авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Астрологический Прогноз на год: карьера, финансы, личная жизнь


Обоснование конструктивных и режимных параметров винтового перегружателя геохода

На правах рукописи

Кобылянский Дмитрий Михайлович ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ И РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВИНТОВОГО ПЕРЕГРУЖАТЕЛЯ ГЕОХОДА Специальность 05.05.06 – «Горные машины»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кемерово 2008 2

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет»

Научный консультант: доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РСФСР Горбунов Валерий Федорович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ и Кыргызстана Дворников Леонид Трофимович кандидат технических наук Григоренко Юрий Дмитриевич

Ведущая организация: Институт угля и углехимии СО РАН

Защита диссертации состоится 29 мая 2008 г. в 12 часов на заседании диссерта ционного совета Д 212.102.01 в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кузбасский государственный тех нический университет» по адресу: 650026, г. Кемерово, ул. Весенняя, 28.

Факс (3842) 36-16-

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного образова тельного учреждения высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет» Автореферат разослан апреля 2008г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, доцент А.Г. Захарова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

По данным Академии менеджмента и рынка и Агентства международно го развития США (USAID) прогнозы мирового научно-технического развития приоритетных технологий на 2000-2020 гг. по группе «Использование подзем ного пространства» особо важными определяют научно-технические разработ ки, связанные с созданием новых технологий сооружения подземных магистра лей, автотрасс и железных дорог.

Приоритетным направлением развития науки и техники, утверждённым Правительственной комиссией РФ по научно-технической политике в области «Топливо и энергетика», является разработка новых технологий проходки гор ных выработок.

Создание винтоповоротных проходческих агрегатов (геоходов) является по сути техническим и технологическим прорывом в области проведения под земных выработок. В связи с этим, учитывая новизну предложенной геовинче стерной технологии, необходима тщательная проработка всех основных узлов геохода, и в том числе одного из наиболее ответственных – винтового перегру жателя.

Одной из нерешённых до настоящего времени проблем является транс портирование винтовыми конвейерами сильносвязных материалов, в частности, глинистых и битумосодержащих горных пород, которые налипают на вращаю щийся шнек вплоть до образования пробок и полного прекращения транспор тирования. Данная проблема пока не получила достаточно эффективной техно логической и конструкторской проработки.

Одним из способов, позволяющих бесперебойно транспортировать лип кие и сильносвязные материалы, является их интенсивное увлажнение при по грузке и в процессе транспортирования, а также оснащение винтового перегру жателя эффективным вибровозбудителем.

Таким образом, актуальность разработки надёжного и эффективного вин тового перегружателя геохода очевидна как с точки зрения научного исследо вания, так и с точки зрения практического применения.

Цель работы – обоснование конструктивных и режимных параметров винтового перегружателя для эффективного взаимодействия с геоходом, реали зующим проходку горных выработок в породах с различными физико механическими свойствами.

Идея работы заключается в согласовании параметров винтового пере гружателя с параметрами проходческого агрегата на основе выявленных зако номерностей движения материала, в том числе при его увлажнении и вибровоз буждении.

Задачи исследований:

1. Разработать конструкцию винтового перегружателя, способного эф фективно транспортировать сильносвязные материалы.

2. Разработать математическую модель винтового перегружателя, содер жащего вибровозбудитель новой конструкции, позволяющий изменять пара метры колебаний.

3. Теоретически и экспериментально выявить закономерности процесса транспортирования с учетом увлажнения материала и вибрации.

4. На основании результатов численного и лабораторного экспериментов получить рациональные конструктивные и режимные параметры винтового пе регружателя геохода, обеспечивающие транспортирование материалов с раз личными физико-механическими свойствами.

Методы исследований:

В процессе выполнения работы использовались как общенаучные, так и специальные методы исследования, в том числе:

- аналитический, включающий анализ и обобщение теоретических и про изводственных достижений, классические положения теоретической механики и теории упругости, теории колебаний, метод численного решения систем дифференциальных уравнений;

- экспериментальный, включающий лабораторные исследования с ис пользованием теории подобия и физического моделирования, тензометрии, а также метод преобразования аналоговых сигналов в цифровые с дальнейшей обработкой на компьютере полученной информации на основе методов матема тической статистики.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Транспортирование сильносвязных материалов обеспечивается винто вым перегружателем геохода, конструктивная схема которого содержит вибро возбудитель, совмещенный с опорными узлами шнека, причем, форма послед них позволяет совмещать вращательное движение с колебаниями.



