Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Определение динамических нагрузок и ресурса одноканатных шахтных подъемных установок

Диссертация: Определение динамических нагрузок и ресурса одноканатных шахтных подъемных установок
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

В настоящее время срок эксплуатации большинства шахтных подъёмных установок превышает 25 лет. Такие установки в соответствии с действующими положениями должны периодически проходить экспертизу промышленной безопасности, по результатам которой принимается решение о возможности дальнейшей эксплуатации подъемной установки. Важным этапом при проведении экспертизы технического устройства является… Читать ещё >

Содержание

  • Глава 1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК И ОЦЕНКИ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ШАХТНЫХ ПОДЪЕМНЫХ УСТАНОВОК
    • 1. 1. Методы оценки остаточного ресурса элементов барабанной подъемной установки
    • 1. 2. Изученность динамики шахтных подъемных установок
      • 1. 2. 1. Одномассовая модель подъемной установки
      • 1. 2. 2. Модели подъемных установок, представленные системами с несколькими степенями свободы
    • 1. 3. Экспериментальные методы определения динамических нагрузок
  • Выводы
  • Глава 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ШАХТНОЙ ПОДЪЕМНОЙ УСТАНОВКИ ПРИ ПОСТОЯННОМ КОНТРОЛЕ РЕЖИМОВ ЕЕ РАБОТЫ
    • 2. 1. Формальное описание системы постоянного контроля параметров
    • 2. 2. Момент, развиваемый подъемным двигателем
    • 2. 3. Массы скипов и полезного груза
    • 2. 4. Ускорение подъемного сосуда при эксплуатации подъемной установки в рабочем режиме
    • 2. 5. Динамические процессы при предохранительном торможении
    • 2. 6. Тормозное усилие
    • 2. 7. Приведенная масса подъемной машины
    • 2. 8. Диссипативные и упругие свойства подъемного каната
  • Выводы
  • Глава 3. ОЦЕНКА ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ШАХТНОЙ ПОДЪЕМНОЙ УСТАНОВКИ С УЧЕТОМ НЕРЕГУЛЯРНОГО ХАРАКТЕРА ЕЕ НАТРУЖЕНИЯ
    • 3. 1. Общие принципы оценки остаточного ресурса шахтной подъемной установки
    • 3. 2. Напряжения, испытываемые коренным валом подъемной машины
    • 3. 3. Метод определения касательных напряжений коренного вала
    • 3. 4. Момент сопротивления коренного вала кручению и изгибу
    • 3. 5. Метод определения изгибающих напряжений коренного вала подъемной машины в зависимости от положения сосуда в стволе
      • 3. 5. 1. Изгибающий момент от собственного веса конструкции
      • 3. 5. 2. Изгибающий момент от натяжения ветвей подъемного каната
      • 3. 5. 3. Результирующий изгибающий момент
    • 3. 6. Методика оценки остаточного ресурса шахтной подъемной установки, учитывающая нерегулярный характер нагружения ее элементов
    • 3. 7. Влияние предохранительных торможений на долговечность элементов подъемной установки
    • 3. 8. Учет работы шахтной подъемной установки до оснащения системой постоянного контроля параметров
    • 3. 9. Алгоритм расчета остаточного ресурса шахтной подъемной установки в системе постоянного контроля параметров работы
  • Выводы
  • Глава 4. РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ПРИ ПОСТОЯННОМ КОНТРОЛЕ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК НА ДЕЙСТВУЮЩЕЙ ПОДЪЕМНОЙ УСТАНОВКЕ
    • 4. 1. Исходные данные для расчета
    • 4. 2. Расчет остаточного ресурса коренного вала подъемной машины при его постоянной нагрузке
      • 4. 2. 1. Определение крутящего момента на валу подъемной машины
      • 4. 2. 2. Моменты сопротивления вала изгибу и кручению
      • 4. 2. 3. Величина нагрузок от собственного веса конструкции
      • 4. 2. 4. Касательные напряжения
      • 4. 2. 5. Изгибающие моменты
      • 4. 2. 6. Нахождение ресурса коренного вала подъемной машины
      • 4. 2. 7. Оценка ресурса обечайки подъемной машины
    • 4. 3. Техническое описание регистратора параметров РПУ
    • 4. 4. Расчет остаточного ресурса коренного вала подъемной машины при нерегулярной нагрузке
      • 4. 4. 1. Определение крутящего момента на валу по данным регистратора параметров
      • 4. 4. 2. Изгибающий момент от натяжения подъемных канатов
      • 4. 4. 3. Расчет ресурса коренного вала при условии его нерегулярного нагружения
      • 4. 4. 4. Расчет ресурса обечайки барабана подъемной машины с учетом предохранительных торможений
  • Выводы

