Инновационные перспективы Донбасса. Том 3, 2020 г. by Донецкий политехник (Донецкий национальный технический университет)

VIМЕЖДУНАРОДНЫЙНАУЧНЫЙФОРУМ ДОНЕЦКОЙНАРОДНОЙРЕСПУБЛИКИ

Международнаянаучнопракт ическаяконференция

ИнновационныеперспективыДонбасса

Международнаянаучнопракт ическаяконференция

Научнот ехническиеаспектыразвития авт отранспортног окомплекса

Международнаянаучнопракт ическаяконференция

Информатика, управляющиесист емы, мат ематическое икомпьют ерноемоделирование

Международнаянаучнот ехническаяконференция

Авт оматизацият ехнолог ических объект овипроцессов. Поискмолодых

Международнаянаучнот ехническаяконференция

Мет аллург ияXXIст олетияг лазамимолодых

Том 3.Инновационныет ехнолог иипроект ирования, изг от овленияиэксплуатациипромышленныхмашиниаг рег ат ов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ДОНЕЦКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ ГОУ ВПО "ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" (ДонНТУ) СОВЕТ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ ДонНТУ ГОУ ВПО ЛНР «ЛУГАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Т. ШЕВЧЕНКО» (ЛНУ) ГОУ ВПО ЛНР «ДОНБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» (ДонГТУ)

ИННОВАЦИОННЫЕ ПЕРСПЕКТИВЫ ДОНБАССА Материалы 6-й Международной научно-практической конференции Том 3. Инновационные технологии проектирования, изготовления и эксплуатации промышленных машин и агрегатов

г. Донецк 26-28 мая 2020 года

Донецк – 2020

ББК 65.30 УДК 330.341 (477.61/62)

И 66

Инновационные перспективы Донбасса, г. Донецк, 26-28 мая 2020 г. – Донецк: ДонНТУ, 2020. Т. 3: 3.Инновационные технологии проектирования, изготовления и эксплуатации промышленных машин и агрегатов. – 2020. – 182 с.

Представлены материалы 6-й Международной научнопрактической конференции “Инновационные перспективы Донбасса”, состоявшейся 26-28 мая 2020 г. в Донецке на базе Донецкого национального технического университета, включающие доклады ученых и специалистов по вопросам приоритетных направлений научно-технического обеспечения инновационного развития Донбасса и формирования механизмов повышения социально-экономической эффективности развития региона. Материалы предназначены для специалистов народного хозяйства, ученых, преподавателей, аспирантов и студентов высших учебных заведений.

Редакционная коллегия Министр образования и науки ДНР М. Н. Кушаков, ректор ДонНТУ А. Я. Аноприенко, д-р пед. наук Г. А. Сорокина, канд. наук по гос. упр. А. Е. Пожидаев, д-р техн. наук Г. Г. Литвинский, канд. техн. наук А. Н. Корчевский, д-р техн. наук Э. Г. Куренный, д-р техн. наук С. П. Еронько, канд. техн. наук С.В. Горбатко, канд. экон. наук А.В. Мешков, канд. техн. наук И. В. Филатова, председатель Совета молодых ученых ДонНТУ Е. С. Дубинка.

Контактный адрес редакции НИЧ ДонНТУ, ул. Артема, 58, Донецк, 283001 Тел.: +380 (62) 305-35-67. Эл. почта: ipd.donntu.org@gmail.com Интернет: http://ipd.donntu.org

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

СОДЕРЖАНИЕ Е.А. Катькалова Введение нормальных конических координат……………………………….. 6 В.К. Соколов, К.И. Соколов, А.А. Подрухин, О.В. Шажко, В.М. Ткаченко Установка для гидростатического тонкого измельчения твердых и хрупких материалов …………………………………………………………… 11 М.Ю. Ткачев, М.Ю. Грищук Сопоставительные исследования эффективности функционирования узла безлопастного вентилятора и сопла Лаваля ………………………………….. 19 М.Ю. Ткачев Снижение динамичности переталкивающего устройства системы быстрой смены погружных стаканов и стаканов-дозаторов МНЛЗ ………………….. 24 С.П. Еронько, Д.А. Вишневский, Е.С. Цыхмистро, А.А. Орлов, Д.А. Аничейко Лабораторный комплекс для моделирования процесса приготовления пылеугольного топлива ………………………………………………………... 27 С.П. Еронько, В.Г. Нечепаев, Е.С. Цыхмистро, В.А. Голдобин, В.Э. Серегин Модернизация электромеханического привода ковшового шиберного затвора…………………………………………………………………………... 33 С.П. Еронько, Е.В. Ошовская, О.А. Ковалева, М.Ю. Ткачев, Е.С. Цыхмистро Лабораторный стенд для исследования начальной стадии процесса резания тонкостенных труб клиновым ножом ………………………………….... 39 О.Г. Гайдарь Методика решения гонометрических конструктивных задач ………………

А.А. Олексюк, А.М. Гущин, Е.А. Бондарь, А.А. Бондарь Расчет рекуперативного теплообменника…………………………………….. 50 Э.П. Левченко Кумуляция разрушающих усилий при диспергировании материалов в металлургии ……………………………………………………………………….. 56 В.В. Мороз, Э.П. Левченко, А.М. Зинченко, О.А. Левченко Многоступенчатое фракционирование агломерата рациональной крупности ……………………………………………………………………………….

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

В.А. Пенчук, Е.С. Скрыпник Повышение эффективности оборудования дробильно-сортировочных комбинатов в условиях ДНР …………………………………………………... 69 Д.А. Масленников Базовые принципы вычислительной гидродинамики, применяемые для решения инженерных задач …………………………………………………… 77 В.С. Полищук, А.Н. Пересадченко, Ю.А. Алехов Магнитная система установки для магнитно-абразивной обработки в кольцевом канале ………………………………………………………………. 82 Д.А. Власенко Технические решения в области проектирования и повышения эффективности дробильно-измельчительных машин ………………………………….. 88 В.О. Гутаревич, Е.Л. Игнаткина, А.В. Костенко Исследование процессов торможения шахтной подвесной монорельсовой дороги ………………………………………………………… 92 С.А. Снитко, А.В. Яковченко, В.В. Пилипенко, Н.И. Ивлева Разработка режимов деформации металла для прокатки главного валка колесопрокатного стана на кольцепрокатном стане ………………………… 98 Т.П. Мищенко Предупреждение нагрева ленты на приводном барабане шахтного ленточного конвейера …………………………………………………………………. 105 О.И. Павлиненко, Э.П. Левченко, Д.А. Власенко, В.Г. Чебан Основные конструктивно-технологические параметры роторно-ударного измельчителя …………………………………………………………………… 110 Р.С. Мележик, Д.А. Власенко Анализ эксплуатационных параметров компенсирующих муфт и перспективы их использования в условиях динамических нагрузок в валковых 116 дробилках ………………………………………………………………………. Ю.А. Рутковский, А.Ю. Рутковский Повышение производительности и экономичности поршневых компрессоров акустико-резонансным наддувом ………………………………………… 120 Ю.А. Шамрай, Е.В. Ошовская, В.А. Сидоров, Н.А. Ченцов Анализ отказов как источник информации в условиях использования стратегии оправданного риска …………………………………………………….. 125 Т.В. Луцко, А.С. Гуляев, С.С. Прудников Влияние перекосных нагрузок на перемещение опор козловых кранов …... 130

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Е. А. Буленков, Т. А. Газе Повышение эффективности неавтоматизированного производства за счет использования инструментов искусственного интеллекта …………………. 135 В.П. Кондрахин, В.С. Новосельцев Моделирование переходных процессов шахтной виброщековой дробилки с горизонтальным расположением камеры дробления ……………………… 138 А.Я. Грудачев Исследование влияния первоначального натяжения ленты на энергосбережение и тяговые параметры при эксплуатации конвейера в разное время года ………………………………………………………………. 143 П.А. Петров, В.Н. Ульяницкий , Д.А. Вишневский, М.Ю. Ткачев Особенности поперечной резки профилей сортовыми ножницами в холодном и горячем состоянии ……………………………………………………… 147 В.В. Малашенко, А.Д. Гладкая Твѐрдорастворное упрочнение функциональных сплавов ………………….. 153 Л.Н. Козыряцкий, Р.И. Божко Глубоководный эрлифтно-земснарядный комплекс для удаления ила со дна водохранилищ ГЭС ……………………………………………………….. 156 А.П. Кононенко, Р.И. Божко, Н.С. Гаврилов Численное решение математической модели рабочего процесса нагнетательного эрлифта ………………………………………………………………. 164 В.Г. Нечапаев Адаптация исполнительных органов очистных комбайнов к условиям эксплуатации конструкторско-технологическими методами………………. 171 В.Г. Нечепаев Конструкторско-технологические решения для повышения производительности и надежности шнековых исполнительных органов очистных комбайнов для тонких пластов……………………………...............................

177

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 515.2 ВВЕДЕНИЕ НОРМАЛЬНЫХ КОНИЧЕСКИХ КООРДИНАТ Е.А. Катькалова ГОУВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ», г. Донецк, ДНР Приводится аналитический аппарат формообразования поверхностей введением специальных нормальных конических координат, являющийся основой для автоматизированного конструирования. Annotation. An analytical apparatus for shaping surfaces by introducing special normal conical coordinates, which is the basis for automated design, is presented. Ключевые слова: нормальная коническая система координат, координация поверхности, якобиан, специальные нормальные координаты, конгруэнция координатных линий. Keywords: normal conic coordinate system, surface coordination, Jacobian, special normal coordinates, coordinate lines congruence. В автоматизированном проектировании чертеж постепенно теряет значение основного документа, уступая математической модели. Именно математическая модель объекта, процесса, явления в автоматизированном проектировании является первичной. Чертежи, в свою очередь, превращаются в производную. В условиях обработки на станках с числовым программным управлением чертеж уже не представляет собой единственный носитель информации, необходимой для производства, а имеет сугубо справочный характер. Программа управления станком является результатом математического моделирования поверхности детали и процесса обработки. При желании по тем же исходным данным средствами компьютерной графики можно получить чертеж детали и графическую модель процесса обработки в виде траектории перемещений обрабатывающего инструмента. Наилучшим посредником в определении соответствия формы по-

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

верхности как сильным, так и слабым требованием признано графическое изображение поверхности. На его основе в диалоговом режиме осуществляется присвоение параметрам математической модели таких значений, которые лучше всего отвечают требованиям. В результате анализа схем формообразования поверхностей с учетом некоторых наборов требований можно сделать выводы 1) поверхности со слабыми требованиями к проектированию, как правило, задают конечными уравнениями; 2) круг поверхностей, уравнения которых известны (они изучаются в дисциплинах геометрического направления) очень ограничен. В процессе перехода к компьютерным технологиям в автоматизированном проектировании поверхностей сложной формы среди прочих актуальна такая проблема как аналитические интерпретации существующих сугубо графических образов конструирования поверхностей. Цель данной работы: на основе введения специальных нормальных конических координат развить аппарат аналитического описания поверхностей. Математический аппарат ориентирован на комплекс проблем автоматизированного проектирования, который в теоретическом плане связан с определением нормалей к поверхности: - теория и практика расчетов тонкостенных конструкций (оболочек) [1, 2]; - моделирование эквидистантных поверхностей [3]; - разработку программного обеспечения моделирования черновой и чистовой обработки деталей, форма которых представлена параметрическими уравнениями, на станках с ЧПУ. В [5] были приведены общие формулы ввода специальной нормальной координации пространства. В данной статье вводится специальная нормальная координация пространства, опорной поверхностью которой является конус. Определителем нормальной конической системы координат является конус (рис.1) x  u sin  cos t , y  u sin  sin t , z  u cos  (1) Геометрическая суть параметров: u  лонгальная координата  расстояние положительное или отрицательное от вершины конуса до текущей точки на него поверхности, отсчет которой осуществляется вдоль образующей;

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

t  угловая координата, отсчет которой осуществляется в направлении против хода часовой стрелки от плоскости XOZ к полуплоскости расположения текущей точки;   угол наклона образую щей конуса к его оси ( 0    ), 2 что для нормальных конических координат играет роль внутреннего параметра. Уравнение конгруэнции нормалей к конусу (1) в виде x  x( t , u )  a , y  y( t , u )  b , [4, 5]): z  z( t , u )  c x  u sin  cos t  a, y  u sin  sin t  b, (2) z  u cos   c Где компоненты вектора нормали имеют вид y z Рисунок 1 - Поверхностьa= t t = u sin  cos  cos t , y z определитель конической нормальной системы координат u u



z b= t z u Нормируем v

a b c 2

x x y t = u sin  cos  sin t , c= t t =  u sin 2  x x y u u u вектор n{ a , b, c } в соответствии с зависимостью

(уравнение 8 [5]):

v (3) u sin  где v расстояние, отложенное от текущей очки вдоль нормали к поверхности-определителю. Подстановка (3) в (2) позволяет получить функции введения специальных нормальных конических координат в развернутом виде: 

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

x  u sin  cos t  v cos  cos t , y  u sin  sin t  v cos  sin t , z  u cos   v sin  (4) Интервалы изменения координат: 0  t  2 ;    u   ;    v   . Координатные поверхности нормальной конической системы координат: t  const – полуплоскость, которая проходит через ось конуса (1); u  const – плоскость, перпендикулярная к оси конуса (1); v  const – конус, соосный с конусом (1), с вершинами на OZ и с образующими, перпендикулярными образующим конуса (1). Конгруэнции координатных линий: t  линии  окружности с центрами на оси конуса-определителя (1) в плоскостях, ей перпендикулярных; u  линии  прямые, пересекающие ось конуса-определителя (1) под углом  ; v  линии  нормали конуса-определителя (1). Для определения особых точек параметризации пространства нормальными коническими координатами вычислим якобиан (уравнение (2) [5]) функций (4) x y z t t t D( x , y , z ) x y z   u sin   v cos  (5) D( t , u , v ) u u u x y z v v v Из (5) видно, что якобиан равен нулю только в точках, которые расположены на оси конуса-определителя. Фокальные фигуры конгруэнции нормалей: ось конуса-определителя (1) и несобственная окружность, направляющим конусом которой является конус с образующими, перпендикулярными к конусу (1). Функции обратной зависимости нормальных конических координат от прямоугольных декартовых x, y, z получим в виде: ((6) y t  arctg , u  x 2  y 2 sin   z cos  , v  x 2  y 2 cos   z sin  x

Условия (уравнение (4) [5]) для функций (4) выполняются, поэтому нормальные конические координаты ортогональны. Коэффициенты Ламе в соответствии с уравнением (5) [8] имеют вид:

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

 x   y   z  H1=         = u sin   v cos  ,  t   t   t   x   y   z  H2=         =1,  u   u   u  2

(7)

 x   y   z  H3=         =1  v   v   v 

Коэффициенты Ламе играют важную роль в теории упругости, а именно, они входят в уравнения упругого состояния оболочек [1, 4]. Вывод. Применение нормальных специальных координат не ограничивается проблемой, формообразования поверхностей. Поэтому в этой статье для рассмотренной координатной системы приводится стандартный набор сведений и вычислительных формул, готовых к использованию как в этой работе, так и за пределами решаемой проблемы. Приведенная выше специальная нормальная параметризация является основой для составления программ управления черновой и чистовой обработкой деталей на станках с ЧПУ, при этом предоставляется возможность моделирования процесса обработки средствами компьютерной графики с целью проверки правильности составления программ управления. Список литературы 1. Григоренко Я.М., Мукоед А.П. Решение задач теории оболочек на ЭВМ.К.: Вища школа, 1979  279с. 2. Ковалев С.Н. Формирование дискретных моделей, поверхностей пространственных архитектурных конструкций: дис. … докт. техн. наук: 05.01.01 / Ковалев Сергей Николаевич. – М., 1986. – 348 с. 3. Бадаев Ю.И. Алгоритмы подготовки управляющей информации к системам с числовым программным управлением / Ю.И. Бадаев // Прикладная геометрия и инженерная графика.  1980.  Вып. 29.  С. 2932. 4. Скидан И.А. Геометрическое моделирование кинематических поверхностей в специальных координатах: автореф. дис. … докт. техн. наук: 05.01.01 / Скидан Иван Андреевич, М.:1989. – 36 с. 5. Катькалова Е. А. Введение и исследование специальных нормальных координат. Вычислительные формулы в общем виде / Е.А. Катькалова // Современные тенденции развития и перспективы внедрения инновационных технологий в машиностроении, образовании и экономике: Матер. и доклады V межд. научн.практ. конф., 2018 г. – Азов: ДГТУ. – 2018. – Т4. № 1 (4). – С. 78-83.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 621.926.9

УСТАНОВКА ДЛЯ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ТОНКОГО ИЗМЕЛЬЧЕНИЯТВЕРДЫХ И ХРУПКИХ МАТЕРИАЛОВ В.К. Соколов1, К.И. Соколов1, А.А. Подрухин1, О.В. Шажко1, В.М. Ткаченко2 1

ГУ «ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ГОРНЫХ ПРОЦЕССОВ», ГУ «ДОНЕЦКИЙ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМ. А.А. ГАЛКИНА», г. Донецк, ДНР

Проведен анализ существующих установок для измельчения твердых и хрупких материалов. Разработана и изготовлена установка для тонкого измельчения методом приложения высокого гидростатического давления. Приведены схема и принцип работы новой установки.

The analysis of existing plants for grinding hard and brittle materials. An apparatus for fine grinding by the method of applying high hydrostatic pressure was designed and manufactured. The scheme and principle of operation of the new installation are given.

Ключевые слова: разрушение зерен.

измельчение,

гидростатическое

давление,

Key words: grinding, hydrostatic pressure, grain destruction.

Для измельчения твердых и хрупких материалов в настоящее время наряду с дробилками и мельницами, работающими по принципу раздавливания, используются установки ударного действия и различного рода истиратели, дезинтеграторы, а также центробежные, планетарные и вибромельницы. Как правило,

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

конструктивные образцы оборудования и методы технологии остаются неизменными. Особые затруднения испытываются при переработке трудноразрушаемых твердых материалов. Так при измельчении абразивных материалов число последовательных стадий процесса достигает десяти, а износ металла на 1 т перерабатываемого материала достигает 20-25 кг, кроме того, удельный расход электроэнергии очень высокий [1]. Чтобы исключить засорения измельчаемого материала, уменьшить металлоемкость и энергозатраты, был разработан метод измельчения [2], основанный на разрушении зерен измельчаемого материала путем приложения высокого гидростатического давления без наличия мелющих тел. С целью реализации метода гидростатического измельчения авторами была разработана и изготовлена установка для тонкого измельчения, общий вид которой приведен на рис. 1. Схема установки приведена на рис. 2.

