Исследование взаимосвязей параметров средств активизации рабочих органов горных машин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.06, кандидат технических наук Чиркова, Алёна Анатольевна

• Чиркова, Алёна Анатольевна
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Чиркова, Алёна Анатольевна

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Анализ конструктивных решений средств активизации рабочих органов юрныч машин.

1.2. Анализ методик расчета электромагнитных средств активизации рабочих органов.

1.3. Задачи исследований.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИМ11УЛЬСНЫХ МЕХА1И13МОВ.

2.1. Обоснование критериев эффективности рабочего процесса электромагнитных импульсных механизмов.

2.2. Математическая модель тепловых процессов импульсных магнитно-индукционных двшателей ВТМ.

2.3. Взаимосвязь основных параметров частотных импульсных ма! нитно-индукционныч двигателей электромолотов.

Выводы.

3. ЭКСПЕРИМЕ11ГАЛЫ ЮЕ 11ССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНО-ИНДУКЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ НА ФИЗИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ.

3.1. Описание установки, задачи исследований и методика.

3.2. Исследование закономерностей взаимосвязи электромагнитных и силовых параметров магнитно-индукционных двигателей ВТМ.

3.3. Исследование тепловою режима работы магнитно-индукционного двигателя.

Выводы.

4. ВЫБОР ОСНОВНБ1Х ПАРАМЕТРОВ МАГНИТНО-ИНДУКЦИОННОГО ДВ11ГАТЕЛЯ ДЛЯ В11БРОIРА11СПОРТНБ1Х МАШИН.

4.1. Исходные данные и методика расчета.

4.2.Пример расчета магнитно-индукционного двигателя виброуплопштеля шихты.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование взаимосвязей параметров средств активизации рабочих органов горных машин»

Актуальность. В горнодобывающей промышленности процессы разрушения и разделения твердых полезных ископаемых являются одними из наиболее масштабных, энергоемких и, вследствие этого, дорогостоящих операций. На эти цели затрачивается около 5% всей энергии производящейся в нашей стране. В этих процессах широко используются вибрационные машины, а также машины с активными рабочими органами. Это обусловлено тем, что они во мно! их случаях обеспечивают более высокую, чем у обычных машин, технологическую эффективность. Исследования и практика показывают, что в результате усовершенствования горных машин можно добиться существенною роста показателей работы горнодобывающего предприятия. Поэтому дальнейшее развитие вибрационных машин и оборудования с активным рабочим органом имеет важное экономическое значение.

Вибрационные машины просты по конструктивному устройству. Основными конструктивными элементами являются привод и рабочий орган. Особенным разнообразием отличаются типы приводов, от схемы которых в большой степени зависит общая конструкция машины. В настоящее время наибольшее распространение в горной промышленности получили инерционные, эксцентриковые, и поршневые (пневматические и гидравлические) вибраторы.

Альтернативой перечисленным механизмам являются использующие электрическую энергию линейные импульсные электромагнитные двигатели. Применение этих двшателей для создания возмущающей или ударной силы, позволяет обойтись без сложной трансмиссии, так как передаточным элементом служит тяга. Основными недостатками известных конструкций являются относительно небольшая величина движущею импульса, а также низкий коэффициент полезною действия, что может привести в некоторых случаях к перегреву основного элемента линейною двигателя - обмотки.

В эгой связи исследования, направленные на изучение тепловых и электромеханических процессов для повышения эффективности работы горных машин с линейными импульсными электромагнитными двигателями являются актуальной научной задачей. * ¥

Предме! исследовании. Горные машины с линейным импульсным электромаг нитным двиг ателем.

Объект исследовании. Электромеханические и тепловые процессы в линейном импульсном электромагнитном двигателе.

Цель работы - повышение эффективности работы горных машин с импульсным линейным двигателем за счет выбора рациональных параметров и совершенствования конструкции на основе уточненной математической модели рабочего процесса.