2. Зависимости между конструктивными и режимными параметрами винтового перегружателя, учитывающие угол наклона вала шнека и физико механические свойства транспортируемых материалов, отличающиеся тем, что определены в условиях воздействия увлажнения и вибрации по отдельности и одновременно.

3. Комплексное воздействие путём увлажнения липкого и сильносвязно го материала до величины 30% и более и вибровозбуждение шнека с амплиту дой 2мм и частотой 10Гц позволяет повысить коэффициент заполнения меж виткового пространства шнека до 0,5 при циркуляции не более 50%, снизить крутящий момент на валу шнека в 2,5 раза, увеличить производительность в 1,74,0 раза и надёжно транспортировать горные породы в широком диапазоне физико-механических свойств.

4. Наименьшая удельная энергоёмкость транспортирования материала с коэффициентом заполнения до 0,5 и циркуляцией не более 50% достигается при значении шага винтовой поверхности шнека 660 мм (соотношение D/S=1) и частоты его вращения 41мин-1.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и ре комендаций обеспечены корректной постановкой задачи по исследованию процесса транспортирования винтовым перегружателем, учитывающей особен ности его применения в геоходе;

использованием моделей, адекватность реаль ным процессам которых подтверждена результатами теоретических и экспери ментальных исследований, проведенных с использованием современных мето дов, основанных на классических положениях теоретической механики, теории колебаний;

применением методов математического анализа и математической статистики с использованием ЭВМ;

согласованностью результатов теоретиче ских исследований с экспериментальными данными, полученных в лаборатор ных условиях;

применением современных методик испытаний, а также обору дования и приборов с использованием аналого-цифровых преобразователей;

сопоставимостью результатов исследований с результатами, полученными дру гими авторами.

Правомочность допущений, принятых при разработке кинематических моделей движения транспортируемого материала, подтверждается хорошей сходимостью аналитических результатов с экспериментальными данными, рас хождение которых не превышает 15%.

Положительные результаты, полученные при проведении лабораторных испытаний в представительных объёмах, подтверждают эффективность и пра вильность предложенных методов, технических решений, научных положений и выводов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Теоретически обосновано и экспериментально доказано повышение эффективности транспортирования сильносвязных материалов с применением новой конструктивной схемы винтового перегружателя с вибровозбудителем, совмещённым с опорными узлами шнека, имеющими форму, позволяющую совместить вращательное движение с колебаниями.

2. Выявлены закономерности взаимовлияния конструктивных и режим ных параметров винтового перегружателя при различных внешних условиях пространственного положения геохода и физико-механических свойствах гор ных пород.

3. Определена эффективность комплексного воздействия на процесс транспортирования путем увлажнения материала и вибровозбуждения винтово го перегружателя, и найдены рациональные параметры колебаний.

4. Получены рациональные конструктивные и режимные параметры вин тового перегружателя геохода, обеспечивающие эффективное транспортирова ние материалов с различными физико-механическими свойствами.

В отличие от результатов исследований, полученных другими авторами, дано теоретическое и экспериментальное обоснование и количественная оценка эффекта вибровозбуждения на процесс шнекового транспортирования материа лов с различными физико-механическими свойствами.





Объект исследований - процесс транспортирования материалов пере гружателем геохода винтового типа при различных конструктивных и режим ных параметрах, включая увлажнение подачей воды и вибровозбуждение.

Личный вклад автора заключается в:

- постановке задач, в организации и участии во всех лабораторных иссле дованиях;

- разработке и участии в изготовлении экспериментальных стендов, оснащённых вибровозбудителями, а также измерительно-регистрирующей ап паратуры на основе аналого-цифрового преобразователя;

- теоретическом обосновании принципа вибровозбуждения с использова нием тел, совмещающих вращение с колебаниями;

- установлении закономерностей процесса транспортирования при раз личных конструктивных, режимных параметрах ВП и физико-механических свойствах материалов;

- разработке конструкции винтового перегружателя геохода, оснащённого автоматически регулируемым вибровозбудителем.

Автор принимал непосредственное участие в теоретических работах по исследованию процесса транспортирования липких и сильносвязных материа лов в условиях увлажнения и вибровозбуждения ВП и установлении рацио нальных параметров колебаний.