Определение динамических нагрузок и ресурса одноканатных шахтных подъемных установок (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

В настоящее время срок эксплуатации большинства шахтных подъёмных установок превышает 25 лет. Такие установки в соответствии с действующими положениями должны периодически проходить экспертизу промышленной безопасности, по результатам которой принимается решение о возможности дальнейшей эксплуатации подъемной установки. Важным этапом при проведении экспертизы технического устройства является оценка остаточного ресурса его элементов и устройства в целом.

При оценке остаточного ресурса по усталостной кривой достоверность оценки зависит от точности определения эквивалентных напряжений элементов подъемной установки. В действующей методике оценки остаточного ресурса эквивалентное напряжение принято определять по максимальному напряжению. Тем не менее величины нагрузок в элементах подъемных установок изменяются в течение цикла подъема груза. В рабочем режиме эксплуатации установка осуществляет подъем или спуск груза с разной величиной скорости, ускорения при различной массе груза, поэтому спектр нагружения изменяется и от цикла к циклу. Следовательно, для шахтной подъемной установки характерен нерегулярный процесс нагружения ее элементов.

Для получения достоверных результатов оценки остаточного ресурса необходимо определять нагрузки, испытываемые элементами подъемной установки с учетом всех процессов, происходящих при ее работе. Большинство шахтных подъемных установок в соответствии с требованиями ПБ 03−553−03 оснащено устройствами для регистрации основных параметров. Системы постоянного контроля параметров выполняют непрерывный мониторинг режимов работы шахтной подъемной установки. На основе объективных данных о параметрах работы установки можно получить характеристики ее элементов и отслеживать изменения этих характеристик с течением времени. Дополнительная обработка информации с этих устройств дает возможность в режиме реального времени определять эквивалентные напряжения элементов установки и оценивать их остаточный ресурс.

Объект исследования — шахтная подъемная установка, укомплектованная системой постоянного контроля ее основных параметров.

Предмет исследования — режимы работы подъемной установки и динамические нагрузки, испытываемые ее элементами.

Цель работы — повышение эффективности эксплуатации шахтных подъемных установок на основе изучения реальных процессов по данным системы постоянного контроля параметров и организации непрерывной оценки остаточного ресурса элементов установок.

Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать методы вычисления характеристик шахтных подъемных установок по данным системы постоянного контроля параметров.

2. Дополнить систему постоянного контроля параметров работы шахтной подъемной установки функцией непрерывного подсчета фактических нагрузок, испытываемых элементами установки.

3. Усовершенствовать методику и разработать алгоритмы оценки остаточного ресурса подъемной установки, обеспечивающие прогноз на основе известного спектра фактических нагружений ее элементов.

Идея работы заключается в поддержании работоспособности шахтной подъемной установки по результатам оценки ее остаточного ресурса при постоянном контроле режимов работы и нагрузок в элементах.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Определение динамических нагрузок в элементах шахтной подъемной установки должно осуществляться на основе системы постоянного контроля параметров, в том числе и в режиме реального времени.

2. Основой для математического моделирования процесса предохранительного торможения шахтной подъемной установки и определения колебаний подъемного сосуда в шахтном стволе являются исходные данные, полученные посредством системы постоянного контроля.

