросы разработки, создать и внедрения магнитного промышленного транспорта решалксь без учета специфических особенностей его эксплуатации. Все еа;е оставался це раскрытым ряд ванных язЕческкх закономерностей процессов транспортирова-язм еррэйагяхтадх, немагнитных и токопроводячих насыпных гру-зоз. Ее подучили научного обобщения г накопленные результаты теоретические її экспериментальных исследований в этой ванной области техники.
iVarszTHoe транспортирование твердих грузов представляет собой новое научное направление в промышленном транспорте, саязаи-яое с практически.'. гпжленеяиам непосредственного или косвенного взаимодействия стационарного, движущегося пли вращающегося магнитного поля с транспортируемым твердил грузом.
Результати данных исследований наши отракениє при выполнении ряда научко-пселвдовательекш: работ кафедры "Горнозаводского транспорта ЛПІ Ж Т.?. 7003826, Б2І8837, Б 309002, кайедры "Летала і'іКшГ ШЕЛ '& Г.Р. ОІБ2.009І566, 0136.00СЗо7. 01S7.0019208; 00.662.00.
Цель. кослздоЕанкя. Изучение приоритетных направленій совершенствования магнитного промышленного транспорта с учетом споце-'їжческзх условий ого їункционированкя, энергетических, дияамячес-'ejcc я конструктивных параметров; разработки обоснованных натека-. яичэских 2 физические моделей исследования взашгодействия цекду источником магнптнойСэлактромагнитной) движуще8 сшш и объектов гранспортгрования с целью оптимизации параметров ыагнктянх систем и конструктивна элементов устройств в зависимости от условий их эксплуатации, повышения производительности, безопасности движения транспортируемого груза и увеличения срока службы. Центральная проблема: научное обоснование тохнических решений по выбору параметров магнитных" систем (приводов) и конструктивних элементов новых устройств магнитного яромшиенясто транспорта (при цроектЕровании и исследовании принципиально новых КОНСТРУКЦИЙ КаИЛН).
Для достижения указанной цели решены следующие основіша задачи:'созданы, исследованы и рекомендованы к внедрению новые (более совердаянне) магяктао-ленточнао конвейера и магнитные сепаратору со стацяояаряши постоянными магнитами (электромагнитами) в рабочей зоне для подиагяичивания транспортируемого насипного 1[.ор;.омагнивого твердого груза; 2) предложены методики опродело-
-5-ния опти!:ллышх параметров индукторов соленоидных конвейеров насыпных срйррокагнетных грузоз со скачудкмя и поступательно движущимися магнитными поляки; кагяигяо-Еіштовкх конвейеров со спиральным расположением стационарных и вращающихся магнитных полой .
Методика исследования. Обцая кетодика исследований включала анализ и исследование прннцппоа оптимизации параметров магнитно-го промышленного транспорта. Частные методики разрабатывались по вопросам: сбора н классификации г/агнитнях транспортных устройств; анализа технического состояния магнитной системы к конструктивных элементов машины; регламента поиска патентных исследований; прогрет.'"»", эксплуатационных наблюдений; теоретических и экспериментальных исследований взаимодействия магнитных и электромагнитных полей с неферроііагяитнЕМ электропроводным грузом, а тагле с единичным и насыпным ^еррклагкнтныы грузом; исследований, связанных с накоплением статистических данных по частоте и продолжительности отказов магнитного промышленного транспорта (разработанного и внедренного автором); оптимизация транспортяо-техяологических систем в целом.
Экспериментальные исследования и эксплуатационные наблюдения проводились в Отраслевой лаборатория новых вкдоз транспорта ДПИ; заводах Министерства черной металлургия, предприятий министерств угольной продішленяостя и строительных материалов, Госагропрошв, на основе ряда созданных опытно-промышленных установок,с шжощыо специальной аппаратуры и согласно разработанным методикам. Замер силовых характеристик и переменных, входящих в мате.чатичеекпе моделі:, производился с использованием современных методов вычислительной техники. Георетпческиэ исследования взаилодзиствия по существующим ила разработанным математическим моделям, расчет основных параметров магнитных систем и конструктивных элементов устройств проводились с игрокам использованием универсальных ЭШ и персональных компьютеров.
При решении системы дифференциальных уравнений математических моделей использовались численные методы интегрирования Эйлера.