Научное значение работы заключается в выявлении закономерностей процесса транспортирования винтовым перегружателем геохода материалов с различными физико-механическими свойствами в условиях распределённого увлажнения и вибровозбуждения.

Практическое значение работы заключается в:

- возможности на стадии проектирования установления рациональных конструктивных и режимных параметров винтового перегружателя геохода при различных заданных условиях;

- создании инженерной методики расчёта вибровозбудителя, объединён ного с опорными узлами и позволяющего совместить вращательное движение шнека с колебаниями в плоскости, перпендикулярной оси вращения;

- разработке конструктивного решения винтового конвейера с вибровоз будителем, что позволяет повысить эффективность транспортирования сильно связных материалов.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Разработанные автором конструктивные решения и режимные параметры перегружателя использованы Институтом угля и углехимии СО РАН при создании компоновочных схем и конструкторской документации на изготовление макетного образца нового вида проходческой техники – геохода, что подтверждено соответствующим актом.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертацион ной работы докладывались и получили одобрение на научно-практических конференциях преподавателей, аспирантов и студентов Кузбасского государ ственного технического университета (г. Кемерово, 2005, 2006, 2007гг.);

на Международной научной конференции «Фундаментальные исследования» Академии Естествознания (Кемерово, 2005г.);

на научно-практической конфе ренции «Наука в XXI веке: опыт, традиции, инновации» (г. Кемерово, 2006г.);

На Международной научно-практической конференции Международной ака демии наук экологии и безопасности «Безопасность жизнедеятельности пред приятий топливно-энергетического комплекса России» (Кемерово-Санкт Петербург, 2006г.);

на IV Российско-Китайском симпозиуме (Кемерово, 2006г.);

на заседаниях кафедры «Стационарные и транспортные машины» (Кемерово, 2007- 2008 гг.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 11 печат ных работ, в том числе один патент на изобретение и Свидетельство об офици альной регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введе ния, 5 глав, заключения, списка используемой литературы из 142 наименований и приложения. Основной текст изложен на 139 машинописных страницах и со держит 70 рисунков и 4 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сфор мулирована цель, научная новизна, практическая значимость, основные поло жения, защищаемые в работе.

Первая глава содержит обзор и анализ существующих проходческих систем, тенденции их развития.

В лаборатории проходческих комплексов Института угля и углехимии СО РАН разработана геовинчестерная технология проведения горных вырабо ток, которая определила необходимость разработки специальной техники - ге оходов.

Разработке и созданию геоходов и их функциональных модулей посвя щены работы таких ученых, как В.Ф. Горбунов, В.В. Аксенов, А.С. Эллер, В.Ю. Садовец.

Следует отметить, что такая технологическая операция, как перегрузка отделенной от забоя горной массы в основное транспортное средство, располо женное в проходимой выработке, является одной из наиболее важных в техно логическом цикле работы геохода. Поэтому от надежности, безопасности пере грузочного модуля во многом зависит надежная и эффективная работа геохода в целом.

В результате анализа возможных вариантов определено, что в наиболь шей степени технологическим и конструктивным условиям работы в качестве перегружателя геохода удовлетворяют винтовые конвейеры.

Предложена классификация винтовых конвейеров, проведен обзор и анализ существующих конструкций, определены основные направления их со вершенствования.

Одной из нерешенных проблем обеспечения надежной работы геохода является разработка методов, повышающих эффективность перегрузки липких и сильносвязных горных пород, например, глинистых и битумосодержащих.

Эффективную и надежную конструкцию винтового перегружателя необ ходимо принимать путем выбора рациональных конструктивных, кинематиче ских и режимных параметров целенаправленным их варьированием с учетом результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Новый подход к решению проблемы создания конструкции винтового перегружателя геохода позволил сформулировать цель и поставить задачи ис следования.

Вторая глава посвящена повышению эффективности транспортирова ния материалов винтовыми конвейерами и разработке соответствующих мето дов и технических средств.

Показано, что наряду с неоспоримыми достоинствами винтовых транс портирующих устройств они имеют и существенные недостатки, одним из ко торых, в частности, является затрудненное транспортирование липких и силь носвязных горных пород.

При транспортирования материалов, обладающих свойствами липкости и вязкости, они налипают на винтовую поверхность шнека с образованием про бок вплоть до полного прекращения транспортирования.

Анализ показал, что одним из наиболее действенных способов повыше ния эффективности транспортирования материалов является вибровозбуждение винтового перегружателя.

