автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Вероятностное обоснование метода расчета механизированных крепей по предельным состояниям

ВВЕДЕНИЕ.,.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Сравнительный анализ применяемых методов расчета механизированных крепей на прочность и жесткость.

1.2 Использование вероятностных методов для обоснования расчетных случаев нагружения механизированных крепей.

1.3 Цель, задачи и методы исследований.

2. ПОСТРОЕНИЕ ВЕРОЯТНОСТНОЙ МОДЕЛИ ПРЕДЕЛЬНОГО

СОСТОЯНИЯ ЭЛЕМЕНТА КРЕПИ.

2 Л Формирование уравнений первой группы предельных состояний.

2.2 Введение элементов рецептивности в уравнение предельного состояния.

2.3 Разработка методики определения частных коэффициентов надёжности с учётом индивидуального влияния опорных переменных.

2.4 Частные коэффициенты надёжности в методе предельных состоя

3. ВЫБОР РАЗМЕРНОСТИ УРАВНЕНИЯ ПРЕДЕЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ.

ПОСТРОЕНИЕ ОПЕРАТОРА ПЕРЕХОДА К РАЗМЕРНОСТИ УРАВНЕНИЯ.

3.1 Выбор формы представления вероятностной модели нагружения секции крепи.

3.2 Выбор размерности уравнения предельного состояния по критерию прочности для элемента крепи.

3.3 Построение оператора преобразования массива исходных дан

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧАСТНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ НАДЕЖНОСТИ ДЛЯ

ОГРАДИТЕЛЬНЫХ ЩИТОВ КРЕПИ.

4.1 Механическая модель и расчетная схема ограждения.

4.2 Вероятностная модель оградительного щита при плоском нагруже

4.3 Исследование особенностей частных коэффициентов надежности для оградительных щитов.

5. ОБОСНОВАНИЕ ЧАСТНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ НАДЁЖНОСТИ ДЛЯ

ПЕРЕКРЫТИЙ.

5.1 Линейное уравнение предельного состояния для сечений перекрытия.

2 Нелинейное уравнение предельного состояния для сечений перекрытия.

3 Выбор размеров поперечного сечения перекрытий по заданному уровню надежности. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАЗРАБОТАННОГО ОБЩЕГО ПОДХОДА

ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ НАДЕЖНОСТИ

ДЛЯ ЭЛЕМЕНТОВ КРЕПИ.

1 Методика определения частных коэффициентов надежности для гидростоек крепи.

2 Методика определения частных коэффициентов надежности для управляемых козырьков.

1.3 Методика определения частных коэффициентов надежности для сечений оградительных шитов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

•подтверждена многочисленными результатами оценки надежности отдельных элементов в частных случаях сочетаний нагружения и сопротивления, выполненными в том числе зарубежными исследователями;

• на основании разработанных соотношений найдена структура расчетного условия прочности и обосновано минимально необходимое количество частных коэффициентов надежности; определена мера эквивалентности вероятностного и детерминированного условия прочности, позволившая не только обосновать численные значения частных коэффициентов надежности, но и найти меру рецептивности, определяющую влияние изменчивости отдельно В диссертационной работе дано новое решение актуальной задачи вероятностного обоснования метода расчета механизированных крепей по предельным состояниям, что позволило с большей гарантией подойти к выбору размеров поперечных сечений элементов крепей, определяющих в общем надежность металлоконструкции.

Основные научные и практические результаты проведенного исследования заключаются в следующем:

• сформулированы основные требования (в том числе и на основании обобщения выполненных исследований) к механической модели, позволяющей реализовать вероятностный подход к оценке параметров напряженно-деформированного состояния элементов крепи;

• выбрана форма представления стохастического процесса нагружения, позволяющая с достаточной степенью точности построить закон распределения максимальной нагрузки на крепь для оценки надежности элемента по первой группе предельных состояний;

• построены операторы перехода от размерности случайных параметров внешних воздействий к размерности уравнения предельного состояния;

• на базе теории надежности разработаны основные соотношения, позволяющие записать линейные и нелинейные уравнения предельного состояния и построить гиперповерхность предельного состояния для одного критерия; построенные соотношения позволяют разделить пространство определяющих надежность опорных переменных на область отказа и безотказной работы; адекватность модели подтверждена многочисленными результатами оценки надежности отдельных элементов в частных случаях сочетания нагружения и сопротивления, выполненными в том числе зарубежными исследователями;

• найдены численные значения частных коэффициентов надежности для основных несущих элементов крепей, адаптированные к определенным условиям эксплуатации, обусловленным принятой в отрасли классификацией.