Идеи работы заключается в том, что повышение эффективности рабочего процесса линейного импульсного электромагнитного двигателя возможно путем выбора рациональных электромеханических параметров, учитывающих параметры динамической системы рабочего органа и режим работы горной машины.

Научные положения.

КПараметры динамической системы рабочего органа горной машины определяют параметры электромеханической системы импульсного линейною двигателя.

2.Критериями эффективности преобразования электрической энергии в механическую импульсным магнитно-индукционным двигателем и, соответственно, степени совершенства принятой конструкции, являются величина движущею импульса и ею отношение к эквивалентной намагничивающей силе, т.е. относительный электромеханический импульс.

3.Математическая модель мапштно-индукционного импульсного линейного двигателя должна учитывать величину присоединенной массы рабочею органа юрной машины.

4.Линейные параметры магнигно-индукционного двигателя и плотность потока энерг ии в Mai нитопроводе и катушке ограничиваются одним из основных критериев работоспособности - теплостойкостью.

Научная ценность работы заключается в выявлении взаимосвязи электромеханических и силовых параметров и в разработке математической модели рабочею процесса магнитно-индукционного линейного двигателя.

Практическая ценноеп> диссертации состоит в разработке методики расчета параметров частотных и низкочастотных линейных импульсных двигателей для ВТМ и электромолотов, а также разработке рациональной конструкции этих двигателей.

Достоверность и обоснованность основных научных положений, выводов и рекомендаций обоснована корректным использованием положений теории вероятности и математической статистики, методов математического и физическою моделирования, апробированными методами экспериментальных исследований и подтверждается удовлетворительной сходимостью ре-з\лыатов теоретических и экспериментальных исследований, относительное расхождение не превышает 10-15%.

Реализация резулыатов pa6oibi. Результаты работы использованы при проектировании резонансной вибрационной машины для уплотнения шихты в ОАО «Уралредмет» и для машины доводки золотосодержащих шлихов.

Апробация работы. Основные результаты работы и её отдельные положения докладывались на «Неделе юрняка», Москва, 2004г. и 2005г., III -ей Международной на\чно-технической конференции. «Нетрадиционные технологии и оборудование для разработки сложно - структурных МНИ», г. Екатеринбчрг, 2005 г., 10-ой Международной научно-технической конференции. «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья», г. Екатеринбург, 2005 г., 8-ой Международной научно-практической конференции «Проблемы карьерного транспорта», г. Екатеринбург, 2005 г., 11-ой Международной наугно-технической конференции. «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья», г. Екатеринбург, 2006 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 научных работ в журналах, сборниках научных трудов, материалах международных конференций, в тоу1 числе 2 статьи в журнале из списка ВАК.

Объем и стр) ктура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения списка литературы из 89 наименований, содержит 122 страницы, 26 рисунков и 18 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Горные машины», Чиркова, Алёна Анатольевна

ВЫВОДЫ:

1 .Результаты расчета показывают, что параметры магнитно-индукционного двигателя выбраны правильно, так как величина движущего импульса обеспечивает заданную амплитуду колебаний, а установившаяся избыточная температура обмотки не превышает допустимую.

2.Д.1Я выбора оптимальных по соответствующим критериям параметров магнитно-индукционного двигателя необходимо рассмотреть несколько десятков вариантов сочетании напряжений - числа витков - емкости конденсаторов - диаметров проводника обмотки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, на базе выполненных исследований, решена актуальная задача повышения эффективности работы вибротранспортных машин с импульсным линейным двигателем за счет выбора рациональных параметров и совершенствования конструкции на основе уточненной математической модели рабочего процесса.

Основные научные выводы и практические рекомендации заключаются в следующем:

1. Рациональное время действия движущего импульса должно быть на 5-10% меньше времени достижения рабочим органом ВТМ крайнего положения. При постоянной эквивалентной намагничивающей силе величина движущею импульса зависит от времени его действия и существенно уменьшается при снижении последнею.

2. Величина движущего импульса и его отношение к эквивалентной намагничивающей силе являются наиболее объективными критериями степени совершенства и эффективности работы различных по параметрам конденсаторов и обмотки электромагнитных импульсных двигателей.

