автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Повышение надежности гидрооборудования механизированных крепей очистных комплексов путем улучшения качества рабочей жидкости

¿Л 99 - 5"/ J t •/

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО Ж ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ОМЕЖЧКИНА Любовь Алексеевна

УДК 622,232.7

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ГИДРООБОРУДОВАНИЯ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ КРЕПЕЙ ОЧИСТНЫХ КОМПЛЕКСОВ ПУТЕМ УЛУЧШЕНИЯ КАЧЕСТВА

РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: докт.техт.наук, проф. Гетопанов В.Н.

Научный консультант: докт.техн.наук Валабышко A.M.

Специальность 05.05.06 - "Горные машины"

Москва 1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ.......................................................4

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЙ..........................................8

1.1 Развитие средств комплексной механизации

очистных работ для угольных шахт РФ.....................9

1-2 Факторы, влияющие на надежность

гидрооборудования механизированных крепей................18

1.3 Рабочие жидкости гидросистем очистных

комплексов и агрегатов и влияние их качества

на работоспособность гидрооборудования...................22

1-4 Способы получения высококачественных рабочих

жидкостей и их очистки и регенерации.....................31

1-5 Оборудование для приготовления и

регенерации рабочих жидкостей............................37

Выводы...................................................51

Задачи исследований......................................51

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ УРОВНЯ НАДЕЖНОСТИ

ГИДРООБОРУДОВАНИЯ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ КРЕПЕЙ...........54

2Л Объекты и методы проведения исследований.................55

2.2 Анализ результатов исследований

надежности гидрооборудования.............................59

2-3 Оценка эффективности применения ГЩ в гидросистеме механизированной крепи 10КП70.................63

Выводы-.....................................................77

ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ СМАЗЫВАВДЕЙ

СПОСОБНОСТИ РАБОЧИХ ЖИДКОСТЕЙ.......................79

3.1. Метод проведения исследований...........................80

3Л. 1 Аппаратура и материалы.................................81

3.1.2 Приготовление рабочих жидкостей........................86

3.2. Исследование смазывающей способности

рабочей жидкости на основе эмульсола "Витал"............89

3.3 Реконструкция стенда. ....................................99

Выводы....................................................103

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СМАЗЫВАЮЩЕЙ

СПОСОБНОСТИ РАБОЧИХ ЖИДКОСТЕЙ......................104

4.1 Исследование смазывающей способности рабочих

жидкостей на основе эмульсолов РЭМ и СЕМИ РЖ.............104

4.2 Исследование дисперсного состава рабочих

жидкостей, приготовленных различными способами..........110

4.3 Измельчение механических примесей при

помощи гидромеханического диспергатора..................120

Выводы......................................................122

Заключение..................................................122

Основные научные результаты и выводы........................122

Список литературы...........................................125

Приложение..................................................136

ВВЕДЕНИЕ

Задачей угольной промышленности б современных условиях ее реорганизации является снижение себестоимости угля и повышение рентабельности производства. Одним из основных направлений в решении этой задачи является повышение надежности и совершенствования ГШО, в частности, эксплуатационной надежности гидрофицирован-ных механизированных комплексов, которые являются на сегодняшний день основной угледобывающей техникой.

В настоящее время по оснащенности и техническому уровню применяемых гидросистем угольная промышленность занимает одно из первых мест среди основных отраслей промышленности России. Созданные новые гидроустройства обладают высокими техническими параметрами и ориентируются на применение недифицитных и недорогих рабочих жидкостей (РЖ), представляющих собой разбавленные водо-маслянные эмульсии. Рост энерговооруженности машин, потребность повышения их производительности, усложнение конструкций и условий эксплуатации горных машин, повышение их себестоимости непрерывно ставят перед специалистами по гидроприводу проблемы повышения надежности гидрооборудования.