1. Альтер И.М. и др. Оценка напряженного состояния основания крепи 20КП-70 //Механизация горных работ на угольных шахтах. -Тула,1989. -С. 106-111.

2. Альтер И.М., Кузнецов Л.М. Определение напряженно-деформированного состояния перекрытия крепи поддерживающего типа //Изв. вузов. Горный журнал. -1989 -№ 9. -С.84-87.

3. Ануфриев В.И. Расчет и обоснование конструктивных параметров механизированных крепей из трехслойных панелей: Дис. канд. техн. наук. Тула: ТулПИ. -1983. -160 с.

4. Бакланова В.М., Грудев И.Д. Уточнение обеспеченности нормативных и расчетных сопротивлений строительных сталей //Разработка методов расчета и исследование действительной работы строительных металлоконструкций. -М.; 1983. -С. 104-111.

5. Баранов С.Г., Поляков С.В. Оценка работоспособности крепи механи-зированнЪго комплекса 2КМ138 //Управление деформациями горного массива. -Л., 1986.- С. 42-47.

6. Баринов B.C., Макаров Н.Я. О нагрузках в шарнирных соединениях крепи стругового агрегата СА //Уголь. -1971.- № 11. -С. 21-23.

7. Батков Б.И., Новожилов В.П. Прочность механизированных крепей поддерживающего типа //Горные машины и автоматика. -1973.-№ 6.- С. 29-30.

8. Беленький Д.М. и др. О законе распределения механических характеристик //Вестник машиностроения. -1977.- № 8. -С. 40-41.

9. Бендат Д.Н., Пирсол А. Измерение и анализ случайных процессов. М.: Мир. 1974. -463с.

10. Болотин В.В. Статистические методы в строительной механике. -М.: Госстройиздат, 1961. -202 с.

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

12. Болотин В.В. Ресурс машин и конструкций. -М.: Машиностроение,1990. -448 с.

13. Бреннер В.А., Любощинский Д.М., Антонов П.Е. Некоторые проблемы повышения надежности механизированных крепей //Механизация и автоматизация горных работ. -Алма-Ата, 1975.-С.3-16.

14. Бреннер В.А. и др. Вероятностные методы в задачах выбора параметров механизированных крепей //Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. -1975.- № 4. -С.20-33.

15. Бушуев Н.П., Брусиловский Б.М. Исследование характера работы гидростоек механизированной крепи "Донбасс" //Горные машины и автоматика. -1970.- № 7-8. -С. 18-19.

16. Вентцель Е.С., Овчаров JI.A. Теория вероятностей и ее инженерные приложения. -М.: Наука, 1988. -480 с.

17. Вероятностные характеристики прочности авиационных материалов и размеров сортамента.: Справочник / Под ред. С.О.Охапкина. -М.: Машиностроение, 1970. -575 с.

18. Волков Е.А. Методика расчета основных силовых параметров взаимодействия крепи с боковыми породами //Механизация горных работ на угольных шахтах. -Тула, 1977. -С.73-81.

19. Гольцов С.М. К вопросу выбора численных значений расчетных параметров металлических конструкций //Металлические конструкции и испытания сооружений. Д.; 1982. -С.118-122.

20. Горбунов-Посадов М.И. Балки и плиты на упругом основании. -М.: Машстройиздат, 1949. -238 с.

21. Горин А.Т., Демин H.H. Выбор расчетной схемы секции механизированной крепи //Вопросы горного давления. -Новосибирск, 1983. -С.58-62.