3. Повышение точности оценки остаточного ресурса шахтной подъемной установки достигается за счет постоянного учета фактических нагрузок в рабочих режимах и при предохранительном торможении.

Научная новизна диссертационной работы:

• разработаны методы установления фактических нагрузок, испытываемых элементами шахтного подъема в рабочих режимах и при предохранительном торможении, по информации систем постоянного контроля параметров в течение всего срока их эксплуатации;

• разработаны методики определения в режиме реального времени момента на валу подъемной машины, тормозного усилия, статического усилия на ободе барабана, массы поднимаемого груза по данным системы постоянного контроля параметров;

• дополнена методика оценки ресурса шахтной подъемной установки путем учета спектра нагружений ее элементов, что повышает точность оценки на 30 — 35%.

Методы исследований. В ходе выполнения работы применялись методы, базирующиеся на принципах классической математики и механики, теории усталости, численных методах решения систем дифференциальных уравнений.

Достоверность научных положений и выводов обеспечивается корректным использованием методов исследования характеристик шахтных подъемных установок, основанных на классической теории математики и механики, теории колебаний, применением современных средств контроля параметров и режимов работы установки. Расхождение расчетных значений с данными вычислительного эксперимента и экспериментальными результатами, полученными в промышленных условиях, не превышает 10%.

Практическая значимость полученных результатов:

• разработаны алгоритмы расчета в режиме реального времени характеристик работы подъемных установок и нагрузок, испытываемых ее элементами в различных режимах работы, послужившие основой для составления компьютерных программ;

• определяются параметры колебаний сосуда на канате в режиме предохранительного торможения подъемной машины на основе информации, полученной при помощи системы постоянного контроля;

• учитываются величины всех наибольших динамических нагрузок, возникающих при срабатывании предохранительного тормоза, при оценке ресурса шахтной подъемной установки;

• уточнена методика и составлен алгоритм расчета остаточного ресурса, позволяющий учитывать все фактические нагрузки, испытываемые элементами подъемной установки.

Реализация результатов работы. Разработанные способы определения динамических нагрузок и методики расчета остаточного ресурса внедрены в практику эксплуатации скиповых шахтных подъемных установок на руднике ОАО «Сильвинит» (акт от 18.03.2011). Результаты работы применяются в экспертной организации ООО «Региональный канатный центр» при проведении экспертизы промышленной безопасности шахтных подъемных установок с истекшим сроком службы (акт от 15.03.2011).

Личный вклад соискателя. Методики вычисления характеристик элементов подъемной установки, определения фактических нагрузок и оценки на их основе остаточного ресурса установки разработаны лично автором. Автором составлены соответствующие алгоритмы и компьютерные программы, дополняющие программное обеспечение систем постоянного контроля параметров.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на трех международных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва, МГГУ, 20 092 011 гг.), на трех международных научно-технических конференциях «Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности» (Екатеринбург, УГГУ, 2008;2010 гг.), на трех международных научно-технических конференциях «Проблемы рационального природопользования» (Пермь, ПГТУ, 2008;2010 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 научных работ, в том числе 3 в ведущих рецензируемых изданиях.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 81 наименования и 2 приложений, содержит 115 страниц машинописного текста, 4 таблицы и 36 рисунков.

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Разработаны методы непрерывного расчета динамических характеристик по основным параметрам работы шахтной подъемной установки, регистрируемым системой постоянного контроля: крутящего момента, развиваемого подъемным двигателем, величины тормозного усилия, характера колебаний подъемных сосудов при срабатывании предохранительного тормоза.

2. Разработаны методы определения кинематических характеристик подъемной установки по данным системы постоянного контроля параметров: статического усилия на ободе барабана, массы поднимаемого груза, приведенной массы подъемной установки.

3. Разработана методика установления фактических напряжений, испытываемых коренным валом и обечайкой барабана подъемной машины.