Разработана новая конструкция винтового конвейера, оснащенного виб ровозбудителем, на который получен патент РФ.

В процессе вращения вала шнека 3 (рис. 1), когда ролики 7 обкатывают ся по канавкам 15 втулок 13, ось вала отклоняется от центрального положения в корпусе 1 и совершает колебательное движение, параметры которого опреде ляются геометрией втулок 13 и скорости вращения.

В результате уменьшается круговое движение (циркуляция) материала, увеличивается скорость его осевого перемещения, уменьшается налипание, пробкообразование, энергоемкость транспортирования и повышается произво дительность ВП. Автоматически регулируемое вибрационное воздействие дает возможность осуществить эффективное транспортирования материалов с раз личными физико-механическими свойствами.

Разработана методика расчета вибровозбудителя, учитывающая его кон структивную новизну и специфику работы ВП в геоходе. Теоретически и экс периментально доказана совместимость вращения и колебаний тел с одной сте пенью свободы, и тем самым установлена принципиальная возможность созда ния на этом принципе вибровозбудителя.

Расчетная схема рассматриваемой задачи с тремя роликами показана на рис. 2.

Здесь плоское тело Т должно совершать вращение при условии ограни чения движения тремя роликами. Центры роликов расположены в вершинах правильного треугольника АВС. Требуется найти формы тела Т, отличные от круга, которые позволяли бы ему непрерывно обкатываться по трем роликам.

В результате расчетов получены параметрические уравнения огибаю щей линии в системе координат X1O1Y1:

RТ sin j ( ) x1 RТ sin f ( ) rр, [ RТ sin j ( )]2 [ RТ cos f ( )] RТ cos f ( ) (1) y R cos j ( ) r, 1 Т р [ RТ sin j ( )]2 [ RТ cos f ( )] где RТ – расстояние от начала координат до центров роликов, м;

rр – радиус ро ликов, м;

f(), j() – перемещение центра О соответственно по осям О 1X1 и О1Y1, м;

– угол поворота системы координат XOY относительно системы X1OY1, рад.

Полученные уравнения (1) описывают две огибающие линии: со знаком плюс – внешнюю огибающую роликов, со знаком минус – внутреннюю огиба ющую.

Построены различные формы тела (опорной втулки вала шнека), позво ляющие совместить его вращательное движение с колебаниями для различных видов перемещений центра треугольника (оси вала), которые описываются гар моническими колебаниями. Некоторые из них показаны на рис. 3.

Рис. 3. Формы тел и траектории их центров вращения Кривая 1 показывает внутреннюю огибающую, кривая 2 соответствует внешней огибающей, пунктирная кривая описывает предельный случай - гра ницу тела для роликов нулевого радиуса. В центре каждого из отдельных ри сунков показаны траектории движения центров тел.

Проведен кинематический анализ тел, совмещающих колебания сов местно с вращением при различных значениях размеров роликов, амплитуды и частоты колебаний.

Получены уравнения для определения модулей скорости и ускорения опорных узлов вибровозбудителя, позволившие провести динамический анализ вибраторов:

V {w2 ( x12 y12 ) a 2 [ 2 2 2 cos( )t ]/ aw[ x1 sin( wt t ) x1 sin( wt t ) (2) y1 cos( wt t ) y1 cos( wt t )]}, м / c.

1/ A {w4 ( x12 y12 ) a 2 [ 4 4 2 2 2 cos( )t ]/ w2 a[ x1 2 sin(wt t ) x1 2 sin(wt t ) (3) y1 cos( wt t ) y1 cos( wt t )]}, м / с.

2 2 1/ 2 где x1, y1 – начальные координаты точки тела, м;

а, m – амплитуда (м) и частота колебаний (Гц);

w – угловая скорость, рад/с;

а=(m+1)w;

=(m–1)w.

Расчеты показали, что при частотах колебаний 39Гц максимальная ско рость оси вала ВП находится в пределах 0,040,12м/с, максимальное ускорение – 0,99,6м/с2.

В третьей главе проанализировано современное состояние теории транспортирования горной массы винтовыми конвейерами, предложен метод расчета ВП, учитывающий его вибровозбуждение, и приведены результаты численного эксперимента по выбору рациональных параметров ВП.