22. Горин А.Т. и др. Анализ защитной функции гидр^стойки секции крепи ОКП-70 //Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. -1984. -№ 6. -С.104-105.

23. Грицаюк Б.И. Выбор рационального типа и основных параметров крепи для сложных горно-геологических условий //Совершенствование техники и технологии разработки угольных пластов Подмосковного бассейна. -Новомосковск, 1986. -С. 12-16.

24. Грицаюк Б.И. Исследование давления обрушенных пород на крепь и в отработанном пространстве //Совершенствование технологии и технических средств ведения очистных работ в Подмосковном бассейне. -Тула, 1983. -С.10-15.

25. Грицаюк Б.И. Методы выбора оптимальной надежности очистных комплексов //Горные машины и автоматика. -1967.- № 1. -С. 10-12.

26. Гусев A.C. О расчете долговечности при схематизации процессов на-гружения по методу полных циклов с применением теории случайных функций //Статистические методы расчетов прочности. -Свердловск, 1972. -С.72-83.

27. Докукин A.B., Коровкин Ю.А., Яковлев Н.И. Механизированные крепи и их развитие. -М.: Недра, 1984. -288 с.

28. Долинский A.M. Расчет механизированной крепи с учетом вероятности изменения уровня и распределения горного давления //Механизация горных работ. -Тула, 1988. -С.131-137.

29. Екимов B.B. Вероятностные методы в строительной механике корабля. -JL: Судостроение, 1966. -326 с.

30. Жемочкин Б.Н., Синицын А.П. Практические методы расчета фундаментных балок на упругом основании без гипотезы Винклера.-М.: Гостехиздат, 1962.-239 с.

31. Знаменский Е.М., Сухов Ю.Д. О расчете конструкций с заданным уровнем надежности //Строительная механика и расчет сооружений. -1987. -№ 2. -С.7-9.

32. Золотарская Г.А., Бернацкий В.А., Мышляев Б.К. Универсальная методика расчета механизированных крепей с помощью ЭВМ //Управление горным давлением в комплексно-механизированных забоях. -Новосибирск, 1989. -С. 17-20.

33. Казак С.А. Феноменологическая оценка живучести деталей крупных машин периодического действия при случайном нагружении //Известия ТулГУ. Сер.: Подъемно-транспортные машины и оборудование. -Тула, 1999. -С.219-224.

34. Казимиров A.A. Рациональное использование прочностных свойств стали как резерв снижения металлоемкости сварных стальных конструкций //Надежность и долговечность машин и сооружений. Вып. 3. -Киев, 1983.-С. 13-22.

35. Казьмин В.М. Вероятностный метод анализа контактного взаимодействия забойных крепей с боковыми породами. -М.: Наука, 1974. -119 с- » '

36. Казьмин В.М., Гольденгершель Э.И., Вардишвили T.JI. К вероятностному расчету распределения сопротивления механизированной крепи по ширине призабойного пространства //Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. -1973.-№ 6. -С 3-11.

37. Капырин В.И. Исследование параметров установки рычагов в секциях крепи //Подземная разработка тонких и средней мощности угольных пластов. -Тула, 1985. -С.91-94.

38. Капур К., Ламберсон Л. Надежность и проектирование систем. -М.: Мир, 1980. -604 с.

39. Каретникова Т.Б., Клейменова Э.А. Оценка несущей способности механизированных крепей по предельным нагружениям //Механизация горных работ на угольных шахтах. -Тула, 1986.-С. 33-35.

40. Каретников В.Н., Клейменова Э.А. Методические рекомендации по расчету механизированных крепей на прочность и устойчивость с помощью ЭВМ //Исследование и совершенствование очистных комплексов и агрегатов. -Тула, 1973. -С.37-42.

41. Каталог типовых условий эксплуатации механизированных комплексов на пологонаклонных (до 35°) пластах. Часть 1. -Л., 1985.-190 с.