Большая часть отказов механизированных крепей (50-80%) связана с гидрооборудованием секций, которое является наиболее сложным по конструкции, металлоемким и дорогостоящим оборудованием комплекса. Выделяют более тридцати факторов, влияющих на уровень надежности работы гидроустройств [53.

Одним из приоритетных направлений повышения надежности гидропривода очистных комплексов является снабжение их высококачественными рабочими жидкостями.

Цель работ - установление основных факторов, влияющих на улучшение качества рабочей жидкости гидросистем механизированных крепей очистных комплексов в процессе их приготовления на базе существующих эмульсолов, а также регенерации.

Идея работ - улучшение качества РЖ может быть достигнуто за счет применения прогрессивных способов ее приготовления и регенерации, в том числе, непосредственно на добычном участке. Научные положения, разработанные лично автором, и их новизна:

- определены структура и степень влияния отказов различных элементов на надежность переоборудования механизированных крепей;

- впервые получена количественная оценка влияния на смазывающую способность рабочей жидкости способов ее приготовления, существующих на горных предприятиях;

- установлены аналитические зависимости смазывающей способности рабочей жидкости от ее дисперсного состава, позволяющие определить способы приготовления РЖ, которые обеспечивают наилучшую смазывающую способность.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются: представительным объемом статистических данных для количественной оценки надежности гидрооборудования механизированной крепи и экспериментальных данных при определении смазывающей способности рабочей жидкости. Проверкой гипотез о законах распределений случайных величин наработок до отказа элементов гидрооборудования и характеристики смазывающей способности РЖ с помощью критериев согласия х2 К.Пирсона и Мизеса и высокими значениями коэффициентов корреляции и корреляционных отношений (не менее 0,96) при определении зависимости смазывающей способности РЖ от ее дисперсного состава.

Научное значение работы состоит:

- в установлении законов распределения и количествннных значений показателей надежности гидрооборудования секций механизированной крепи в зависимости от способа приготовления и регенерации применяемой РЖ;

- в оценке влияния способов приготовления и регенерации РЖ на ее смазывающую способность и дисперсный состав;

- в получений аналитических зависимостей смазывающей способности от дисперсного состава РЖ.

Практическая ценность заключается в:

- получении количественной оценки эффективности применения в гидросистеме механизированных комплексов гидромеханического дис-пергатора (ГМЮ для приготовления и регенерации РЖ,

- усовершенствовании методики лабораторных испытаний РЖ на смазывающую способность,

- разработке методики оценки эксплуатационных характеристик рабочих жидкостей механизированных крепей.

Реализация результатов работы.

"Методика оценки эксплуатационных характеристик рабочих жидкостей механизированных крепей очистных комплексов" и "Инструкция по приготовлению рабочих жидкостей (водомасляных эмульсий) для механизированных крепей очистных комплексов, эксплуатирующихся на рудниках ПО"Беларуськалий", внедрены в 4РУ и тресте "Шахтоспецс-трой" ПО"Беларуськалий".

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на Международной межвузовской научно-технической конференции: "Надежность и качество горной техники" (1991г.), семинаре "Проблемы повышения надежности, уровня безаварийности эксплуата-

ции электротехнических и электромеханических систем, комплексов и оборудования горной промышленности" (1994г.) на Международном семинаре "Проблемы и перспективы развития горной техники. "(1995г.) и на Международном симпозиуме "Горная техника на пороге XXI века" (1996г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ. Объем и структура работ. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем 134 страниц, включая 115 страниц машинописного текста, 19 рисунков и 21 таблиц, список использованной литературы из 100 наименований.

- о -

ГЛАВА 1

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

В настоящее время основным направлением повышения эффективности работы угледобывающих предприятий является внедрение комплексной механизации и автоматизации производственных процессов. Это направление реализуется не только количественным ростом на шахтах средств механизации и автоматизации, но и более высоким техническим уровнем горношахтного оборудования (ГШО), по таким показателям, как энерговооруженность и производительность.