Річная новизна. Научно обоснованы принципы магнитного /элзкт-роглагнитяого/ транспортирования насыпных твердых грузов;
созданы научные основи магнитного транспортирования насыпных ферромагнитных грузов;
разработаны теоретические положения создания новнх средств
промншлзнкого транспорта, использующего непосредственное а косвенное воздействие магяятных /электромагнитных/ полай ш перемещаемые грузы, позволееиеє наметить цути оовоешш и использовал ЕЯ коаксвальяо-линейньк индукторов соленоидных конвейеров, конвайе-ро-ускорителей, иагаетно-виитовш:, тагнитго-леяточднх и других конвейеров со стационарными, двикущиквся в вращающшкся магнитными поляни;
обобщены результат теоретические и экспериментальных есслз-дований, относящихся к проблеме «.загнятного промышленного транспор та: физические основы перемещения не$ерромагнятных электропроводных насшшнх грузов /кокс, графит и др./, единичных л насыпных. ферромагнитных грузов /железная руда и продукти ее переработка/; магнитных промежуточных приводов промышленного транспорта с даи-аущньшея частями в электромагнитных промежуточных приводов без движущихся частей при перемещении, насыпного твердого груза /для ленточных и пластинчатых конвейеров/; .
уточнены ыатешгическве и физические модели устройств магнитного транспорта; усовершенствованы теоретические разработки; созданы методики определения оптхаалышх параметров проектнруе-шх магнитных сжегеы;
- обобщена и дополнена теория процессов гареыздекая ферромагнитных грузов в рабочих зонах кагяЕТИО-левточных конвэйеров с . подшгштаванЕвн груза ШК, УШ-2000, магнитных колес сепараторов с нашим штанкгм СЗМ-500 в РЗ-Ю; теория динамики двезєеея васшшых ^ерромагЕЕТЕьк грузов в юаяскальво-лаяейянх индукторах соленоидных конвейеров ШС, кагнетао-вштовоы конвейере МВКсо спиральным расположением источников кагшгтннх полей (стационарных и вращающихся}; составлены структурные схемы устройств,разработаны математические модели динамика движения,'"алгоритмы в программы решения задач, которые полностью отлажены и шгут быть использованы в любом набора исходных данных и начальных условий; экспериментальными исследованиями подтверздепы обоснованность и достоверность результатов теоретических исследований и выявленных рациональных параметров шгвитно-ленточных^оленоидщх конвейеров, магяигннх сепараторов для потока груза; работа сконструированных, изготовленных и внедренных устройств промышленного транспорта подтвердила адекватность математических моделей, решенных на ЭВМ, реальным процессам; -предложено решение физико-технической проблемы магнитных ые-
-?-
годов транспортирования твердых грузов з зависккоетп от объекта, на который воздействую? годя: чисто шгнпгаые, часто электрические я электромагнитные;
- обоснованы: основные направления развития магнитного /электромагнитного/ транспорта; теоретические предпосылки их создания; исходные данные по их оптимальному проектирования;
предложены яаяеяерние методики: определения проетрадсгвеняо-го распределения и картки магнитного поля рабочих зон; величга электромагнитных усялиЗ в расчетных точках рабочего пространства характерных участков витка, соленоида и коансгально-линейяого индуктора соленоидного конвейера fffiC, магнитно-ленточных конвейеров с лодаагнпчяваявем груза 1ДК, иагиитйо-виктового конвейера ЇДБК со спиральным расположением магактных полой и магнитных барабанов сепараторов СЭМ-50О, P3-CCS; расчетов геометрии активных частей магнитного колеса сепараторов СЭ11-500 и РЗ-ФСЕ (на основе анализа экспериментальных данные и оптимизационных электромагнитных и тепловых расчетов); расчетов на ЗВИ параметров магнитного сепаратора СЭМ-500 с когтеобраоными полюсами для практического обеспечения заданной производительности при ограниченных значениях скорости движения потока груза;
предложена обобщенная классификация магнитного {электромагнитного) промышленного транспорта на осново анализа принципов функционирования и особенностей конструктивного исполнения устройств с учетом перспективы их развития. .
Практическая данность. В результате выполненных в диссертация доследований определены приоритетные направления по совершенствования параметров магнитного. промыилекного транспорта /ыагнит-но-ленгочнше, магнитно-винтовых, соленоидных и других конвейеров/ в зависимости от условий их эксплуатации; предложены ттекатпчео-кие модели исследования взапмодз&твня магнитных: /электромагнит-' них/полеЗ с транспортируемым грузом.' Полученные результаты являются научной основой для выбора и. обоснования параметров устройств магнитного промшлзнного транспорта.
Разработаны: а) аналитические метода решения актуальной задачи оптимизации силовых характеристик магнитного силового поля в рабочей зоне для рада, конвейеров; б) системы питания каналов коак-сиально-линейннх индукторов солоновдннх конвейеров.
Обоснованы физические сущности процессов перемещения единпч- . яшс к насыпных не$ерроыагнитянх электропроводных и ферромагнитных
-8-грузоз под непосредственным воздействием на икс магнитных полей. Исследованы закономерности распределения сил в рабочем пространство кагнитно-леяточного, магнитно-винтового п соленоидного конвєііеров, магнитных барабанов.