Расчетами винтовых конвейеров занимались Н.Н. Карелин, П.С. Козь мин, И.В. Морин. Дальнейшее развитие теории шнекового транспортирования получило в работах Л.М. Александра, Д.Н. Башкатова, А.М. Григорьева, В. Теддера, В.Н. Вернера. Исследованию процесса транспортирования продук тов разрушения шнеками из скважин посвящены работы Б.А. Катанова, А.Н.

Ананьева, М.П. Латышенко, В.Г. Ромашко, Л.Е. Маметьева.

На основании анализа упомянутых выше работ можно сделать вывод, что модель движения одиночных частиц по спирали шнека, которую впервые предложил Д.Н. Башкатов, достаточно подробно разработана и освещена в ли тературе.

Вместе с тем необходимо отметить, что до настоящего времени не ре шена задача в общем виде по определению закономерностей движения матери ала в процессе винтового транспортирования с изменением угла наклона шне ка, при различных его геометрических параметрах и физико-механических свойствах транспортируемых материалов. Не исследован также процесс шнеко вого транспортирования при вибровозбуждении винтового конвейера.

С учетом особенностей применения винтовых конвейеров в геоходах (малая длина транспортирования, изменения физико-механических свойств по род и др.) получено дифференциальное уравнение, описывающее движение ча стицы в винтовом перегружателе и представляющее собой математическую мо дель процесса транспортирования:

S S (2 ) (2 ) 2 2 mS mg sin 2 RТ f 22 f11, (4) 2 r V a( R) r где m – масса частицы, кг;

S – шаг винта шнека, м;

– угол поворота радиуса вектора точки, рад.;

g – ускорение свободного падения, м/с2;

– угол наклона вала шнека, рад.;

r - вектор скорости движения частицы в момент времени t, ;

f1, f2 – коэффициенты трения материала о поверхности шнека и корпуса;

1, 2 – модули векторов сил реакции на поверхностях шнека и корпуса.

Предложенная модель отличается от известных тем, что в ней заложено колебательное движение элементов винтового перегружателя.

Предыдущими исследованиями установлено (В.Н. Вернер), что величи на угла отклонения частиц материала от вертикали, является параметром, объективно характеризующим процесс транспортирования.

Для изучения процесса движения частиц при различных значениях гео метрических и режимных параметров произведен численный эксперимент с ис пользованием уравнения (4). В качестве примера на рис. 4 представлены графи ки зависимости =f(n).

Результаты расчетов показали, что частота вращения винта оказывает существенное влияние на процесс транспортирования. Так, с увеличением ча стоты вращения винта до 80мин-1 установившееся значение угла возрастает от 100 до 450. При n = 60мин-1 начинается колебательное движение частиц матери ала, величина угла резко возрастает, и при n = 80мин-1 возникает круговое движение (900).

Вибровозбуждение ВП позволяет уменьшить угол отклонения материала на 10300 и перенести возникновение циркуляции в область более высокой ча стоты вращения шнека (пунктирные кривые на рис. 4).

Численный эксперимент также показал, что увеличение угла отклонения транспортируемого материала происходит при: увеличении шага винта, часто ты его вращения, угла наклона вала шнека, коэффициента трения материала о поверхность шнека;

уменьшении радиуса винта и коэффициента трения мате риала о внутреннюю поверхность корпуса.

Четвертая глава содержит описание технических средств лаборатор ных исследований, а также методику проводимых экспериментов.

В соответствии с задачами экспериментальных исследований и при по мощи метода физического моделирования с соблюдением условий геометриче ского и кинематического подобия разработаны и изготовлены два стенда модели винтового перегружателя, имеющие конструктивную схему, сходную с приведенной на рис. 1. Один из них имеет прозрачный корпус для лучшего ви зуального наблюдения процесса транспортирования, а другой оснащен сталь ным корпусом со смотровыми окнами в верхней части. Имеются также некото рые другие конструктивные отличия, позволяющие расширить условия прово димых экспериментов. Оба стенда оборудованы регулируемыми электроприво дами, позволяющими плавно изменять частоту вращения шнека в интервале 0180мин-1. Общий вид стенда представлен на рис. 5.

Для измерения вращающего момента на валу шнека и скорости враще ния разработана и применялась оригинальная конструкция бесконтактного дат чика с использованием упругого элемента и фотодатчиков. На опорных узлах шнека смонтированы регулируемые вибровозбудители, позволяющие менять как частоту, так и амплитуду колебаний.