Рисунок 1 - Общий вид установки

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Рисунок 2 - Схема установки

Установка состоит из гидравлического пресса 1 усилием 150 тс, в рабочей зоне которого размещен контейнер 2 высокого давления до 1200 МПа, имеющий две соединяющиеся рабочие полости 3 и 4, внутрь которых соответственно заходят пуансон 5 и эластичная труба 6. С торцов контейнера эластичная труба 6 прижимается к конусным расточкам рабочей полости коническими выступами загрузочного 7 и разгрузочного 8 узлов. Между пуансоном 5 и эластичной трубой 6 заливается рабочая жидкость – индустриальное масло И-20А или вставляется по скользящей посадке цилиндр из эластомера [3, 4]. Внутри загрузочного узла 7 помещен шнек 9, приводимый во вращение через муфту 10 приводом 11 мотор-редуктора марки МП3240 типа УР80А4УЗ с мощностью электродвигателя 1,1 кВт. В корпусе загрузочного узла 7 имеется сквозное отверстие, в которое закручивается воронка 12 для исходного материала крупностью не более 8 мм.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

В середине разгрузочного узла 8 находится затвор-пробка 13, установленный на конце штока 14 гидроцилиндра 15 и закрывающей выходное отверстие эластичной трубы 5. В корпусе разгрузочного узла 8 имеется сквозное отверстие, в которое вставлен выпускной желоб 16 для измельченного материала, направляющие его в емкость 17. Установка работает следующим образом. Исходный материал, помещенный в воронку 12, под действием собственного веса попадает через сквозное отверстие в загрузочном узле 7 на шнек 9. При включении привода мотор-редуктора 11 и вращении шнека 9 исходный материал подается в эластичную трубу 6 до тех пор, пока ее полностью не заполнит. В это время затвор-пробка 13 плотно перекрывает выходное отверстие эластичной трубы 6. После заполнения эластичной трубы 6 материалом путем периодического опускания пуансона 5 создают гидростатическое давление, величина которого существенно превышает предел прочности на растяжение частиц измельчаемого материала. Под действием циклического гидростатического давления материал, находящийся в эластичной трубе измельчается. Затем в штоковую полость исполнительного гидроцилиндра 15 подается давление через гидрораспределитель, а в поршневой через золотник идет слив. В результате этого затворпробка 13 отходит. Далее включается мотор-редуктор 11, который приводит во вращение шнек 9, в результате чего под напором очередной порции исходного материала измельченный материал выталкивается из эластичной трубы 6 и через желоб 16 высыпается в емкость 17 после чего цикл измельчения повторяется. Необходимо отметить, что установка для гидростатического тонкого измельчения твердых и хрупких материалов позволяет осуществлять ампульное измельчение проб материалов, полунепрерывное тонкое измельчение, субмикронное измельчение материалов при двухстадийном процессе. На рис. 3, 4, 5 показаны измельченные при различных гидростатических давлениях материалы – песчаник, глинистый песчаник и карбид кремния. Согласно заданным рабочим давлениям мы получаем необходимую дисперсность измельчаемого материала, подтверждаемую с помощью снимков из микроскопа модели МБС-9.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Рисунок 3 - Измельченный песчаник

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Рисунок 4 - Измельченный глинистый песчаник

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Рисунок 5 - Измельченный карбид кремния

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Вывод. Преимущества данной установки по сравнению с традиционными заключаются в следующем: – исключается засорение измельчаемого продукта; – отсутствуют пылевыделение и шум; – снижается длительность процесса измельчения (минуты вместо часов); – снижается энергоемкость процесса измельчения; – не требуется дополнительная химическая очистка (промывка и сушка); – отсутствует воздействие на фазовый состав измельчаемых веществ. – позволяет получать мелкодисперсные порошки из сверхтвердых, хрупких и пластических материалов с гранулометрическим составом 0,01-0,05 мкм. Список литературы 1. Ревнивцев В.И. Селективное разрушение минералов / В.И. Ревнивцев. – М.: Недра, 1988. – 266 с. 2. А.с. 923606 СССР. Устройство для тонкого измельчения материалов; опубл. 1982. – БИ №16. 3. Ходаков Г.С. Физика измельчения / Г.С. Ходаков. – М.: Недра, 1972. – 307 с. 4. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3 т. Т.3. / В.И. Анурьев. – М.: Машиностроение, 2006. – 928 с.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 669.184 СОПОСТАВИТЕЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ УЗЛА БЕЗЛОПАСТНОГО ВЕНТИЛЯТОРА И СОПЛА ЛАВАЛЯ М.Ю. Ткачев, М.Ю. Грищук ГОУВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ», г. Донецк, ДНР Представлены результаты сопоставительного исследования эффективности работы узла безлопастного вентилятора новой конструкции и сопла Лаваля в системах местного газоотсоса. Показано, что безлопастной вентилятор позволяет с меньшими энергозатратами и более качественно проводить удаление газопылевых выбросов от мест их образования. The results of a comparative study of the efficiency of the new design of the blade-less fan unit and the Laval nozzle in local gas pumping systems are presented. It is shown that a bladeless fan allows for less energy consumption and better removal of gas and dust emissions from the places of their formation. Ключевые слова: струйный вентилятор, безлопастной вентилятор, эффект Коанда, сопло Лаваля, система местного газоотсоса. Key words: jet fan, bladeless fan, Coanda effect, Laval nozzle, local gas pump system. Производственные процессы, как известно, сопровождаются выделением значительного количества вредных веществ в виде паров, пылевидных частиц и различных газов. Данные вещества, распространяясь в объеме помещения, вызывают изменение состава воздушной среды и тем самым представляют опасность для здоровья рабочего персонала, а также оказывают отрицательное влияние на производительность его труда. Для исключения вредного воздействия на экологическую обстановку внутри производственных помещений и создания условий труда на рабочих местах, которые соответствовали бы санитарногигиеническим нормативам, используют вентиляцию. Она должна

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

обеспечивать в рабочей зоне требуемые показатели метеорологических условий в первую очередь по чистоте воздушной атмосферы. Из всех известных видов производственной вентиляции особое место занимает местная вентиляция, которая в свою очередь может быть приточной и вытяжной. Для подачи свежего воздуха в рабочую зону или удаления из нее вредных газо- или пылеобразных веществ, как правило, используют механические радиальные (центробежные) и осевые вентиляторы. Данные вентиляторные системы, благодаря известным преимуществам, получили широкое распространение. Вместе с тем в последние годы за рубежом начаты и довольно интенсивно продолжаются работы, связанные с поиском альтернативы механическим вентиляторам. Речь идет о так называемых струйных вентиляторах, у которых отсутствуют рабочие лопасти или лопатки, а в качестве энергоносителя, обеспечивающего их функционирование, используют сжатый воздух или нейтральный газ. Данный вид вентиляторных систем до недавнего времени представляли струйные инжекторы – устройства, в которых полное давление газового потока увеличивается под действием струи другого, имеющего большую энергию, газа. При этом передача энергии от одного потока к другому осуществляется путем их смешения. Среди новых технических разработок последнего периода особый практический интерес представляют струйные вентиляторы, принцип действия которых основан на эффекте Коанда. В частности, британец Джеймс Дайсон предложил вентилятор в виде кольца, сечение которого похоже на профиль самолетного крыла [1]. На внутренней его поверхности по всему периметру расположена щель шириной 0,5…5 мм (предпочтительно 1,3 мм). Воздушная турбина, размещенная в основании вентилятора, подает воздух во внутреннюю полость кольца, который через узкую щель выходит с огромной скоростью, плавно огибает внутренний аэродинамический профиль и в центре кольца создает область разрежения, вызывающую втягивание воздушной массы с периферии. Возбуждаемый при этом вторичный воздушный поток, проходящий через центральное отверстие кольца со значительной скоростью, объединяется с первичным потоком, в результате чего формируется струя, выталкиваемая вперед из кольца, благодаря которой объем воздуха на выходе вентилятора увеличивается среднем в 10-20 раз. Данное обстоятельство позволяет выдвинуть предположение о возможности использования такого безлопастного вентилятора при создании эффективных систем

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

местной вентиляции, однако перспективы их промышленного применения требуют дополнительной проверки и экспериментального подтверждения. Достоинства вентилятора Дайсона заключаются в его безопасности, благодаря отсутствию внешних вращающихся элементов, возбуждающих газовый поток, а также в обеспечении большего расхода при одинаковой мощности в сравнении с механическими вентиляторами. Существенным его недостатком является то, что при изготовлении кольцевого сопла, сечение которого схоже с профилем самолетного крыла, очень трудно выдержать жесткие допуски на размеры, а при получении даже незначительного повреждения система не подлежит восстановительному ремонту. В связи с этим сотрудниками кафедры «Механическое оборудование заводов черной металлургии» им. проф. Седуша В.Я. ГОУ ВПО «Донецкий национальный технический университет» был разработан и запатентован вентилятор [2], у которого сопловая часть узла возбуждения направленного потока газовой среды сформирована из комплекта полых сегментов, имеющих контур внутренней поверхности, аналогичный форме продольного сечения полого кольца вентилятора Дайсона. Данные элементы размещены по кругу на оправке, а их полости сообщаются посредством изогнутых трубок с воздухораспределительной камерой, имеющей форму тора. Целью настоящей работы являлись сопоставительные исследования в одинаковых условиях эффективности функционирования узла безлопастного вентилятора новой конструкции (рис. 1 а, 2 а) и сопла Лаваля (рис. 1 б, 2 б) [3] в системах местного газоотсоса. В процессе исследований для оценки скоростей вовлекаемых и суммарных воздушных потоков использовался крыльчатый анемометр ГОСТ 6376-71 (показан на рис. 1). Продувка узлов осуществлялась компрессором с расходом воздуха 1,001×10-3 м3/с. При этом было установлено, что объемы воздуха, дополнительно вовлекаемые в систему безлопастного вентилятора и сопла Лаваля, равнялись соответственно 3,656×10-3 м3/с и 2,886×10-3 м3/с. То есть в равных условиях узел безлопастного вентилятора новой конструкции обеспечивал на 26,7 % лучшие показатели по количеству эжектируемого воздуха. Наряду с количественной оценкой эффективности функционирования данных систем проводили также и качественную оценку. Для этого воздушные потоки визуализировали при помощи дыма, подаваемого к стенду от специального генератора.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

а б Рисунок 1 – Общий вид узла безлопастного вентилятора (а) и сопла Лаваля (б) с установленным на выходе крыльчатым анемометром

б Рисунок 2 – Конструктивные схемы узла безлопастного вентилятора (а) и сопла Лаваля (б)

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Анализ результатов представленных на рис. 3 характерных картин газовых потоков, наблюдавшихся при моделировании работы системы местной вентиляции, снабженной узлом безлопастного вентилятора (рис. 3 а) и соплом Лаваля (рис. 3 б), позволяют сделать следующий вывод. В равных условиях безлопастной вентилятор более качественно позволяет эвакуировать пылегазовые образования от мест их образования.

а б Рисунок 3 – Характерные картины газовых потоков при моделировании работы системы местной вентиляции, снабженной безлопастным вентилятором и соплом Лаваля Вывод. Таким образом, результаты сопоставительного исследования эффективности функционирования узла безлопастного вентилятора и сопла Лаваля, проведенные в одинаковых условиях, свидетельствуют о более эффективной работе первого устройства, которое позволяет дополнительно вовлекать в систему на 26,7% больше воздушных масс. Благодаря этому удается достичь более качественной эвакуации пылегазовых образований от источника их образования. Список литературы 1. Пат. 2458254 РФ, МПК F04D25/08. Вентилятор / П.Д. Гэммак, Ф. Николас, К.Д. Симмондз; заявл. 10.10.2011, опубл. 10.08.2012. Бюл. № 22. 2. Пат. 2630443 РФ, МПК F24F7/00, F04D25/00, F04D29/00. Узел безлопастного вентилятора для эвакуации газопылевых выбросов из промышленных агрегатов / Е.Н. Смирнов, С.П. Еронько, М.Ю. Ткачев [и др.]; заявл. 23.05.2016, опубл. 07.09.2017. Бюл. № 25. 3. А.с. 1836993 СССР, МПК В08В15/00. Устройство для удаления вредностей / М.Я. Фарберович, В.А. Лукашев, Л.Л. Лукашева и др.; заявл. 11.08.89, опубл. 30.08.93. Бюл. № 32.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 669.18: 621.746 СНИЖЕНИЕ ДИНАМИЧНОСТИ ПЕРЕТАЛКИВАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА СИСТЕМЫ БЫСТРОЙ СМЕНЫ ПОГРУЖНЫХ СТАКАНОВ И СТАКАНОВ-ДОЗАТОРОВ МНЛЗ М.Ю. Ткачев ГОУВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ», г. Донецк, ДНР Представлены результаты аналитического исследования возможности снижения динамичности переталкивающего устройства системы быстрой смены защитных огнеупоров, экранирующих струю стали на участке промежуточный ковш – кристаллизатор машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). The results of an analytical study of the possibility of reducing the dynamism of the pushing device of the rapid change system of protective refractories that shield the steel stream at the intermediate bucket – mold section of the continuous casting machine (CСM) are presented. Ключевые слова: переталкивающее устройство, система быстрой смены, погружной стакан, стакан-дозатор, машина непрерывного литья заготовок, коэффициент динамичности. Key words: push-over device, quick change system, submerged glass, dispenser glass, continuous casting machine, dynamic coefficient. Снижение динамики машин является актуальной научнотехнической задачей, от успешности решения которой зависит возможность улучшения показателей надежности металлургических агрегатов. Особое значение данный вид задач приобретает в системах работающих в режиме удара. К подобному классу машин относятся системы быстрой смены погружных стаканов и стаканов дозаторов. В них замена вышедшего из строя огнеупора осуществляется новым в течение 0,2…0,3 с, что вызывает действие значительных инерционных нагрузок. Снижение динамичности в подобных системах возможно за счет рационализации значений движущихся масс [1, 2]. Изменение кинематических параметров невозможно, поскольку это чревато

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

возникновением аварийных ситуаций, обусловленных проходом жидкой стали в стык между огнеупорами. В работах [1, 3] было доказано, что благодаря учету динамической жесткости плунжера возможно достижение снижения его массы примерно на 24 %. При этом было предложено диаметр плунжера определять по зависимости: Fп

d пл  2

Еv

(1)

где Fп – расчетная технологическая нагрузка на привод; Е – модуль упругости материала передающего нагрузку элемента; ρ – плотность материала, из которого изготовлен элемент; v – скорость перемещения комплекта огнеупоров при их смене. Как известно, коэффициент динамичности в общем случае определяется из выражения v2 M kд  1  1  * , gf M  M 0

(2)

где g – ускорение свободного падения; f * – квазистатическое перемещение; М – масса ударяющего элемента (плунжера); М0 – масса, по которой производится удар Определим массу плунжера через его диаметр (1) и подставим во формулу (2). После преобразований имеем: kд  1  1 

v2  4M 0   gf * 1  2   d п L 

где L – длина плунжера.

(4)

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Таким образом, выражение (4) представляет из себя зависимость k д  f v, f * , M , M 0 . При этом М определяется с учетом необходимого для данных условий динамической жесткости промежуточного элемента (плунжера), передающего ударную нагрузку:





Fп ; v

(5)

А  cS ,

(6)

А

где S – площадь поперечного сечения элемента; с – стержневая скорость распространения волны напряжения в теле элемента; с

Е . 

(7)

Выражение (1) получено приравниванием правых частей выражений (5) и (5) с учетом (7). Вывод. Таким образом, было получено выражение (4) для определения коэффициента динамичности системы с учетом ряда факторов, в том числе рациональных с позиции динамической жесткости размеров плунжера гидроцилиндра переталкивающего устройства системы быстрой смены защитных огнеупоров. Список литературы 1. Ткачев М.Ю. Аналитическое исследование конструктивных параметров гидропривода переталкивающего устройства системы быстрой смены погружных стаканов слябовой МНЛЗ / М.Ю. Ткачев, Е.В. Ошовская // Сборник научных трудов ГОУВПО ЛНР «ДонГТУ». – 2017. – № 5(48). – С. 97-102. 2. Ткачев М.Ю. К вопросу учета динамической жесткости плунжера при определении геометрических параметров гидроцилиндра / М.Ю. Ткачев, С.П. Еронько // Актуальные проблемы развития транспортно-промышленного комплекса: инфраструктурный, управленческий и образовательный аспекты: матер. XV Межд. научн.практ. конф., 22-23 ноября 2018 г. – Донецк: ДонИЖТ. – 2018.– С. 113-116. 3. Ткачев М.Ю. Обоснование параметров и совершенствование системы быстрой смены погружных стаканов промежуточного ковша при производстве слябовой заготовки: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.02.13 / Ткачев Михаил Юрьевич. – Донецк, 2016. – 20 с.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 669.162.2 ЛАБОРАТОРНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПЫЛЕУГОЛЬНОГО ТОПЛИВА 1

Еронько С.П., 2 Вишневский Д.А., 1 Цыхмистро Е.С., 2 Орлов А.А., 2 Аниченко Д.А. 1 ГОУВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ», г. Донецк, ДНР 2 ГОУ ВПО «Донбасский государственный технический университет», г. Алчевск, ЛНР Представлены конструктивные особенности лабораторного комплекса для моделирования двухстадийного процесса приготовления пылеугольного топлива, предполагающего предварительное разрушение кусков угля в молотковой дробилке и последующий тонкий помол в вертикальном роторном измельчителе. The design features of the laboratory complex are presented for modeling the two-stage process for the preparation of pulverized coal, which involves the preliminary destruction of pieces of coal in a hammer mill and subsequent fine grinding in a vertical rotary grinder. Ключевые слова: модельный комплекс, пылеугольное барабанная дробилка, роторный измельчитель.

