Обоснование и выбор параметров гидроимпульсного привода шнеко-фрезерного рабочего органа карьерного комбайна тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.06, кандидат технических наук Кузиев, Дильшад Алишерович

• Кузиев, Дильшад Алишерович
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Кузиев, Дильшад Алишерович

Введение.

1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования.

1.1 Современное состояние и перспективы развития конструкций карьерных комбайнов для безвзрывной послойной выемки прочных пород.

1.2 Основные результаты исследований приводов рабочих органов горных машин.

1.3 Цель, задачи и алгоритм исследования.

Выводы по главе.

2. Закономерности формирования сил сопротивления при разрушении породного массива шнеко-фрезерным рабочим органом.

2.1 Кинематические особенности процесса выемки породы шнеко-фрезерным рабочим органом карьерного комбайна.

2.2 Формирование момента сопротивления при разрушении слоя породы шнеко-фрезерным рабочим органом.

2.3 Формирование момента сопротивления трению при выемке слоя породы шнеко-фрезерным рабочим органом.

2.4 Влияние эффективного коэффициента трения породы о шнек на техническую производительность карьерного комбайна с шнекофрезерным рабочим органом.

Выводы по главе.

3. Исследование взаимодействия шнеко-фрезерного рабочего органа с породой в зоне фрикционного контакта.

3.1 Особенности взаимодействия шнеко-фрезерного рабочего органа с породой в зоне фрикционного контакта.

3.2 Сравнительный анализ результатов аналитических и экспериментальных исследований момента сопротивления вращению шнеко-фрезерного рабочего органа.

3.3 Параметры генераторов импульсов для формирования вынужденных колебаний вращения шнеко-фрезерного рабочего органа.

Выводы по главе.

4. Исследование динамики процесса выемки слоя породы шнекофрезерным рабочим органом.

4.1 Динамические характеристики и свойства системы приводов карьерного комбайна.

4.2 Математическая модель системы «карьерный комбайн - забой» (уравнения движения системы).

4.3 Блок-схема алгоритма выбора параметров гидроимпульсного привода шнеко-фрезерного рабочего органа карьерного комбайна.

Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование и выбор параметров гидроимпульсного привода шнеко-фрезерного рабочего органа карьерного комбайна»

В народном хозяйстве Республики Узбекистан горнодобывающая промышленность является одной из ведущих отраслей, базирующейся на мощной минерально-сырьевой базе. По ряду важнейших полезных ископаемых, например таких, как фосфориты, Узбекистан по подтвержденным запасам и перспективам их увеличения не только занимает ведущее место в СНГ, но и входит в первую десятку государств мира. Основные запасы фосфоритов сосредоточены на Джерой-Сардаринском месторождении Центрально-Кызылкумского региона Узбекистана. Этот регион является объектом деятельности Навоийского горно-металлургического комбината (НГМК).

В соответствии с программой промышленного освоения Джерой-Сардаринского месторождения предусмотрено увеличение мощностей добывающего и перерабатывающего комплексов с доведением годовой производительности по руде до 3,6 млн.т. (1,8 млн. м ). Сегодня один из трех детально разведанных участков Джерой-Сардаринского месторождения «Ташкура» принят в качестве первоочередного к промышленной эксплуатации.

Специалистами НГМК и ВНИПИпромтехнологии предложено добычные работы производить карьерными комбайнами со шнеко-фрезерными рабочими органами, однако первый опыт их эксплуатации показал недостаточно высокую производительность при выемке рудных фосфопластов различной мощности. Это объясняется тем, что техническая производительность карьерного комбайна при заданных его конструктивных и энергетических параметрах зависит не только от технологических, но и от виброреологических параметров.

Таким образом, увеличение объемов и номенклатуры добычи фосфоритной руды может быть достигнуто на основе модернизации существующего и совершенствования перспективного добычного оборудования для выемки рудных фосфопластов.

Поэтому обоснование и выбор параметров гидроимпульсного привода рабочего органа карьерного комбайна, обеспечивающих интенсификацию выемки за счет импульсного воздействия в зоне фрикционного контакта шнеко-фрезерного рабочего органа со слоем породы, является актуальной научной задачей.