Разработана измерительно-регистрирующая система ИРС-1 на основе аналого-цифрового преобразователя, представляющего аналоговые сигналы от датчиков в цифровом виде. Взаимодействие ИРС-1 с компьютером обеспечива ется программой, которая позволяет получать информацию как в цифровом табличном виде, так и в виде графиков и гистограмм, что резко повышает ин формативность измерительной системы.

В качестве транспортируемых материалов использовались реальные горные породы: песчаник, глина и песок, а также насыпной материал в виде де ревянных кубиков, гранулометрический состав которых имитировался в соот ветствии с правилами физического моделирования.

План экспериментальных исследований был составлен с учетом особен ностей транспортируемых материалов, а также комплекса постоянных и изме няемых параметров.

Неизменными параметрами являлись внутренний диаметр корпуса, диа метр вала винта и длина транспортирования;

переменными – шаг винта S и его радиус R, частота вращения n. Измерялись и фиксировались следующие пара метры: крутящий момент на валу М, осевая реакция вала F, производитель ность Q, угол наклона вала шнека, угол отклонения транспортируемого мате риала от вертикали, коэффициент наполнения желоба, скорость транспор тирования Vтр, потребляемая мощность N, влажность материала W, величина циркуляции.

В соответствии с планом эксперимента в корпус ВП помещали винт определенного шага и радиуса. Загрузочный бункер заполняли одним из видов транспортируемого материала заданной влажности. Включали привод и уста навливали необходимую частоту вращения винта. Затем открывали на требуе мую величину загрузочную задвижку. После выхода модели на установивший ся режим производилась регистрация параметров транспортирования. При необходимости в ходе опыта изменялась частота вращения винта, а перемеще нием загрузочной задвижки – производительность и коэффициент заполнения.

Часть экспериментов проводилась с подачей воды и вибровозбуждением ВП с регулируемой частотой и амплитудой.

В пятой главе представлены результаты экспериментальных исследо ваний процесса транспортирования винтовым перегружателем. Показана воз можность эффективного применения винтового конвейера в качестве перегру жателя геохода при транспортировании горных пород с различными физико механическими свойствами, в частности, сильносвязными.

Получены зависимости между конструктивными и режимными парамет рами ВП, учитывающие изменение пространственного положения геохода и физико-механических свойств транспортируемых материалов.

На рис. 6 приведены графики двухфакторных зависимостей максималь ной производительности ВП (при циркуляции не более 50%) от влажности ма териала и шага винта. Выявлены нерациональные области влажности песка (W=2025%), песчаника (W=1723%) и глины (W15%). В указанных областях влажности в результате интенсивного налипания материала на поверхность шнека, циркуляции и пробкообразования процесс транспортирования характе ризуется наименьшей производительностью и наибольшей энергоемкостью.

Крутящий момент на валу шнека М и его осевое усилие F находятся в четкой функциональной зависимости от коэффициента заполнения шнека, влажности материала W и угла наклона. С увеличением и момент М и усилие F возрастают, а при неизменном коэффициенте заполнения максимумы M и F соответствуют нерациональным зонам влажности материалов.

На рис. 7 представлены графики зависимостей крутящего момента и осевого усилия на валу шнека от влажности материала при различных значени ях шага винта. Из графиков видно, что с увеличением шага значения осевого усилия и момента также увеличиваются и достигают максимума в зоне с небла гоприятной влажностью.

Определено влияние вибровозбуждения и подачей воды на процесс транспортирования винтовым перегружателем.

На рис. 8 показаны кривые изменения режимных параметров при добав лении воды, включении вибровозбудителей и при одновременной подаче воды и вибровозбуждении. Анализ приведенных графиков показывает, что как пода ча воды (рис. 8,а), так и вибровозбуждение (рис. 8,б) оказывают существенное влияние на процесс транспортирования. При этом следует отметить, что дли тельность переходного процесса при включении вибровозбудителей в 710 раз меньше, чем при подаче воды для различных транспортируемых материалов.

Эффективность же комплексного воздействия подачей воды и вибрации значи тельно выше (рис. 8,в), чем только подачей воды или только вибрацией. Так, уже в течение 3с после начала воздействия осевое усилие на валу шнека и вра щающий момент снижаются соответственно в 1,8 и 1,7 раза. Установлено так же, что комплексное воздействие путем распределенного увлажнения липкого и сильносвязного материала (глины) и вибровозбуждения позволяет повысить коэффициент заполнения межвиткового пространства шнека до 0,5 при цирку ляции не более 50%, увеличить производительность в 1,74,0 раза, что позволя ет транспортировать винтовым перегружателем горные породы в широком диапазоне физико-механических свойств.