Разработаны теоретические основы расчета с использованием ЭБГ.5 параметров устройств к динамики движения ферромагнитных частиц в рабочих зонах коакскально-лшеіішх индукторов соленоидных конвейеров со скачущим и двяауджся магнитными полями; магнитяо--ленточных, магнитно-винтовых конвейеров со стационарными магнитными /электромагнитными/ полами для подкагничивания транспортируемого груза; магнитных колас устройств с нижним питанием для удаления ферромагнитных включеній из потока груза. Результаты их даат возможность обоснованно создавать новые перспективные виды средств магнитного транспорта.
Разработаны инженерные методики расчета электромагнитных усилий, действующие на ферромагнитные включения при магнитной сеперацки смеси потоков насыпных грузов, а также параметров магнитной системы барабанного магнитного сепаратора с когтеобразными полюсами, практически обеспечивающих достижение заданной характеристики устройства.
На основания обобщений полученных ранее 'результатов исследований и выполненных разработок уточнены качественная и количест-. венная оценки разнообразных устройств для извлечения ферромагнитных частиц из штоков грузов и намечены пути их перспективного развития.
В результате проведенных исследований показано, что выбор и обоснование параметров разрабатываемого магнитного промышленного транспорта необходимо приводить на основании исследований взаимодействия их ыагнитннх систем либо с транспортируемым грузом, либо с конструктивными элементами устройств. Для увеличения сроков службы элементов конструкций устройств необходима разработка комплекса конструктивных, технологических и эксплуатационных мероприятий, осноЕные из которых предложены в да;шых исследованиях.
Результаты выполненных исследований, выводы и предложения по ряду устройств внедрены и рекомендованы к серийному производству.
Реализация работы. Рекомендации и предложения нашли применения в работах Главяроекта и Черметпроекта МЧИ, Транспортного и Технического управлений ЇЯМ, ШИчермета, Гипромеза и Укргипро-меза, Союзпроатрансникпроекта, Укрмясомолпрома, Учреждения
-9-Ю J 313/18 (редукторний завод закрытого типа), Госагропрома, металлургических комбинатов им.Ильича к Азовсталь, Белкчского камнео обрабатывающего к Киевского комбикормового заводов, Ерозар-ского завода порошковой металлургии, Еосткннского, Первомайского, Іптомирского л Санкт-Петербургского мясокомбинатов, Іїшустяяским сахзаводом и ряда других промышленных предприятий, яаучко-иссле-довательскях и проектных институтов.
Рекомендации по применению специализкровашшх видов магнктко-го промысленного транспорта внедрены Агропромаш Украины и Росскп при разработке и освоении в серийном производстве магнитных сепараторов.
Исходные требования ка разработку я освоение, к конструкція магнитных сепараторов СЗ'.^оСО и РЗ-uCE использованы С?; БК Минсуд-прома, Центральны:.! научно-исследовательским институтом ЦНКИСЗХ, Украины я России, институтом ВКШЇДІлрл внедрении и эксплуатации сепараторов для извлечения ферромагнитных включении из потоков мясокостной муки л чугуняо-бронзовол струнка.
Реальный экономический эйфзкт, подтвержденный актами внедрения, составляет 301,8 тыс.руб., ожидаемый от расширения внедрения 4 млн,руб. Выводы'л рекомендации проведенных исследований" использованы: при составления паспортов, совмещенных с техническим:! описаниями и инструкциями по эксплуатации технических услозий, карт технических уровней к качества продукции электромагнитных сепараторов ЭТ/.С, СЭМ-500 и РЗ-КГЖддя потоков любых насыпных твердих грузов} ?защшіе.чшх авторскими свидетельствами; в нормативно-технической документации на серийное производство сепаратора СЭМ— 500, включенного в "Программу создания новых видов машин и оборудования для агропромышленного комплекса Украины к Россет на 1938-I9S5 г.гГ /от 10.04.88г.'/; при разработке по задания Укргипроме-за опытно-промышленного образца магнитного соленоидного конвейера для транспортирования отсева горячего агломерата в педбункер-ном помещении доменного цеха; в директивах Г.'днчермета по "внедрению автотранспорта и непрерывных видов транспорта на металлургических заводах и увязка иг с компановкой производств на промыз-ленной площадке"; в решениях Черметпроекга и Транспортного управленая ОТ.1 Украины и России по проблеме "Разработка, исследование и внедрение технологического оборудования и транспортных механизмов на основе применения лине;";ш--распределенного в пространство электромагнитного поля'/от 23.03.76/; в техническом задании Гос-
агропроьщ. Украины и России о порядке создания сепаратора для
сухих яивотных кордов; в опубликаванных работах "Качало [.агкит-иого транспорта" и "Основы создания магнитных транспортных устройств".