Цель работы - это установление закономерностей формирования сил сопротивления при фрезировании слоя породы для обоснования и выбора рациональных параметров гидроимпульсного привода рабочего органа карьерного комбайна, обеспечивающих интенсификацию выемки породы.

Идея работы заключается в целенаправленном снижении сил сопротивления трению в зоне фрикционного контакта шнеко-фрезерного рабочего органа карьерного комбайна со слоем породы за счет импульсного движущего момента.

Научные положения, разработанные лично соискателем, и новизна: техническая производительность карьерного комбайна при заданных его конструктивных и энергетических параметрах не линейно зависит не только от технологических, но и от виброреологических параметров; - математическая модель взаимодействия стальной цилиндрической оболочки шнеко-фрезерного рабочего органа карьерного комбайна с породой в процессе ее фрезерования, отличающаяся тем, что она учитывает: гидромеханические процессы в регулируемом по скорости гидравлическом контуре «насос-гидромотор» и виброреологические процессы взаимодействия стальной цилиндрической оболочки рабочего органа с породой в зоне их фрикционного контакта; - при одной и той же установленной мощности карьерного комбайна максимальные высота срезаемого слоя породы или скорость его движения могут быть достигнуты, только при импульсном воздействии движущего момента на шнеко-фрезерный рабочий орган за счет виброреологического эффекта в зоне его фрикционного контакта с породой. Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждены исследованиями, базирующимися на апробированных методах теоретической и прикладной механики, теории дифференциальных уравнений и теории колебательных процессов, а также достаточным объемом реализаций моделирования. Сходимость полученных в диссертации теоретических и экспериментальных данных при величине относительной ошибки не выше 0,15 составляет 95%.

Научное значение работы заключается в разработке математической модели процесса взаимодействия шнеко-фрезерного рабочего органа с породой и в обосновании кинематических и частотных параметров гидроимпульсного привода рабочего органа карьерного комбайна с учетом физико-механических свойств породы при импульсном воздействии движущего крутящего момента.

Практическое значение работы состоит: в разработке технических требований на модернизацию привода рабочего органа карьерного комбайна, инженерной методики статического и динамического расчета гидравлической схемы гидроимпульсного привода шнеко-фрезерного рабочего органа карьерного комбайна с оперативным регулированием частоты и амплитуды движущего момента, учитывающей гидромеханические процессы в регулируемом по скорости гидравлическом контуре «насос - гидромотор» и виброреологические процессы взаимодействия стальной цилиндрической оболочки шнеко-фрезерного рабочего органа с породой, в процессе ее фрезерования; в разработке программного обеспечения для моделирования взаимодействия шнеко-фрезерного рабочего органа карьерного комбайна со слоем породы в зависимости от скорости фрезерования, геометрических параметров фрезерного барабана, силовых и кинематических параметров привода рабочего органа и параметров фосфоритового пласта.

Реализация выводов и рекомендаций работы. В плановых научно-технических разработках 2008 года ООО «МОГОРМАШ» на контрактной основе с Навоийским ГМК предусмотрены следующие мероприятия по совершенствованию конструкции карьерных комбайнов со шнеко-фрезерным рабочим органом: технические требования на модернизацию привода рабочего органа карьерных комбайнов MTS 250 фирмы «MAN TAKRAF» (Германия), находящихся в эксплуатации на Джерой-Сардаринском месторождении Навоийского ГМК; инженерная методика статического и динамического расчета гидравлической схемы гидроимпульсного привода шнеко-фрезерного рабочего органа карьерного комбайна с оперативным регулированием частоты и амплитуды крутящего момента; программное обеспечение для моделирования взаимодействия шнеко-фрезерного рабочего органа карьерного комбайна со слоем породы в зависимости от скорости фрезерования, геометрических параметров фрезерного барабана, силовых и кинематических параметров привода рабочего органа и параметров фосфоритового пласта. Апробация работы. Основные положения и содержание работы были доложены и обсуждены: на международных научных симпозиумах «Неделя Горняка»- в 2005, 2006, 2007гг. (г. Москва, МГГУ); на III международном научном симпозиуме «Ударно-вибрационные системы, машины и технологии» (г. Орел, ОрелГТУ)- 2006г; на научном семинаре кафедры Горных машин и оборудования МГГУ в 2007г; на техническом совещании при Техническом директоре ООО «МОГОРМАШ» в 2007г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано три статьи, две из них опубликованы в журналах, входящих в перечень изданий, утвержденных ВАК.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения, списка использованных источников из 51 наименования и включает 30 рисунков и 1 таблицу.

