WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

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 руководитель: 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 диссертационного совета Д 212.102.01 в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет» по адресу: 650026, г. Кемерово, ул. Весенняя, 28.

Факс (3842) 36-16-

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного образовательного 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 международного развития США (USAID) прогнозы мирового научно-технического развития приоритетных технологий на 2000-2020 гг. по группе «Использование подземного пространства» особо важными определяют научно-технические разработки, связанные с созданием новых технологий сооружения подземных магистралей, 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 горных выработок.

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

Одной из нерешённых до настоящего времени проблем является транспортирование винтовыми конвейерами сильносвязных материалов, в частности, глинистых и битумосодержащих горных пород, которые налипают на вращающийся шнек вплоть до образования пробок и полного прекращения транспортирования. Данная проблема пока не получила достаточно эффективной технологической и конструкторской проработки.

Одним из способов, позволяющих бесперебойно транспортировать липкие и сильносвязные материалы, является их интенсивное увлажнение при погрузке и в процессе транспортирования, а также оснащение винтового перегружателя эффективным вибровозбудителем.

Таким образом, актуальность разработки надёжного и эффективного винтового перегружателя геохода очевидна как с точки зрения научного исследования, так и с точки зрения практического применения.

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

Идея работы заключается в согласовании параметров винтового перегружателя с параметрами проходческого агрегата на основе выявленных закономерностей движения материала, в том числе при его увлажнении и вибровозбуждении.

Задачи исследований:

1. Разработать конструкцию винтового перегружателя, способного эффективно транспортировать сильносвязные материалы.

2. Разработать математическую модель винтового перегружателя, содержащего вибровозбудитель новой конструкции, позволяющий изменять параметры 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 перегружателя геохода, обеспечивающие транспортирование материалов с различными 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 производственных достижений, классические положения теоретической механики и теории упругости, теории колебаний, метод численного решения систем дифференциальных уравнений;

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

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Транспортирование сильносвязных материалов обеспечивается винтовым перегружателем геохода, конструктивная схема которого содержит вибровозбудитель, совмещенный с опорными узлами шнека, причем, форма последних позволяет совмещать вращательное движение с колебаниями.

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

3. Комплексное воздействие путём увлажнения липкого и сильносвязного материала до величины 30% и более и вибровозбуждение шнека с амплитудой 2мм и частотой 10Гц позволяет повысить коэффициент заполнения межвиткового 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 рекомендаций обеспечены корректной постановкой задачи по исследованию процесса транспортирования винтовым перегружателем, учитывающей особенности его применения в геоходе; использованием моделей, адекватность реальным процессам которых подтверждена результатами теоретических и экспериментальных исследований, проведенных с использованием современных методов, основанных на классических положениях теоретической механики, теории колебаний; применением методов математического анализа и математической статистики с использованием ЭВМ; согласованностью результатов теоретических исследований с экспериментальными данными, полученных в лабораторных условиях; применением современных методик испытаний, а также оборудования и приборов с использованием аналого-цифровых преобразователей;

сопоставимостью результатов исследований с результатами, полученными другими авторами.

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

Положительные результаты, полученные при проведении лабораторных испытаний в представительных объёмах, подтверждают эффективность и правильность 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 режимных параметров винтового перегружателя при различных внешних условиях пространственного положения геохода и физико-механических свойствах горных пород.

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

4. Получены рациональные конструктивные и режимные параметры винтового перегружателя геохода, обеспечивающие эффективное транспортирование 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 материалов с различными физико-механическими свойствами.

Объект исследований - процесс транспортирования материалов перегружателем геохода винтового типа при различных конструктивных и режимных параметрах, включая увлажнение подачей воды и вибровозбуждение.

Личный вклад автора заключается в:

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

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

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

- установлении закономерностей процесса транспортирования при различных 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 материалов в условиях увлажнения и вибровозбуждения ВП и установлении рациональных 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, объединённого с опорными узлами и позволяющего совместить вращательное движение шнека с колебаниями в плоскости, перпендикулярной оси вращения;

- разработке конструктивного решения винтового конвейера с вибровозбудителем, что позволяет повысить эффективность транспортирования сильносвязных 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 диссертационной работы докладывались и получили одобрение на научно-практических конференциях преподавателей, аспирантов и студентов Кузбасского государственного технического университета (г. Кемерово, 2005, 2006, 2007гг.); на Международной научной конференции «Фундаментальные исследования»

Академии Естествознания (Кемерово, 2005г.); на научно-практической конференции «Наука в XXI веке: опыт, традиции, инновации» (г. Кемерово, 2006г.);

На Международной научно-практической конференции Международной академии наук экологии и безопасности «Безопасность жизнедеятельности предприятий топливно-энергетического комплекса России» (Кемерово-СанктПетербург, 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 печатных работ, в том числе один патент на изобретение и Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ.

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

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулирована цель, научная новизна, практическая значимость, основные положения, 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 выработок, которая определила необходимость разработки специальной техники - геоходов.

Разработке и созданию геоходов и их функциональных модулей посвящены 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, расположенное в проходимой выработке, является одной из наиболее важных в технологическом цикле работы геохода. Поэтому от надежности, безопасности перегрузочного модуля во многом зависит надежная и эффективная работа геохода в целом.

В результате анализа возможных вариантов определено, что в наибольшей 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 совершенствования.

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 необходимо принимать путем выбора рациональных конструктивных, кинематических 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 исследования.

Вторая глава посвящена повышению эффективности транспортирования материалов винтовыми конвейерами и разработке соответствующих методов и технических средств.

Показано, что наряду с неоспоримыми достоинствами винтовых транспортирующих устройств они имеют и существенные недостатки, одним из которых, в частности, является затрудненное транспортирование липких и сильносвязных горных пород.

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

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

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

В процессе вращения вала шнека 3 (рис. 1), когда ролики 7 обкатываются по канавкам 15 втулок 13, ось вала отклоняется от центрального положения в корпусе 1 и совершает колебательное движение, параметры которого определяются 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 производительность ВП. Автоматически регулируемое вибрационное воздействие дает возможность осуществить эффективное транспортирования материалов с различными физико-механическими свойствами.

Разработана методика расчета вибровозбудителя, учитывающая его конструктивную новизну и специфику работы ВП в геоходе. Теоретически и экспериментально доказана совместимость вращения и колебаний тел с одной степенью свободы, и тем самым установлена принципиальная возможность создания на этом принципе вибровозбудителя.

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

Здесь плоское тело Т должно совершать вращение при условии ограничения 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 огибающей линии в системе координат X1O1Y1:

где RТ – расстояние от начала координат до центров роликов, м; rр – радиус роликов, 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 огибающую.

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

Кривая 1 показывает внутреннюю огибающую, кривая 2 соответствует внешней огибающей, пунктирная кривая описывает предельный случай - границу тела для роликов нулевого радиуса. В центре каждого из отдельных рисунков показаны траектории движения центров тел.

Проведен кинематический анализ тел, совмещающих колебания совместно 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:

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 скорость 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. Козьмин, 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 продуктов 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 литературе.

Вместе с тем необходимо отметить, что до настоящего времени не решена задача в общем виде по определению закономерностей движения материала в процессе винтового транспортирования с изменением угла наклона шнека, при различных его геометрических параметрах и физико-механических свойствах транспортируемых материалов. Не исследован также процесс шнекового транспортирования при вибровозбуждении винтового конвейера.

С учетом особенностей применения винтовых конвейеров в геоходах (малая длина транспортирования, изменения физико-механических свойств пород и др.) получено дифференциальное уравнение, описывающее движение частицы в винтовом перегружателе и представляющее собой математическую модель процесса транспортирования:

где m – масса частицы, кг; S – шаг винта шнека, м; – угол поворота радиусавектора 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 величина угла отклонения частиц материала от вертикали, является параметром, объективно характеризующим процесс транспортирования.

Для изучения процесса движения частиц при различных значениях геометрических и режимных параметров произведен численный эксперимент с использованием уравнения (4). В качестве примера на рис. 4 представлены графики зависимости =f(n).

Результаты расчетов показали, что частота вращения винта оказывает существенное влияние на процесс транспортирования. Так, с увеличением частоты вращения винта до 80мин-1 установившееся значение угла возрастает от 100 до 450. При n = 60мин-1 начинается колебательное движение частиц материала, 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 частоты вращения шнека (пунктирные кривые на рис. 4).

Численный эксперимент также показал, что увеличение угла отклонения транспортируемого материала происходит при: увеличении шага винта, частоты его вращения, угла наклона вала шнека, коэффициента трения материала о поверхность шнека; уменьшении радиуса винта и коэффициента трения материала о внутреннюю поверхность корпуса.

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

В соответствии с задачами экспериментальных исследований и при помощи метода физического моделирования с соблюдением условий геометрического и кинематического подобия разработаны и изготовлены два стендамодели винтового перегружателя, имеющие конструктивную схему, сходную с приведенной на рис. 1. Один из них имеет прозрачный корпус для лучшего визуального наблюдения процесса транспортирования, а другой оснащен стальным корпусом со смотровыми окнами в верхней части. Имеются также некоторые другие конструктивные отличия, позволяющие расширить условия проводимых экспериментов. Оба стенда оборудованы регулируемыми электроприводами, 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 вращения разработана и применялась оригинальная конструкция бесконтактного датчика 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 обеспечивается программой, которая позволяет получать информацию как в цифровом табличном виде, так и в виде графиков и гистограмм, что резко повышает информативность измерительной системы.

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

План экспериментальных исследований был составлен с учетом особенностей транспортируемых материалов, а также комплекса постоянных и изменяемых параметров.

Неизменными параметрами являлись внутренний диаметр корпуса, диаметр вала винта и длина транспортирования; переменными – шаг винта S и его радиус R, частота вращения n. Измерялись и фиксировались следующие параметры: крутящий момент на валу М, осевая реакция вала F, производительность Q, угол наклона вала шнека, угол отклонения транспортируемого материала от вертикали, коэффициент наполнения желоба, скорость транспортирования 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 устанавливали необходимую частоту вращения винта. Затем открывали на требуемую величину загрузочную задвижку. После выхода модели на установившийся режим производилась регистрация параметров транспортирования. При необходимости в ходе опыта изменялась частота вращения винта, а перемещением 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 исследований процесса транспортирования винтовым перегружателем. Показана возможность эффективного применения винтового конвейера в качестве перегружателя геохода при транспортировании горных пород с различными физикомеханическими свойствами, в частности, сильносвязными.

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

На рис. 6 приведены графики двухфакторных зависимостей максимальной производительности ВП (при циркуляции не более 50%) от влажности материала 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 характеризуется 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 значениях шага винта. Из графиков видно, что с увеличением шага значения осевого усилия и момента также увеличиваются и достигают максимума в зоне с неблагоприятной влажностью.

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

На рис. 8 показаны кривые изменения режимных параметров при добавлении воды, включении вибровозбудителей и при одновременной подаче воды и вибровозбуждении. Анализ приведенных графиков показывает, что как подача воды (рис. 8,а), так и вибровозбуждение (рис. 8,б) оказывают существенное влияние на процесс транспортирования. При этом следует отметить, что длительность 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 значительно 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 вращающий момент снижаются соответственно в 1,8 и 1,7 раза. Установлено также, что комплексное воздействие путем распределенного увлажнения липкого и сильносвязного материала (глины) и вибровозбуждения позволяет повысить коэффициент заполнения межвиткового пространства шнека до 0,5 при циркуляции не более 50%, увеличить производительность в 1,74,0 раза, что позволяет транспортировать винтовым перегружателем горные породы в широком диапазоне физико-механических свойств.

