Обоснование и выбор параметров силовой установки механизированного комплекса для измельчения смерзшегося угля тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.06, кандидат технических наук Райханова, Галия Елеубаевна

• Райханова, Галия Елеубаевна
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Райханова, Галия Елеубаевна

Введение.

1 Состояние вопроса, цель и задачи исследования.

Современное состояние и перспективы развития конструкций машин для измельчения смерзшегося угля.

Современное состояние конструкции силового оборудования горных машин.

1.3 Цель, задачи и алгоритм исследования.

Выводы по главе.

Закономерности формирования сил сопротивления при разрушении смерзшегося угля. ^ Кинематические особенности процесса разрушения слоя смерзшегося крупнокускового угля режущей фрезой.

Формирование момента сопротивления вращению при фрезеровании слоя смерзшегося угля.

Влияние технологических, кинематических и силовых параметров 2.3 фрезерной машины комплекса для измельчения смерзшегося угля на ее техническую производительность.

Выводы по главе.

Основы расчета гидрообъемных трансмиссии «дифференциал гидромашина».

Сравнительный анализ параметров предохранительных устройств муфт).

3.2 Сравнительный анализ параметров гидрообъемных трансмиссии.

Статические и динамические параметры гидрообъемной трансмиссии дифференциал - гидромашина».

Выводы по главе.

Исследование тепловых и динамических процессов в гидрообъемной трансмиссии ходового механизма силовой установки комплекса для измельчения смерзшегося угля. Математическая модель тепловых процессов в гидрообъемной трансмиссии ходового механизма силовой установки комплекса. Динамические особенности силовой установки механизированного комплекса для измельчения смерзшегося угля.

Математическая модель системы «фрезерная машина — слой смерзшегося угля» (уравнения движения электромеханической системы).

Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование и выбор параметров силовой установки механизированного комплекса для измельчения смерзшегося угля»

Актуальность работы. Ежегодно в Российской Федерации железнодорожным транспортом перевозится около трехсот миллионов тонн углей для тепловых электростанций и коксохимических заводов металлургических комбинатов. В энергетике стоимость угольного топлива может достигать до 65%, причем стоимость приёма, разгрузки и измельчения твердого топлива может достигать 8-И0% стоимости выработанной электроэнергии.

Для полного сжигания уголь должен подаваться в углесжигающий агрегат в пылевидном состоянии. Уголь первоначально измельчается на дробильных установках до размеров не более 350 мм. Однако при добыче угля мощными одноковшовыми и роторными экскаваторами на тепловые электростанции во все периоды года поступают негабариты угля размером 600-И 500 мм и более. Угольное топливо при перевозке в зимний период постоянно смерзается как в условиях восточных районов России, так и в условиях относительно мягкого климата её европейской части. Поэтому разгрузка железнодорожных вагонов, в которых уголь доставляется потребителю для его дальнейшей переработки или сжигания весьма трудоемка и энергозатратна. Известные химические способы предотвращения смерзания угольного топлива сегодня не нашли практического применения.

В настоящее время для восстановления сыпучести угля используются: механическое рыхление, тепловой разогрев и первичное измельчение. Первичное измельчение производится при сверхнормативной крупности угля до размера кусков 200-К300 мм, которые дробятся и затем подаются в шаровые мельницы для тонкого измельчения.

Сегодня ещё на многих предприятиях для предварительного (первичного) измельчения используется малопроизводительный и тяжелый труд рабочих, разрушающих смерзшееся и негабаритное угольное топливо при помощи отбойных молотков. Более эффективными для первичного измельчения смерзшегося и крупногабаритного угольного топлива оказались дробильно-фрезерные машины, разработанные в 70-е годы. К началу 90-х годов прошлого века свыше, 330 дробильно-фрезерных машин типа ДМФ-П и модернизированных ДМФ-ПА уже работали на 105 электростанциях, оборудованных вагоноопрокидывателями. В последние годы этого века разработан и внедрен механизированный комплекс для измельчения смерзшегося и негабаритного угольного топлива с электрической силовой установкой. Первый опыт его эксплуатации на электростанциях показал низкую стойкость (долговечность) вооружения рабочего органа, якорных тяговых цепей его подачи и элементов трансмиссии и, как следствие, снижение эксплуатационной производительности комплекса за счет высокой динамики нагрузки на его элементы. Поэтому вопросы улучшения динамических характеристик трансмиссии приводов рабочего органа (силовой установки) остаются актуальными, а обоснование и выбор параметров силовой установки механизированного комплекса для измельчения смерзшегося угля является актуальной научной задачей.