Заключение диссертации по теме «Горные машины», Кузиев, Дильшад Алишерович

Выводы по главе

1. Установлено, что жесткость трансмиссии привода шнеко-фрезерного рабочего органа карьерного комбайна определяется практически только крутильной жесткостью гидропередачи «насос-гидромотор».

2. Разработана математическая модель (система нелинейных дифференциальных уравнений) движения шнеко-фрезерного рабочего органа карьерного комбайна при выемке слоя породы, отличающаяся тем, что она учитывает: гидромеханические процессы в регулируемом по скорости гидравлическом контуре «насос-гидромотор» и виброреологические процессы взаимодействия стальной цилиндрической оболочки рабочего органа с породой в зоне их фрикционного контакта. Моделированием установлено, что: максимальное значение теоретической нормированной спектральной плотности колебаний давления привода со статическим движущим моментом, соответствующее собственной частоте /,=7,35 Гц колебаний масс трансмиссии привода рабочего органа, отличается менее чем на 5% от максимального значения нормированной спектральной плотности, полученной при эксперименте; максимальное значение теоретической нормированной спектральной плотности колебаний давления привода с импульсным движущим моментом отличается на 2% от максимального значения нормированной спектральной плотности, полученной при эксперименте, со смещением частоты собственных колебаний в сторону низких частот менее, чем на 2% U =7,21 Гц); собственная частота колебания масс трансмиссии привода /2=30 Гц соответствует неравномерности расхода в 11-ти плунжерных радиально-поршневых гидродвигателях, работающих на один шнеко-фрезерный барабан, имеющий при выемке слоя породы скорость вращения 4,4рад/с. Сходимость теоретических и экспериментальных данных при величине относительной ошибки, не превышающей 0,15, составляет, как по амплитуде, так и по частоте колебаний давления (момента) в трансмиссии привода шнеко-фрезерного рабочего органа карьерного комбайна не менее 95%.

Максимальное снижение эффективного коэффициента трения при действии импульсного движущего момента (до 70%) достигается на зарезонансной частоте 20 Гц при мощности импульса соответствующего 16% от величины максимального значения нормированной спектральной плотности колебаний давления.

6. Разработанные технические требования на модернизацию привода рабочего органа карьерного комбайна, методика и программное обеспечение для моделирования взаимодействия шнеко-фрезерного рабочего органа со слоем породы приняты к использованию в плановых научно-технических разработках 2008 года ООО «МОГОРМАШ» на контрактной основе с Навоийским ГМК для модернизации находящихся в эксплуатации на Джерой-Сардаринском месторождении карьерных комбайнов MTS 250 фирмы «MAN TAKRAF» (Германия) и для проектирования перспективных моделей карьерных комбайнов с гидроимпульсным приводом рабочего органа.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе на основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований дано новое решение актуальной научной задачи, состоящей в установлении закономерностей формирования сил сопротивления при фрезеровании слоя породы, для обоснования и выбора рациональных параметров гидроимпульсного привода рабочего органа карьерного комбайна, обеспечивающих интенсификацию выемки породы.

Лично автором получены следующие основные результаты и выводы:

1. Момент сопротивления трению при выемке слоя породы шнеко-фрезерным органом Мт, прямо пропорционален прочности породы а, высоте h и ширине слоя В, эффективному коэффициенту трения породы о шнек /,отношению нормальной составляющей реакции к её касательной составляющей 4х и величине отношения скорости движения карьерного комбайна W к скорости вращения шнека а и обратно пропорционален углу контакта витка шнека (ро со слоем фрезеруемой породы.