42. Кордонский Х.Б., Дышлер И.Е., Громов Г.В. Вероятностное обоснование норм прочности //Прочность материалов и конструкций. -Киев: Наукова думка, 1975. -С.208-222.

43. Коряков А.Е. Результаты исследований режимов нагружения секций механизированных крепей //Подземная разработка тонких и средней мощности угольных пластов. -Тула, 1992. -С.58-61.

44. Крепи механизированные оградительно-поддерживающего типа. Расчет нагружения секции. Методика и программа. Фонд ГПКТИ ПТМ. -Новомосковск, 1981. -103 с.

45. Крепи механизированные. Перекрытия и основания. Расчет на прочность. Методика. РТМ 240.007.01. -М.: ГИПРОУГЛЕМАШ, 1976.-59 с.

46. Леонтьев Н.И. Основы строительной механики стержневых систем. -М.: Стройиздат, 1996. 514 с.

47. Лосицкая К.С. Определение коэффициента сочетания нагрузок статистическим методом //Строительная механика и расчет сооружений. -1984.-№ 1.-С. 8-13.

48. Малиник H.H. Прикладная теория пластичности и ползучести. -М.: Наука, 1975. -399 с.

49. Марголин И.И. Основы теории надежности горных транспортных машин. -Л., 1980. -242 с.

50. Методика определения обобщенных количественных показателей и характеристик взаимодействия механизированны^ крепей с боковыми породами по классам условий полого-наклонных (до 35°) пластов. -Л.,1982. -40 с.

51. Механизированные забойные крепи // Глюкауф (русский перевод). -1984. -№ 3. -С.3-35.

52. Микляев Е.И., Лебедовский A.A. Механизированные крепи капиталистических стран. Обзор. -М.: ЦНИЭИуголь,1973. -78 с.

53. Мышляев Б.К. Основные направления развития механизированных крепей для полого-наклонных пластов //Управление горным давлением в комплексно-механизированных забоях. -Новосибирск, 1989. -С.3-9.

54. ОСТ 24.090.72 83. Нормы расчета стальных конструкций мостовых и козловых кранов. -М.,1982. -92 с.

55. ОСТ 12.44.245-83. Крепи механизированные. Стойки и домкраты. Расчет на прочность. Методика. М., 1983. -75 с.

56. ОСТ 12.44.255-84. Изделия угольного машиностроения. Гидроцилиндры. Расчеты на устойчивость и прочность. Методика. -Новосибирск, 1984. -96 с.

57. Переверзев Е.С., Фалько Л.В. Экстремальные законы распределения в модели отказов нагрузка-прочность //Динамические задачи механики сложных систем. -Киев., 1984. -С. 107-109.

58. Полежаев В.П., Петровский Б.И., Волков Б.А. Силовые параметры взаимодействия механизированных крепей с породами кровли на маломощных калийных пластах //Известия вузов. Горный журнал. -1989. -№ 10. -С. 15-19.

59. Попов В.Л. Горное давление и шахтные крепи. -М.: Недра, 1976. -121 с.

60. Попов В.Л. Исследование конструктивных особенностей механизированных крепей и проявление горного давления при их взаимодействии с боковыми породами //Исследование и совершенствование очистных комплексов и агрегатов. -Тула, 1973. -С. 180-243.

61. Попов В.Л. Технические требования на механизированные передвижные крепи для выемочных агрегатов и очистных комплексов применительно к условиям Подмосковного бассейна. Сб. научн. Тр. ПНИУИ.Вып.13. -М.: Недра, 1970. -С.27-36.

62. Попов В.Л., Степанов В.М. Надежность механизированных крепей при действии статических нагрузок //Известия вузов. Горный журнал. -1986. -№ 7. -С.41-45.

63. РаспредЬление нагрузок в шарнирных соединениях оградительно-поддерживающих крепей /Макаров Н.Я., Федоров Л.И., Баринов В.С. и др. //Горные машины и автоматика. -1982. -№ 6. -С.35-37.

64. Расчет элементов секций механизированных крепей //Харитонов Н.И., Сальников В.Г. и др. //Горные машины и автоматика. -1968.-№ 5. -С.76-80.

65. Ржаницын А.Р. Теория расчета строительных конструкций на надежность. -М.: Стройиздат, 1978. -239 с.

66. Сальников В.Г. Расчет на прочность секций крепей для условий Подмосковного бассейна //Материалы конференции молодых ученых, посвященной 50-ти летию ВЛКСМ. -М., 1968. -С.24-25.

67. Сальников В.Г. Некоторые исследования взаимодействия механизированных крепей поддерживающе-оградительного типа с боковыми породами //Подъемно-транспортные машины и горные комплексы. -Тула, 1971. -С.240-244.

68. Сальников В.Г. О структуре разрешающего уравнения метода расчета механизированных крепей по предельным состояниям // Известия ТулГУ. Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности. Вып. 5. -Тула, 1999. С. .

69. Сальников В.Г. Теоретическое обоснование метода расчета механизированных крепей по предельным состояниям //Управление горнымдавлением в комплексно-механизированных забоях. -Новосибирск, 1989. -С.138-141.

70. Сальников В.Г., Ватулин Я.С. Расчет на прочность гидроцилиндров телескопирования матричным методом продолжения //Актуальные проблемы фундаментальных наук . /Сборник докладов, т.8. М.: МГТУ, 1991. -С. 127-129.

71. Сальников В.Г., Ватулин Я.С., Филиппов A.B. О выборе размеров поперечного сечения силовых гидро и пневмоцилиндров, соответствующих требуемому уровню надежности /ТулГУ. -Тула. -1995.-25 с. -Деп. в ВИНИТИ. 29.05.95. № 1503-В95.

72. Сальников В.Г., Собина Л.Г. Аналитическое решение вероятностной задачи контактного взаимодействия перекрытия с кровлей пласта //Подъемно-транспортные машины и оборудование. Вып. 1. -Тула, 1997.-С.130-136.

73. Сальников В.Г., Собина Л.Г. Выбор размеров поперечных сечений перекрытий шахтных крепей по заданному уровню надежности /ТулГУ. -Тула. -1997. -22 с. -Деп. в ВИНИТИ. 13.06.97. № 1955-В97.

74. Свешников A.A. Прикладные методы теории случайных функций. -М.: Наука, 1968. -464 с.

75. Сергеев И.В. Оптимизация параметров механизированных крепей с целью снижения их металлоемкости: Дис. канд. техн. наук. Тула: ТулПИ. -1986. 147 с.

76. Смирнов В.И. Курс высшей математики. Том 1. -М.: Наука, 1974. -336 с.

77. Смирнов Н.В., Дунин-Барковский И.В. Курс теории вероятностей и математической статистики для технических приложений. М.: Наука, 1969.-511 с.

78. Соломатин Л.И., Данилова М.В. Крепь очистных забоев калийных месторождений с закладкой выработанного пространства //Механизация горных работ на угольных шахтах. -Тула, 1986. -С.45-49.

79. Степанов В.М. Влияние проявлений горного давления на надежность механизированных крепей //Подземная разработка тонких и средней мощности угольных пластов. -Тула, 1985. -С.104-107.

80. Степнов М.Н. Статистическая обработка результатов механических испытаний. -М.: Машиностроение, 1972. -232 с.

81. Стрелецкий Н.С. К вопросу развития методики расчета по предельным состояниям //Развитие методики расчета по предельным состояниям. -М.: Стройиздат, 1971. -С.5-37.

82. Строительные нормы и правила. II-6-74. Нагрузки и воздействия. Основные положения проектирования. -М.: Стройиздат, 1976.-60 с.

83. Строительные нормы и правила. II-B. 3-62. Стальные конструкции. Нормы проектирования. -М.: Стройиздат, 1964. -62 с.

84. Строительные нормы и правила. П-23-81. Нормы проектирования. Стальные конструкции. -М.: Стройиздат, 1982. -93 с.