Полученный эффект можно объяснить тем, что вибрация позволяет су щественно снижать налипание материала (глины) на винтовой поверхности шнека, а также ускоряет процесс перемешивания глины с водой и уход из зоны с неблагоприятной влажностью.

Эксперименты в режиме вибровозбуждения показали значительное вли яние амплитуды и частоты колебаний на эффективность транспортирования глины. С увеличением указанных параметров (рис. 9) существенно снижаются значения осевого усилия и момента на валу шнека. Вместе с тем, графики показывают, что при увеличении амплитуды более 2мм и частоты вибрации более 10Гц изменение режимных параметров незначительно и составляет 710%. В результате делаем вывод, что рациональные значения амплитуды и частоты составляют соответственно 2мм и 10Гц.

Малое время переходного процесса при вибрации позволяет, используя в качестве управляющего сигнал с датчика осевого усилия вала шнека, выпол нить автоматическую систему, запускающую вибровозбудители (с регулиров кой частоты и амплитуды) и подающую в загрузочный бункер и корпус ВП во ду при затрудненном транспортировании сильносвязных материалов.

Установлено, что рациональные значения параметров модели ВП при величине угла наклона ±200 составляют: шаг винтовой поверхности шнека S=75мм (при этом соотношении D/S=1), частота вращения шнека n=120мин-1.

С учетом геометрического и кинематического симплексов подобия эти пара метры для реальной конструкции ВП геохода (натуры) составляют: SН=660мм, nН=41мин-1.

Заключение Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой из ложены научно обоснованные технические и технологические решения по определению конструктивных и режимных параметров винтового перегружате ля горнопроходческой техники нового типа – геохода, что имеет существенное значение для горнодобывающей и горно-строительной отраслей.

Основные научные и практические результаты, выводы и рекомендации работы заключаются в следующем:

1. Разработана методика расчёта опорных узлов вибровозбудителя, с использованием которой проведен кинематический и динамический анализ тел, совмещающих колебания с вращением при различных значениях размеров ро ликов, амплитуды и частоты колебаний. Выявленные закономерности впервые позволили получить формы тел, позволяющих совместить вращательное дви жение с колебаниями в плоскости, перпендикулярной оси вращения.

2. Получено дифференциальное уравнение, описывающее движение ча стицы в винтовом перегружателе геохода и представляющее собой математиче скую модель процесса транспортирования. Предложенная модель отличается от известных тем, что в ней заложено колебательное движение элементов ВП.

3. Установлены основные закономерности процесса транспортирования материалов винтовым перегружателем в условиях изменения пространственной ориентации геохода и физико-механических свойств материалов. Выявлены не рациональные области влажности транспортируемых материалов, которые со ставляют для песка W=2025%, песчаника - W=1723%, глины - W15%. В указанных областях в результате интенсивного налипания материала на по верхность шнека, циркуляции и пробкообразования процесс транспортирования характеризуется наименьшей производительностью и наибольшей удельной энергоёмкостью.

4. Определено, что воздействие направленной вибрации на ВП умень шает угол отклонения транспортируемых частиц от вертикали в 1,31,5 раза, который принят в качестве критерия эффективности процесса транспортирова ния. Рациональные значения амплитуды и частоты вибрации составляют для модели соответственно 2мм и 10Гц. Уменьшение угла отклонения транспорти руемых частиц от вертикали снижает циркуляцию материала, удельную энерго ёмкость транспортирования и увеличивает производительность ВП геохода.

5. Установлено, что комплексное воздействие путём распределённого увлажнения сильносвязного материала (глины) и вибровозбуждения позволяет повысить коэффициент заполнения межвиткового пространства шнека до 0, при циркуляции не более 50%, снизить крутящий момент на валу шнека в 2, раза, увеличить производительность в 1,74,0 раза.

6. Рациональные значения параметров для модели ВП геохода при ве личине угла наклона его оси к горизонту в пределах ±20 0 составляют: шаг вин товой поверхности шнека S=75мм (при этом отношение D/S=1), частота враще ния шнека n=120мин-1, зазор между кромкой винтовой поверхности шнека и корпусом =2мм. С учётом геометрического и кинематического симплексов подобия рациональные значения шага винтовой поверхности шнека и частота его вращения реальной конструкции ВП геохода (натуры) составляют:

SH=660мм, nH=41мин-1.