2. Величина силы сопротивления движению карьерного комбайна Fx существенно зависит от направления вращения шнеко-фрезерного рабочего органа. Наименьшее ее значение соответствует направлению вращения рабочего органа по часовой, а наибольшее -против часовой стрелки.

3. Техническая производительность карьерного комбайна Пт при заданных его конструктивных (W,D) и энергетических (Nul,Nx,r/x,Tjut) параметрах не линейно зависит не только от технологических (о-,^,^,!^,^)), но и от виброреологических (a>±/S.co,f) параметров.

4. Установлена зависимость относительного снижения эффективного коэффициента трения от величины отношения скоростей и определена «зона изменения виброреологического эффекта», характеризуемая снижением эффективного коэффициента трения на 68% (с 0,55 до 0,16) в диапазоне отношений скоростей 0< <3.

5. Спектрально- корреляционный анализ массива экспериментальных данных позволил установить: математическое ожидание М; дисперсию D{M); коэффициент вариации vM крутящего момента на валу гидромотора и колебания давления с периодом: Tj = 0,136 с (частота у] =7,35 Гц), соответствующим собственной частоте колебания масс трансмиссии привода и периодом Тг =0,033 с (частота /2= 30 Гц), соответствующим неравномерности расхода в 11-ти плунжерных радиально-поршневых гидродвигателях, работающих на один шнеко-фрезерный барабан, имеющий при выемке слоя породы скорость вращения 4,4 рад/с.

6. Разработана принципиальная электрогидравлическая схема импульсного привода вращения шнеко-фрезерного органа с оперативным регулированием частоты и амплитуды импульса давления (расхода), позволяющая при одной и той же установленной мощности силовой установки карьерного комбайна осуществлять выемку слоя породы с более высокой прочностью или существенно увеличить ресурс элементов гидропривода рабочего органа без снижения его производительности.

7. Разработана математическая модель (система нелинейных дифференциальных уравнений) взаимодействия стальной цилиндрической оболочки шнеко-фрезерного рабочего органа карьерного комбайна с породой в процессе ее фрезерования, отличающаяся тем, что она учитывает: гидромеханические процессы в регулируемом по скорости гидравлическом контуре «насос-гидромотор» и виброреологические процессы взаимодействия стальной цилиндрической оболочки рабочего органа с породой в зоне их фрикционного контакта.

8. Разработанные технические требования на модернизацию привода рабочего органа карьерного комбайна, методика и программное обеспечение для моделирования взаимодействия шнеко-фрезерного рабочего органа со слоем породы, приняты к использованию в плановых научно-технических разработках 2008 года ООО «МОГОРМАШ» на контрактной основе с Навоийским ГМК для модернизации находящихся в эксплуатации на Джерой-Сардаринском месторождении карьерных комбайнов MTS 250 фирмы «MAN TAKRAF» (Германия) и для проектирования перспективных моделей карьерных комбайнов с гидроимпульсным приводом рабочего органа.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Кузиев, Дильшад Алишерович, 2007 год

1. Кучерский Н.И., Толстов Е.А., Мазуркевич А.П. и др. Технология разработки ДжеройСардаринского месторождения фосфоритов открытым способом.// Горный журнал.-2001.-№ 9, С 17-20

2. Толстов Е.А., Мальгин О.Н., Рубцов С.К. и др. Технологические схемы открытой разработки Джерой-Сардаринского месторождения фосфоритов. // Горный журнал.-2003.-№ 8, С 40-44.

3. Кучерский Н.И., Толстов Е.А., Михин О.А., Мазуркевич А.П., Иноземцев С.Б. Кызылкумский фосфоритный комплекс: поэтапное освоение месторождения фосфоритов.// Горный вестник Узбекистана.-2001.-№ 1, С 4-9.

4. Супрун В.И. и др. Перспективная техника и технология для производства открытых горных работ. Учебное пособие, М.: МГГУ, 1996, 222 с , с илл.