Цель работы - это установление закономерностей формирования сил сопротивления при измельчении слоя топлива для обоснования" и выбора рациональных динамических параметров силовой установки механизированного комплекса для измельчения смерзшегося угля.

Идея работы заключается в минимизации динамических нагрузок в трансмиссиях силовой установки за счет целенаправленного формирования механических статических и динамических характеристик привода подачи рабочего органа фрезерной машины для измельчения смерзшегося угля.

Методы исследований. При выполнении диссертационной работы использовались основные положения механики твердого тела, жидкости, теории надежности, системного анализа и математического моделирования с использованием пакета прикладной программы МаШСАО.

Основные научные положения, выносимые на защиту, и их новизна: • техническая производительность механизированного комплекса для измельчения смерзшегося угля при его заданных конструктивных и энергетических параметрах имеет нелинейную зависимость не только от технологических, но и от динамических характеристик приводов вращения и подачи рабочего органа фрезерной машины;

• суммарный коэффициент динамичности механизма передвижения фрезерной машины следует определять как произведение коэффициента динамичности цепи и коэффициента динамичности электромеханической системы (ЭМС) привода;

• математическая модель «слой смерзшегося угля - рабочий орган — трансмиссия — привод», отличающаяся возможностью формировать статические и динамические характеристики электрической силовой установки, аналогичные характеристикам объемного гидропривода в режиме номинального нагружения при измельчении угля и в режиме стопорения рабочего органа.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций базируется на применении современных научных методов исследований, включающих: аналитические исследования с использованием фундаментальных положений теоретической механики твердого тела и жидкостей; математическое моделирование и системный анализ процесса нагружения силовой установки механизированного комплекса для измельчения смерзшегося угля и достаточную сходимость результатов аналитических и экспериментальных исследований, составляющую 80% при 15%-ной относительной ошибке.

Научное значение работы заключается в разработке математической модели электрогидромеханической системы силовой установки механизированного комплекса для измельчения смерзшегося угля и установлении зависимостей её технологического нагружения в номинальном режиме и в режиме стопорения рабочего органа от: физико-механических свойств смерзшегося угольного топлива; уровня установленных мощностей приводов вращения и подачи рабочего органа; длительности технологического цикла измельчения слоя угольного топлива; жесткостных и демпфирующих параметров электрогидромеханической системы.

Практическое значение исследования состоит в разработке методики расчета и выбора рациональных динамических параметров силовой установки механизированного комплекса для измельчения смерзшегося угля в режиме номинального нагружения при измельчении угля и в режиме стопорения рабочего органа, а также в разработке технических требований на модернизацию электрической силовой установки для придания ей характеристик, аналогичных характеристикам объемного гидропривода.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Основные результаты диссертационной работы приняты к использованию в ООО «ГИДРОГОРМАШ» в 2012-2014 гг. при совершенствовании существующих и создании инновационных конструкций комплексов по измельчению смерзшегося и негабаритного угля в научно-технических разработках конструкторского бюро.

Личный вклад автора состоит:

• в установлении кинематических особенностей процесса разрушения слоя смерзшегося и крупнокускового угля режущей фрезой;

• в теоретических исследованиях закономерностей формирования сил сопротивления при разрушении смерзшегося угля;

• в исследовании тепловых и динамических процессов в гидрообъемной трансмиссии ходового механизма силовой установки комплекса для измельчения смерзшегося угля.

Апробация работы. Основные положения работы были обсуждены: на международных научных симпозиумах «Неделя Горняка» (2008-2011гг., Москва, МГГУ); на научно-практической конференции «Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях» (2008 г., Москва, ВДНХ -НТТМ); на международной научно-технической конференции «Современные техника и технологии горно-металлургической отрасли и пути их развития» (12-14 мая 2010 г., г. Навои, Республика Узбекистан) и на научных семинарах кафедры ГМО МГГУ (2008-2011 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано четыре статьи, две из них опубликованы в журналах, входящих в перечень изданий, рекомендованных ВАК Российской Федерации.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения, списка использованных источников из 100 наименований и включает 36 рисунков и 6 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Горные машины», Райханова, Галия Елеубаевна

5. Основные результаты диссертационной работы нашли применение в проектно-конструкторских разработках ООО «ГИДРОГОРМАШ» по совершенствованию существующих и созданию, инновационных конструкций комплексов по измельчению смерзшегося и негабаритного угля, а также будут использованы в научно-технических разработках конструкторского бюро в 2012-2014гг.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи — установления закономерностей формирования динамических параметров трансмиссии привода механизма передвижения фрезерной машины механизированного комплекса для измельчения смерзшегося и негабаритного угольного топлива в зависимости от характеристик его электромеханической системы.