топливо,

Key words: model complex, pulverized coal fuel, drum crusher, rotary grinder. Одним из главных направлений дальнейшего совершенствование доменного производства является энергосбережение при ведении технологического процесса выплавки чугуна. Учитывая то обстоятельство, что основные энергетические затраты при получении жидкого чугуна в доменной печи связаны с расходом дорогостоящего кокса, на протяжении последних сорока лет специалистами предлагались разнообразные меры по сокращению расхода кокса на тонну производимого металла, предполагающие его замену другими видами топлива, имеющими меньшую стоимость. Наиболее перспективным в этом отношении следует считать использование пылеугольного топлива для частичного замещения кокса. Как известно, угольная пыль в доменной плавке может заменить 100 %

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

природного газа и до 40 % кокса. При этом удается также повысить производительность печи и оперативно влиять на температурное состояние горна. Эффективность технологии доменной плавки с использованием пылеугольного топлива определяется полнотой его сгорания. В свою очередь при неизменной температуре фурменной зоны режим горения пылеугольного топлива зависит от формы и размеров вдуваемых частиц угля, их пористости, порозности и химического состава. Указанные параметры мелкодисперсного топлива определяются условиями его приготовления. Такой вид альтернативного топлива получают на специальных установках (схема на рис. 1), включающих систему питающих бункеров и мельницы различного конструктивного исполнения [1]. В результате многочисленных исследований установлены оптимальные

Рисунок 1 – Классическая структурная схема современной установки приготовления пылеугольного топлива

размеры частиц пылеугольного топлива, находящиеся в пределах 35 – 100 мкм. Таким образом, для измельчения угля в условиях функционирования установок для приготовления пылеугольного топлива нужны мельницы, обеспечивающие тонкий помол зернистых материалов. Наряду с этим они также должны иметь требуемую производительность, достаточную для бесперебойной работы системы вдувания топлива в зону горна доменных печей с большим рабочим объемом. Поэтому разработка новых и модернизация существующих дробилок и мельниц, одновременно отвечающих указанным требованиям, имеет важное научно-практическое значение [2]. Одним из возможных вариантов совершенствования установок приготовления пылеугольного топлива является применение работающих в связке двух дробильных систем, позволяющих при

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

комплексном использовании получать угольную пыль требуемого качества и в нужных количествах. Разработка новых дробильных систем предполагает предварительную проверку правильности принимаемых технических решений на действующих физических моделях, что позволяет при расчете и конструировании опытных образцов оборудования данного класса избежать серьезных проектных ошибок [3]. Авторами данной статьи спроектирован и изготовлен лабораторный комплекс для модельных исследований двухстадийного процесса приготовления пылеугольного топлива, предполагающего предварительное разрушение кусков угля в молотковой дробилке и последующий тонкий помол в вертикальном роторном измельчителе. Конструктивная схема и общий вид комплекса показаны на рис. 2. Он включает бункер-питатель 4,

а б Рисунок 2 – Конструктивная схема (а) и общий вид (б) лабораторного комплекса для моделирования процесса приготовления пылеугольного топлива

имеющий в верхней своей части загрузочный люк, герметично закрываемый крышкой 5. Внутри бункера в двух подшипниковых опорах установлен вертикально расположенный вал 7, нижний хвостовик которого несет шнек 3, а верхний хвостовик связан с тихоходным валом червячного мотора-редуктора 6. При этом часть витков шнека, являющихся заборными, находится в полости бункера,

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

а остальные размещены соосно в цилиндрической камере, связывающей его с моделью молотковой дробилки 2, которая в свою очередь герметично соединена с моделью вертикального роторного измельчителя 1. Для создания избыточного давления в полость бункера может с регулируемым расходом подаваться воздух, имитирующий нейтральный газ, а в выходной трубопровод, сообщающийся посредством закрытых течек с камерой измельчителя, предусмотрена подача транспортирующего газа. Для проведения исследований, связанных с изучением процесса взаимодействия подвергаемых разрушению кусков угля с рабочими элементами молотковой дробилки, изготовили ее односекционную модель, общий вид которой приведен на рис. 3. В ее состав входит пустотелый цилиндрический корпус, передняя торцевая стенка которого выполнена из прозрачного материала, а с задней его металлической стенкой жестко связан электродвигатель постоянного тока с регулируемой частотой вращения вала, на котором установлен диск, несущий шарнирно закрепленные посредством осей молотки. Корпус модели в верхней и нижней частях имеет загрузочный и выгрузочный каналы. При этом зазоры между торцевыми стенками обоих каналов соответствуют размерам кусочков угля, поступающих на дробление и получаемых после него.

Рисунок 3 – Действующая физическая модель молотковой дробилки

Благодаря секторальным углублениям в корпусе диска, размещенные в них на осях молотки имеют возможность

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

отклонения на некоторый угол (до 30 о) от своего радиального положения как по часовой стрелке, так и против нее (фото на рис. 4).

Рисунок 4 – Возможные положения, занимаемые молотками дробилки

Для изучения особенностей процесса тонкого помола служит действующая модель вертикального роторного измельчителя (фото на рис. 5). Модель содержит выполненный из прозрачного материала цилиндрический корпус с соосно размещенным внутри в подшипниковых опорах ротором. В тело ротора на нескольких ярусах, равноудаленных по его длине, ввинчены рассредоточенные по кругу стержни. Подшипниковые опоры ротора закреплены на концах консольных балок, образующих с

Рисунок 5 – Натурная модель вертикального роторного измельчителя

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

вертикальной стенкой рамную конструкцию, несущую вертикально расположенный электродвигатель, на валу которого установлена шестерня, находящаяся в зацеплении с зубчатым колесом, размещенным на верхнем хвостовике ротора. На верхней торцевой части цилиндрического корпуса выполнены отверстия для закрытых течек, по которым в измельчитель поступает материал из модели молотковой дробилки. К нижней торцевой части корпуса измельчителя прикреплены закрытые течки, своими нижними концами связанные с коллектором. Благодаря прозрачности корпуса модели измельчителя с использованием скоростной видеосъемки можно фиксировать картины движения частиц и их взаимодействие со стержнями при вращении вертикального ротора с большой скоростью. Выводы. Предложенный лабораторный комплекс позволит провести экспериментальные исследования процесса дробления частиц угля, результаты которых послужат основой для обоснования конструктивных и энергосиловых параметров новых эффективных установок приготовления пылеугольного топлива в ходе проектирования их опытно-промышленных образцов. Список литературы 1. Ярошевский, С.Л. Выплавка чугуна с применением пылеугольного топлива. – М.: Металлургия, 1988. – 176 с. 2. Особенности вдувания пылеугольного топлива и тепловой работы фурменной зоны доменной печи / В.Ю. Шостак [и др.] // Теория и практика металлургии. – 2017. – № 3 - 4. – С. 21- 26. 3. Ульяницкий, В.Н. Анализ конструктивных особенностей и функциональных возможностей мельниц для приготовления пылеугольного топлива / В.Н. Ульяницкий, А.М. Новохатский, П.А. Петров // Сб. науч. трудов ДонГТУ. - Алчевск: ГОУ ВПО ЛНР «ДонГТУ», 2018.- № 9 (52).- С. 105 – 114.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 669.14 МОДЕРНИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ПРИВОДА КОВШОВОГО ШИБЕРНОГО ЗАТВОРА Еронько С.П., Нечепаев В.Г., Цыхмистро Е.С., Голдобин В.А., Серегин В.Э. ГОУВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ», г. Донецк, ДНР Рассмотрены проблемы перевода литейных ковшей вместимостью до 10 т на бесстопорную разливку стали, обусловленные особенностями их эксплуатации в условиях получения отливок малой массы. Отмечены первоочередные задачи, успешное решение которых подтвердит перспективность использования шиберных затворов в литейном производстве. К главным требованиям, предъявляемым к сталевыпускной системе литейного ковша малой тоннажности, следует признать автономность энергопитания привода затвора. В связи с этим предлагается модернизированный электромеханический привод, в полной мере отвечающий указанному условию. The problems of transferring foundry ladles with a capacity of up to 10 tons to non-stop casting of steel are considered, due to the peculiarities of their operation in the conditions of obtaining small castings. Priority problems are noted, the successful solution of which will confirm the prospects of using slide gates in foundry. The main requirements for the steel exhaust system of the casting ladle of small tonnage should be recognized as the autonomy of the power supply of the shutter drive. In this regard, a modernized electromechanical drive is proposed that fully meets the specified condition. Ключевые слова: литейный ковш, шиберный затвор, подача энергоносителя, электромеханический привод. Key words: foundry bucket, slide gate, energy supply, electromechanical drive. Замена стопорных устройств шиберными затворами на разливочных ковшах в сталеплавильном производстве, как известно,

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

завершилась к 1985 году. При этом на бесстопорную разливку стали были переведены ковши вместимостью 100 - 350 т [1]. Несколько позже предпринимались попытки использования шиберных систем на ковшах, эксплуатировавшихся в условиях литейных цехов машиностроительных предприятий и имевших значительно меньшую вместимость (5 – 60 т). Начиная с 2000 года, российские компании «Шибер» (г. Москва) и «Вулкан» (г. Тула) по заключенным договорам на проведение НИОКР на нескольких заводах провели производственную проверку возможности использования шиберных разливочных систем на литейных ковшах тоннажностью от 5 до 10 т. По данным специалистов указанных компаний, несмотря на обнадеживающие результаты, полученные в ходе тестовых испытаний опытных образцов шиберных затворов, промышленное их применение пока отложено на неопределенный срок [2 - 3]. Одной из главных причин этой отсрочки является несоответствие последних новшеств, заложенных в конструкцию современных затворов, особенностям условий их применения на литейных ковшах при получении отливок малой массы. Во время заливки стали в литейные формы, расположенные в определенном порядке на заданном удалении, ковш краном перемещают над рабочей площадкой, что требует переноса вслед за ним двух гибких рукавов высокого давления, подающих рабочую жидкость от стационарно размещенной гидравлической станции к приводному цилиндру шиберного затвора. Выполнение такой дополнительной операции не только заметно усложняет работу разливщика, но и сопряжено с риском нарушения целостности рукавов из-за интенсивного теплового воздействия на них и попадания брызг жидкого металла. Устранение действия данного негативного фактора требует обеспечения автономности привода затвора литейного ковша относительно подвода к его приводу энергоносителя. В этом случае альтернативой гидроприводу может стать электромеханический привод, разработанный сотрудниками кафедры механического оборудования заводов черной металлургии Донецкого национального технического университета и более 10 лет успешно эксплуатировавшийся в условиях электросталелитейного цеха Краматорского завода «Энергомашспецсталь» на 60-тонном ковше,

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

оборудованном шиберным затвором и обеспечивающим заливку стали в изложницы и формы. Привод (рис. 1) включал редуктор, совмещенный с кривошипношатунным механизмом, съемный электродвигатель и двуплечий рычаг с тягой. Редуктор выполнен соосным трехступенчатым и имеет два вала, установленных в составном корпусе на подшипниках качения. Для быстроходной шестерни и блока зубчатых колес первой ступени хвостовики обоих валов служат осями, на которых они свободно вращаются на подшипниках скольжения (бронзовых втулках). Тихоходный вал редуктора выполнен одноколенным. В качестве съемного электродвигателя в приводе использована электродрель СЭР-19М мощностью 1,2 кВт с частотой вращения выходного вала 750 об/мин. Редуктор на ковше (рис. 2) смонтирован стационарно и закреплен посредством 4-х шпилек на приваренном к его корпусу консольно расположенном фланце. Электродрель устанавливают на привод только на время разливки и крепят с помощью

Рисунок 1 – Конструкция электромеханического привода ковшового затвора

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Рисунок 2 – Размещение на разливочном ковше затвора с электромеханическим приводом

винтового зажима. К электродрели перед началом разливки стали подключают питающий кабель, по которому от сети разливочного крана подают напряжение 127 В. Управление электроприводом осуществляют с переносного пульта на удалении нескольких метров от литейного ковша. Благодаря особенности кривошипно-шатунного механизма развивать в положениях, близких к конечным, усилия, в 5 – 10 раз превышающие номинальные, данный привод позволяет перемещать подвижную огнеупорную плиту затвора даже при наличии на стенках его канала застывшей корки металла. В случае аварийного отключения электропитания затвор можно открыть и закрыть вручную. Для этого служит специальный ключ с храповым устройством, который в аварийной ситуации надевают на выведенный наружу хвостовик верхнего вала редуктора [5]. Предварительная конструктивная проработка возможности установки данного привода на литейные ковши вместимостью 10 т и менее показала, что из-за малого диаметра их корпусов требуется внесение изменений в кинематическую схему редуктора с целью

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

исключения выхода его боковой стенки за пределы нижней конической части ковша и свободного ее прохода между крюками главного подъема литейного крана во время кантования ковша для из него остатков шлакового расплава. На рис. 3 для сопоставления показаны кинематические схемы существующего и модернизированного приводов. У последнего в отличие от аналога, съемный электродвигатель установлен на корпусе редуктора вертикально и передает вращение его быстроходному валу посредством конической зубчатой пары. Кроме того, верхний конец шатуна связан с осью, жестко соединенной с двумя тихоходными колесами со смещением относительно их центров, что в совокупности образует кривошипно-шатунный механизм. Такое конструктивное решение позволило обеспечить требуемую компактность корпуса привода в поперечном сечении и вписать его в заданные габариты с учетом условий эксплуатации литейных ковшей вместимостью до 10 т.

а б Рисунок 3 – Кинематические схемы существующего (а) и модернизированного (б) приводов шиберного затвора литейного ковша

В сравнении с гидравлическим и пневматическим приводами при обеспечении функционирование скользящего затвора с

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

помощью электромеханического привода значительно упрощается подвод энергоносителя к силовому механизму разливочной системы литейного ковша во время его перемещения к расположенным на удалении формам и заполнения их жидкой сталью. Использование модернизированного электромеханического привода открывает перспективы перевода литейных ковшей малой вместимости на бесстопорную разливку стали, что в конечном итоге позволит не только снизить ее аварийность, обусловленную относительно низкой надежностью стопорных устройств, но и стабилизировать скоростные параметры заливки стали в формы и изложницы и тем самым улучшить качество получаемых отливок и кузнечных слитков. Выводы. Использование предложенного технического решения в конструкции модернизированного электромеханического привода шиберного затвора позволит его применять на литейных ковшах вместимостью от 5 до 10 т, что повысит перспективу их перевода на бесстопорную разливку стали. Список литературы 1. Пилюшенко, В.Л. Бесстопорная разливка стали / В.Л. Пилюшенко, С.П. Еронько, В.Н. Шестопалов.- К.: Техніка, 1991.- 179 с. 2. Кононов, В.А. Шиберные затворы для литейных ковшей / В.А. Кононов, А.А. Алпатов, Н.В. Кононов // Литейное производство.- 2000.- № 2.С. 27 – 29. 3 Золотухин, В.И. Шиберные системы нового поколения / В.И. Золотухин, Н.П. Соломин, С.Г. Полубесов // Металлург.- 2000.- № 1.- С. 40 –42. 4. Кононов, В.А. Разработка шиберных систем для разливки мелких слитков и мелкого литья / В.А. Кононов, В.П. Василенко, А.А. Алпатов // Новые огнеупоры.- 2013.- № 11.- С. 18 – 24. 5. Еронько, С.П. Разливка стали: Технология. Оборудование. / С.П. Еронько, С.В. Быковских.- К.: Техніка, 2003.- 216 с.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 621.774.3 ЛАБОРАТОРНЫЙ СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ НАЧАЛЬНОЙ СТАДИИ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ ТОНКОСТЕННЫХ ТРУБ КЛИНОВЫМ НОЖОМ Еронько С.П., Ошовская Е.В., Ковалева О.А., Ткачев М.Ю., Цыхмистро Е.С. ГОУВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ», г. Донецк, ДНР Освещены конструктивные особенности лабораторного стенда для исследования напряженно-деформированного состояния тонкостенной трубы в начальной стадии процесса разделения ее на части клиновым ножом. The design features of the laboratory bench for studying the stress-strain state of a thin-walled pipe in the initial stage of the process of dividing it into parts by a wedge knife are highlighted. Ключевые слова: тонкостенная деформации, изгиб, сдвиг.