5. Штейнцайг P.M. Фрезерные комбайны эффективное оборудование для открытой разработки скальных пород. Мировая горная промышленность 2004-2005: история достижения, перспективы.- М.: НТЦ «Горное дело», 2005, С 296-318.

6. Образцов А.И., Норкин Н.А. и др. Горно-геологические особенности разработки участка Ташкура Джерой-Сардаринского фосфоритового месторождения.//Горный вестник Узбекистана.-2001.-№ 1, С 17-19.

7. Берман В.М., Верескунов В.Н., Цетнаррский И.А. Системы гидропривода выемочных и проходческих машин. М., «Недра», 1982, 206с.

8. Докукин А.В., Берман В.М., Рогов А .Я. и др. Исследования и оптимизация гидропередач горных машин.-М.: «Наука», 1978, 196 е., с илл.

9. Ю.Докукин А.В., Красников Ю.Д., Хургин З.Я. и др. Динамические процессы горных машин.-М.: «Наука», 1972, 212с.

10. П.Красников Ю.Д., Хургин З.Я., Нечаевский В.М. и др. Оптимизация привода выемочных и проходческих машин. /Под ред. Чл.-кор. АН СССР А.В. Докукина. М, «Недра», 1983, 264с.

11. Неймарк Ю.И. Динамические системы и управляемые процессы. М., «Наука», 1978,196с.

12. Скурыдин Б.И. Установление параметров инерционнго импульсного привода исполнительного органа роторного экскаватора. Автореферат Канд. дисс. М.: МГИ, 1985,15с.

13. Н.Григорьев А.С. Обоснование и выбор параметров продавливающих установок для бестраншейной технологии строительства подземных инженерных коммуникаций. Автореферат Канд. дисс. М.: МГГУ, 2005, 23с.

14. Волков Д.П., Крикун В.Я., Тотолин П.Е. и др. Машины для земляных работ: Учебник для студентов вузов по специальности «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование»-М.: Машиностроение, 1992-448с.:ил.

15. Протасов Ю.И. Разрушение горных пород. 3-е изд., стер.- М.: Изд-во МГГУ, 2002.- 453с.

16. Беляков Ю.И. Совершенствование технологии выемочно-погрузочных работ на карьерах. М., «Недра», 1977. 295 с.

17. Ветров Ю.А., Кархов А.А., Кондра А.С., Станевский В.П. Машины для земляных работ. Издательское объединение «Вища школа», 1976, 368 с.

18. Подэрни Р.Ю. Механическое оборудование карьеров: Учебник для вузов. 6-е изд., перераб. и доп. - М.* Издательство МГГУ, 2007. - 680 е.: ил.(ГОРНОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ).

19. Домбровский Н.Г. Картвелишвили Ю.Л., Гальперин М.И. Строительные машины. Учебник для вузов. В 2 частях. Ч. 1-я. М., «Машиностроение», 1976. 392 с.

20. Горцакалян Л.О., Мурашов М.В., Нажесткин Б.П., Самсонов Л.И. Сборник задач по теории и расчету торфяных машин. М.:Недра, 1966.

21. Крагельский И.В., Михин Н.М. Узлы трения машин. Справочник. -М.: Машиностроение, 1984.- 280с. ил.

22. Блехман И.И. Метод прямого разделения движений в задачах о действии вибрации на нелинейные механические системы. «Известия АН СССР. Серия Механика твердого тела», 1976, №6, с. 13-27.

23. Блехман И.И., Моласян С.А. Об эффективных коэффициентах трения при взаимодействии упругого тела с вибрирующей поверхностью. -«Известия АН СССР. Серия Механика твердого тела», 1970,№4,с.4- 10.

24. Толстой Д.М., Каплан Р.Л. К вопросу о роли нормальных перемещений при внешнем трении. В сб.: Новое в теории трения. М., «Наука», 1966, с. 42-59.

25. Толстой Д.М. Собственные колебания ползуна, зависящие от контактной жесткости и их влияние на трение. ДАН СССР, т. 153, №4, 1963.820 с.

26. Блехман И.И. Действие вибрации на механические системы. -«Вибротехника», Вильнюс, «Минтис», 1973, №3(20), с. 369-374.