Основные научные выводы и результаты диссертационной работы, полученные лично автором, заключаются в следующем:

1. Установлено, что в процессе разрушения слоя смерзшегося угля на приемной решетке комплекса: статические моменты сил для разрушения слоя Мр сопротивления, трению Мт прямо пропорциональны прочности породы а, высоте к и ширине В слоя и величине отношения скорости передвижения Ж фрезерной) машины к скорости вращения фрезы со, эффективному коэффициенту трения угля о фрезу /, а также отношению нормальной составляющей реакции слоя углжк её касательной составляющей ¥ и обратно пропорциональны углу контакта режущей фрезы <р0 со слоем смерзшегося угля на приемной, решетке; статическая сила сопротивления» движению фрезерной машины Ех прямо пропорциональна прочности породы а, высоте И и ширине В слоя, величине отношения скорости движения Ж фрезерной машины к скорости вращения фрезы со и безразмерному функционалу и обратно пропорциональна углу контакта режущей фрезы (р0 со слоем смерзшегося угля.

2. Установлено, что в качестве предохранительного устройства следует применить устройство, содержащее дифференциальный механизм и гидравлическую машину объемного вытеснения рабочей жидкости. Такое устройство сохраняет преимущества гидрообъемных трансмиссий (в основе которых лежит двойное преобразование энергии — механической в гидравлическую и гидравлической в механическую) и позволяет избежать двойного преобразования энергии, характерного для традиционного гидропривода.

3. Установлено, что коэффициент динамичности механизма передвижения фрезерной машины, обусловленный дополнительной динамикой якорной круглозвенной цепи, как по скорости, так и по тяговому усилию зависит только от числа зубьев г ведущей звездочки, а суммарный коэффициент динамичности кдх механизма передвижения фрезерной машины следует определять как произведение коэффициента динамичности цепи кдх1 и коэффициента динамичности электромеханической системы (ЭМС) привода механизма передвижения фрезерной машины кдЭМС.

4. Разработана принципиальная схема гидрообъемного предохранительного устройства механизма передвижения фрезерной машины, представляющая собой реверсивный планетарный цилиндрический редуктор1 с гидрообъемной системой' торможения эпицикла, способная эксплуатироваться в двух режимах: «измельчение» смерзшегося' угля с рабочей скоростью Уи; «реверс» фрезерной машины1 с маневровой скоростью Уц . В каждом из этих режимов ГПУ может обеспечить регулирование скорости* передвижения фрезерной машины и гарантированное ограничение ее тягового усилия с оперативно регулируемой жесткостью.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Райханова, Галия Елеубаевна, 2011 год

1. J.P. Den Hartog. Mechanical vibrations. New York, Toronto, London. Mc. GRAW — PULL BOOK COMPANY, INC, 1956, pp 580.

2. Л.Б. Гейлер. Электропривод в тяжелом машиностроении. M.: «МАПТГИЗ», 1958, 580 с.

3. Н.Г. Домбровский, Ы.В. Мельников, Б.И. Сатовский, Б. А. Симкин. Оборудование для открытых горных разработок за рубежом. М.: «Недра», 1961, 198 с.

4. В.Н. Хорин. Гидропривод забойного оборудования. М.: Государственное научно-техническое издательство литературы!по горному делу, 1963, 408 е., с ил.

5. H.H. Книге. О" связи физико-механических свойств грунтов с удельными сопротивлениями копанию роторными экскаваторами // Строительные и дорожные машины. №1 — М.: «Стройиздат», 1965, С 17-21.

6. Сб. трудов ИГД им. A.A. Скочинского, Разрушение горных пород механическими способами./ Под ред. д т н Л.И. Барона и А.И. Берона, М.: Издательство. «Наука»; 1966 - 278 с.

7. Л.О. Горцакалян, М.В. Мурашов, Б.П. Нажесткин, Л.И. Самсонов. Сборник задач по теории и расчету торфяных машин: Под ред. д-р техн. наук, проф С.Г. Солопова-М.:Недра, 1966.

8. Филимонов H.A. Горные машины для открытых работ.- М.: изд-во «Недра», 1967, 304 с.

9. В.В. Ржевский. Технология и комплексная механизация открытых горных работ. — М.: Издательство «Недра», 1968, 639 с.

10. В.Н. Репин. Исследование надежности срабатывания защитного устройства от перегрузок для горных машин. Автореферат канд. дисс., 1968, 14с.

11. Р.Ю. Подерни. Угольная промышленность США. Изд-во «Недра», 1968, 187 с.

12. N. Melnikov, M. Chesnokov. Safety in opencast mining. Mir Publishers Moscow 1969. pp 391.13