Материалы диссертационно:! расіотк использовались на кафедрах "Горнозаводского транспорта" ПИ, "Промышленного транспорта" К.'Л; "Детали машин" КТЙШ при чтении лекцій по курсам "Горкозаводской транспорт", "Специальные виды транспорта", "Комплексная механизация к автоматизация ПРЇС-oneраций на железнодорожном транспорте", "Механизация ПКГС-работ", "Организация и механизация ПРТС-работ", "Прикладная механика", в курсовом и дипломной проектировании.
Рлд рекомендацій и методик использованы при написании четырех кандидатских диссертаций.
Апробация работы.Материалы диссертации были доложены и одобрены на: а) технических советах: в г.Мариуполе на металлургических комбинатах ем.Ильича л Азовсталь в 1969-1S71 г.г.; в г.Харькове в Учреждения КЕ й 313/18 в I933-1955 гг.; в г.Кневе в Станкостроительном объединении в 1905-1988 гг.?, в г.Сумы в Сумском отделении агропрома Украины в 1986 г.; в г.Киеве в Техническом управлении Министерства хлебопродуктов в 1986 г.; б) всесоюзных. совещаниях: в г.Риге в Институте физики АН Латвии "Совещание по магнитной гидродинамике" в IS72-19Y6 гг.; в) научных сеиикатах: в г.Перми в Уральском научном центре АН России "Прикладная магнитная гидродинамика" в 1976 г.; в г.Москве в Союзпромтрансниипроек-те "Развитие промышленного транспорта в 12-ой пятилетке" в 1936г; в г.Донецке в институте ДНИ на кафедре "Горнозаводского транспорта" в 1954-1971 гг.; в Г.Кариуголе в институте МШ на кафедре "Промышленного транспорта" в IS72-I981 ГГ.; в г.Киеве в институте КТКШІ на кафедре "Детали машин" в 1982-1992 г.г.; в)меяка$ед-раяьяых семинарах:'в г.Мариуполе в института МШ и в г.Киева в институте КТИШ "Механизация ПРТС-работ" з І972-І98І гг.; І932 -J991 г.г.; г) всесоазных конференциях: в Iі.Мариуполе в институте К,Я "Технический прогресс в области внутризаводского транспорта" в 1973 г.; в г.Мариуполе в институте ШИ "Стандартизацій продукции промышленных предприятий и технический прогресс в области внутризаводского транспорта" в 1973 г.; в г.Киеве в институте КІШ "Электроприводы с линейными электродвигателями" в 1973,1975 г.г.; в г.;,'лриуполе на металлургическом комбинате Азовсталь "5-я научно-техническая конференция молодых инженеров и техников" в
-п-
1974 г.; в г.Перми в Уральском научном центре АН России "Применение магнитной гидродіїнаміпш з мзтгллургил" в 1974 г.; в г.йзск-ве в Чер.мегпроекте "Внедрение автомобильного и непрерывного видов транспорта на металлургических заводах и увязка их с коїяіа-ковкой производств на промышленной площадке" в IS75 г.; в г.Киеве в институте КЇШІ ка 51-й 4- 53-й научных конференциях в IS55-1992 г.г.; при райоте і'-ківєдомсгбєшкх приемочных коіпїссий Министерства казино строения, "инчеркега, &нугле прока Украины, Агропрома З'крзкны и России, Кннсудпрогла России, ЦЭ2СЗТ по призм ке опытно-проиыгленных образцов: а) магнитных сепараторов: Л.'С в г.Харькове в 1937 г.; СЭ'Л-500 в г.Санкт-Петербурге на мясокогд-бкнате з ISS0 г.; Р3-'СЛ в г.Шостка ка мясокомбинате в 19SI г.; 6) кагнитных конвейеров: соленоидного конвейера І.ЕС в г.Мариупо-ле на металлургическом комбинате шд.Илыгеа в 1972 г.; г.агкктно-- ленточного конвейера ШК на щахге "Россия" комбината Дояецуголь в 1964 г.
Б 1S69 -1971 г,г. соискатель четырежды был участником В2ДХ г.Москва. Награжден тремя бронзовыми ыедаля/л.
Публикация. По материалам диссертации опубликовано 91 работа, получено Ю авторских свидетельств. Основные положения диссертации получены при выполнении !5 научно-исследовательских работ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, рекомендации л результатов внедрения. Объем диссертации составляют .??.? страниц машинописного текста, .,А%.. ^страниц)таблиц и ,Р.. (страниц) рисунков.