27. Суровов А.В., Лубнин В.В., Заикина В.З. Машины и оборудование дляпогружения свай: Учебник. -М.: «Высшая школа», 1984. 176 е., с ил.

28. Толстой Д.М., Борисова Г.А., Григорьева С.Р., Роль собственных контактных колебаний нормального направления при трении. -В сб.: О природе трения твердых тел. Минск, «Техника», 1971, С. 116.

29. Сандалов В.Ф. Исследование гидромеханического защитного устройства привода исполнительного органа роторного экскаватора. Канд. дисс. М.: МГИ, 1977,143 с.

30. Гмурман В.Е. «Теория вероятностей и математическая статистика». — М.: «Высшая школа», 1977. — 478 с.

31. Подэрни Р.Ю. Исследование нагрузок на исполнительных органах и динамических характеристик карьерного оборудования с целью повышения эффективности рабочего процесса( на примере роторного экскаватора). -Докт. дисс. М.: МГИ, 1972, 351с.

32. Глухарев К.К., Фролов К.В., Взаимодействия колебательной системыс двумя источниками энергии. «Известия АН СССР. Сер. МТТ», 1971, №4, с. 65-71.

33. Алифов А.А. Об автоколебательной системе, взаимодействующей с источником энергии. «Известия АН СССР. Сер. МТТ», 1977, № 1, с. 36-42.

34. Гончаревич И.Ф., Докукин А.В. Динамика горных машин с упругими связями. М.: «Наука», 1975. 212с.

35. Баранов В.Н., Захаров Ю.Е. Электрогидравлические и гидравлические вибрационные механизмы. М.: «Машиностроение», 1977. 325с.

36. Морозов В.И. Разработка системы управления качеством ремонта горного оборудования. Докт. дисс. М.: МГИ, 1987, 387с.

37. Коваль П.В. Гидравлика и гидропривод горных машин: Учебник для вузов по специальности «Горные машины и комплексы»,- М.: «Машиностроение», 1979.- 319с., ил.

38. Богданович П.Н., Прушак В .Я. Трение и износ в машинах: Учебник для вузов.- Мн.: Выш. шк., 1999.- 374с.: ил.

39. Замышляев В.Ф., Русихин В.И., Шешко Е.Е. Эксплуатация и ремонт карьерного оборудования: Учеб. пособие для вузов.- М.: «Недра», 1991.- 285с.:ил.

40. Островский М.С. Повышение ресурса горных машин путем мониторинга соединений деталей машин. Докт. дисс. М.: МГГУ, 1997, 369с.

41. Рыльникова М.В., Зотеев О.В. Геомеханика: Учебное пособие. -М.: Издательский дом «Руда и Металлы», 2003 .-140с.

42. Островский М.С. Триботехнические основы обеспечения качества функционирования горных машин. -М.: МГИ, 1992,160 с.

43. Островский М.С. Триботехнические основы обеспечения качества функционирования горных машин. Учебное пособие. Часть II. Разделы 4, 5, 6 и 7 -М.: МГГУ, 1993, 229 с.

44. Солод В.И., Гетопанов В.Н., Рачек В.М. Расчет и конструирование горных машин и комплексов. Учебное пособие.- М.: МГИ, 1975,160с.

45. Солод В.И., Гетопанов В.Н., Рачек В.М. Проектирование и конструирование горных машин и комплексов. Учебник для вузов.-М.: «Недра», 1982, 350с.

46. Пановко Я.Г., Губанова И.И. Устойчивость и колебания упругих систем. Современные концепции, парадоксы и ошибки. М.: «Нука», 1967,420с., с ил.

47. Сандалов В.Ф. МУ по вып. лаб. работ по дисц. «ГМК для открытых работ» для студ. спец. 0506-М.: Изд-во МГИ, 1986, 20с.

48. Малиновский Е. Ю., Зарецкий Л.Б., Беренгард Ю.Г. и др. Расчет и проектирование строительных и дорожных машин на ЭВМ/ Под ред. Е. Ю. Малиновского.-М.: «Машиностроение», 1980. 216с., ил.