труба,

клиновой

нож,

очаг

Key words: thin-walled pipe, wedge knife, deformation zone, bending, shear. При изучении особенностей технологического процесса разделения на части тонкостенных труб ножами, имеющими различную форму режущей части, исследователи уделяли основное внимание характеру взаимодействия рабочей кромки инструмента со стенкой полого профиля во время образования стружки-отхода [1, 2] и изменению усилия, создаваемого ножом по мере его перемещения [3, 4]. Тонкостенная труба, представляющая собой замкнутую цилиндрическую оболочку, при полярно симметричном силовом воздействии ножа в начальный момент реза подвергается деформации, в результате которой ее верхняя выпуклая часть изгибается вдоль оси переменным моментом, вызываемым поперечной силой, а в кольцевом направлении она испытывает растяжение или сжатие, а также чистый изгиб моментом, не зависящим от угловой координаты. Поэтому полученная опытным путем информация о форме и размерах очага деформации,

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

формирующегося в зоне реза тонкостенной трубы с момента касания ее поверхности клиновым ножом до начала внедрения его режущей части в тело полого профиля, послужит основой при поиске технических решений, направленных на повышение эффективности функционирования конструируемых ножниц [5]. Проведение экспериментальных исследований с целью получения целостной картины силового взаимодействия режущего инструмента с разделяемым на части тонкостенным полым профилем предполагает наличие специальных испытательных стендов и контрольно-измерительной аппаратуры, позволяющих с требуемой точностью фиксировать значения технологических и силовых параметров процесса резки металлических труб. В связи с этим авторами разработан стенд, включающий силовой режущий блок и измерительную систему. Силовой режущий блок, конструкция которого показан на рис. 1, включает опорную пластину 1, несущую рамку 15, посредством резьбового соединения связанную с нижними

Рисунок 1 – Конструкция силового режущего блока испытательного стенда

концами вертикальных стяжек 8 и 12. Верхние концы этих стяжек жестко связаны со специальной гайкой 10, имеющей

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

трапецеидальную резьбу и находящуюся в зацеплении с нажимным винтом 9. Между самими стяжками размещен с возможностью относительного перемещения в вертикальном направлении суппорт 5, удерживающий клиновой нож 13, под которым на несущей рамке 15 закреплена сменная разрезная втулка 14. На суппорте 5 соосно с клиновым ножом 13 установлена месдоза 6 с компенсирующей медной вставкой 7, имеющей в своей верхней торцевой поверхности углубление в виде полусферы. Такое же углубление имеется на нижнем торце нажимного винта 9, благодаря чему он посредством стального шарика 11 фиксирует соосное положение компенсирующей вставки 7 и обеспечивает равномерную передачу нагрузки на месдозу 6. К стяжке 8 посредством планки 3, имеющей возможность относительного перемещения и фиксации в нужном положении, прикреплен стрелочный индикатор 2, контактирующий своим стержнем 4 с консольной накладкой суппорта 5 и позволяющий при соответствующей настройке контролировать ход клинового ножа 13 относительно сменной разрезной втулки 14, а, значит, и размещаемого внутри нее образца тонкостенной трубы. Контрольно-измерительная система, также входящая в состав испытательного стенда, предназначена для получения информации о силовом воздействии клинового ножа на тонкостенную трубу. Система содержит месдозу, экранированный кабель для ее электрической связи с усилителем переменного тока и показывающим прибором, отображающим значения фиксируемого аналогового сигнала. Месдоза (рис. 2) конструктивно выполнена в виде полого стального цилиндра, на наружной поверхности которого с помощью специального клея закреплены 4 фольговых тензодатчика, соединенные по мостовой схеме. Причем два из них размещены вдоль образующей цилиндра и являются рабочими, а два других в кольцевом направлении, т.е. служат для температурной компенсации моста сопротивлений. В качестве инструментария испытательного стенда подготовлен сменный комплект разрезных втулок для труб с разным наружным диаметром (фото на рис. 3). В теле каждой втулки выполнены два резьбовых отверстия, благодаря которым их последовательно можно с помощью винтов фиксировать на несущей рамке под клиновым ножом силового режущего блока, а также поперечно расположенная прорезь для входа клинового ножа.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Рисунок 2 – Конструктивное исполнение месдозы для контроля силового воздействия клинового ножа на тело тонкостенной трубы

Рисунок 3 – Сменный комплект разрезных втулок для фиксации труб различного диаметра на несущей рамке режущего блока

Внешний вид стенда, подготовленного к проведению экспериментальных исследований, показан на рис. 4. Суть методики проведения экспериментов с использованием предложенного стенда состоит в следующем. Каждую партию образцов тонкостенных труб, отличающихся наружным диаметром и толщиной стенки, предполагается подвергать испытаниям, предусматривающим оказание силового воздействия клиновым ножом на контрольный образец, размещенный во втулке соответствующего

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

диаметра, имеющей сверху прорезь и предотвращающей перемещение поверхности деформируемой трубы наружу.

Рисунок 4 – Испытательный стенд, подготовленный к проведению исследований

В ходе проводимых исследований для каждого контрольного образца по показаниям индикатора будет фиксироваться прогиб верхней выпуклой поверхности трубы, при котором начинается внедрение режущей кромки клинового ножа в ее тело, а также с помощью месдозы, подключенной к усилителю, отмечаться соответствующее значение силы, необходимой для формирования в этом случае очага деформации. Используя планированный эксперимент, с помощью предложенного испытательного стенда, можно получать информацию для выведения эмпирическую зависимость прогиба тонкостенной трубы от нескольких действующих факторов (наружный диаметр трубы, толщина стенки, прочностные характеристики материала).

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Выводы. Таким образом, разработанный лабораторный стенд будет востребован для проведения научных исследований напряженнодеформированного состояния тонкостенных труб в процессе разделения их на мерные части с помощью ножей, имеющих различную форму режущей кромки. Полученные по экспериментальным данным эмпирические зависимости позволят обосновать силовые параметры режущих систем, обеспечивающих качественную резку полых круглых профилей как в стационарных условиях, так и в потоке трубосварочного стана. Список литературы 1. Боровик, П.В. Теоретическое определение силы резки ножницами фасонных профилей / П.В. Боровик, П.А. Петров // Металлургическая и горнорудная промышленность.- 2013.- № 5.- С. 41 – 44. 2. Расчет силы резания тонкостенных труб клиновыми ножами / С.П. Еронько [и др.] // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. научн. трудов.- Донецк: ДонНТУ.2003.- Вып. 24.- С. 61 – 66. 3. Лыжников, Е.И. Технологические и силовые параметры резки труб плоским ножом / Е.И. Лыжников, Е.К. Дунда // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка металлов давлением.- 2013.- № 1.- С. 137 – 140. 4. Лыжников, Е.И. Особенности технологического процесса резки труб плоским ножом / Е.И. Лыжников, Е.К. Давыденко // Обработка материалов давлением.- 2013.- № 2 (35).- С. 142 – 146. 5. Теоретические и экспериментальные исследования силовых параметров процесса резки тонкостенных труб клиновыми ножами / С.П. Еронько [и др.] // Вестник ДонНТУ.- 2016.- № 5.- С. 15 – 21.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 514.18

МЕТОДИКА РЕШЕНИЯ ГОНОМЕТРИЧЕСКИХ КОНСТРУКТИВНЫХ ЗАДАЧ О. Г. Гайдарь ГОУ ВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ», г. Донецк, ДНР В работе рассмотрена методология решения нециркульных линейчатых конструктивных задач содержащих одну гонометрическую связь.. Annotation. The paper discusses the methodology for solving non-circular linear and constructive problems containing one homometric connection. Ключевые слова: конструктивная задача, нециркульная задача, гонометрические связи, проекции. Key words: constructive problem, non-circular problem, gonometric connections, projections. Конструктивные задачи, наверное, самые древние в истории геометрии. Геометрическими построениями занимались почти все крупные древнегреческие геометры: Пифагор и его ученики, Гиппократ, Евклид, Архимед, Апполоний, Папп и многие другие. Много внимания уделяли конструктивным задачам творцы современной математики: Декарт, Ферма, Ньютон, Паскаль, Эйлер, Гаусс. В XVII-XIX веках разработана теория геометрических построений с помощью различных инструментов, отличных от принятых древними. Датчанин Мор (1672), итальянец Маскерони (1797), француз Понселѐж (1813), швейцарец Штейнер (1833), немец Адлер изучали построения, выполнимые циркулем и линейкой, и обнаружили, что циркуль позволяет решить всякую конструктивную задачу, разрешимую циркулем и линейкой и наоборот – только с помощью линейки можно решить всякую циркульную задачу [1]. С конца XIX и по конец XX веков теория геометрических построений сформировалась в обширную и глубоко развитую область математики, связанную с решением разнообразных принципиальных вопросов, уходящих в другие ветви математики [1].

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

В работе [2] мы начали рассматривать конструктивные задачи с точки зрения компьютерной реализации их решения. Была проведена классификация конструктивных задач и выявлены их элементарные составляющие – симплексы. Показано, что таких симплексов для линейчатых конструктивных задач существует всего 10. Все известные линейчатые конструктивные задачи можно свести к 344 задачам. Среди них 22 параметрических, 37 функциональных и 285 функционально-параметрических [2]. Разрешимы с помощью циркуля и линейки 143 задачи – такие задачи будем называть циркульными, остальные имеют степень уравнения выше второй, т.е. не могут быть решены с помощью циркуля и линейки – будем их называть не циркульными. Признак, по которому можно определить, является ли задача циркульной или нет, заключается в следующем. Если в задаче есть две связи (функциональные, или параметрические, или одна функциональная, а другая параметрическая), зависящие от углов, то такая задача является циркульной. Все представленные симплексы хорошо известны, но они позволяют решить только весьма ограниченные круг циркульных конструктивных задачи [3]. При этом остается не тронутым огромный пласт нециркульных задач, а также конструктивные задачи интересны с точки зрения применения геометрических преобразований [4, 5] В этой работе рассмотрим методологию решения конструктивных задач 3-й и выше степени, содержащую одну гонометрическую связь. Например, в условии задачи: «Построить прямую х на расстояниях R1, R2 от точек А, В, под углом α к прямой с и равноудаленную от точек D, E» - содержится одна гонометрическая связь [6]. При решении таких задач следует выбрать дополнительную плоскость проекций П5, перпендикулярную оси конуса Ф. Конус Ф образован осью с и углом α наклона образующих mi к оси с. В данной конкретной задаче плоскость П5 должна быть перпендикулярной прямой с. Если в задаче сказано, что необходимо построить прямую х под углом α к плоскости ∑, то дополнительная плоскость проекций должна быть параллельна плоскости ∑. В этом случае ось конуса Ф будет перпендикулярна к П5. Угол β наклона образующих mi конца Ф к плоскости П5 будет равен 90°- α. Проецируем на плоскость П5 конус Ф. Ось с конуса изобразится точкой c5, основание конуса Ф - в виде окружности К5. Основание К можно взять на любом расстоянии от вершины S. Вершина S

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

назначается в произвольном месте прямой с. На плоскость П5 проецируем и остальные фигуры задачи (рис. 1.).

Рисунок 1 - Условие примера

В заданной конкретной задаче - точки А, В, D, Е. На окружности к назначаем ряд точек 1...n. На рис. 1 назначено 12 точек. Соединим точки 1...12 с вершиной S. Получим 12 образующих mi S1...S12. Возьмем образующую S1 и преобразуем чертеж так, чтобы образующая S1 спроецировалась в точку (рис. 2.).

Рисунок 2 - Преобразование условия

Окружности с центрами в точках А7 и В7 являются множествами прямых, перпендикулярных П7 (следовательно параллельных S1, так как S1 спроецировалась на П7 в точку S7 = I7. Окружности, пересекаясь в точках Р7 и R7, задают две прямые, удаленные от точек А и В на расстояния R1, R2 и параллельные S1.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Соединим точки D7 и E7. Прямую D7E7 разделим пополам. Через середину D7E7 проведем прямую Г7, перпендикулярную D7E7. Прямая Г7 является перпендикулярной плоскости Г, перпендикулярной П7. Она содержит в себе прямые, перпендикулярные П7 и равноудаленные от точек D и Е. Заметим, что прямая DE в общем случае не перпендикулярна Г. Если же точки D и Е будут одинаково удалены от П7, то DE будет перпендикулярна Г. Когда Г7 пройдет через точку Р7 или R7, то точка Р7 или R7 будет проекцией искомой прямой х. Однако, как правило Г7 ни проходит ни через Р7 ни через R7. Между Г7 и Р7, Г7 и R7 отмечаем расстояния 1 и h. Точно такие же операции проводим по направлению остальных 11 образующих конуса Ф. По результатам замеров Δ1 и Δh строим графики. По оси х откладываем отрезки 1-2, 2-3, ..., 12-1. По оси у Δ1 и Δh. Условимся считать Δ1 и Δh положительными величинами, если Г7 ниже Pi и Ri, и отрицательными величинами, если Г7 выше Pi и Ri. Графики выполнены на рис. 3. Через точки, где графики пересекают ось х, пройдут искомые образующие х. В данном случае отмечены только две точки М и N. Разрыв графиков говорит о том, что окружности с центрами в точках А и В не пересекаются по данным направлениям. График Δh вообще не пересекает ось х. Поэтому для данной задачи существует только две искомые линии х. Обратным проецированием находим х на исходных проекциях. Пересечение графика Δ1 оси х говорит о том, что по данному направлению Гi пройдет через точки Pi и Ri.

Рисунок 3 - График решений

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Исследование. Количество решений задачи определяется количеством точек пересечения графиков Δ1 и Δh оси х и пересечением или касанием окружностей с центрами в точках А и В радиусов R1 и R2. Максимальное число решений равно 4. Также возможны 3, 2, 1 и 0 решений. Ноль решений будет, когда окружности не пересекаются (и не касаются), или графики Δ1 и Δh не пересекают оси х. Выводы. В работе рассмотрена методология решения нециркульных линейчатых конструктивных задач содержащих одну гонометрическую связь. В последующем необходимо расширить исследования методики решения задач, в которых наложены другие связи или отсутствуют вовсе.

Список литературы 1. Волошинов Д.В. Конструктивное геометрическое моделировавние как перспектива преподавания графических дисциплин / Д.В. Волошинов, К.Н. Соломонов // Геометрия и графика. - 2013. - Т. 1, Вып. 2. - С. 182185. 2. Гайдарь О.Г. Классификация и структурирование линейчатых конструктивных задач применительно к компьютерному моделированию / О.Г. Гайдарь, Д.Н. Пастернак // Проблемы качества графической подготовки студентов в техническом вузе: традиции и инновации: Матер. VII Межд. научн.-практ. конф., 2017 г. - Пермь: Издво ПНИПУ. - 2017. - Вып. 4. - С. 203-210. 3. Гайдарь О.Г. Методика решения циркульных конструктивных задач / О.Г. Гайдарь // Инновационные перспективы Донбасса: Матер. 4-й Межд. научн.-практ. конф., 22-25 мая 2018 г. В 6 т. Т. 3: Инновационные технологии проектирования, изготовления и эксплуатации промышленных машин и агрегатов. – Донецк: ДонНТУ. - 2018. - С. 1620. 4. Гайдарь О.Г. Формообразование поверхностей инверсией / О.Г. Гайдарь, Н.В. Стребиж // Сборник научных трудов Донецкого института железнодорожного транспорта. - 2020. - Вып. 56. - С. 75-81. 5. Gaidar O.G. Inversion of surfaces referred to the lines of curvature / O.G. Gaidar, E.V. Gaidar // Донецкие чтения 2016. Образование, наука и вызовы современности: Матер. I Межд. научн. конф., 16-18 мая 2016 г. – Т. 1. Физико-математические, технические науки и экология. - Ростовна-Дону: Изд-во Южного федерального университета. - 2016. - С.116119. 6. Гайдарь О.Г. Методика решения нециркульных конструктивных задач / О.Г. Гайдарь // Проблемы качества графической подготовки студентов в техническом вузе: традиции и инновации: Матер. VIII Межд. научн.практ. конф., 2019. - Пермь: Изд-во ПНИПУ. - 2019. - Вып. 5. - С 113120.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 621.22.01

РАСЧЕТ РЕКУПЕРАТИВНОГО ТЕПЛООБМЕННИКА А. А. Олексюк ГОУ ВПО «Донбасская национальная академия строительства и архитектуры» А. М. Гущин ГОО ВПО «Донецкий институт железнодорожного транспорта» Е. А. Бондарь, А. А. Бондарь ГОУ ВПО «Донецкий национальный технический университет» г. Донецк, ДНР Рассмотрен расчет простейшего рекуперативного теплообменника, предложены расчетные зависимости для определения необходимой площади теплообмена и, соответственно, для расчета необходимых размеров теплообменника при известных начальных температурах греющего (горячего) и нагреваемого (холодного) теплоносителей и при заданных конечных температурах одного из теплоносителей. Решена обратная задача – определение конечных температур одного из теплоносителей при заданных начальных температурах теплоносителей и заданных размерах теплообменника. Annotation. The calculation of the simplest recuperative heat exchanger is considered, the calculated dependencies are proposed for determining the required heat exchange area and, accordingly, for calculating the required heat exchanger sizes at known initial temperatures of the heating (hot) and heated (cold) heat carriers and at the given end temperatures of one of the heat carriers. The inverse problem is solved - determination of the final temperatures of one of the heat transfer media at given initial temperatures of heat transfer fluids and given heat exchanger sizes. Ключевые слова: теплообменный аппарат. Key words: heat exchanger. Рекуперативные теплообменники используются в различных отраслях техники при охлаждении машин. Известные методики расчета рекуперативных теплообменников имеют различные температурные граничные условия теплоносителей [1-5]. Так, в работе [1] для получения расчетной зависимости, связывающей температуры теплоносителей с площадью теплообмена,

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

использовано в качестве математической модели теплообмена уравнение теплового баланса в форме: k  t  dF  m2  c2  d (t ) ,

процесса

(1)

где k – коэффициент теплопередачи через разделяющую стенку от горячего к холодному теплоносителю (Дж/м2.с .К); о t - разность температур горячего и холодного теплоносителей ( К); 2 dF - элементарная площадка теплообмена (м ); m2 - секундный массовый расход холодного теплоносителя (кг/с); c 2 - удельная массовая теплоемкость холодного теплоносителя (Дж/кг.К); d (t ) - величина изменения температуры холодного теплоносителя. Такое уравнение теплового баланса (1) справедливо для случая, когда температура греющего теплоносителя постоянна при движении его в теплообменнике. Для случая, когда в теплообменнике изменяется температура обоих теплоносителей уравнение (1) использовать нельзя. Это вызывает необходимость получения новых зависимостей, отражающих реальные процессы теплообмена в теплообменнике. Для получения решений, отражающих реальные процессы в теплообменнике, использованы уравнения теплового баланса и расчетная схема простейшего противоточного рекуперативного теплообменного аппарата (рис.1).

Рисунок 1 – Расчетная схема противоточного рекуперативного теплообменника  t1 - начальная температура горячего теплоносителя;  t1 - конечная температура горячего теплоносителя;  t 2 - начальная температура холодного теплоносителя;  t 2 - конечная температура холодного теплоносителя.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

За начало отсчета по длине теплообменника принята точка входа в теплообменник холодного теплоносителя и начало теплообмена его с горячим теплоносителем (рис. 1). Выделим в теплообменнике элементарную площадку теплообмена dF . В пределах этой площадки будем считать, что вся теплота, использованная горячим теплоносителем, без потерь воспринимается холодным теплоносителем. Тогда уравнение теплового баланса примет вид: dQ  m1  c1  dt1  m2  c2  dt 2 ,

(2)

где dQ - количество теплоты в пределах элементарной площадки 2 dF (Дж/м ); m1 - секундный массовый расход горячего теплоносителя (кг/с); c1 - удельная массовая теплоемкость горячего теплоносителя (Дж/кг .К); о dt1 - изменение температуры горячего теплоносителя ( К); о dt 2 - изменение температуры холодного теплоносителя ( К). С другой стороны, количество передаваемой теплоты через площадку dF выражается соотношением: dQ  k (t1  t 2 )  dF ,

(3)

где t1 - промежуточная температуры горячего теплоносителя (оК); о t 2 - промежуточная температуры холодного теплоносителя ( К). Следующее уравнение теплового баланса можно получить из условия, что количество теплоты от горячего теплоносителя к холодному, определяемое из уравнения (2), равно количеству теплоты, полученное по уравнению (3). Из этого условия можно составить уравнение (4) dQ  m1  c1  dt1  m2  c2  dt 2  k (t1  t 2 )  dF .