4. Составлены алгоритмы расчета характеристик элементов подъемной установки и компьютерные программы на языке Genesis32 VBA, позволяющие отслеживать их изменение с течением времени при интеграции с системой постоянного контроля параметров.

5. Уточнена методика оценки остаточного ресурса подъемной установки, которая учитывает фактические нагрузки в ее элементах.

6. Предложен способ учета реальных динамических процессов, происходящих при предохранительном торможении подъемной установки.

7. Составлен алгоритм, выполняющий расчет остаточного ресурса подъемной установки по наиболее важным ее элементам — коренному валу и обечайке барабана подъемной машины.

8. Реализация метода непрерывной оценки остаточного ресурса элементов шахтной подъемной установки осуществлена программным обеспечением, совмещенным с системами постоянного контроля параметров скиповых подъемных установок рудников ОАО «Сильвинит».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Показать весь текст

Список литературы

  1. М.П. Подъемно-транспортные машины: учеб. для машиностроит. спец. вузов. 6-е изд. М.: Высшая школа, 1985. 520 с.
  2. В.П., Сабинин Ю. А. Основы электропривода. 2-е изд. перераб. M.-JL: Госэнергоиздат, 1963. 772 с.
  3. АнурьевВ.И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3 т. Т. 1. 8-е изд. М.: Машиностроение, 2001. 920 с.
  4. В.П. Сб. Общие проблемы машиностроения. М.: Наука, 1967.
  5. Валы и оси. Конструирование и расчет / C.B. Сервисен, М. Б. Громан, P.M. Шнейдерович, В. П. Когаев. 2-е изд. перераб. М.: Машиностроение, 1970. 320 с.
  6. Вертикальный транспорт на горных предприятиях / Потураев В. Н. и др. М.: Недра, 1975.351 с.
  7. Н.Г. Некоторые вопросы динамики шахтных подъемных машин // Труды Донецкого индустриального института, 1958. Т. 26. С. 151−157.
  8. А.П., Шклярский Ф. Н. Рудничные подъемные установки. М.: Углетехиздат, 1947. 534 с.
  9. Ю.Горошко O.A., Савин Г. Н. Введение в механику деформируемых однородных тел переменной длины. Киев: Наукова думка, 1971. 224 с.
  10. ГОСТ 25.504−82. Расчеты и испытания на прочность. Методы расчета характеристик сопротивления усталости. М.: Изд-во стандартов, 1982. 80 с.
  11. A.C. Сопротивление усталости и живучесть конструкций при случайных нагрузках. М.: Машиностроение, 1989. 248 с.
  12. .Л. Расчет и конструирование шахтных подъемных машин. М.:Углетехиздат, 1949. 300 с.
  13. А.Д., Гершиков И. Я., Кревневич A.A. Шахтные электрические лебедки и подъемные машины. М.: Недра, 1973. 363 с.
  14. Динамика шахтных подъемных установок / В. И. Белобров, В. А. Дзензерский, В. И. Самуся, С. Р. Ильин. Днепропетровск: Изд-во Днепропетр. ун-та, 2000. 384 с.
  15. А.Н. Статьи по горному делу. М.: Углетехиздат, 1957. 195 с.
  16. Дьяконов В .П. MathCAD2000: учебный курс. СПб.: Питер, 2000. 592 с.
  17. Г. М. Рудничные подъемные установки. М.: Гостопиздат, 1941. 646 с.
  18. Г. М. Уравновешенные системы рудничного подъема. М.: Гостопиздат, 1953. 566 с.
  19. В.В. Математическая модель подъемной установки с резинотросовой лентой // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). Отдельный выпуск № 16: Горная механика и транспорт. Изд-во: Горная книга, 2009. С. 300−309.
  20. Ю.Т., Католиков В. Е., Шпильберг Г. И. Электрооборудование шахтных подъемных машин. М.: Недра, 1986. 285 с.
  21. Н.С. Тормозные устройства шахтных подъемных машин. М.: Недра, 1968. 248 с.
  22. Н.Г., Зотов В. В. Повышение технического уровня шахтных подъемных установок при замене канатов резинотросовыми лентами // Горное оборудование и электромеханика. 2009. № 11. С. 6−10.
  23. Ю.Г., Чермалых В. М. Привод шахтных подъемных установок большой мощности. М.: Недра, 1972. 336 с.
  24. В.П. Расчеты на прочность при напряжениях переменных во времени. М.: Машиностроение, 1977. 232 с.
  25. В.П. Статистические закономерности усталости металлов: автореф. дис.. д-ра техн. наук. М.: Изд-во ИМАШ, 1968. 55 с.
  26. В.П. Усталость и несущая способность узлов и деталей машин при стационарном и нестационарном переменном нагружениях. М.: Машиностроение, 1968. 134 с.
  27. Колебания в инженерном деле / Тимошенко С. П. и др. М.: Машиностроение, 1985. 472 с.
  28. М.В. Защита шахтных подъемных установок от динамических нагрузок при движении сосуда в глубоком стволе: автореф. дис.. д-ра техн. наук. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2008. 42 с.
  29. И.Н. Шахтные подъемные установки (безопасность эксплуатации). Уфа: Гилем, 2005. 360 с.
  30. O.A. Прогнозирование ресурса деталей горных машин с учетом деградации свойств материала: автореф. дис.. канд. техн. наук. Екатеринбург: Изд-во УГТУ, 2009. 16 с.
  31. И.Г., Грядущий Б. А., Левит В. В. Техническое обслуживание и ремонт шахтных стволов: научно-произв. изд. Донецк: Юго-Восток, Лтд, 2008. 596 с.
  32. И.Г., Грядущий Б. А., Левит В. В. Техническое обслуживание и ремонт шахтных стволов: в 2 т. Т. 2. 4-е изд., перераб. и доп. Донецк: Юго-Восток, 2010.
  33. Методические указания по проведению экспертных обследований шахтных подъемных установок (РД 03−422−01) / Государственное унитарное предприятие «Научно-технических центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России». М., 2001. 172 с.
  34. Методические указания по определению остаточного ресурса шахтных подъемных машин, работающих с превышением расчетного срока эксплуатации. МК 14−2007. Общие положения / сост. С. А. Тимухин, Ю. В. Попов и др. Екатеринбург, 2007. 24 с.
  35. Механическая усталость в статистическом аспекте: сборник статей. М.: Наука, 1969. 174 с.
  36. .А. Исследование прочности шахтных подъемных машин. М.: Машгиз, 1951.
  37. A.B. Расчет шахтных подъемных установок. М.: Недра, 1990. 250 с.
  38. Положение о проведении экспертизы промышленной безопасности в горнорудной промышленности (РД 06−318−99). М.: Госгортехнадзор, 1999. 26 с. 43 .Попов М. В. Теоретическая механика. Краткий курс: учебник для втузов. М.: Наука, 1986. 336 с.
  39. Ю.В. К вопросу обоснования нормативных сроков службы шахтных подъемных машин // Горное оборудование и электромеханика. 2009. № 8. С. 37−40.
  40. Ю.В., Тимухин С. А. О прогнозе этапов структурного кризиса комплексов шахтных подъемных установок // Горное оборудование и электромеханика. 2008. № 11. С. 10−12.
  41. Правила проведения экспертизы промышленной безопасности (ПБ 03−246−98) / НТЦ «Промышленная безопасность». М., 1999. 8 с.
  42. Д.Н. Расчет деталей станков. М.: Машгиз, 1945. 138 с.
  43. Руководство по ревизии, наладке и испытанию шахтных подъемных установок / В. Р. Бежок, Б. Н. Чайка, Н. Ф. Кузьменко и др. 2-е изд. М.: Недра, 1982. 391 с.
  44. Г. Н., Горошко O.A. Динамика нити переменной длины. Киев: Изд-во АН УССР, 1962. 332 с.
  45. C.B., Когаев В. П., Шнейдерович P.M. Несущая способность и расчеты деталей машин на прочность: руководство и справочное пособие. 3-е изд. перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1975. 488 с.
  46. Система «Сигнал-5». Техническое описание и инструкция по эксплуатации / Минцветмет СССР: СКФ ВНИКИ «Цветметавтоматика». Орджоникидзе, 1979. 85 с.
  47. Стационарные установки шахт / под ред. Б. Ф. Братченко. М.: Недра, 1977. 440 с.
  48. А.Г. Динамика машин. Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 1999. 392 с.
  49. А.Г. Динамика шахтных подъемных установок. Пермь: Изд-во УрО РАН, 1994. 203 с.
  50. А.Г., Ольховиков Ю. П., Трифанов Г. Д. Экспериментальные исследования динамики скипового подъема // Изв. вузов. Горный журнал. 1982. № 3. С. 82−84.
  51. А.Г., Чугунов А. Н. Процесс аварийного торможения подъемной установки // Изв. вузов. Горный журнал. 1971. № 9.
  52. М.Н. Чувствительность конструкционных материалов к асимметрии цикла напряжений // Вестник машиностроения. 1999. № 12. С. 39−41.
  53. М.А. Определение характеристик шахтных подъемных установок по данным регистратора параметров // Научные исследования и инновации. Научный журнал. Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2010. Т. 4, № 1. С. 100−104.
  54. В.Ф. Привод постоянного тока шахтных подъемных машин. М.: Недра, 1978.213 с.
  55. С учетом всех факторов. Методика определения остаточной ресурсности элементов и узлов ШПМ / Ю. В. Попов, С. А. Тимухин и др. // ТехНАДЗОР. 2010. № 7. С. 56−57.
  56. Е.С., Найденко И. С. Тормозные устройства и безопасность шахтных подъемных машин. М.: Недра, 1980. 256 с.
  57. Г. Д., Князев A.A. Внедрение приборов безопасности на •действующих шахтных подъемных установках // Рудник будущего. Пермь: ЗУМК-Инжиниринг, 2010. № 4. С. 53−55.
  58. Г. Д. Расшифровка и анализ записей регистраторов параметров шахтных подъёмных установок. Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2009. 154 с.
  59. В.Б. Электрические подъемные установки. М.: Госгортехиздат, 1960.
  60. Устройство для контроля перемещения подъемного сосуда в стволе. A.c. 523 014 (СССР) / A.A. Белоцерковский, A.B. Шапочка, A.B. Ральцев и др. / Опубл. в Б.И. 1976. № 28.
  61. М.М. Шахтные подъемные установки. М.: Недра, 1979. 309 с.
  62. З.М., Лукин И. Ф., Нестеров А. П. Подъемники. Киев: Выща школа, 1976. 296 с.
  63. Ф.В. Динамика шахтного подъемного каната. М.: Углетехиздат, 1955.239 с.
  64. А.Н. Исследование способов уменьшения динамических нагрузок при аварийном торможении шахтных подъемных машин: автореф. дис.. канд. техн. наук. Магнитогорск: Изд-во Магнитогор. горно-металлург. ин-та, 1974. 21 с.
  65. Е.В., Корняков М. В. Использование микроконтроллеров для защиты шахтных подъемных установок от напуска каната / Горн, машины и автоматика. 2005. № 2. С. 55−57.
  66. Шахтный подъем /В.Р. Бежок, В. И. Дворников, И. Г. Манец, В. А. Пристром. Донецк: Юго-Восток, Лтд, 2007. 624 с.
  67. Ф.Л. Разработка методов расчета и совершенствование конструкций канатодвижущих органов шахтных подъемных машин: автореф. дис.. д-ра техн. наук. Днепропетровск: Изд-во ин-та геотехн. механики, 2008. 44 с.
  68. Н., Dolan Т. // Proc. International Conference on Fatigue of Metals. London, 1956.
  69. Hankus J. Deliberations and calculations with the modulus of elasticity. Wireworld 4 89. P. 9−19.
Заполнить форму текущей работой

На отлично!