7. Разработана конструкция винтового конвейера с вибровозбудителем, на которое получен патент РФ, что повышает эффективность транспортирова ния вязкопластичных материалов.

Результаты исследований, приведенные в диссертации, используются Институтом угля и углехимии СО РАН при создании компоновочных схем, конструктивных решений и конструкторской документации на изготовление макетного образца нового вида проходческой техники геохода.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих научных работах, в том числе 3 – в ведущих рецензируемых изданиях, входящих в пере чень ВАК:

1. Кобылянский, М. Т. Применение винтового конвейера в качестве пе регружателя винтоповоротного проходческого агрегата/М. Т. Кобылянский, В. Ф. Горбунов, Д. М. Кобылянский//Фундаментальные исследования: Труды Международной научной конференции «Современные проблемы науки и обра зования» (Академия естествознания). – М., 2005. – №10. С. – 35-36.

2. Кобылянский, Д. М. Совместимость вращения и колебаний тел с од ной степенью свободы/Д. М. Кобылянский, В. Ф. Горбунов, В. А. Гого лин//Вестн. КузГТУ. – 2006. – №1. – С. 26-28.

3. Горбунов, В. Ф. Обзор современного состояния теории транспорти рования горной массы винтовыми конвейерами/В. Ф. Горбунов, Д. М. Кобы лянский//Вестн. РАЕН (ЗСО). – 2006. – №8. – С. 171-177.

4. Кобылянский, Д. М. Устройство для вибрации шнека винтового кон вейера при транспортировании липких и сильносвязных материалов/ Д. М. Кобылянский, В. Ф. Горбунов//Сборник лучших докладов студентов и аспирантов Кузбас. гос. техн. ун-та: Доклады 51-й науч.-практ. конф., 17- апр. 2006 г./ ГУ КузГТУ. – Кемерово, 2006. – С. 90-93.

5. Кобылянский, Д. М. Классификация винтовых транспортирующих устройств/Д. М. Кобылянский//Наука в XXI веке: опыт, традиции, инновации:

Материалы науч.-практ. конф./Представительство ТГУ в г. Кемерово. – Кеме рово, 2006. – С. 221-224.

6. Гоголин, В. А. Движение тел по роликам/В. А. Гоголин, В. Ф. Горбу нов, Д. М. Кобылянский//Вестн. КузГТУ. – 2006. – №3. – С. 3-6.

7. Кобылянский, Д. М. Устройство для вибрации шнека винтового кон вейера при транспортировании липких и сильносвязных материалов/ Д. М. Кобылянский, В.Ф. Горбунов//Безопасность жизнедеятельности предпри ятий топливно-энергетического комплекса России: Материалы X Международ ной науч.-практ. конф. Международной академии наук экологии и безопасно сти жизнедеятельности «Белые ночи» 13-16 июня 2006 г. – Кемерово – Санкт Петербург, 2006. – С. 173-176.

8. Гоголин, В. А. Геометрия и кинематика тел при движении по роли кам/В. А. Гоголин, М. Т. Кобылянский, В. Ф. Горбунов, Д. М. Кобылян ский//Вестн. КузГТУ. – 2006. – №4. – С. 3-5.

9. Кобылянский, Д. М. Направления совершенствования конструкций винтовых транспортирующих устройств на горнодобывающих предприяти ях/Д.М. Кобылянский//Строительство и эксплуатация угольных шахт и город ских подземных сооружений: Материалы IV Российско-Китайского симпозиу ма. – Кемерово, 2006. – С. 86-90.

10. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2006614135 РФ. Расчёт геометрии и кинематики тел, совмещающих враще ние и колебание при движении по роликам//В. А. Гоголин, Д. М. Кобылянский, В. Ф. Горбунов. – Заявлено 03.10.06;

зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 01.12.06 г.

11. Пат. 2312807 Российская федерация, МПК 7 В 65 G 33/08. Винтовой конвейер/Кобылянский Д.М., Горбунов В.Ф.;

заявитель и патентообладатель ГУ Кузбас. гос. техн. ун–т. – №2006110126/11;

заявл. 29.03.06;

опубл. 20.12.07, Бюл. 35. – 7с.: ил.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.