С использованием уравнений получаем следующее соотношение

теплового

mc  k  1  1 1 (t1  t 2 )  dF  d (t1  t 2 ) . m1c1  m2 c2 

баланса

(4) (2)…(4)

(5)

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

В уравнении (5) две переменные величины: F и (t1  t 2 ) . Такое уравнение можно интегрировать. Разделяем переменные в уравнении (5) d t1  t 2  k  (1  b)  dF , t1  t 2 m1c1

где b 

(6)

m1c1 . m2 c 2

Интегралы от левой и правой частей уравнения (6) будем вычислять как определенные, в которых величина (t1  t 2 ) будет

изменяться в соответствии с обозначениями к рис.1 от (t1  t 2 ) до   (t1  t 2 ) , переменная величина F - от 0 до F .

После интегрирования уравнения (6) получаем зависимость (7)   t1  t 2 kF ln  (1  b) .   m1c1 t1  t 2

(7)

В уравнении (7) связаны начальные и конечные температуры теплоносителей, массовые расходы этих теплоносителей с площадью теплообмена. Однако вести расчеты по этой формуле не представляется возможным, так как конечные температуры теплоносителей взаимосвязаны. Для установления связи между конечными температурами t1 и  t 2 проинтегрируем уравнение (2), в результате чего получим

m1c1     (t1  t1 )  t 2  t 2 . m2 c 2

(8)

Преобразуем уравнение (8) выразим и подставим в уравнение (7)  m c t1 1  1 1 m2 c 2 ln 

 mc   t 2   1 1  t1 m2 c 2 mc kF   1  1 1    m1c1  m2 c 2 t1  t 2

  . 

(9)

Из уравнения (9) непосредственно определяется необходимая площадь теплообмена и, соответственно, размер теплообменника при

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

заданных начальных температурах теплоносителей конечной температуре горячего теплоносителя t1 . При поверочном расчете теплообменника для конечной температуры горячего теплоносителя t1 площади теплообмена F потенцируем уравнение некоторых алгебраических преобразований получаем

и заданной определения по заданной (9). После

 kF  1  b   1 exp  1 b     m1c1  t1  t1   t2  .  kF   kF  1  b   b 1  b   b exp  exp  m c m c  1 1   1 1 

(10)

В уравнениях (9) и (10) заданной может быть не t1 , а t 2  . После подобных преобразований получаем следующие соотношения: ln

  t1  t 2 









kF (1  b) m1c1

;

1  t1  t 2  1  1   t 2 b b    kF  b  1 exp  kF 1  b  1  b  1  exp      m1 c1   m1 c1  . t2  t2   t1   kF   kF 1 1  b  1  b  b  exp  1  exp   m1 c1   m1 c1 b

(11)

(12)

Формулы (10) и (12) для определения конечных значений теплоносителей имеют ограничения по области применения. Так, при b

m1c1 0  1 возникают неопределенности типа . Для раскрытия этих m2 c 2 0

неопределенностей используют правило Лопиталя, согласно которому предел отношения двух функций равен пределу отношений их производных. В результате преобразований получим: kF 1   m1c1 t1  t1  kF  t 2  kF 1 1 b 1 m1c1 m1c1

;

(13)

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

kF 1   m1c1 t2  t 2  kF  t1  kF 1 1 b 1 m1c1 m1c1

(14)

Выводы. Формулы (13) и (14) являются расчетными для определения конечных температур теплоносителей при заданных начальных температурах теплоносителей и заданных размерах рекуперативного теплообменника. Список литературы 1. Теплотехника: учебник для вузов / А. П. Баскаков [и др.]. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 224 с. 2. Кудинов, В. И. Аналитические решения параболических и гиперболических уравнений тепломассопереноса: учеб. пособие / В. И. Кудинов, В. А. Кудинов. - М: ИНФРА-М, 2013. - 390 с. 3. Математическая модель нестационарного охлаждения газов в теплообменном аппарате / Ю. В. Александров [и др.] // Авиационные двигатели. - 2018. - № 1. - С. 49-53. 4. Алифанов, А. В. Двумерное стационарное температурное поле системы ограниченных разнородных цилиндров, находящихся в идеальном тепловом контакте / А. В. Алифанов, В. М. Голуб // Инж.-физ. журн. 2003. - Т. 76. - № 1. - С. 173–177. 5. Malakhova, T. V. Investigation of the heat transfer from oscillating cylinder by the VVD method / T. V. Malakhova, Y. A. Dynnikov // Механика неоднородных жидкостей в полях внешних сил. Вихри и волны: сб. тезисов докладов межд. научн. школы молодых ученых и специалистов, 25 июня-1 июля 2011. - Москва: МАКС Пресс, 2011 г. - С. 32.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 669.02/09

КУМУЛЯЦИЯ РАЗРУШАЮЩИХ УСИЛИЙ ПРИ ДИСПЕРГИРОВАНИИ МАТЕРИАЛОВ В МЕТАЛЛУРГИИ Э.П. Левченко ГОУ ВПО ЛНР «ДОНБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ», г. Алчевск, ЛНР Рассмотрены основные вопросы накопления и наиболее рационально распределения энергии разрушения между материалом и рабочими элементами дробильно-измельчительных машин, что приводит к повышению эффективности процессов диспергирования. Annotation. The main issues of accumulation and the most rational distribution of fracture energy between the material and the working elements of crushing and grinding machines are considered, which leads to an increase in the efficiency of dispersion processes. Ключевые слова: дробильно-измельчительные машины, кумуляция, накопление энергии разрушения, повышение эффективности процессов диспергирования, металлургия. Key words: crushing and grinding machines, cumulation, the accumulation of fracture energy, increasing the efficiency of dispersion processes, metallurgy. При общих энергетических затратах на процессы диспрегирования в мире расходуется около 20 % всей электроэнергии половина идет на переработку минерального сырья [1], при этом коэффициент полезного действия редко превышает 1 %, когда ежегодно на дробильно-измельчительные процессы расходуется около 70 млрд. кВч электроэнергии. На рабочие органы расходуется более 2,5 % производства всего металла, а капитальные затраты в металлургической промышленности на процессы дробления и измельчения достигают 40 % стоимости оборудования [2]. Следовательно, комплексное, всестороннее усовершенствование процессов диспергирования в металлургии является особо актуальным и требует развития и создания машин и способов, обеспечивающих повышение эффективности.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Основным процессом окускования железных руд на сегодняшний день является агломерация, при котором заранее подготовленная шихта загружается на агломерационную машину конвейерного типа, поджигается сверху и спекается путем перемещение зоны горения от верхних к нижним слоям за счет просасывания через них воздуха с помощью вакуумкамер. Флюсы являются необходимой добавкой к шихте, так как улучшают металлургические свойства агломерата и служат для понижения температуры пустой породы, образующей шлаки, тем самым способствуя образованию легкосплавных соединений, покрывающих поверхность расплавленного металла от печных газов и кислорода воздуха. Известняк относится к основным флюсам и представляет собой минерал кальцит СаСО3, включающий в себя 56% оксида кальция и 44% углекислого газа. В качестве заменителей флюсов, с целью экономии материальных затрат и улучшения условий плавки в жидкую сталь вводят побочные продукты, образующиеся в металлургическом производстве, к которым относятся бой шамотного кирпича, шлак, мартеновский, конвертерный и сварочные шлаки, колошниковая пыль, окалина, а также оксиды железа из хвостохранилищ. Как правило, еще на этапе проектирования дробильноизмельчительной машины в ее конструкцию закладывается возможность реализации того или иного способа разрушения материала, которые зависят от многих факторов, в первую очередь к которым относятся: — крупность исходного материала; — крупность и фракционный состав готового продукта; — физические свойства материала (твердость); — ожидаемая производительность машины; — энергозатраты; — габаритные размеры машины. В основном для разрушения твердых и хрупких материалов применяют раздавливание, для сырья, характеризующегося средней вязкостью предпочитают раскалывание, а для более слабых материалов реализуют ударное нагружение. Зависимости удельного расхода энергии от размера разрушаемых частиц на основе использования различных гипотез показана на рисунке 1 [1].

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Рисунок 1 – Удельный расход энергии от размера разрушаемых частиц

Применяемые для диспергирования в металлургии дробильноизмельчительные машины осуществляют разрушение материалов преимущественно одним из нескольких реализуемым в них способом наложения разрушающих усилий (рис. 2): щековая дробилка – раздавливание; конусная дробилка – раздавливание и истирание; конусная гирационная дробилка – раздавливание; валковая дробилка с цилиндрическими валками – раздавливание; длиннозубчатая валковая дробилка – продавливанием через колосники (срезом); молотковая дробилка – свободным ударом на лету; барабанная мельница – ударом и истирание; дисковая мельница – истиранием. В связи с таким принципом обеспечения воздействия на материал создание условий более высокой концентрации нагрузки практически не осуществляется, разве что за исключением мельниц барабанного типа (шаровых и стержневых) и то обладающих повышенными энергозатратами и вероятностью переизмельчения материала. Таким образом, возникают предпосылки создания дробильноизмельчительной техники с повышенными характеристиками

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

показателей эффективности работы, которые условно можно классифицировать таким образом: – комбинированного действия, сочетающей в себе одновременно процессы дробления и измельчения и различные виды разрушения, протекающие последовательно; – многоступенчатой обработки материалов до необходимой крупности; – повышение степени энергии, идущей непосредственно на полезное разрушение исходного материала.

Рисунок 2 – Основные разновидности дробильно-измельчительных машин, обеспечивающих кумуляционный эффект при диспергировании материалов

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

В настоящее время к перспективным дробильноизмельчительным машинам (рис. 2), в которых возможна организация накопительного эффекта на материал можно отнести многоступенчатую одновалковую зубчатую дробилку [3] (рис. 2а); молотковую дробилку с комбинированным подвесом бил на роторе [4] (рис. 2б); разгонно-ударную мельницу [5] (рис. 2в); роторноударный измельчитель прямого стесненно удара [6] (рис. 2г), барабанную мельницу с многогранной мелющей загрузкой [7] (рис. 2д), а также дисковую дробильно-измельчительную машину режуще-истирающего действия [8] (рис. 2г). Все приведенные конструкции дробильно-измельчительных машин и принцип их воздействия на материал в разной степени обеспечивают кумуляцию разрушающих усилий в процессе диспергирования, что гарантирует снижение энергозатрат за счет повышения коэффициента полезного действия. В некоторой мере они частично уже исследованы, однако требуют дальнейшего изучения с целью научного обоснования процессов их работы, для чего предполагается выполнение теоретических исследований и физических экспериментов. Выводы. Развитие научного обоснования принципов работы и конструктивного исполнения дробильно-измельчительных машин на основе кумуляционного воздействия на материал позволит повысить эффективность процессов диспергирования в металлургии и улучшить фракционных состав готового продукта, что обеспечивает более рационально протекание металлургических технологических процессов. Список литературы 1. Малич, Н.Г. Анализ и переспективы развития отчественных машин для дробления твердых материалов / Н.Г. Малич, В.С. Блохин, А.О. Дегтярев // Горный информационно-аналитический бюллететь, 2008. – С. 365–380. 2. Блохин, В.С. Основные параметры технологических машин. Ч.1. Машины для дезинтеграции твердых материалов: учебное пособие. / В.С. Блохин, В.И. Большаков, Н.Г. Малич. – Днепропетровск: ИМАпресс, 2006. – 404 с. 3. Пат. 108618 U Украина, МПК В 02 С 4/00, В 02 С 4/10. Способ многоступенчатого дробления агломерата в одновалковой зубчатой дробилке / Банников Ю. Ю., Мороз В. В., Левченко Э. П.; заявители и патентообладатели Банников Ю. Ю., Мороз В. В., Левченко Э. П. – № u201600509; заявл. 22.01.2016; опубл. 25.07.2016, Бюл. № 14. – 5 с. 4. Пат. Российской Федерации на изобретение 2683547, МПК В 02 С 13/16. Ротор молотковой дробилки / Жильцов А.П., Власенко Д. А., Левченко Э.П., Вишневский Д. А. заявитель и патентообладатель Федеральное бюдж. образ. учрежд. высш. обр. Липец. гос. техн. ун-т – № 2018116102;

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

заявл. 27.04.2019; опубл. 28.03.2019, Бюл. № 10. – 5 с. Пат. Российской Федерации 2029618, МПК В 02 С 13/24. Центробежная дробилка / Онопченко А.Н., Зинченко А.М., Левченко Э.П., Сухомлин Р.М.; заявитель и патентообладатель Левченко Э.П. – № 4904937; заявл. 24.01.1991; опубл. 27.02.1995, Бюл. № 6. – 4 с. Павлиненко, О.И. Повышение эффективности раскалывания стальной дроби в шаровой мельнице / О.И Павлиненко, Э.П. Левченко, О.А. Левченко и др. // Сборник научных трудов ДонГТУ. Вып 5 (48). – 2016. – С. 86–91. Павлиненко, О.И. Аналитические приемы обоснования основных параметров процесса раскалывания стальной дроби стесненным ударом / О.И Павлиненко, Д.А. Власенко, Э.П. Левченко // Сборник научных трудов ДонГТУ. Вып. 58. – 2019. – С. 106–112. Левченко, О.А. Комбинированные дробильно-измельчительные машины и возможности их применения для измельчения отходов шамотного кирпича / О.А. Левченко, Э.П. Левченко, А.М. Зинченко и др. // Сборник научных трудов ДонГТУ. Вып. 33. – 2011. – С. 171–179.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 669.02/09

МНОГОСТУПЕНЧАТОЕ ФРАКЦИОНИРОВАНИЕ АГЛОМЕРАТА РАЦИОНАЛЬНОЙ КРУПНОСТИ В.В. Мороз, Э.П. Левченко, А.М. Зинченко, О.А. Левченко ГОУ ВПО ЛНР «ДОНБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ», г. Алчевск, ЛНР Рассмотрены основные вопросы получения агломерата рационального фракционного состава путем расширения возможностей одновалковой зубатой дробилки за счет организации в рабочей камере многоступенчатой схемы диспергирования. Annotation. The main issues of obtaining an agglomerate of rational fractional composition by expanding the capabilities of a single-gear toothed crusher due to the organization in the working chamber of a multistage dispersion scheme are considered. Ключевые слова: агломерат, одновалковая зубчатая дробилка, многоступенчатое дробление, фракционный состав. Key words: agglomerate, single-roll gear crusher, multistage crushing, fractional composition Современное состояние фракционной подготовки агломерата к использованию в качестве сырья в доменных печах предполагает в дроблении предварительно спеченной железорудной шихты с помощью одновалковых зубчатых или щековых дробилок с последующим отсевом мелких фракций (менее 5 мм), идущих на возврат [1]. При использовании как щековых, так и одновалковых дробилок применяется одноступенчатая схема дробления аглопирога, что не позволяет в полной мере привести крупность готового продукта к рациональным размерам, способствующим лучшему протеканию доменного процесса. С точки зрения металлургических требований готовый агломерат должен иметь выровненный гранулометрических состав, желательно структурированный по разной крупности. При этом лучшим вариантом является полное отсутствие части менее 5 мм в скиповом агломерате.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Так как при существующем парке дробильного оборудования такого фракционирования добиться не удается, а сами предприятия не готовы к кардинальному переустройству парка имеющегося у них оборудования, принято решение технологического совершенствования процесса дробления аглоспека в наиболее распространенной для этого конструкции одновалковой зубчатой дробилки на основе многоступенчатого наложения усилий с целью получения готового агломерата однородной и стабильной крупности, обладающего повышенной прочностью по сравнению с обычным агломератом. Объект исследования представляет собой технологический процесс дробления агломерационного спека в одновалковой зубчатой дробилке многоступенчатого действия. Предмет исследования конструкция рабочие органы одновалковой зубчатой дробилки и основные динамические, кинематические и технологические показатели процесса дробления агломерата. Конструктивная схема одновалковой зубчатой дробилки (рис. 1) представлена усовершенствованной структурой типовой машины путем модернизации колосниковой решетки и рабочих элементов звездочек ротора [1].

Рисунок 1 – Многоступенчатая одновалковая зубчатая дробилка

Теоретический анализ условий подачи пирога агломерата на дробление и его взаимодействия со звездочками ротора и элементами колосниковой решетки предполагают, что в качестве научной новизны могут выступать такие положения: 1. Дальнейшее развитие представления об определении условий подачи аглоспека по ровной направляющей, позволяющее рассчитать

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

значение скорости при подаче в рабочую камеру одновалковой зубчатой дробилки (1), а для направляющей с изломом оценить величину этой подачи (2), достигающей 0,5 м/с (рис. 2). 2. Впервые разработанная математическая модель движения куска агломерата по вращающейся плоскости зуба звѐздочки ротора (3), позволяющая определить величину его сползания, а также угол дополнительного расширения зоны рабочей камеры при многоступенчатом дроблении с учетом длины дополнительных консольных колосников (рис. 3). 3. Впервые полученная математическая модель изменения координаты куска агломерата при движении по зубу звездочки ротора с учетом изменения коэффициента трения движения (4), приводящего к расширению зоны дробления по высоте рабочей камеры (рис. 4). 4. Впервые обоснованы геометрические и размерные параметры профильных (дугообразных) колосников с целью обеспечения требуемой производит многоступенчатой одновалковой зубчатой дробилки. Скорость движения пирога агломерата по ровной направляющей определяется формулой

V1  2  g  l   sin   f  cos    V02

(1)

где g – ускорение свободного падения, l – длина пути сползания пирога, f – коэффициент трения материала аглоспека о поверхность наклонной направляющей, α – угол наклона плоскости направляющей поверхности, V0 – скорость пирога в начале его перемещения (скорость движения спекательной тележки (паллеты) агломашины). Зависимость перемещение изломом от времени имеет вид

аглоспека

по

направляющей

S  0, 289  e1,674t  2,789  e1,674t  2,503

(2)

где t – время движения пирога агломерата. График зависимости перемещения правого конца агломерата, при подаче на колосниковую решетку внутрь рабочей зоны одновалковой зубчатой дробилки представлен на рис. 2.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Рисунок 2 – Зависимость перемещения аглоспека от времени по направляющей с изломом

Зависимости закона движения куска агломерата при его подъеме в верхнюю часть рабочей камеры дробилки зубьями ротора приведены на рис. 3–4.

