Вплив нестаціонарних режимів роботи шахтних підіймальних установок на навантаження елементів конструкцій

Abstract

Дисертація присвячена розробленню методології розрахунку нестаціонарних режимів роботи шахтних підіймальних установок та підвищенню ефективності їх роботи за рахунок добору раціональних кінематичних і силових параметрів привідних систем. Проведено модальний аналіз механічних систем шахтних підіймальних установок і розроблено рекомендації, спрямовані на усунення резонансних явищ. Досліджено вплив динамічних властивостей двигунів і коливальних явищ у механічних системах на навантаження елементів шахтних підіймальних установок в період пуску. Дано оцінку впливу параметрів дискретизації каната змінної довжини на точність розрахунків нестаціонарних процесів та обґрунтування числа ступенів вільності розрахункової моделі. Проаналізовано вплив несталості радіуса навивання каната на барабан на динамічні зусилля в елементах шахтних підіймальних установок в нестаціонарних режимах роботи. Проведено якісну і кількісну оцінку динамічних процесів у механічних системах установок під час гальмування та визначено раціональні гальмівні режими даних машин. Проведено порівняльний аналіз результатів теоретичних і експериментальних досліджень. The dissertation deals with working out the methodology of calculation of transition processes in mining elevation plant and rise of effectiveness by the selection of rational kinetic and strength parameter of driving system. The model analysis of mechanical systems of mining elevation plant was carried out and recommendation directed to the prevention of resonance phenomena were worked out. The influence of dynamic qualities of engine and vibration phenomena in mechanical systems on the loading of construction elements in the starting period is analyzed. The influence of discrediting parameters of variable length rope on the accuracy of calculation of transition processes is estimated and quality of a degree of freedom in calculating model is adduced. The influence of variable radius of the spool on dynamic strength in the elements of mining elevation plant in transition processes is analyzed. Quantitative and qualitative estimation dynamic processes during the braking in elevation plant was carried out and rational braking conditions are given. The comparative analysis of theoretical and experimental researches was carried out. Диссертационная работа посвящена совершенствованию методов расчёта нестационарных режимов работы шахтных подъёмных установок и оценке их влияния на нагрузки элементов конструкций. Данная научно-техническая проблема непосредственно связана с обеспечением Украины топливно-энергетическими и сырьевыми ресурсами и имеет большое народно-хозяйственное значение. Целью диссертационной работы является разработка методологии расчёта нестационарных режимов работы шахтных подъёмных установок, исследованию их влияния на нагрузки элементов конструкций и повышение эффективности работы установок за счет обоснования рациональных кинематических и силовых параметров приводных систем. Для достижения поставленной цели в работе рассматриваются следующие задачи. Проведение модального анализа механических систем шахтных подъёмных установок и разработка рекомендаций, направленных на предотвращение резонансных явлений. Определение влияния динамических свойств двигателей и колебательных явлений в механических системах на нагрузки элементов шахтных подъёмных установок в период пуска. Оценка влияния параметров дискретизации каната переменной длинны на точность расчетов нестационарных процессов и обоснование числа степеней свободы расчетной модели. Определение влияния непостоянства радиуса наматывания каната на барабан на динамические нагрузки в элементах шахтных подъемных установок в нестационарных режимах работы. Обоснование геометрических характеристик барабанов переменного радиуса. Качественная и количественная оценка динамических процессов в механических системах установок во время торможения и определение рациональных тормозных режимов данных машин. Проведение сравнительного анализа результатов теоретических и экспериментальных исследований. Методы исследования динамических процессов базируются на теории колебаний дискретных и континуально-дискретных механических систем. Свободные колебания анализируются с применением матричного метода начальных параметров. Исследования нестационарных режимов работы приводных систем шахтных подъёмных установок приводится к совместному числовому интегрированию нелинейных дифференциальных уравнений движения и уравнений электромагнитного состояния двигателя с применением метода Рунге-Кутта. Экспериментальные исследования динамических процессов проводятся на физической модели шахтной подъёмной установки путём тензометрирования. Научная новизна полученных результатов состоит в следующем. Усовершенствована методология расчёта собственных частот и форм колебаний шахтных подъёмных установок как континуально-дискретных механических систем, имеющих разомкнутые или замкнутые кинематические цепи, с применением матричного метода начальных параметров. Впервые предложено метод расчёта нестационарных процессов пуска шахтных подъемных установок с учетом неразрывной взаимосвязи электромагнитных процессов в двигателе и механических колебательных явлений, непостоянства длинны каната, а также радиуса наматывания каната на барабан и построены математические модели для реализации данного подхода. Показана возможность применения дискретных расчётных моделей для проведения анализа процессов пуска и торможения шахтных подъёмных установок. Практическое значение полученных результатов состоит в том что, рассчитаны спектры собственных частот механических систем шахтных подъемных установок дают возможность рационально подбирать скорости движения вращающихся элементов и предотвращать резонансные явления. Построенные математические модели, разработанные алгоритмы и компьютерные программы дают возможность обеспечить требуемую точность определения усилий в элементах приводных систем и в канатах шахтных подъёмных установок. Это открывает новые возможности для рационального подбора грузоподъёмности и кинематических характеристик движения скипов и клетей, обеспечивая одновременно прочность элементов конструкций и высокую производительность транспортирования грузов и людей. Полученные результаты внедрены в производство на шахтах ДП „Львиввугилля”. Разработанные рекомендации по обеспечению рациональных режимов работы приводных систем установок позволяют снизить динамические усилия на 15 – 20%, уменьшить продолжительность подъёмных операций на 5 – 10%. Компьютерные программы для расчёта динамических процессов, а также типичные математические модели подъёмных устройств внедрены в учебный процесс и используются в дипломном проектировании студентами специальности 05090310 „Эксплуатация и ремонт горного электромеханического оборудования и автоматических устройств”.