85. CT СЭВ 384-76. Строительные конструкции и основания. Основные положения проектирования. -М.: Стройиздат, 1978. -5 с.

86. Субботин В.А., Солодовников А.Д. Методика исследования напряженно-деформированного состояния элементов механизированных крепей //Механизация горных работ на угольных шахтах.-Тула, 1977.-С.111-121.

87. Федоров Д.И., Бондаревич Б.А., Перепонов В.И. Надежность металлоконструкций землеройных машин. -М.: Машиностроение, 1971. -213 с.

88. Федоров Е.И., Лосицкая К.С. О выборе коэффициента сочетания нагрузок //Строительная механика и расчет сооружений. -1980.-№ 1. -С.18-21.

89. Хазов Б.Ф., Дидусев Б.А. Справочник по расчету надежности машин на стадии проектирования. -М.: Машиностроение, 1986.-224 с.

90. Харитойов Н.И. Особенности расчета механизированных крепей, работающих на слабых почвах //Автоматизация и современные технологии. -1995. -№ 8. -С.3-5.

91. Харитонов Н.И. Определение ресурса основания секции ОКП при работе на слабых почвах /ТулГУ. -Тула. -1995. -8с. -Деп. в ВИНИТИ 03.04.95. № 223-В95. ,,

92. Цапко В.К. Оценка вероятности безотказной работы деталей при заданных законах распределения несущей способности и нагрузки //Надежность и долговечность машин и сооружений. Вып.5. -Киев, 1983. -С.109-112.

93. Цитович И.С., Митин Б.Е., Дзюнь В.А. Надежность трансмиссий автомобилей и тракторов. -Минск: Наука и техника, 1985. -143 с.

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

95. Шпитальный Г.Л. и др. Методика определения силовой характеристики секции одностоечной крепи оградительно-поддерживающего типа //Механизация горных работ.Вып.38. -Кемерово, 1971. -С.39-43.

96. Шуп Т. Решение инженерных задач на ЭВМ. -М.: Мир, 1982. -235 с.

97. Эксплуатация механизированных крепей и пути их совершенствования /Кузнецов С.Т., Крылов В.Д., Глушихин Ф.П. -М.: Недра, 1976. -188 с.

98. Ягодкин Г.И., Казьмин В.М. Вероятностная оценка контактного взаимодействия механизированных крепей с кровлей. -М., 1970.-34 с.

99. Baker, А. Tragberechnung von Stahlung Spannbetontragwerken. Bauplanung Bantechnik, 1975, 11, S.475-480, 521-525.181

100. Basler, E. Untersuchungen über den Sicherheitsbegriff von Bauwerken. Schweirer Archiv, 1961,4. S. 133-160.

101. Budirsky S. Analyza funkce stitove mechanizovane vyztuze pro mocne sloje. //Uhli, 1981, 29, № 2. C. 65-72.

102. Herzog, M. Die praktische Berechnung des Sicherheitskoeffizienten fur Baukonstruktionen Schweizerische Bauzeitung, 1965, 12. S. 185-187.

103. International Standards Organization. Snow Load on Roof, ТС 98/SEC 3/WG 1, ISO,1974. p.24

104. International Standards Organization (ISO). General principles for the Verification of the Safety of Structures. ISO 2394. 1973. p.31

105. Mendera Zbigniew. Metody tworzenia kombinayi obuazen w zastos-owanin do norm projektowania. Stud. Zakr. Inz. 1987. № 25. S.59-84.

106. Spaethe, G. Sicherheitsfaktoren in Berechnungsvorschriften auf zuverlas-sigkeitstheoretisher Grundlage. Berlin. Bauinformation, Schriftenreihe. Bauforschung-Baupraxis. 1983. -114 s.

107. TGL 38 792 (ST RGW 384-76). Baukonstruktionen und Gründungen Grundsatze fur die Berechnung. 1981, Mai.

108. Zamfir V. и др. Stabilizea portanfeli máxime si a fortelor de legatura aferente la sustinerile mecanizate indigene. Mine, pe|rol si gaze. 1987, 38, № 12. С. 549-560.