Рисунок 3 – Зависимость величины сползания куска от времени при различных значениях коэффициента трения f при n=6 об/мин

Из графика на рис. 3 следует, что уменьшение коэффициента трения приводит к увеличению величины перемещения куска агломерата от конца зуба звездочки ротора к центру вращения.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Наибольшая величина такого перемещения соответствует времени поворачивания ротора в пределах 0,4 с.

Рисунок 4 – Зависимость величины сползания куска от времени при различных значениях частоты вращения ротора и коэффициенте трения f=0,35

Найдено влияние расположения куска агломерата в начальный момент времени на прогнозируемое его дробление за счѐт консольных колосников. На основании проведенных аналитических исследований схему многостадийной работы одновалковой зубчатой дробилки можно представить в виде рис. 5. 1 – зона, в которой куски агломерата всегда попадут в рабочую область дробления. 2 – ширина рабочей области, зависящая от размеров по высоте консольных колосников. 3 – зона относительного покоя куска агломерата на плоскости зуба. 4 – расширение зоны дробления определѐнной решением дифференциального уравнения относительного движения куска агломерата.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Рисунок 5 – Схема многостадийной работы и зоны дробления

При увеличении угловой скорости вращения ротора в два раза n=12 об/мин от базового варианта, зона относительного покоя куска агломерата практически остаѐтся неизменной и составляет 53,13º, но еѐ положение смещается в сторону вращения ротора. Таким образом, зона дробления расширяется. Для исключения потери производительности дробилки общая рабочая площадь зазоров между колосниками модернизированной конструкции должна быть не менее аналогичной рабочей площади в применяемой дробилке [2-4] Sм 

 Nк  1)    Lрт  Lк  N   aт aм

(3)

где Nк – количество колосников колосниковой решетки; Lрт – рабочая длина плоских колосников типовой конструкции дробилки; N – количество консольных колосников на одном профильном колоснике; ам – рабочий зазор между полукруглыми колосниками модернизируемой конструкции дробилки; ат – рабочий зазор между плоскими колосниками типовой конструкции дробилки.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

В настоящее время ведутся работы по подготовке экспериментальной физической модели одновалковой зубчатой дробилки к проведению экспериментальных исследований на основе теории подобия и многофакторного планирования эксперимента [5-6]. Выводы. Фракционная подготовка аглоспека в многоступенчатой одновалковой зубчатой дробилке путем доступной модернизации типовой конструкции машины позволяет максимально приблизить размеры готового агломерата к рациональным с точки зрения доменной плавки Список литературы 1. Жилкин, В.П. Производство агломерата. Технология, оборудование, автоматизация / В.П. Жилкин, Д.Н. Доронин. – Екатеринбург: Уральский центр ПР и рекламы, 2004. – 292 с. 2. Мороз, В.В. Инновационной способ дробления горячего агломерата на основе минимальной модернизации конструкции типовой одновалковой зубчатой дробилки / В.В. Мороз, Э.П. Левченко // Инновации в информационных технологиях, машиностроении и автотранспорте: сборник материалов Международной научно-практической конференции. – Кемерово: ФГБОУ ВО Кузбас. гос. техн. ун- т им. Т.Ф. Горбачева, 2017. – С. 354–356. 3. Мороз, В.В. Оценка и уточнение условий подачи аглоспека в рабочую зону одновалковой зубчатой дробилки / В. В. Мороз, В.И. Рубежанский, Э.П. Левченко // Сборник научных трудов ДонГТУ. – 2018. – Вып. 9 (52). – С. 142–148. 4. Мороз, В.В. Анализ обеспечения возможностей организации многостадийной работы одновалковой зубчатой дробилки / В.В. Мороз, В.И. Рубежанский, Э.П. Левченко // Сборник научных трудов ДонГТУ. – 2017. – Вып 5 (50). – С. 153–157. 5. Мороз, В.В. К вопросу многостадийной обработки материала в одновалковой зубчатой дробилке / В.В. Мороз, В.И. Рубежанский, Э.П. Левченко // Сборник научных трудов ДонГТУ. – 2019. – Вып 19 (58). – С. 43–47. 6. Мороз, В.В. Многоступенчатая обработка агломерата как направление повышения эффективности работы доменной печи / В.В. Мороз, Э.П. Левченко // Материалы конференции «Экология и безопасность жизнедеятельности-2019»: Сб. научн. трудов. – Алчевск: ВУО МНЭБ, ДонГТУ, 2019. – С.21-25.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 620.9.008 ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ ДРОБИЛЬНО-СОРТИРОВОЧНЫХ КОМБИНАТОВ В УСЛОВИЯХ ДНР Пенчук В. А., Скрыпник Е.С. ГОУ ВПО «ДОНБАССКАЯ НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ» г. Макеевка, ДНР На примере технологии производства доломита, принятой на Докучаевском заводе, была разработана методика повышения эффективности старых технологических линий за счет ведения электронного учета всех поломок и ремонтов. Annotation. Using the example of the dolomite production technology adopted at the Dokuchaevsky plant, a method was developed to improve the efficiency of old production lines by keeping electronic records of all breakdowns and repairs. Ключевые слова: доломит, дробильно-сортировочная линия, оборудование старое, надежность, ресурс, математическая модель. Key words: dolomite, crushing and sorting line, old equipment, reliability, resource, mathematical model. ОАО «Докучаевский флюсо-доломитный комбинат» - крупное горно-обогатительное предприятие по добыче и производству известняков и доломитов для металлургической промышленности. Предприятие основано в 1912 году. Еще в начале ХХI века комбинат являлся одним из крупнейших горно-обогатительных предприятий Украины по добыче и производству флюсовых известняков (обычных и доломитизированных), а также единственным предприятием по добыче и производству металлургических доломитов. Так в 2004 году объем производства товарной продукции за год составил 7 млн. 643 тыс. тонн в год, в том числе для нужд металлургической промышленности 5 млн. 829 тыс.тонн. Продукция комбината отгружается более 200 потребителям, в том числе металлургическим заводам Украины: Донецкому, Макеевскому, Мариупольским Ильича и Азовсталь, Запорожскому, Енакиевскому,

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Днепропетровскому и др., а также строительным организациям, предприятиям сахарной, химической, стекольной и цементной промышленности Переработка полезного ископаемого осуществляется на дробильно-обогатительных фабриках: ДОФ-1, ДОФ-2, ДОФ-3 и циклично-поточной технологической линии (ЦПТЛ) на карьере «Центральный» и цехом обжига доломита. Кроме того, имеется комплекс вспомогательных цехов и служб. Всего на предприятии работало в указанные годы более 3,5 тыс. человек. Как видно из сказанного, ГП «Докучаевский флюсо-доломитный комбинат» было одним из крупнейших горнодобывающих предприятий Донбасса. Он был оснащен современной техникой, так как карьеры комбината обеспечены балансовыми запасами полезных ископаемых на десятки лет и имеют перспективу по их приросту. За последние 10-15 лет технологическое оборудование практически не обновлялось. В Докучаевск трудится практически под ежедневными обстрелами. В условиях войны на Донбассе в 2015-2020 годах работа на ГП «Докучаевский флюсо-доломитный комбинат» не останавливалась ни на день. Основным потребителем продукции являются металлургические предприятия ДНР и ЛНР. В таких экстремальных условиях особо актуальны вопросы надежности и оперативного ремонта оборудования [1, 2]. Надежность оборудования – один из основных показателей процесса эксплуатации. Основные положения надежности как свойства объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортировки описаны в работах [3, 4, 5]. Повышение надежности сложных технических систем в условиях эксплуатации происходит, используя следующие методы: - разработка научных методов эксплуатации; - сбор, анализ и обобщение опыта эксплуатации; связь проектирования с производством изделий машиностроения; - повышение квалификации обслуживающего персонала, детально проанализированы в работах [6, 7, 8]. Некоторые аспекты модернизации старого дробильно-сортировочного оборудования изложены в работе [9], в основном речь идет об электрооборудовании с точки зрения интенсивности его загрузки. Целью данной работы является разработка методологии

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

повышения эффективности рабочих процессов ДСК за счет использования современных методов учета и хранения информации об отказах и поломках оборудования всего комплекса. Поскольку предприятие ГП «Докучаевский флюсо-доломитный комбинат» работает около 100 лет, необходима глубокая и современная модернизация оборудования, позволяющая существенно сократить время получения готовой продукции, снизить максимально потребляемую мощность, повысить надежность процесса переработки горной массы. На рис. 1 представлена схема только одного из объектов предприятия, и даже она показывает, насколько разнообразно используемое оборудование. На грохотах № 7, 8 получается две товарные фракции известняка 80-130 мм и 40-80 мм, которые конвейерами соответственно № 26, 25 транспортируются в бункера или склад (лк 27, 29). Подрешетный продукт грохотов № 7, 8 крупностью 20-50 мм поступает на ленточный конвейер № 39 и более на лк № 22, где смешивается с известняком фракции 20-50 мм. Подрешетный продукт грохотов № 2, 20 и № 3, 4, 5, 6 крупностью 0-20 мм с ленточного конвейера № 21 поступает на конвейерную откатку лк № 51, 52, 53 и далее на 2 грохота ГУП 2к, где образуется товарная фракция известняка 5-20 мм – надрешетный продукт и транспортируется лк № 57 на склад. Подрешетный продукт грохотов, крупностью 0-5мм поступает на ленточные конвейера предприятия-потребителя. Как видно из схемы рисунка 1, она представлена двумя дробилками (ШДП-15/21 и КСД2200Гр), 56-ю ленточными конвейерами, 12-ю грохотами, 20-ю промежуточными бункерами и складами под каждый размер готовой продукции. Разветвленные технологические схемы имеют место на ДОФ-2, которая занимается переработкой доломитов. На ЦПТЛ производится переработка известняков. При эксплуатации технологической линии большую роль играет накопленный опыт и накопленные данные, которые необходимо использовать не только для решения задач сегодняшнего дня, но и для объективного прогноза будущих отказов. Большое значение имеет правильная организация сбора сведений об отказах, при этом очевидно, что содержание мероприятий по сбору таких сведений определяется типом оборудования и особенностями его эксплуатации.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ Исход. известняк 0-1000 мм

Приемный бункер

Колосн. грохот

Пластинч. питатель

№1

Дробилка шековая ЩДП – 15/21

0-250 мм

лк 1 лк 3 Колосник грохот

№5

Грохоты ГИЛ-52

Конусная дробилка КСД-2200Гр

№20

40-130 мм

№2

+130 мм

лк 5

0-130 мм

40-130 мм 20-40 мм

20-40 мм

0-130 мм

лк 7

20-130 мм

лк 113

лк 11

0-130 мм

лк 14

Грохоты ГЖ-12

Грохоты ГЖ-9

№7

№3 20-40 мм

0-20 мм

40-130 мм

0-20 мм

№4 20-40 мм

40-130 мм

0-20 мм

№5 20-40 мм

20-40 мм

40-130 мм

20-40 мм

№6

№8 20-40 мм

лк 25

0-20 мм

40-80 мм

лк 26

лк 17

40-130 мм

лк 116

20-40 мм

лк 19

80-130 мм

30130 мм

0-20 мм

40-80 мм

лк 28 лк 28

Бункеры лк 21

0-20 мм

лк 53

Склад лк 20

лк 52

20-40 мм

лк 39

Склад кр. 10-20 мм

0-10 мм

10-20 мм

лк 57

10-20 мм

20-40 мм

№1

80130

40-80

лк 51 Грохоты ГУП-IIк

80-130 мм

лк 16

40-80 мм

лк 15

лк 20

лк 12

лк 13

80-130 мм

0-130 мм

40-80 мм

лк 21

№2

лк 22 лк 24

0-10 мм

м 0-10 м

лк 55

лк 157

лк 54

лк 30 Отвал 20-40

Склад

лк 28 Бункеры 20-40 мм

Рисунок 1 - Схема цепи аппаратов ДОФ

Возможными источниками статистической информации могут быть сведения, полученные по результатам различных видов испытаний и эксплуатации, которые оформляются периодически в виде отчетов о техническом состоянии и надежности изделий. Изучение особенностей их поведения дает возможность использовать

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

накопленные данные для прогнозирования последую-щих отказов. Таким образом, сбор и обобщение данных об отказах изделий — одна из важнейших задач, на которую должно быть обращено особое внимание. Эффективность эксплуатационных мероприятий во многом зависит от квалификации обслуживающего персонала. Однако влияние этого фактора неодинаково. Так, например, при выполнении в процессе обслуживания довольно простых операций влияние высокой квалификации работника сказывается мало, и наоборот, квалификация обслуживающего персонала играет большую роль при выполнении сложных операций, связанных с принятием субъективных решений (например, при регулировании элементов гидроприводов, настройке нажимных устройств, монтаже подшипников жидкостного трения и т.д.). Для сложных технических систем в нормативно-технической документации устанавливают виды технических обслуживании (TO-1, TO-2) и ремонтов (текущий, средний, капитальный). На стадии эксплуатации изделий проявляются технико-экономические последствия низкой надежности, связанные с простоями техники и затратами на устранение отказов и приобретение запасных частей. С целью поддержания надежности изделий на заданном уровне в процессе эксплуатации необходимо проводить комплекс мероприятий, который может быть представлен в виде двух групп: мероприятия по соблюдению правил и режимов эксплуатации; мероприятия по восстановлению работоспособного состояния. На рис. 2 приведена графическая интерпретация возможных состояний некоторого i-го оборудования

t0 = 0 – начало эксплуатации; t1, t5 – моменты отключения по технологическим причинам; t2, t4, t6, t8 – моменты включения объекта; t3, t7 – моменты вывода объекта в ремонт, соответственно, средний и капитальный; t9 – момент прекращения эксплуатации; t10 – момент отказа объекта. Рисунок 2 - Развитие отказов с учетов времени эксплуатации

Технический ресурс (наработка до отказа) некоторой вертуальной технической машины в дробильно-сортировочном комплексе ТР = t1+ (t3 – t2 ) + (t5 – t4) + (t7 – t6) + (t10 – t8). (1) Назначенный ресурс ТН = t1 + (t3 –t2 ) + (t5 – t4 ) + (t7 –t6 ) + (t9 –t8 ). (2)

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Срок службы объекта ТС = t10 . (3) Для большинства объектов НТТМ в качестве критерия долговечности чаще всего используется технический ресурс. Представленная схема (рис. 2) наглядно показывает весьма сложную внутреннюю и внешнюю организацию технологической линии ДОФ-1. Оценка текущих процессов в параметрах, t0 ; t1, t2 t3, t4 t5;, t6 t7, t8 ; t9 ; t10 в режимах их функционирования позволяет исследовать их различные условия эксплуатации на единой методической основе. Как видно из табл., изменения характеристичных параметров t0…….t10 можно получить экспериментально разных типов оборудования дробильно-сортировочного комплекса в некоторой табличной форме. Таблица - Фиксируемые характеристики изменения состояний технологического оборудования ti t1 t2 t4 tK t3 … … xmi xm1 xm2 xm3 xm4 xmk xсi

xс1

xс2

xс3

xс4

…

xсk

x эi

xэ1

xэ2

xэ3

xэ4

…

xэk

…

xii

xi1

xi2

xi3

xi4

… …

xik

Фиксируя количественные значения характеристических показателей конкретной системы в индивидуальной «истории» эксплуатации xmk оборудования, можно сформировать имитационное отражение процессов в системе в виде временных рядов. Используя аппроксимацию временных рядов по методу наименьших квадратов и установления аналитических закономерностей изменения характеристичных показателей xm , xэр , xпс , xэс и других, путем экстраполяции можно выполнить индивидуальный прогноз и определить остаточный ресурс. Для каждого из характеристических значений параметров технологического оборудования можно составить соответствующее уравнение [10]: i

xmi ( t )  Am t 2  Bm t  Cm xэi (t )  Aэ t 2  Bэ t  C э

(4)

… xii (t )  Ai t 2  Bi t  Ci

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Решение задачи сводится к определению значений соответствующих коэффициентов Ai , Bi и C i , которые обеспечивают минимальное отклонение теоретической кривой от реальных значений. На примере параметра xmi сумму квадратов отклонений в общем виде можно записать так: К

 ( xm  xt*i ) 2   ( xmi  Am ti2  Bm ti  Cm ) 2 i

i 1

(5)

i 1

Зависимость (2) является функцией трех переменных: Ai , Bi и C i К

F ( Ai , Bi , Ci )   ( xmi  Am t i2  Bm t i  C m ) 2

(6)

i 1

Необходимым условием достижения минимума функции F ( Am , Bm , Cm ) является равенство нулю частных производных F ( Am , Bm , Cm ) по переменным Am , Bm и C m . С учетом сказанного для получения значений Am , Bm и C m получим систему трех линейных уравнений с тремя неизвестными вида M t4 Am  M t3 Bm  M t2 C m  M t2 x mi M t3 Am  M t2 Bm  M t C m  M t x mi M t2 Am  M t Bm  KC m  x mi

где

M t4   t i4 ; i 1

M t3   t i3 ; i 1

M t2   t i2 ;

M t   tk ;

i 1

M t x mi   t i x mi ; x mi  i 1

(7)

i 1

M t2 x mi   t i2 x mi ; i 1

x i 1

;

– количество точек проверки технического состояния параметров оборудования. На рис. 3 изображена кривая зависимости состояния некоторого K

оборудования xmi от времени xmi  f(t) .