3. Тепловой критерий работоспособности является третьим критерием эффективности работы импульсных частотных магнитно-индукционных двигателей. Тепловые потери в обмотке пропорциональны энергии заряда конденсаторов, которая, соответственно, определяет плотность потока энерг ии.

Предложенная эквивалентная расчетная схема распространения тепловою потока в двигателе и соответствующие математические модели позволяют с необходимой точностью (относительная ошибка не превышает 15%) определять установившуюся избыточную температуру деталей двигателя.

4. Анализ электромеханических процессов работы магнитно-индукционного двигателя позволил уточнить формулу для расчета индуктивности обмотки с находящимся в ней токопроводящим (индукционным) кольцом.

5. Величина движущего импульса нелинейно возрастает с ростом эквивалентной намаг ничивающей силы, что объясняется ростом потерь в магни-тоироводе и обмотке при увеличении удельного потока энергии (отношении энергии заряда конденсаторов к времени импульса и площади магнитоирово-да - якоря).

6. Увеличение относительного электромеханического импульса нецелесообразно производить за счет увеличения удельного потока энергии, т. е. увеличения энергии конденсаторов. Рациональные значения относительною электромеханического импульса лежат в диапазоне изменения удельною потока энергии от 10 до 30 Вт/см2.

7. КПД магнитно-индукционного двигателя зависит от плотность потока энергии, которая не должна быть больше 25 Вт/см". В противном случае КПД двигателя будет меньше 15%, что может привести к потере работоспособности из-за перегрева обмотки и снизит эффективность его работы.

8. Результаты диссертационной работы использовались при проектировании вибрационной установки для уплотнения шихты лигатуры в ОАО «Уралредмет».

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Чиркова, Алёна Анатольевна, 2006 год

1. Анистратов Ю. И. Оценка эффективности безвзрывных технологий разработки крепких горных порол на карьерах // Известия вузов. Горный журнал. - 1997. -Л» 10. - С. 37-39.

2. Анистратов 10. И. Эффективность безвзрывных технологий разработки крепких горных пород на карьерах // Горная промышленность. 1997. - Л« 2. - С. 20-23.

3. Пихлер М., Панакевич Ю. Б. Направления совершенствования и результаты применения комбайнов Wirtgen Surface Miner на карьерах и разрезах мира // Горная промышленность. -2000. -№ 3. С. 42-45.

4. Штейнцайг Р. М., Меньшиков А. С., Этингоер Е. А. Об эффективности безвзрывных послойно-полосовых технологий отработки массивов крепких юрных пород // Открытые юрные работы. -2000.- № 4.- С. 34-39.

5. Маттис Р. А. Перспективная техника для безвзрывной выемки пород из массива // Горный журнал. 1998,- № 1. - С. 35-38.

6. Маттис А. Р., Зайцев JI. Д., Шишаев С. В.Одноковшовый экскаватор с новым рабочим оборудованием //11робл. откр. разраб. глуб. карьеров : Тр. междунар. сими, но откр. горн, работам «Мирный-91», Мирный, 25-27 июня 1991 .Т. 1 .-Удачный, 1991. С. 79-83.

7. Современное навесное оборудование фирмы «Круп» для строительства и горного дела // Горная промышленность. 1997. № 2. - С. 48-49.

8. Маттис А. Р., Кузнецов В. И., Васильев Е. А. Экскаватор с ковшом активного действия: опыт создания перспективы применения. Новосибирск: Наука, 1996.- 174с.

9. Толкачёв В. II., Эпельфельд В. Д. Опыт эксплуатации экскаватора с активным ковшом // Пром-ть строит, матер. Москвы. -1992.-№ 3-4. С. 9-10.

10. Бирюков А. В., Ташкинов А. С., и др. К оценке технологической производительности экскаваторов с ковшом активного действия. // Известия вузов. Горный журнал. 1996. -№12. - С. 109 -112.