Технико-экономические показатели работы шахт в значительной мере определяются эффективностью использования ГШО по назначению. Следовательно, повышаются требования к уровню надежности оборудования, который должен обеспечиваться на всех этапах жизненного цикла машин; при проектировании, изготовлении и в процессе их эксплуатации.

Тесная увязка в технологическом процессе большого числа машин, оборудования, аппаратов и других технических средств, специфические тяжелые условия и режимы работы горной техники предъявляют повышенные требования как к уровню надежности оборудования в целом его комплексе, так и к работоспособности и безотказности отдельных его элементов и улов.

Такой подход является важным средством улучшения эффективности использования ГШ, повышения его производительности, сокращения числа запасных частей, снижения расходов на ремонты и тех-

ническое обслуживание, а также повышения безопасности работ.

Впервые вопросы надежности горношахтного оборудования широко обсуждались на всесоюзном научно-техническом совещании, организованном в 1963 г. Государственным комитетом тяжелого, энергетического и транспортного машиностроения при совете министров СССР Е883.

Большой вклад в решение различных аспектов проблемы надежности забойного оборудования внесли доктора технических наук:

A.С.Вурчаков, В.ML Воробьев, В.Н.Гетопанов,А.А.Гридин, Е.В.Денисенко, А. В. Докукин, Л.А.Зиглин, Ю.Д.Красников, А.Б Логов, В.И.Морозов, Б.К.Мышляев, Я.М.Радкевич, Г.С.Рахутин, П.В.Семенча,

B.И.Солод, С.В.Солод, А.В.Топчиев, В.Н.Хорин, и др.

Основным средством получения высоких технико-экономических показателей в очистном забое при подземной добыче угля в настоящее время являются комплексы оборудования с механизированной крепью, добыча угля из которых составляет примерно 801 от всей добычи подземным способом [78].

Широкие исследования, направленные на определение фактического уровня надежности механизированных крепей впервые начали выполняться в 1963-64 г.г. в МГИ и в ИГД им.А.А.Скочинского.

1.1 Развитие средств комплексной механизации очистных работ для угольных шахт РФ.

Механизированная крепь является основной составной частью комплекса (комбайн, конвейер, крепь) и, прежде всего, определяет уровень механизации основных производственных процессов в лаве, т.к. трудоемкость крепления и управления кровлей в лавах с инди-

видуальной крепью составляет 70-801 всего объема работ, в которых наиболее высокий травматизм связан именно с креплением и управлением кровлей, а механизированная крепь позволяет обеспечить достаточно высокую безопасность работ в лаве и дает возможность эффективного применения автоматизации основных производственных процессов.

Задача механизированной крепи состоит в обеспечении хорошего состояния кровли с целью сохранения призабойного пространства по длине очистного забоя в рабочем и безопасном состоянии, а также в обеспечении механизации процессов крепления и управления кровлей, передвижки и удержания забойного скребкового конвейера или.базо-вой балки вместе с выемочной машиной от сползания. I

Сложность, большое разнообразие свойств и строения угольных пластов и боковых пород обуславливает целый ряд трудностей и при конструировании и при эксплуатации основных элементов комплекса, которые должны удовлетворять условиям подземной разработки, узависящих от природных естественно-геологических и горно-технических факторов, а также требованиям безопасности и пыле-газового режима угольных шахт.

Создание и освоение серийного производства механизированных крепей началось впервые в бывшем СССР в начале 40-годов, и было обусловлено созданием комбайнов и конвейеров, позволивших механизировать выемку, навалку и доставку угля в лаве, а процессы крепления становились все более сдерживающим фактором в росте их производительности и обеспечении безопасности работ.

В 30-40-х годах управление кровлей в лавах осуществлялось преимущественно полной или частичной закладкой, частичным обрушением кровли с использованием деревянной крепи в призабойном

пространстве лавы. Развитие наиболее прогрессивного способа управления кровлей полным обрушением сдерживалось отсутствием соответствующих средств крепления. В 40-50-е годы создание металлической индивидуальной крепи позволило существенно расширить область применения способа управления кровлей полным обрушением и повысить технико-экономические показатели работы за счет снижения трудоемкости работ по креплению и управлению кровлей, сокращению расхода леса. Однако, конструкции таких крепей не позволяли механизировать процессы крепления и управления кровлей и снизить их трудоемкость. Назрела настоятельная необходимость создания и внедрения механизированных крепей - машин нового типа.

Приоритет в создании секционной механизированной крепи принадлежит СССР. Первая такая крепь, явившаяся прототипом механизированных крепей оградительно-поддерживающего типа, была разработана И.А.Журавлевым в 1932 г., изготовлена в металле и испытана на руднике "Сулюкта" в Средней Азии в 1934-1935г.г. и после усовершенствования в 1941г. - на шахте N26 в ПО"Новомосковскуголь". Испытания показали перспективность механизированной крепи, однако, были прерваны начавшейся войной.

Первоначально в Советском Союзе получили развитие секционные комплектные крепи, передвигающиеся с помощью специальных гидропе-редвижчиков. Первой такой крепью была МПК, созданная и освоенная серийным производством в начале 50-х годов. Параллельно были созданы, а затем испытаны (1948-1949г.г.) агрегатированные крепи, одной из которых была механизированная крепь стругового агрегата "Кузбасс" (авторы В.И.Воробьев, Ф.П.Куфарев, Т.Ф.Горбачев и И.С.Патрушев), которая явилась прототипом крепи поддерживающего типа. Сравнительные испытания показали, что главным должно быть

направление создания самопередвигающихся агрегатированных и комплектных механизированных крепей.

В подмосковном угольном бассейне были созданы и испытаны оградительно-поддерживающие механизированные крепи типа Щ(48,50, 52,54г.г.), предложенные Л.А.Зиглиным и А.И.Гиллером. С учетом результатов испытаний в 1956г. группа работников угольной промышленности Подмосковного угольного бассейна разработала механизированную гидравлическую крепь оградительно-поддерживающего типа "Мосбасс". Эта конструкция крепи оказалась работоспособной и получила промышленное' применение. В 1959г. комбинатом "Тулауголь" и Мосбассгипрогормашем на базе крепи "Мосбасс." были сконструированы комплекты оборудования с механизированными крепями ОМК, а позднее ОМКТ, ОМКТМ и ОКП, которые были освоены в серийном производстве и получили достаточно широкое промышленное применение. Одновременно Гипроуглемашем и Донгипроуглемашем велись широкие работы по созданию ряда механизированных крепей поддерживающего типа, из которых М81, М87, М97 были приняты к серийному производству.

Семейство механизированных крепей типа 0КП,Ш1,М87,М97 и, созданных несколько позже, МК и "Донбасс" принято считать крепями первого поколения. На их базе был разработан большой ряд механизированных комплексов, как с комбайновой, так и со струговой выемкой, которые, подвергаясь некоторым модернизациям (ОМК -* ОМКТ,ОМКТМ,ОКП; КМ87 - КШ7Д,Ш87Э,КМ87ДН,КМ87П,МКС,КМ87УМ; КМ97 КрМК, КМК97,КМ97Д, КМ97С; МК 1МК.МКЭ; "Донбасс"), выпускались серийно заводами угольного машиностроения и широко применялись в очистных выработках полого-наклонных угольных пластов, начиная с конца 50-х и до начала 80-х годов, а некоторые из них выпускаются и в настоящее время.

Таким образом, первые результаты промышленного применения механизированных крепей и дальнейшее их совершенствование подтвердили правильность выбранного технического направления - осуществлять комплексную механизацию очистных работ за счет применения комплексов оборудования, состоящих из узкозахватной выемочной машины (комбайна или струга), передвижного забойного скребкового конвейера и передвижной механизированной гидрофицированной крепи. Появился