Рисунок 3 – Состояние xmi -оборудования от фактора времени

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Функция xmi  f(t) может быть для определенного типа оборудования своя, но метод установления предельных значений при оценке сроков службы различного технологического оборудования ДОФ одинаков. Выводы 1. Технологические машины на Донбассе чаще всего работают в тяжелых условиях, при этом до 80% оборудования работают с продленным сроком эксплуатации. 2. Рассмотрение закономерностей изменения и учет количественных показателей надежности оборудования дробильно-сортировочных предприятий целесообразно приводить на современном уровне с использованием электронного учета и фиксации. 4. Фиксируя количественные значения характеристических показателей конкретного технологического оборудования, формируется имитационное отражение процессов его старения в виде временных рядов. Затем, используя аппроксимацию временных рядов, путем экстраполяции можно определить остаточный ресурс конкретного технологического оборудования и своевременно принять рациональное техническое решение по его модернизации. Список литературы 1. Докучаевский флюсо-доломитный комбинат [Электронный ресурс] // Режим доступа – https://www. zen.yandex.ru. Дата обращения 10.04.20 г. 2. ОАО «Докучаевский флюсо-доломитный комбинат» [Электронный ресурс] // Режим доступа – https://www.gold.dn.ua›catalog/7/16471/. Дата обращения 04.04.20 г. 3. Технологические методы обеспечения надежности деталей машин: Учебное пособие для вузов/ И.М. Жарский, И.Л. Паршай, Н.А. Свидунович и др. М.: Высш. школа, 2005. – 299 с. 4. Надежность технических систем и техногенный риск / под ред. М.И. Фалеева. - М.:ЗАО ФИД «Деловой экспресс», 2002. -368с. 5. Рыжков, Ф.Н. Основы теории расчета надежности технических систем. Учебное пособие / Ф.Н. Рыжков, В.И. Томаков. – Курск: Курский ГТУ, 1998. 94с. 6. Каковы способы повышения надежности... [Электронный ресурс] // Режим доступа – https://www.moreremonta.info›…kakovy…povyshenija-nadezhnosti/. Дата обращения 10.03.20 г. 7. Сушко, А.Е. Комплексный подход к вопросам повышения надежности работы оборудования / А.Е. Сушко // Вибрация машин: измерение снижение защита. - 2006. - №3. - С. 42-47. 8. Жиркин, Ю.В. Надежность, эксплуатация и ремонт металлургических машин. Учебник / Ю.В. Жиркин. - Магнитогорск: Магнитогорский государственный технический университет, 2002. - 330 с. 9. Модернизация оборудования…[Электронный ресурс] // Режим доступа – https://www.stud-books.net›1832577…oborudovaniya.drobilno. Дата обращения 06.04.20 г. 10. Демидович, Б.П., Основы вычислительной математики: Учебное пособие / Б.П. Демидович, И.А. Марон. - Москва: Изд-во «Лань», 2011.- 664.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 532.54

БАЗОВЫЕ ПРИНЦИПЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ГИДРОДИНАМИКИ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ИНЖЕНЕРНЫХ ЗАДАЧ Д.А. Масленников ГОУВПО «Донецкий национальный технический университет», г. Донецк, ДНР В данной статье рассматриваются теоретические основы вычислительной гидродинамики. Вычислительная гидродинамика используется для вычисления характеристик процессов и физических явлений, связанных с потоком жидкости и теплопроводностью, с помощью компьютерных численных расчетов. Annotation. This article discusses the theoretical foundations of computational fluid dynamics. Computational fluid dynamics is applied to calculate the characteristics of processes and physical events related to fluid flow and thermal conductivity using computer numerical calculations. Ключевые слова: Вычислительная гидродинамика, компьютерное моделирование, виртуальное проектирование. Key words: computational fluid dynamics (CFD), computer simulation, virtual design. С быстрым развитием компьютерных технологий и совершенствованием программных модулей вычислительной гидродинамики (CFD - computational fluid dynamics), численное моделирование в гидродинамике стало важным вспомогательным методом инженерного проектирования [1, 2, 3]. Экспериментальный метод исследования физических процессов часто ограничен размерами модели, личной безопасностью и точностью проводимых измерений, применение компьютерного моделирования CFD компенсирует эти недостатки. Вычислительная гидродинамика обладает множеством преимуществ, таких как более короткая продолжительность проведения исследований, простота изменения модели и условий эксперимента, более низкая стоимость и более высокая повторяемость, это все позволяет в короткие сроки найти оптимальное конструктивное решение. А хорошая гибкость и

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

адаптивность позволяет не ограничиваться физическими экспериментальными моделями. Вычислительная гидродинамика, как инструмент моделирования физических процессов, широко используется для изучения потока жидкости, тепломассообмена в различных системах. Следовательно, он играет важную роль в научных исследованиях гидравлических и пневматических систем. Вычислительную гидродинамику можно рассматривать как численное моделирование потока с использованием для описания физических процессов основных уравнений потока (уравнение сохранения массы, уравнение сохранения импульса, уравнение сохранения энергии), CFD использует компьютер в качестве инструмента моделирования, решая дифференциальные уравнения выполняется поиск решений сложных задач механики жидкости. Для решения задач вычислительной гидродинамики используя специальное программное обеспечение последовательно выполняются действия, разделѐнные на следующие этапы, показанные на рисунке 1 [3]: Определение геометрии и физических границ задачи, используя CAD

Разбитие объѐма задачи на отдельные ячейки (создание сетки)

Выбор физической модели

Анализ и визуализация полученного решения

Запуск моделирования и решение заданных уравнений

Определение граничных условий

Рис. 1. Блок-схема решения задач вычислительной гидродинамики [3].

Основные уравнения гидродинамики отражают закономерности течения жидкости, часть этих уравнений соответствует законам сохранения, являющихся определяющими в большинстве физико-механических процессов. Для решения задач гидродинамики применяют закон сохранения, который включает в себя уравнения сохранения массы (также называемое уравнением непрерывности), уравнение сохранения импульса и уравнение сохранения энергии.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Уравнение сохранения массы Уравнение сохранения массы, также известное как уравнение неразрывности, представляет собой описание прироста массы в конечном объѐме за единицу времени, равный результирующей масс, поступающей в этот же объѐм за тот же промежуток времени. Уравнение: 𝜕𝜌 𝜕𝑡

+ 𝑑𝑖𝑣 𝜌𝑣 = 𝑆𝑚

(1)

где:

ρ – плотность; t – время; v – вектор скорости; Sm – масса; div дивергенция — это линейный дифференциальный оператор на векторном поле, характеризующий поток данного поля через поверхность достаточно малой (в условиях конкретной задачи) окрестности каждой внутренней точки области определения поля, то есть 𝑑𝑖𝑣 𝑎 =

𝜕𝑎 𝑥 𝜕𝑥

𝜕𝑎 𝑦 𝜕𝑥

𝜕𝑎 𝑧 𝜕𝑥

Уравнение (1) является общей формой уравнения сохранения массы и подходит для сжимаемого потока так и для несжимаемого потока. Уравнение сохранения импульса Закон сохранения импульса также является основным законом, которому должна удовлетворять любая рассматриваемая система, а его сущность - второй закон Ньютона. Закон может быть выражен как: скорость изменения импульса жидкости к времени в конечном объѐме равный сумме сил, действующих на объѐм. В инерциальной системе координат уравнение импульса имеет вид: 𝜕(𝜌𝑢 ) 𝜕𝑡 𝜕(𝜌𝑣 ) 𝜕𝑡 𝜕(𝜌𝑤 ) 𝜕𝑡

+ 𝑑𝑖𝑣 𝜌𝑢𝑣 = − + 𝑑𝑖𝑣 𝜌𝑣𝑣 = −

𝜕𝑝 𝜕𝑥 𝜕𝑝 𝜕𝑦 𝜕𝑝

+ 𝑑𝑖𝑣 𝜌𝑤𝑣 = −

𝜕𝑧

+ +

𝜕𝜏 𝑥𝑥 𝜕𝑥 𝜕𝜏 𝑥𝑦

𝜕𝑥 𝜕𝜏 𝑥𝑧 𝜕𝑥

+ +

𝜕𝜏 𝑦𝑥 𝜕𝑦 𝜕𝜏 𝑦𝑦

𝜕𝑦 𝜕𝜏 𝑦𝑧 𝜕𝑦

+ + +

𝜕𝜏 𝑧𝑥 𝜕𝑧 𝜕𝜏 𝑧𝑦 𝜕𝑧 𝜕𝜏 𝑧𝑧 𝜕𝑧

+ 𝜌𝑓𝑥 + 𝜌𝑓𝑦

(2)

+ 𝜌𝑓𝑧

где: p -давление в конечном объѐме жидкости; τxx τyx и τzx являются составляющими вязкости, которая действует на поверхности конечного объѐма, занимаемого жидкостью; fx, fy и fz - составляющие массовой силы (F), действующие на единицу массы по трем направлениям в конечном объѐме жидкости.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Уравнение сохранения энергии Уравнение сохранения энергии является основным законом, который описывает поток жидкости, учитывая тепломассообмен, и его можно выразить следующим образом: скорость увеличения энергии в конечном объѐме жидкости равна чистому тепловому потоку в конечном объѐме и работе в этом объѐме, а также силе воздействия на данную ячейку объѐма жидкости, этот закон фактически является первым законом термодинамики. Когда в поле потока нет источника тепла, дифференциальное уравнение энергии имеет вид: 𝜕𝜌𝐸 𝜕𝑡

+ ∇ ∙ 𝜌𝐸𝑉 = 𝜌𝐹 ∙ 𝑉 − ∇ ∙ 𝜏 ∙ 𝑉 𝜌

𝜌𝐸 = 𝜌𝑒 + 𝑉 2 , 2

(3) (4)

где Е - полная энергия, а е - внутренняя энергия. В последние несколько десятилетий было разработано множество подходов в компьютерном моделировании вычислительной гидродинамики, их основное отличие заключается в дискретном подходе. Численные методы, используемые в CFD: метод конечных разностей, метод конечных объемов и метод конечных элементов. Наиболее широко используемым полем CFD является метод конечного объема [3]. Метод конечных разностей (FDM) является самым ранним методом компьютерного численного моделирования. Сущность метода заключается в том, что происходит разделение области решения на пространственную сетку и используется конечное число узлов сетки вместо непрерывной области решения. Метод конечных разностей используется для дискретизации производной уравнения управления с разностью значений функции на узле сетки, чтобы установить алгебраические уравнения с неизвестными значениями на узлах сетки. Метод является приближенным численным решением, которое непосредственно превращает дифференциальную задачу в алгебраическую задачу. Метод конечных объемов (FVM), также известный как метод контрольных объемов, является широко используемым методом пространственной дискретизации. Основан на применении уравнений сохранения массы, энергии. В последствии, преобразуются в интегро-дифференциальное уравнение в конкретно заданной ячейке. Все интегро-дифференциальное уравнения имеют

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

общую форму для всех ячеек, на которые разбито пространство. Эта последовательность является основной для общего решения конкретной задачи. Метод конечных элементов (МКЭ) основан на принципе вариации и взвешенного метода разницы. Основная идея решения заключается в разделении области расчета на конечное число неперекрывающихся блоков. В каждом блоке необходимо выбрать некоторые из соответствующих узлов в качестве точки интерполяции для функции. Затем переменные в дифференциальном уравнении переписываются, как линейное выражение (функция формы), состоящее из значения узла каждой переменной или ее производной и выбранной функции интерполяции. Наконец, дифференциальное уравнение дискретизируется и решается с помощью вариационного принципа или методом конечных разностей на основе вариационного принципа. Выводы. Технология CFD — это усовершенствованный метод виртуального проектирования, который моделирует влияние конструкции на ее производительность путем моделирования поля потока. Она позволяет моделировать поле потока внутри конкретного объекта, получать данные о распределение скорости и давления, концентрацию и распределение температуры внутри потока, а результаты моделирования представляются в виде подробной и интуитивно понятной графической информации. Развитие данной технологии напрямую связанно с развитием компьютерных технологий. Это дает возможность утверждать, что затраты на исследования при помощи компьютерного моделирования вычислительной гидродинамики будут снижаться. В будущем, развитие технологии CFD в области машиностроения должно быть сосредоточено на разработке междисциплинарных расчетов для повышения точности получаемых результатов. Список литературы 1. Масленников, Д.А. Применение численного моделирования гидродинамики для исследования процессов в ДВС / Д. А. Масленников // Инновационные перспективы Донбасса : матер. 5-й межд. научн.-практ. конф., 21-23 мая 2019 г., г. Донецк. В 6 т. Т. 3 : Инновационные технологии изготовления и эксплуатации промышленных машин и агрегатов. - Донецк : ГОУВПО «ДОННТУ», 2019. - С. 86-89. 2. Масленников, Д.А. Графическое представление результатов распыления топлива в задачах вычислительной гидродинамики / Д. А. Масленников // Проблемы качества графической подготовки студентов в техническом вузе: тенденции и инновации : матер. VII Межд. научн.-практ. интернет-конф., февраль-март 2017 г., г. Пермь. Вып. 4. - Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2017. С. 127-132. 3. Wei Yufeng The development and application of CFD technology in mechanical engineering / Yufeng Wei // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 274 (2017).

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 621.923

МАГНИТНАЯ СИСТЕМА УСТАНОВКИ ДЛЯ МАГНИТНОАБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ В КОЛЬЦЕВОМ КАНАЛЕ В.С. Полищук, А.Н. Пересадченко, Ю.А. Алехов ГУ НИИ «РЕАКТИВЭЛЕКТРОН» г. Донецк, ДНР Разработана, изготовлена и испытана магнитная система установки для магнитно-абразивной обработки сложнофасонных поверхностей Показана возможность эффективной магнитно-абразивной обработки лопаток газотурбинного авиационного двигателя из труднообрабатываемых материалов. Annotation. A magnetic installation system for magnetically abrasive machining of difficult-shaped surfaces has been developed, manufactured and tested. The possibility of effective magnetically abrasive machining of gas turbine aircraft engine blades from difficult to process materials has been shown. Ключевые слова: магнитная система, магнитно-абразивная обработка, кольцевой канал. Key words: magnetic system, magnetic abrasive treatment, annular channel. Способность магнитного поля воздействовать на ферромагнитные тела с силой, достаточной для абразивного резания, позволила создать такие процессы абразивной обработки, при которых энергия магнитного поля превращается в механическую работу резания непосредственно в зоне обработки без каких-либо промежуточных механизмов-преобразователей. Такой процесс обработки был назван магнито-абразивным (МАО) [1]. МАО применяется для финишной обработки прецизионных поверхностей деталей электроники, оптики и лазерной техники, пластин монокристаллов кремния (подложки интегральных схем), оптических стекол и фторидов бария, кальция и магния (оптически активные элементы силовых лазерных устройств. В машиностроении МАО применимо для финишной обработки концевого режущего инструмента, деталей типа шестерен, режущих многогранных твердосплавных неперетачиваемых пластин, лопаток турбин. [2] и т. д. Методом финишной обработки, способным в комплексе обеспечить необходимые свойства режущего инструмента, в частности концевого и осевого, является магнитно-абразивная обработка (МАО) в кольцевой ванне в условиях больших рабочих зазоров. Этот способ относится к так 82

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

называемым объемным способам обработки и позволяет обработать детали сложной конфигурации, в т.ч. с полузакрытыми пазами и карманами. Кроме того, данный способ обработки обладает высокой производительностью, поскольку предполагает использование станков роторного типа. В основу конструкции установок с кольцевой ванной заложена разработка ФТИ АН БССР - роторные станки типа МАРС [3]. Магнитная система установки для магнитно-абразивного полирования компрессорных лопаток ГТД (рис. 1) состоит из кольцевого магнитопровода Ш-образной формы в сечении, полюсных наконечников и электромагнитной катушки, обмотка которой выполнена из медной шины [4].

Рисунок 1. Общий вид установки для магнитно-абразивного полирования компрессорных лопаток ГТД

Магнитопровод барабанного типа препятствует естественному воздушному охлаждению обмотки, усложняет применение искусственного воздушного или водяного охлаждения, например, размещения воздухопроводов. Кроме того, есть трудности с доступом к обмотке для ее обслуживания и ремонта. Сложность изготовления и эксплуатации, расчета магнитопроводов барабанного типа под конкретную деталь и т. п. является препятствием широкому применению высокопроизводительного метода обработки (магнитно-абразивная обработка в кольцевом канале) в машиностроении, особенно в малых и средних предприятиях. В НИИ «Реактивэлектрон» на основе морально устаревшей баллистической установки типа БУ-3, предназначенной для определения характеристик магнитномягких и магнитотвердых материалов в постоянных магнитных полях, разработана и изготовлена установка нового типа, которая показала высокую эффективность при обработке лопаток газотурбинных двигателей вертолетов [5]. Конструкция установки обеспечивает доступ к 83

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

обмотке электромагнита и нижней части рабочего канала. При этом обмотка находится в лучших условиях для естественного охлаждения, упрощается применение, при необходимости, принудительного охлаждения (рис. 2).

Рисунок 2. Магнитная система

Магнитная система установки для магнитно-абразивной обработки изделий в кольцевом канале состоит из внешних полюсов 1, 2, (рис.3) соединенных между собой полюсным наконечником 3, с цилиндрическим отверстием 4 в центре наконечника 3, в отверстии 4 коаксиально размещен внутренний полюс 5, имеющий полярность, противоположную однополярным полюсам 1,2, которые полностью окружают полюс 5, образуя рабочий кольцевой канал 6 между стенками полюсов 3, 5, имеющих противоположную полярность магнитного поля. В центре магнитной системы установлена обмотка 7 электромагнита магнитной системы, обмотка 7 состоит из двух секций.

Рисунок 3. Магнитная система. Общий вид –а, вид сверху – б

Обмотка электромагнита разделена на две секции для повышения теплоотдачи, каждая намотана на отдельном каркасе. 84

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Магнитная система установки для МАО имеет следующие основные параметры: - диаметр провода 1,8 мм, количество витков секции– 1200; - длина рабочего канала по периметру среднего диаметра – 440 мм; - ширина рабочего канала в месте прохождения пера лопаток - 15 мм; - глубина рабочего канала (для данной детали) - 45 мм; - диаметр середины канала - 140 мм; - сила индукции магнитного поля в центре рабочего зазора, - 0,55 Тл при силе тока катушках электромагнита, равной 11 А. Зазор между каркасами обмоток удобен для обеспечения охлаждения секций путем принудительной вентиляции Внутреннему (а) и наружному (б) полюсным наконечникам (рис. 4), образующим рабочий кольцевой канал, придана такая форма, которая формирует магнитное поле в рабочем канале оптимальное для обработки конкретного типа изделий.