11. Маттис А. Р. и др. Методика определения энергетических параметров привода ударных зубьев ковша активною действия. // Физ.-техн. пробл. разраб. полезн. ископаемых. 1995. - Х»5. -С. 62-67.

12. Маттис А. Р. и др. Опыт и перспективы применения на карьерах экскаваторов с ковшом активного действия // Физ.-техн. пробл. разраб. полезн. ископаемых. 1995.- «N«5. - С. 77-85.

13. Маттис А. Р., Лабутин В. Н. и др. Опыт создания и эксплуатации экскаватора ЭКГ-5В // Известия вузов. Горный журнал.- 1997.- № 10.- С. 4347.

14. Филатов Л. А., Витер В. Г., Кнезьян Г. С. Проведение горных выработок комбайнами ударного действия. Обзорная информация. М.: ЦНИИЭИуголь, ЦБНГИ Минуглепрома УССР.- 1982.- 28 с.

15. Баландинский П. /I., Васильев В. А. Ударно-импульсное оборудование на земляных работах// Механизация строительства. 1992.- №7. С. 10-13.

16. Беляев М. А., Пономаренко Ю. Е. Навесное оборудование для уплотнения грунтов в стесненных условиях // Известия ВУЗов. Горный журнал. 1993.№9. - С. 46-49.

17. Щепеткин Г. В. Исследование пневмогидравлического ударною устройства динамического уюльною струга. Автореферат дисс. канд. техн. наук. Караганда: КарГГГИ, 1969.- 22 с.

18. Разрушающая ударная головка ударного действия. Impact assisted segmented cutterhead: Пат. 5123710 США , МКИ Е 22 С 3/02/ Morrel Roger J., Larcon David A., Ruzzi Peter L.; USA Secretary of the Interior.- № 6851 15.

19. Новый одноз>бковый рыхлитель ударного действия. / Tanaka Yo-shimasa // Kensetsu no kikaika Constr. Mech. - 1992.- №504. - C. 22-25.- Яп. Место хранения ГПНТБ.

20. Ударный 3v6 экскаваторною ковша активного действия: Пат. 2002907 Россия, МКИ Е 02 F 9/28 / Маггис А. Р. (РФ). 4 с.

21. Одноковшовый экскаватор с ковшом активного действия: Пат. 2002900 Россия, МКИ Е 02 F 9/38 / Маггис А. Р. (РФ). 4 с.

22. Маттис А. Р., Лабудин В. Н. и др. Параметры пневмооборудования экскаватора с ковшом активною действия. // Физ.-техн. иробл. разраб. ио-лезн. ископаемых. 1997. - №3 - С. 51-54.

23. Ушаков JI. С., Котылев Ю. Е., Кравченко В. А. Гидравлические машины ударною действия. М: Машиностроение, 2000.- 416 с.

24. Механизмы и машины ударного, периодического и вибрационного действия // Материалы международного научного симпозиума. 22-24 ноября Орел. 2000.- 420 с.

25. Спиваковский А. О., Гончаревич И. Ф. Вибрационные конвейеры, питатели и вспомогательные устройства. М.: Машиностроение, 1972.- 326 с.

26. Потураев В. II., Франчук В. П., Червоненко А. Г. Вибрационные транспортирующие машины. М.: Машиностроение, 1964,- 271 с.

27. Афанасьев А. И., Чернышов А. А. Энергоэффективность машин ударно! о действия // Горные машины и автоматика. 2002. - № 9. - С. 37-39.

28. Чеччтская Н. Г. Выбор рациональных параметров динамической системы устройства ударного действия. Автореферат дисс. канд. техн. наук.-Орел, 2004.- 18 с.

29. Электромагнитные молоты / Под ред. Ряшенцева Н. П. Новосибирск: Наука, 1979. - 267 с.

30. Электромагнитная машина ударного действия: Пат. 2111847. Россия МПК В 25 D 13/00 / Угаров Г. Г., Нейман В.Ю. (РФ). 4 е.: ил.

31. Электромагнитный ударный механизм. Пат. 2096610. Россия. С1 6 Е 21 С 3/16, е 02 F 5/18/ Афанасьев А. И., Сайтов В. И. (РФ). 4 е.: ил.

32. Спиваковский А. О., Гончаревич И. Ф. Горнотранспортные вибрационные машины. М.: Углетехиздат, 1959. - 210 с.

33. Потураев В. П., Червоненко А. Г., Ободан Ю. Я. Динамика и прочность вибрационных транспортных машин. М.: Машиностроение, 1989. -111с.

34. Капица Г1. J1. Энергия и физика. Наука и человечество. Международный ежегодник. М.: Знание, 1977. - С. 263-267.

35. Симкин Б. А., Кутузов Б. Н., Буткин В. Д. Справочник но бурению на карьерах. 2-е изд., перераб. и доп. М.: 11едра, 1990. - 221 с.

36. Лобанов Д. 11., Горовец В. Б. и др. Машины ударного действия для разрушения горных пород. М.: Недра, 1983. - 152 с.

37. Крюков Б. И. Динамика вибротранспортных машин резонансною тина.- Киев, Наукова Думка, 1967. 195 с.

38. Импульсный электромагнитный привод. Под ред. Н. П. Ряшенцева. -Новосибирск, Наука, 1988. 163 с.

39. Ряшенцев И. П., Мирошниченко А. Н. Введение в теорию энерю-преобразования электромагнитных систем. Новосибирск, Наука, 1987. - 157 с.

40. Ряшенцев Н. П., Ковалев Ю. 3. Динамика электромагнитных импульсных систем. Новосибирск, Наука, 1974. - 186 с.

41. Электромапштные импульсные системы. Под ред. Н. П. Ряшенцева. -Новосибирск, Наука, 1989. 176 с.

42. Алабужев П. М. Электрические ударные машины возвратно-поступательною движения. М.: Наука, 1969. - 235с.

43. Электромагнитный молот. АС №1435708 СССР, МКИ Е 02Д 7/06; 5Е21С 3/16 / Ряшенцев И. П. и др. (РФ). 4 е.: ил.

44. Ударное >стройство для дробления негабарита горных пород. АС .N»1379456 СССР, МКИ 5Е21С 3/16 / Кабачков Ю. Ф. и др. (РФ).-4 е.: ил.

45. Электроударный механизм. АС №1027384 СССР, МКИ 5Е21С 3/16 / Гаев 11.Г. и др. (РФ). 3 е.: ил.

46. Электродинамический ударный механизм. АС №1312164 СССР, МКИ 5Е21С 3/16 / Сти.хановский Б. Н. (РФ). 5 е.: ил.

47. Электромагнитный ударный механизм. Патент РФ №2217592. Е 21 С 37/18, Е 02 F 5/32./ Афанасьев А. И., Костенчук С. Ф., Рябцев И. М., Сайтов В. П., Чернышев А. А. (РФ). 4 е.: ил.

48. Ряшенцев II. П., Тимошенко Е. М., Фролов А. В. Теория, расчет и конструирование электромагнитных машин ударного действия.- Новосибирск, Наука, 1970. -258 с.

49. Алабужев П. М. Теория подобия и размерностей. Моделирование. -М.: Наука, 1968.-124 с.

50. Веников В. А., Веников Г. В. Теория подобия и моделирования (применительно к задачам электроэнергетики): учебник для вузов по спец. «Кибернетика электр. систем».-3-е, перераб. и доп.- М.: Высш. шк., 1984.439 с.

51. Гордон А. В. и др. Электромагниты постоянного тока. М.: Гос-энергоиздат, 1960. -446 с.

52. Гансбург Л. Б., Федоров А. И. Проектирование электромагнитных и магнитных механизмов. Справочник. М.: Машиностроение, 1980. - 364 с.

53. Тер Акопов А. К. Динамика быстродействующих электромагнитов.-М.: Энергия, 1965. -167 с.

54. Могилевский Г. В. Гибридные электрические аппараты низкого напряжения. М.: Энергоиздат, 1966. - 232 с.

55. Любчик М. А. Оптимальное проектирование силовых электромагнитных механизмов. М.: Энергия, 1974.- 392 с.

56. Третьяк Г. Г., Лысов Н. Е. Основы тепловых расчетов электрических аппаратов. М.: Энергия, 1935. - 156 с.

57. Горский А. П., Р\син 10. С., Иванов Н. Р., Сергеева Л. А. Расчет электромагнитных элементов источников вторичного электропитания. М.: Радио и связь, 1988. - 176 с.

58. Ру сип Ю. С. Трансформаторы звуковой и ультразвуковой частоты. -Л.: Энергия, 1973.- 151 с.

59. Р\син Ю. С., Ченарухин А. М. Проектирование индуктивных элементов приборов. Л.: Машиностроение, 1981.- 172 с.

60. Дульнев Г. II., Теплообмен в радиоэлектронных устройствах. МЛ.: Госэнерг оиздат, 1963. - 288 с.

61. Дульнев Г. П., Семяшкин И. Н. Теплообмен в радиоэлектронных аппаратах. Л.: Энергия, 1968.-360 с.

62. Афанасьев А. И., Чиркова А. А. Исследование взаимосвязи электромеханического импульса и параметров динамической системы рабочегооргана вибротранспортной машины // Известия УГГУ. Выпуск 22 2006. С. 91-94.

63. Чиркова Л. А. Исследование взаимосвязи электромеханических и силовых параметров магнитно-индукционного линейного импульсного двигателя // Известия вузов. Горный журнал.- 2005.- №6 .- С. 101 106.

64. Афанасьев А. И., Костенчук С. Ф., Чиркова А. А. Исследование рабочего процесса импульсного двигателя в приводе рабочего органа горной машины // Известия в>зов. Горный журнал.- 2006.- № 1 С.110-115.

65. Р\син 10. С. Расчет электромагнитных систем Л.: Энергия, 1968.131 с.

66. Металловедение и термическая обработка стали и чугуна. Справочник. Под ред. П. Т. Гудцова. М.: ГНГиЗ, 1956 1204 с.

67. Тимошенко С. Г1. Колебания в инженерном деле. М.: Наука, 1967.242 с.

68. Безухов II. И., Лужин О. В., Колкунов Н. В. Устойчивость и динамика сооружений. М.: Высшая школа, 1987. 264 с.

69. Вибрации в технике. Справочник в 6 томах. Том.1. Колебания линейных систем. Под ред. В. В. Болотина. М.: Машиностроение, 1978. 352 с.

70. Вибрации в технике. Справочник в 6 томах. Том 6. Под ред. К. В. Фролова. М. Машиностроение, 1981. -456с.

71. Митронольский А. К. Техника статистических исследований. М.: Наука, 1971.-576 с.

72. Львовский Е. II. Статистические методы построения эмпирических формул. М.: Высшая школа, 1982. - 224 с.

73. Андерсон Т. Введение в многомерный статистический анализ. Перевод с английского Б. В. Гнеденко. М.: Физматгиз, 1963. - 348 с.

74. Румшинский Л. 3. Математическая обработка результатов экспери-менга. М.: Наука, 1971. -176 с.

75. Справочник rio теории вероятности и математической статистике. -Киев: Наукова Думка, 1978. -256 с.

76. Хартман К., Лецкий Э. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов. М.: Мир, 1977, 552 с.

77. Леман Э. Проверка статистических гипотез. Перевод с английско-г о Ю. В. Прохорова. М.: Наука, 1964. - 315 с.

78. Асинхронные двигатели. Серии 4А. Справочник. А. Э. Кравчик и др. М.: Энергоиздат, 1982. - 504с.

79. Электротехнический справочник. Под ред. М. Г. Грудинского и др. юм 2. М.: Энергия, 1981.-880с.

80. Машиностроение. Энциклопедический справочник. Том 1. Книга первая. Под ред. Саверина М. А.-М.: ПГГИЗ, 1947.-548с.