Полученный эффект можно объяснить тем, что вибрация позволяет существенно 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 влияние 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, выполнить автоматическую систему, запускающую вибровозбудители (с регулировкой частоты и амплитуды) и подающую в загрузочный бункер и корпус ВП воду 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 параметры для реальной конструкции ВП геохода (натуры) составляют: SН=660мм, nН=41мин-1.

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой изложены научно обоснованные технические и технологические решения по определению конструктивных и режимных параметров винтового перегружателя 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 роликов, амплитуды и частоты колебаний. Выявленные закономерности впервые позволили получить формы тел, позволяющих совместить вращательное движение с колебаниями в плоскости, перпендикулярной оси вращения.

2. Получено дифференциальное уравнение, описывающее движение частицы в винтовом перегружателе геохода и представляющее собой математическую 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 нерациональные области влажности транспортируемых материалов, которые составляют для песка W=2025%, песчаника - W=1723%, глины - W15%. В указанных областях в результате интенсивного налипания материала на поверхность шнека, циркуляции и пробкообразования процесс транспортирования характеризуется наименьшей производительностью и наибольшей удельной энергоёмкостью.

4. Определено, что воздействие направленной вибрации на ВП уменьшает угол отклонения транспортируемых частиц от вертикали в 1,31,5 раза, который принят в качестве критерия эффективности процесса транспортирования. Рациональные значения амплитуды и частоты вибрации составляют для модели соответственно 2мм и 10Гц. Уменьшение угла отклонения транспортируемых частиц от вертикали снижает циркуляцию материала, удельную энергомкость 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 величине угла наклона его оси к горизонту в пределах ±20 0 составляют: шаг винтовой поверхности шнека S=75мм (при этом отношение D/S=1), частота вращения 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 транспортирования 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 перечень ВАК:

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

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

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

4. Кобылянский, Д. М. Устройство для вибрации шнека винтового конвейера 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. – Кемерово, 2006. – С. 221-224.

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

7. Кобылянский, Д. М. Устройство для вибрации шнека винтового конвейера при транспортировании липких и сильносвязных материалов/ Д. М. Кобылянский, В.Ф. Горбунов//Безопасность жизнедеятельности предприятий топливно-энергетического комплекса России: Материалы X Международной науч.-практ. конф. Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности «Белые ночи» 13-16 июня 2006 г. – Кемерово – СанктПетербург, 2006. – С. 173-176.

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

9. Кобылянский, Д. М. Направления совершенствования конструкций винтовых транспортирующих устройств на горнодобывающих предприятиях/Д.М. Кобылянский//Строительство и эксплуатация угольных шахт и городских подземных сооружений: Материалы IV Российско-Китайского симпозиума. – Кемерово, 2006. – С. 86-90.

10. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2006614135 РФ. Расчёт геометрии и кинематики тел, совмещающих вращение 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:

«Гаар Надежда Петровна ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ 12Х18Н9Т В УСЛОВИЯХ ЛАЗЕРНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ 05.02.07 – Технология и оборудование механической и физико-технической обработки Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Новосибирск - 2010 2 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Новосибирский государственный технический университет, г. Новосибирск Научный...»

«УДК 629.783 Старков Александр Владимирович СИНТЕЗ АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИ С УЧЕТОМ ТРЕБОВАНИЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ Специальность 05.07.09 Динамика, баллистика, управление движением летательных аппаратов АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учной степени кандидата технических наук МОСКВА 2012 Работа выполнена на кафедре Системный анализ и управление Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего...»

«Галатов Кирилл Станиславович СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ПЕРОПУХОВОГО СЫРЬЯ НА ФРАКЦИИ С РАЗРАБОТКОЙ УЗЛА МЕХАНИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ СТЕРЖНЯ КУРИНОГО ПЕРА Специальность 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы (коммунальное хозяйство и сфера услуг) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Шахты – 2013 2 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования...»

«МИХАЙЛОВ Александр Анатольевич ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ГИДРОФИЦИРОВАННЫХ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН ДЕГАЗАЦИЕЙ РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ 05.02.02 – Машиноведение, системы приводов и детали машин АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Братск – 2011 2 Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Сибирский федеральный университет Научный руководитель : доктор технических наук,...»

«ЗВЕРЕВ ЕГОР АЛЕКСАНДРОВИЧ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ПЛАЗМЕННЫХ ПОКРЫТИЙ ИЗ ПОРОШКОВОГО МАТЕРИАЛА МАРКИ ПГ-С27 Специальность: 05.02.07 – технология и оборудование механической и физико-технической обработки А в то р е ф е р а т диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Новосибирск – 2011 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Новосибирский государственный...»

«МЕЛЬНИК ИВАН СЕРГЕЕВИЧ РЕГУЛИРОВАНИЕ ТРАНСПОРТНЫХ ДИЗЕЛЕЙ ИЗМЕНЕНИЕМ ИХ РАБОЧИХ ОБЪЁМОВ Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.04.02 – тепловые двигатели Москва, 2013 1 Работа выполнена на кафедре теплотехники и тепловых двигателей Российского университета дружбы народов. Научный руководитель : Заслуженный работник высшей школы РФ, доктор...»

«Савельев Николай Вячеславович ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ РАБОТЫ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДА РАСЧЕТА ДИНАМИЧЕСКИ НАГРУЖЕННЫХ ШАРНИРОВ СКОЛЬЖЕНИЯ ШПИНДЕЛЕЙ ПРОКАТНЫХ СТАНОВ Специальность 05.02.13 – машины, агрегаты и процессы (металлургического производства) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Новокузнецк 2011 г. Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Сибирский...»

«Коваленко Артем Валерьевич Синхронизация в системе ЧПУ геометрических и электрических осей электронно-лучевой установки с целью повышения эффективности сварки авиационных конструкций Специальность 05.13.06 – Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (технические системы) Специальность 05.07.02 – Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва,...»

«ГУСЬКОВА ЕЛЕНА ВАЛЕРЬЕВНА ПОВЫШЕНИЕ СТОЙКОСТИ ЦЕЛЬ НЫХ ЧЕРВЯЧНО-МОДУЛЬНЫХ ФРЕЗ НА ОСНОВЕ УСТАНОВЛЕНИЯ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ВЛИЯНИЯ ПОЛОЖИТЕЛЬНЫХ ПЕРЕДНИХ УГЛОВ НА ТОЧНОСТЬ ПРОФИЛЯ ЗУБЬЕВ ПРЯМОЗУБЫХ КОЛЕС Специальность 05.02.07 – Технология и оборудование механической и физико-технической обработки АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Ульяновск – 2012 Работа выполнена на кафедре Математическое моделирование технических систем Федерального...»

«Тихомиров Станислав Александрович РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ПУСКА И ПРОГРЕВА КОНВЕРТИРОВАННОГО АВТОМОБИЛЬНОГО ГАЗОВОГО ДВС С ДИСКРЕТНЫМ ДОЗИРОВАНИЕМ ТОПЛИВОПОДАЧИ Специальность 05.04.02 – Тепловые двигатели Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Нижний Новгород 2014 Работа выполнена на кафедре Энергетические установки и тепловые двигатели Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева Научный руководитель : доктор...»

«ВИГОВСКАЯ Татьяна Юрьевна Б А Ю - И ТЕРМОДИНАМИКА ДРОССЕЛЬНЫХ ПНЕВМОУДАРНЫХ МЕХАНИЗМОВ С ФОРСАЖЕМ И КАМЕРОЙ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО БУФЕРА ДЛЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ РУЧНЫХ МАШИН 05.05.04. Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук 0мск-2002 if-1 0 Работа выполнена в Новосибирском государственном архитектурно-строительном университете Научный руководитель: заслуженный изобретатель РСФСР, хт.н., профессор...»

«Стрелков Алексей Борисович СОЗДАНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ БАЗЫ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПЛОСКОГО ШЛИФОВАНИЯ ПЕРИФЕРИЕЙ КРУГА НА ОСНОВЕ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ОБРАБОТКИ Специальность 05.02.08 – Технология машиностроения 05.02.07 – Технология и оборудование механической и физико-технической обработки АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Иркутск Работа выполнена на кафедре Технология машиностроения ГОУ ВПО Иркутский...»

«АБРАРОВ Марсель Альмирович ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ДИЗЕЛЯ МАШИННО-ТРАКТОРНОГО АГРЕГАТА ЭЛЕКТРОННЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ ТОПЛИВОПОДАЧИ Специальность 05.04.02 – Тепловые двигатели АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург - Пушкин - 2012 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Башкирский государственный аграрный университет Научный руководитель : доктор технических наук, доцент Габдрафиков Фаниль Закариевич Официальные...»

«УРМАКШИНОВА Елена Рониславовна МЕТОДЫ РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ АНТРОПОМОРФНЫХ ДЕМОНСТРАЦИОННЫХ РОБОТОВ Специальность 05.02.05 – Роботы, мехатроника и робототехнические системы Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург 2003 Диссертация выполнена на кафедре Машиноведения ГОУ Бурятский государственный университет. Научный руководитель : доктор технических наук, проф., засл. деятель науки РФ Челпанов Игорь Борисович Официальные...»

«АЛЕШКОВ Олег Алексеевич ПОВЫШЕНИЕ ТОПЛИВНОЙ ЭКОНОМИЧНОСТИ ПЕРВИЧНОГО ДИЗЕЛЯ В СОСТАВЕ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ОПТИМИЗАЦИЕЙ СКОРОСТНОГО РЕЖИМА 05.04.02 - Тепловые двигатели АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Барнаул-2009 Работа выполнена в Открытом акционерном обществе Научно-исследовательский институт автотракторной техники Научный руководитель : доктор технических наук, профессор Кукис Владимир...»

«Атаманюк Василий Иванович РАЗРАБОТКА ПУТЕЙ И СРЕДСТВ ПОВЫШЕНИЯ СТАБИЛЬНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ШВОВ ПРИ СВАРКЕ НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ Специальность 05.03.06 – Технологии и машины сварочного производства АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Волгоград – 2008 2 Работа выполнена на кафедре Оборудование и технология сварочного производства Волгоградского государственного технического университета Научный руководитель : заслуженный деятель науки...»

«ДЯТЧЕНКО СЕРГЕЙ ВАСИЛЬЕВИЧ РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПРОЕКТНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ НОРМАТИВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ВИБРАЦИИ НА СУДАХ ПРОМЫСЛОВОГО ФЛОТА Специальности: 05.08.03 – Проектирование и конструкция судов 05.08.01 – Теория корабля и строительная механика Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Калининград Диссертационная работа выполнена на кафедре...»

«АХТАРИЕВ РУСЛАН ЖАУДАТОВИЧ РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ФОРМИРОВАНИЯ ЦИФРОВОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ ВЫСОКОКОНТРАСТНОГО ОБЪЕКТА Специальность 05.02.13. – Машины, агрегаты и процессы (печатные средства информации) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2010 г. Работа выполнена на кафедре Технология допечатных процессов в ГОУВПО Московский государственный университет печати доктор технических наук, Научный руководитель профессор Винокур Алексей...»

«Демьянова Елена Владимировна РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ УСТАНОВКИ ПЛОСКИХ УПЛОТНЕНИЙ В СТЫК СОЕДИНЕНИЙ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ОБОРУДОВАНИЯ Специальность 05.02.08 – Технология машиностроения Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2007 Работа выполнена на кафедре технологии машиностроения в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Ковровская государственная технологическая...»

«ПЛОТНИКОВ СЕРГЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ УЛУЧШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДИЗЕЛЕЙ ПУТЕМ СОЗДАНИЯ НОВЫХ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ТОПЛИВ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТОПЛИВОПОДАЮЩЕЙ АППАРАТУРЫ Специальность: 05.04.02 - тепловые двигатели Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Нижний Новгород 2011 2 Работа выполнена в Кировском филиале Московского государственного индустриального университета Научный консультант : доктор технических наук, профессор Карташевич...»








 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

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.