Рисунок 4. Внутренний (а), и наружный (б) полюсные наконечники магнитной системы

Например, обеспечивающее повышенную концентрацию МАП в зоне сопряжения пера и цапфы лопатки авиационного двигателя. Установка работает следующим образом. Рабочий кольцевой канал 6 (рис. 3) заполняется магнитно-абразивным порошком, который удерживается в канале 6 магнитным полем, создаваемым малым значением постоянного тока, который подается на обмотку 7 электромагнита. Обрабатываемые изделия вводят в кольцевой канал 6. Поднимают индукцию в рабочем канале до величины, оптимальной для магнитно-абразивной обработки изделий в данных условиях. В результате перемещения изделия в магнитно-абразивном порошке, удерживаемом силами магнитного поля в кольцевом канале 6, происходит качественная обработка изделия с высокой производительностью. На данной установке отработана технология магнитно-абразивной обработки профиля пера лопатки, компрессора высокого давления КВД 2220105011 вертолетного двигателя АИ 222-25 из титанового сплава ВТ6 твердостью 28.0...38.5 HRC. Начальная шероховатость профиля пера – Ra =1,6 мкм. В качестве магнитно-абразивного порошка (МАП), гранулометрический состав которого представлен на рис.7, применен специально разработанный композиционный порошок на органической связке. 85

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

В качестве абразивной составляющей МАП использован электрокорунд марки 25А. Магнитной составляющей композита послужил порошок карбонильного железа с размером частиц менее 5 мкм. Количество магнитной составляющей - 10 мас.%.

Рисунок 7 – Гранулометрический состав композиционного МАП на основе электрокорунда марки 25А, карбонильного железа и органической связкой

Для шлифования лопаток КВД 2220105011-01 на данной конструкции установки были определены оптимальные параметры технологии МАО: -количество одновременно обрабатываемых лопаток – 4 шт.; - угол атаки обрабатываемых лопаток положительный и равен 21 градус, что соответствует расстояниям от краев пера лопатки до стенок внешнего и внутреннего полюсов равным по 3 мм; - время обработки по часовой стрелке - 11мин., а против часовой стрелки - 5мин.; - масса засыпки МАП – 600 г; - линейная скорость вращения лопаток – 3 м/с, или круговая для данной установки – 400 об/мин; - индукция магнитного поля в центре рабочего канала – 0, 5Тл; - средний размер МАП – 500 мкм, а максимальный размер МАП – 1 мм; - состав МАП – 90 масс. % электрокорунда марки 25А среднего размера 500 мкм и 10 масс. % карбонильного железа размером менее 5 мкм. Выполненная по оптимальным параметрам магнитноабразивная обработка профиля пера лопатки обеспечила шероховатость поверхности Ra менее 0,4 мкм и шероховатость радиусов сопряжения пера лопатки и цапф Ra0,4 мкм. Выводы. Разработана и изготовлена магнитная система с магнитопроводом, состоящим из деталей простой формы. На основе данной магнитной системы изготовлена высокопроизводительная установка для магнитно-абразивной обработки деталей сложной формы в кольцевом канале. Показана возможность безразмерной обработки (шлифование) пера лопатки из титанового сплава компрессора высокого давления вертолетного двигателя, что практически невозможно при применяемой ныне ручной

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

обработке. Данная разработка позволяет внедрить перспективный метод обработки на предприятиях малого и среднего бизнеса. Список литературы. 1. Полищук, В.С. Интенсификация процессов получения карбидов, нитридов и композиционных материалов на их основе / В.С. Полищук. - Севастополь: Вебер, 2003. 327 с. 2. Хомнч, Н.С. Магнитно-абразивная обработка изделий: монография / Н.С. Хомич. Минск: БИТУ, 2006. - 218 с. 3. А.с. СССР 480535 «Устройство для объемной полировки» / Ф.Ю. Сакулевич, Л.М. Кожуро, А.А. Кособуцкий. Опубл.: 15.08.1975. Бюл. №30. 4. Оборудование для магнитно-абразивной обработки сложнофасонных деталей ГТД / С.Н. Нижник В.И. Куципак, В.А. Матюхин и др. // Авиационно-космическая техника и технология. – 2004. - № 7 (15). – С. 220-224. 5. Патент RU 2631534 Установка для магнитно-абразивной обработки изделия сложной формы / В.С. Полищук, Ю.А. Алехов, А.Н. Пересадченко и др. Опубл.: 25.09.2017. Бюл. № 27.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 621.926

ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ В ОБЛАСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДРОБИЛЬНОИЗМЕЛЬЧИТЕЛЬНЫХ МАШИН Д.А. Власенко ГОУ ВПО ЛНР «ДОНБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ», г. Алчевск, ЛНР Рассмотрен ряд технических решений в области проектирования и повышения эффективности оборудования, предназначенного для дробления и измельчения материалов. Предложены способы повышения эффективности процесса фракционной подготовки флюсов, твердого топлива и агломерата в молотковой, четырехвалковой и одновалковой дробилках. Annotation. A number of technical solutions in the field of designing and increasing the efficiency of equipment designed for crushing and grinding materials are considered. Methods for increasing the efficiency of the fractional preparation of fluxes, solid fuels and agglomerates in hammer, four-roll and single-roll crushers are proposed. Ключевые слова: дробление, измельчение, молотковая дробилка, четырехвалковая дробилка, одновалковая дробилка, эффективность процесса. Key words: crushing, grinding, hammer crusher, four-roll crusher, singleroll crusher, the efficiency of the process. В настоящее время усовершенствование используемых, проектирование и разработка новых машин и агрегатов, а также технических решений для повышения их эксплуатационных показателей являются одной из основных задач устойчивого развития различных отраслей хозяйственной деятельности человека. Процессы дробления и измельчения повсеместно используются в различных областях промышленности. Широкое распространение они получили в металлургическом и коксохимическом производстве [1, 2] для обеспечения определенных стадий основных технологических операций при агломерации сырьевых компонентов, углеподготовке сырьевой базы коксования и т.д. [1, 2].

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Эффективность оборудования, применяемого для дробления и измельчения, обусловлена многочисленными техникотехнологическими показателями: производительностью и энергоемкостью процесса, усилиями, возникающими при этом, степенью измельчения и замельченностью продукта после фракционной подготовки, степенью износа рабочих органов и т.д. [1]. Большинство из этих показателей существенно сказываются на технико-экономических и эксплуатационных показателях самого оборудования и в целом влияют на эффективность использования дробленых материалов, а в частности качества их фракционной подготовки в технологическом процессе. Для повышения эффективности вышеуказанных процессов успешно реализованы и продолжают свое развитие физические основы математического моделирования за счет обоснования технологии процессов и внедрения следующих конструктивных изменений дробильно-измельчительных машин, реализованных в следующих разработках, представленных ниже. Использование в процессе дробления агломерационных флюсов способа ударного воздействия в молотковой дробилке [3], реализованного за счет изменения конструкции подвеса рабочих органов на оси ротора молотковой дробилки [4] с помощью дополнительной оси, установленной на ножке, позволило уменьшить потерю кинетической энергии и угол отклонения молотка, что в свою очередь обеспечило повышение производительности дробильной машины и снижение износа рабочих органов (рис. 1). При этом в процессе эксплуатации наблюдается уменьшение количества выходов из строя рабочих органов из-за смятия поверхностей сопряжения, как это было реализовано в предыдущей конструкции [5].

Рисунок 1 – Способ установки молотков на роторе

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Модернизация валка четырехвалковой дробилки [6] за счет обоснования конструктивных параметров наплавляемой сетки на рабочую поверхность верхних валков (рис. 2) позволяет рационально определять размеры валиков и расстояние между ними для каждого вида и фракции твердого топлива. Данные изменения положительно сказались на сроке службы бандажей, что позволило уменьшить содержание мелочи в готовом продукте за счет снижения эффекта проскальзывания измельчаемого материала по рабочей поверхности валка и существенно сказалось на самом процессе агломерации.

Рисунок 2 – Верхний валок четырехвалковой дробилки с наплавленной сектой

Усовершенствование ротора одновалковой зубчатой дробилки [7] за счет шевронного расположения зубьев звездочек позволит обеспечить одновременный контакт двух и более зубьев с агломерационным пирогом, что даст возможность распределить нагрузку от лопастей на большую его поверхность в процессе дробления. Также такая конструкция не даст возможность свободно проникать аглоспеку в межлопастное пространство ротора, тем самым обеспечит более интенсивное разрушение материала и снизит содержание крупных кусков в дробленом продукте.

Рисунок 3 – Ротор одновалковой дробилки с шевронным расположением зубьев звездочек

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

В целом данный комплекс мероприятий позволит производить фракционную подготовку шихтовых материалов и готового агломерата в условиях агломерационного производства с более высокими технико-экономическими показателями как самих дробильных машин, так и агломерационного процесса. Выводы. Таким образом, предложенные технические мероприятия являются базой для повышения эффективности технологических процессов дробления каменно-рудных материалов в металлургической отрасли, а также могут служить для ее переоснащения и развития последующих научнотехнических разработок, в том числе и применительно и к другим отраслям промышленности. Список литературы 1. Власенко, Д.А. Комплексный анализ особенностей эксплуатации дробильно-измельчительного оборудования в агломерационном производстве / Д.А. Власенко // Инновационные перспективы Донбасса: материалы 5-й Международной научно-практической конференции. Т.3. Инновационные технологии проектирования, изготовления и эксплуатации промышленных машин и агрегатов, г. Донецк, 21-23 мая 2019 г. – Донецк, 2019. – С. 150–154. 2. Исхаков, Х.А. Свойства отдельных классов крупности углей для коксования и выбор рациональной схемы их измельчения / Х.А. Исхаков, Л.Л. Прилепская, В.С. Швед // Вестник кузбасского государственного технического университета – Кемерово, 2005, КГТУ им. Т.Ф. Горбачева. – С. 71–73. 3. Способ ударного воздействия материалов в молотковой дробилке: пат. № 2683547 РФ, МПК B02C 13/16 / Власенко Д.А., Жильцов А.П., Левченко Э.П., Вишневский Д.А. // № 2018116102, заявл. 27.04.18; опубл. 28.03.19, Бюл. № 10. 4. Ротор молотковой дробилки: пат. № 189059 РФ, МПК B02C 13/16 / Власенко Д.А., Жильцов А.П., Левченко Э.П. // № 2018143765, заявл. 10.12.18; опубл. 07.05.19, Бюл. № 13. 5. Ротор молотковой дробилки: пат. 179695 РФ, МПК B02C 13/16. / Власенко Д.А., Карпов А.В. // № 2018106733; заявл. 22.02.2018; опубл. 22.05.2018, Бюл. № 15. 6. Валок четырехвалковой дробилки: пат. № 188107 РФ, МПК B02C 4/30 / Жильцов А.П. [и др.]. // № 2018134232; заявл. 27.09.2018; опубл. 28.03.2019; бюл. № 10. 7. Ротор одновалковой зубчатой дробилки: пат. № 196194 РФ, МПК B02C 4/00, B02C 4/28, B02C 4/30 (2006.01) / Власенко Д.А. [и др.] // № 2019137708, заявл. 21.11.19; опубл. 19.02.20, Бюл. № 5.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 622.625.6:622.28.042.4

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТОРМОЖЕНИЯ ШАХТНОЙ ПОДВЕСНОЙ МОНОРЕЛЬСОВОЙ ДОРОГИ В.О. Гутаревич1, Е.Л. Игнаткина1, А.В. Костенко2 1 ГОУ ВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ», г. Донецк, ДНР 2 ФГБОУ ВО «КАМЧАТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» г. Петропавловск-Камчатский, Россия В работе приведена математическая модель движения шахтной подвесной монорельсовой дороги. Приведен анализ результатов теоретических исследований процесса торможения подвижного состава. Построены фазовые диаграммы движения и установлены зависимости изменения усилий в сцепках во время остановки шахтной подвесной монорельсовой дороги. Annotation. The article presents a mathematical model of a mine suspended monorail, and a theoretical research scheme is shown. The results of theoretical studies are presented and analyzed. Ключевые слова: монорельсовая дорога, торможение, теоретическое исследование, математическая модель, график, анализ. Key words: monorail, braking, theoretical research, mathematical model, graph, analysis. Исследования динамики шахтной подвесной монорельсовой дороги (ШПМД), как одного из перспективных видов шахтного транспорта, является актуальной задачей [1, 2]. Математическое моделирование движения подвижного состава ШПМД позволяет исследователю решать задачи при помощи математической модели. При этом создание математической модели должно вестись с учетом двух условий. С одной стороны, адекватно описывать реальные процессы движения подвижного состава, что дает возможность исследователю получать результаты, интерпретация которых позволяет делать выводы и рекомендации для реальных условий работы монорельсового транспорта.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

С другой стороны, необходимо принять ряд допущений, упрощающих как саму модель, так и возможность теоретических исследований. При этом допущения ни в коем случае не должны искажать реальные процессы, исключая некоторые детали несущественные для данного направления исследования. Учитывая вышеизложенное, для исследования динамики торможения подвижного состава (ПС) шахтной подвесной монорельсовой дороги, схема которой представлена на рис. 1, в работах [3, 4] предложено использовать следующие уравнения движения: m1 x1  Tq1 t   c12  x1  x 2  δ   b12  x1  x 2   0;  m2 x2  c12  x1  x 2  δ   b12  x1  x 2   c23  x 2  x3  δ    b23  x 2  x 3   Fq t   0;  m3 x3  c23  x 2  x3  δ   b23  x 2  x 3   c35  x3  x5  δ    b  x  x   m g / h  x  x  δ   0; 5 4 c 3 4  35 3  x4  g / hc  x3  x 4  δ   0; m x  c  x  x  δ   b  x  x   c  x  x  δ   35 3 5 35 3 5 57 5 7  5 5  b57  x 5  x 7   m6 g / hc  x5  x6  δ   0;  x  g / h  x  x  δ   0; c 5 6  6 m7 x7  c57  x5  x7  δ   b57  x 5  x 7   c79  x7  x9  δ    b  x  x   m g / h  x  x  δ   0; 9 8 c 7 8  79 7  x8  g / hc  x7  x8  δ   0;  m9 x9  c79  x7  x9  δ   b79  x 7  x 9   c910  x9  x10  δ    b910  x 9  x10   Fq t   0;  m10 x10  c910  x9  x10  δ   b910  x 9  x10   Tq10 t   0,

(1)

где m1, m10 –массы тормозных тележек; m3, m5, m7 – массы ходовых тележек; m4, m6, m8 – массы подвесных элементов ПС с учетом массы груза; m2, m9 – массы тяговых тележек; hс – расстояние между центрами масс тележек и перевозимых грузов; сс12, сс23, сс35, сс57, сс79, сс910 – коэффициенты жесткости сцепок; bс12, bс23, bс35, bс57, bс79, bс910 – коэффициенты демпфирования сцепок; x1, x2,…, x10 – продольные перемещения масс ПС; Fq(t), Tq1(t), Tq10(t) – тормозные силы, создаваемые тяговыми и тормозными тележками.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Рисунок 1 – Схема ШПМД: 1 – монорельсовый путь; 2 – подвижной состав; 3 – тяговое устройство; 4, 7 – кабины управления; 5, 6, 8 – тормозные механизмы; 9 – упругодемпфирующие связи

Использование приведенных выше уравнений движения ШПМД позволяет выполнять теоретическое моделирование процесса торможения ПС для получения численных значений требуемых характеристик с целью оптимизации параметров ШПМД, порождающих колебательные процессы ШПМД. Схема теоретического исследования показана на рис. 2. Исходными данными для моделирования процесса торможения ПС, которое проводилось путем решения системы дифференциальных уравнений (1) с использованием метода Рунге-Кутта, служат массовые и конструктивные параметры ПС ШПМД, а также начальная скорость V0.

Рисунок 2 – Схема теоретического исследования процесса торможения ПС

Результатами моделирования являются представленные на рис. 2 следующие графики: Vi = f(X) – фазовая диаграмма, характеризующая изменение скорости движения масс в зависимости от изменения координаты; Xi = f(t) – график, характеризующий изменение координат в зависимости от времени торможения; Vi = f(t) – график, характеризующий изменение скорости движения в зависимости от времени торможения; Fi = f(t) – график, характеризующий изменение усилий, возникающих в сцепках при торможении, меняющихся во

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

времени торможения; Аi = f(t) – график, характеризующий изменение амплитуды колебаний грузов в зависимости от времени торможения. В качестве начальных исходных данных для моделирования процесса торможения ШМПД (см. рис. 1) были приняты следующие параметры: m1 и m10 по 0,2 т; m3, m5 и m7 по 2 т; m4, m6 и m8 по 8 т; m2 и m9 по 4 т. Коэффициент жесткости всех сцепок принимался равным 1600 кН/м; коэффициент вязкого трения сцепок - 5 кН∙с/м; начальная скорость движения подвижного состава – 3,5 м/с. Считали, что зазоры в сцепках отсутствуют, а торможение осуществляется передней и задней тележками одновременно, усилие каждой из которой, соответственно равняется 60 кН. На рис. 3 представлены фазовые диаграммы, характеризующие изменение скорости движения масс в зависимости от изменения координаты, что позволяет определить величину тормозного пути, а также характер уменьшения скорости движения.

Рисунок 3 – Фазовые диаграммы Vi = f(Xi): а – для масс m1, m2, m3 и m4; б – для масс m7, m8, m9 и m10 Из рис. 3 можно сделать вывод, что для заданных условий тормозной путь ШПМД составляет практически 1,9 м. При этом фазовые диаграммы движения масс m4 и m8 практически совпадают, а для других масс характерна неравномерность движения. На рис. 4 представлены графики, иллюстрирующие изменения координат и скорости движения в зависимости от времени торможения. Из этого рисунка видно, что время торможения тормозной тележки составляет около 1,1 с. