автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Надежность узлов загрузки ленточных конвейеров для угольных шахт

ВВЕДЕНИЕ.

Глава I. Обзор и анализ научно-исследовательских работ по надежности загрузочных устройств ленточных конвейеров

1.1. Анализ данных о причинах и видах отказов загрузочных устройств.

1.2. Анализ научных исследований, посвященных воздействию грузопотока на приемное устройство ленточного конвейера.

1.3. Анализ существующих методов расчета надежности конструктивных элементов загрузочных секций ленточных конвейеров.

1.4. Основные направления, цель и задачи исследования.

Глава 2. Структурный анализ надежности загрузочного устройства

2.1. Характеристика взаимодействия элементов системы «Внешняя среда - грузопоток - загрузочное устройство».

2.2. Анализ статистических данных о надежности загрузочных устройств.

2.3. Классификация отказов загрузочных устройств.

2.4. Оценка влияния организационно-технологических факторов на надежность загрузочных устройств.

2.5. Разработка математической модели надежности загрузочного устройства.

2.6. Анализ структурной надежности загрузочного устройства.

2.7. Выводы по главе.

Глава 3. Исследование воздействия грузопотока на элементы приемного устройства ленточного конвейера.

3.1. Исследование движения грузопотока в приемном устройстве ленточного конвейера.

3.2. Исследование физического механизма просыпей транспортируемого груза через уплотнения бортов приемного устройства.

3.3. Статистическое моделирование на ЭВМ процесса образования просыпей через уплотнения бортов загрузочного устройства.

3.4. Выводы по главе.

Глава 4. Оценка параметров надежности загрузочного устройства при различных видах отказов.

4.1. Оценка коэффициента готовности по просыпям транспортируемого груза.

4.1.1. Вероятностное описание величины входного грузопотока.

4.1.2. Оценка количества просыпей при пиковом грузопотоке.

4.1.3. Оценка коэффициента готовности загрузочного устройства по просыпям транспортируемого груза.

4.2. Оценка среднего срока службы подшипников роликов загрузочной секции.

4.2.1. Оценка среднего срока службы подшипников при усталостном износе.

4.2.2. Определение среднего срока службы подшипников при загрязнении смазки.

4.3. Оценка среднего срока службы обечаек и футеровки роликов загрузочной секции.

4.4. Оценка коэффициента готовности загрузочного устройства по внезапным отказам из-за поступления негабаритных предметов.

4.5. Определение коэффициента аварийности загрузочного устройства и его анализ.

4.6. Расчет основных технико-экономических показателей.

4.7. Выводы по главе.

Ленточные конвейеры находят все более широкое применение на горных предприятиях России. Область применения ленточных конвейеров на горных предприятиях весьма широка: конвейеры эффективно используются на карьерах, рудниках и на шахтах. Это объясняется малыми энергетическими и эксплуатационными затратами и способностью транспортировать различные грузы на значительные расстояния; при этом отдельные конвейеры могут объединяться в конвейерные линии, содержащие значительное число конвейеров. Для таких линий большое значение имеет оценка показателей надежности, поскольку они существенным образом влияют на технико-экономические характеристики конвейерного транспорта.

Собранные и обработанные автором статистические данные о причинах простоев шахтных ленточных конвейеров показали, что простои ленточных конвейеров из-за отказов загрузочных устройств, т.е. устройств, формирующих груз на ленте, составляют от 50 до 80% в общем количестве простоев; расчеты показали, что снижения этих простоев до величины 30% приводят к снижению капитальных затрат на конвейерной линии, состоящей из четырех конвейеров, примерно на 15%. Простои ленточных конвейеров приводят, как правило, и к простоям горных машин, поэтому экономические потери на горных предприятиях из-за надежной работы конвейеров весьма значительны. Таким образом, проблема исследования надежности загрузочных устройств ленточных конвейеров является актуальной задачей.

Цель работы состоит в разработке метода расчета основных показателей надежности загрузочных устройств ленточных конвейеров угольных шахт с учетом характера движения грузопотока в приемном устройстве и случайного уровня его заполнения.

Идея работы заключается в определении показателей надежности загрузочных устройств ленточных конвейеров с учетом изменения характера взаимодействия транспортируемого груза с элементами загрузочного устройства при случайных колебаниях величины грузопотока.

Основные научные положения- выносимые на защиту:

- структурная модель надежности загрузочного устройства ленточного конвейера, основанная на предложенной в работе классификации возможных состояний и отказов загрузочного устройства и учитывающая влияние на его надежность степени критичности отказов и организационно-технологических факторов;

- математическая модель взаимодействия транспортируемого груза как сыпучей среды с элементами приемного устройства ленточного конвейера, позволяющая описать механизм образования просыпей;

- математическая модель надежности роликов загрузочной секции, учитывающая перераспределение нагрузки между ними при колебаниях величины грузопотока.

Обоснованность и достоверность научных положений, методология и методы исследования.

Методологическую основу работы составляет единый подход к разработке модели надежности загрузочного устройства и метода расчета показателей его надежности.

Теоретические исследования основаны на математическом анализе, математической статистике, теории надежности и механике сыпучей среды, теории случайных процессов, сопротивлении материалов.

Экспериментальные исследования основаны на статистической обработке экспериментальных данных, собранных автором на действующих шахтах, и на статистическом моделировании задач на ЭВМ.

Достоверность результатов и рекомендаций подтверждена статистическими данными производственной эксплуатации ленточных конвейеров в ПО «Интауголь» и данными статистического моделирования на ЭВМ.

Научная новизна:

- получены аналитические зависимости для определения величины просыпей груза из-за превышения максимальными значениями входного грузопотока приемной способности конвейера, а также через зазоры в уплотнениях бортов приемного устройства;

- получены зависимости для оценки среднего срока службы подшипников и обечаек роликов загрузочной секции ленточного конвейера, учитывающие перераспределение нагрузки между боковыми и средними роликами при случайных колебаниях величины грузопотока;

- получены зависимости для оценки вероятности отказов загрузочного устройства ленточного конвейера из-за поступления негабаритных кусков груза и длинномерных посторонних предметов;

- получены зависимости для определения коэффициента оперативной готовности и времени восстановления после аварийных отказов загрузочного устройства с учетом влияния организационно-технологических факторов.

Научное значение работы состоит в разработке математической модели надежности основных элементов загрузочного устройства конвейера, учитывающей условия эксплуатации и режимы его работы на горных предприятиях, а также методов расчета основных показателей надежности загрузочного устройства конвейера в целом.

Практическое значение работы заключается в разработке методики расчета показателей надежности загрузочных устройств ленточных конвейеров угольных шахт.

Реализация результатов работы.

Методика расчета показателей надежности загрузочных устройств ленточных конвейеров угольных шахт использована ФГУП-ННЦ ГП-ИГД им. А.А. Скочинского в качестве методических материалов для расчета (г. Москва, 2002г.), а также институтом ВНИИПТМАШ в качестве рабочих программно-методических материалов (г. Москва, 2002г.) 8

Апробация работы. Работа и основные ее положения докладывались в МГГУ на «Неделе горняка» (г. Москва 2001г.); на совещаниях Лаборатории рудничного транспорта ФГУП-ННЦ ГП-ИГД им. А.А. Скочинского (г. Люберцы 2002г.); на техническом совещании в отделе мощных ленточных конвейеров АО <<ВН№ШТМАШ>> (г. Москва 2002г.); на факультетской студенческой конференции в МГГУ (г. Москва 2002г.).

1. ОБЗОР И АНАЛИЗ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ ПО НАДЕЖНОСТИ ЗАГРУЗОЧНЫХ УСТРОЙСТВ ЛЕНТОЧНЫХ КОНВЕЙЕРОВ.

4.7. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

1. На основе комбинаторного представления суммарного входного грузопотока и описание частных грузопотоков усеченным нормальным распределением получены зависимости для оценки количества просыпей транспортируемого груза из-за превышения входным грузопотоком приемной способности конвейера, а также для определения коэффициента готовности загрузочного устройства по этому виду отказов. При этом предложен способ упорядочения комбинаций суммирующих грузопотоков по максимальной их величине, которая является естественным ориентиром для выбора приемной способности сборной транспортной линии.

2. Уточнены зависимости для оценки среднего срока службы подшипников и обечаек (футеровки) роликов загрузочной секции ленточного конвейера с учетом перераспределения нагрузок между роликами при случайных колебаниях величины грузопотока.

3. На основе модели пуассоновского потока редких случайных событий проанализированы закономерности возникновения вынужденных отказов загрузочных устройств ленточных конвейеров и определены средние наработки между отказами при поступлении негабаритных кусков груза и длинномерных посторонних предметов.

4. На основании разработанной в главе 2 структурной модели надежности и аналитического описания механизмов рассмотренных в ней

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи исследования надежности загрузочных устройств ленточных конвейеров, позволяющей сократить простои ленточных конвейеров и получить за счет этого экономический эффект. Выполненные теоретические и экспериментальные исследования позволили сделать следующие выводы и рекомендации:

1. При статистическом анализе потока отказов ЗУ ленточных конвейеров действующих шахт выполнено их разделение на отказы с резервом времени до начала восстановления и без резерва времени, а также на собственные и вынужденные; в качестве основных показателей надежности ЗУ приняты коэффициенты оперативной готовности и суммарное время восстановления.

2. Разработанная модель структурной надежности ЗУ и сформулированные причины отказов позволили оценить надежность функционирования ЗУ. Установлено, что эффективность использования времени ремонтных смен растет линейно с ростом его относительной доли в суточном режиме работы горного предприятия.

3. Теоретическими исследованиями процесса формирования слоя насыпного груза в приемном устройстве установлены условия устойчивости груза и определена минимальная скорость движения ленты, обеспечивающая эти условия. Влияние коэффициента внутреннего трения груза на скорость образования просыпей зависит от соотношения гидростатического давления в слое груза и динамического напора, определяемого скоростью движения ленты.

4. Статистическим моделированием на ЭВМ установлено, что распределение времени наработки до отказа, соответствующее достижению просыпями критической высоты, имеет гамма-распределение. Оценено влияние конструктивных параметров приемной части ЗУ конвейера на величину просыпей. Так, увеличение ширины расстановки бортов от 0,55ВЛ до 0,7 Вл позволяет уменьшить количество просыпей в 1,7 раза.

5. Определены коэффициенты аварийности ЗУ, зависящие от средних сроков службы подшипников роликов, по критериям усталостного износа и загрязнения смазки.

6. Получены выражения для коэффициентов готовности ЗУ по критерию поступления негабаритных кусков груза и длинномерных предметов.

7. Получено выражение для коэффициента готовности ЗУ в целом с учетом организационно-технологических факторов. Установлено, что при максимальных минутных грузопотоках до 55% от приемной способности конвейера надежность ЗУ определяется надежностью его конструктивных элементов, а свыше 55% - количеством просыпей груза, причем первоначально через уплотнения бортов, а затем из-за превышения грузопотоком приемной способности конвейера.

8. Разработанная методика расчета показателей надежности загрузочных устройств ленточных конвейеров угольных шахт принята для использования в ФГУП-ННЦ ГП-ИГД им. А.А. Скочинского в качестве методических материалов для расчета (г. Москва, 2002г.), а также институтом ВНИИПТМАШ в качестве рабочих программно-методических материалов (г. Москва, 2002г.)

1. Болотин В.В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций. - М.: Машиностроение, 1984.-312с.

2. Галкин В.И. Методы расчета и оценка показателей надежности ленточных конвейеров горных предприятий. Дисс. докт. техн. наук, М. 2000-372с.

3. Гнеденко Б.В., Беляев В.К., Соловьев А.Д. Математические методы в теории надежности. М.: Наука, 1965.-524с.

4. Дмитриев В.Г., Дунаев В.П., Перминов Г.И. Насыпные грузы на движущейся конвейерной ленте // Шахтный и карьерный транспорт. -М.: Недра, вып. 5, с. 14-18.

5. Дьяков В.А. Аналитическое описание грузопотока скального крупнокускового груза. В кн.: Шахтный и карьерный транспорт. - М.: Недра, 1977., вып. 3, с. 57-60.

6. Дьяченко В.П. Исследование и повышение надежности роликоопор ленточных конвейеров при транспортировании крупнокусковых грузов на горных предприятиях. -М., 1981,- 159с.

7. Зарецкий О.М. Исследование неравномерности грузопотоков из очистных забоев угольных шахт и разработка методики расчета и выбора параметров привода выравнивающих бункер-конвейеров. -Автореферат, дисс. канд. техн. наук. -М., 1979-22с.

8. Зарецкий О.М. Исследование неравномерности грузопотоков из очистных забоев угольных шахт и разработка методики расчета и выбора параметров привода выравнивающих бункеров-конвейеров. -Дисс. канд. техн. наук. М.: ИГД им. А.А. Скочинского, 1979.-120с.

9. Зенков Р.Л., Гриневич Г.П., Исаев B.C. Бункерные устройства. М.: Машиностроение, 1977.-206с.

10. Зенков P.JI. Механика насыпных грузов. М.: Машиностроение, 1964-251с.

11. Зенков Р.Л. Механика насыпных грузов. М.: Недра, 1964. - 214с.

12. Исследование динамики внутриминутных грузопотоков из высокопроизводительных очистных забоев угольных шахт/ М.А. Котов, О.М. Зарецкий, Ю.А. Кондрашин, А.Н. Лещенков. В кн. Шахтный и карьерный транспорт, - М.: Недра, 1977, вып.З, с. 297-306.

13. Кармаев Г.Д., Волотковский B.C., Нохрин Е.Г. и др. Работоспособность конвейерных линий при транспортировании горных пород и руд в схемах УПТ. Изв. вузов. Горный журнал, 1974, №9,с.27-30.

14. Климов Б.Г. исследование выемочно-транспортных комплексов угольных шахт с целью повышения эффективности функционирования. Автореферат, Дисс. на соискание ученой степени докт. техн. наук. -М.:МГИ, 1979.-30с.

15. Коваль А.В. Исследование опорных элементов ленточных конвейеров, транспортирующих крупнокусковые грузы на горных предприятиях. Автореферат, дисс. канд. техн. наук. -Днепропетровск, 1975-17с.

16. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных сотрудников и инженеров. -М.: Наука, 1973.-702с.

17. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов B.C. Основы расчетов на трение и износ М.Машиностроение, 1977-526с.

18. Кукса В.П. Исследование движения грунта в узлах перегрузки конвейерных линий. Дисс. канд. техн. наук. - Киев, 1968.-260с.

19. Левин Б.Р. Логическая теория надежности. М.: Радио и связь

20. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Гостехтеоретиздат, 1957. - 784с.

21. Методические основы оценки надежности технологических схем и определения рациональной организации очистных работ с многоуровневыми структурами (Исп. Кариман С.А.). М.: ИГД им. А.А. Скочинского, 1987.-102с.

22. Монастырский В.Ф., Шевченко А.В., Богуславская З.П. Формирование грузопотока крупнокускового груза в загрузочном устройстве. / Механика транспортирующих машин. Киев, Наукова думка, 1983.-е. 12-14.

23. Монастырский В.Ф. Разработка методов и средств управления надежностью мощных ленточных конвейеров. Дисс. докт. техн. наук. - Днепропетровск, 1990.-543с.

24. Мягков С.Д. Деформированное состояние движущейся конвейерной ленты между роликоопорами // Шахтный и карьерный транспорт. М.: Недра, 1974, вып. 1, с.122-128.

25. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения. ГОСТ 27.002-89. -М.: Изд-во стандартов, 1989.-69с.

26. Надежность технических систем. Справочник / Ю.К. Беляев, В.А. Богатырев, В.В. Болотин и др. Под ред. И.А. Ушакова. М.: Радио и связь, 1985.-608с.

27. Новиков Е.Е., Смирнов В.К. Теория ленточных конвейеров для крупнокусковых горных пород. Киев: Наукова думка, 1983.-184с.

28. Норенко И.И. Установление конструкционной надежности элементов ленточного конвейера при транспортировании крупнокусковых грузов на угольных разрезах. Дисс. канд. техн. наук. - Киев, 1983.-262с.

29. Основные положения по проектированию подземного транспорта новых и действующих угольных шахт. М.: ИГД им.

30. А.А.Скочинского, 1977. 70с.

31. Основные положения по проектированию подземного транспорта для новых и действующих угольных шахт. М., 1986.-257с.

32. Парховник Р.Б. Исследование и выбор основных параметров доставочных ленточных конвейеров для железорудных шахт. -Автореферат, дисс. канд. техн. наук. Днепопетровск, 1979-20с.

33. Перель JI Я, Филатов А.А. Подшипники качения: Расчет, проектирование и обслуживание опор: Справочник-М.: Машиностроение, 1992-608с.

34. Платонов В.Ф. Динамика и надежность гусеничного движителя. -М. Машиностроение, 1973-232с.

35. Полунин В.Т., Гуленко Г.Н. Эксплуатация мощных конвейеров. М.: Недра, 1986.-344с.

36. Поляков Н.С., Штокман И.Г. Основы теории и расчета рудничных транспортных установок. -М.: Гостехиздат, 1962.-480с.

37. Правила эксплуатации ленточных конвейеров на угольных и сланцевых шахтах. -М.: Недра, 1973.-104с.

38. Прагер В., Ходж Ф.Г. Теория идеально пластических тел. М.: Издательство иностранной литературы, 1956. - 398с.

39. Проников А.С. Надежность машин. М. Машиностроение, 1978-591с.

40. Романюха И.Е. Исследование грузопотоков карьерных ленточных конвейеров. Автореферат, дисс. канд. техн. наук. - Днепропетровск, 1971.-25с.

41. Серый Н.П., Норенко И.И. Расчет шарнирных узлов ленточных конвейеров с учетом надежности. В кн.: Шахтный и карьерный транспорт, вып.5 - М: Недра, 1980 - с.58-63.

42. Смирнов В.К., Богданов В.М. Исследование процесса формирования грузопотока в пункте погрузки на конвейерную ленту. / Динамика и прочность горнотранспортных машин. Киев: Наукова думка, 1978.-е. 92-98.

43. Спиваковский А.О., Дмитриев В.Г. Теоретические основы расчета ленточных конвейеров. М.: Наука, 1977.-152с.

44. Спиваковский А.О., Потапов М.Г., Приседский Г.В. Карьерный конвейерный транспорт. М.: Недра, 1979.-264с.

45. Титов А.А. Исследование и создание роликов с долгодействующей смазкой для ленточных конвейеров горнодобывающей промышленности. Дисс. канд. техн. наук. - Киев, 1975.-209с.

46. Хан Г., Шапиро С. Статистические модели в инженерных задачах. -М.: Мир, 1969.-395с.

47. Шахмейстр Л.Г., Дмитриев В.Г. Вероятностные методы расчета транспортирующих машин. М.: Машиностроение, 1983-256с.

48. Шахмейстер Л.Г., Дмитриев В.Г. Теория и расчет ленточных конвейеров. М.: Машиностроение, 1978. - 392с.

49. Шахмейстер Л.Г., Дмитриев В.Г. Теория и расчет ленточных конвейеров. -М.: Машиностроение, 1987.-336с.

50. Шахмейстер Л.Г., Дьяченко В.П. Влияние системы технического обслуживания роликоопор на надежность ленточного конвейера. Изв. Вузов, Горный журнал, 1979., №2, с. 118-124.

51. Шешко Е.Е., Курятников А.В. Устойчивость слоев внутри насыпного груза на крутонаклонном конвейере с прижимными элементами. В кн. Шахтный и карьерный транспорт, вып.6. - М.: Недра, 1980, c.l 11115.

52. Шконда В.В. Исследование и установление оптимальных параметров узлов загрузки карьерных ленточных конвейеров для крупнокусковых скальных грузов. Автореферат, дисс. канд. техн. наук. М.: МГИ, 1978-15с.

53. Czaplicki J.M. Uwagi kriticzne о modelowaniu analitycznym strumenia nosiwa na przenosniru. Podstawowe problemy transportu copalniego.212

54. Prace Naukowe Institutu Gornictwa Politechniki Wroclawskiej, Ser.75, №17,1994, s.95-108.

55. Decowski A. Kvytyche katy pochlenia tasm przenosnirowych w copalniach wegla camiennego. Podstawowe problemy transport*! copalniego. Prace Naucowe Institutu Gornictwa Politechnici Wroclawskiej, № 75, seria 17. - Wroclaw, 1994., s 83-94.

56. Hettler H., Krause F. Zur Berechnung der Anteile des Bewegungswiederstandes von Gurtbandforderern. Hebezeuge irnd Fordermittel, 1976, №9, s.265-269.

57. Sewin H., Qing Wand. Design and economic evalution of hoisting system. Trans. Inst. Min. Metall., №97, 1988, p. 129-133.

58. Winkel M. Tragrollen fur Gurtforderer. Entwicklung und heuter Stand. -Fordern und Heben, 1965, №4.

59. Lubrich W. Gedanken liber die Maschinentechnik, Entwicklung groberer Gurtforderer. Braunkohle, Warme und Energie, 1970, № 11, s.361-363.

60. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ ЗАГРУЗОЧНЫХ УСТРОЙСТВ ЛЕНТОЧНЫХ КОНВЕЙЕРОВ УГОЛЬНЫХ ШАХТ

61. Описание входного грузопотока

62. Входной грузопоток, в общем случае, состоит из суммы N грузопотоков, поступающих из очистных забоев на сборный конвейер. Количественные характеристики грузопотоков от очистных забоев определяются в соответствии с «Основными положениями.» 3.

63. Среднеквадратическое отклонение минутного грузопотока от /того забоя1.1)al(max)i al(n)i x / .j 2\2,33 '/мин'

64. Общее число комбинаций в табл.П.1.1. без нулевой комбинации должно быть равнот = Х2"-". (1-3)к

65. Суммы в графе 6 таблицы должны получаться упорядоченными по возрастанию в направлении роста номера комбинации j(j = \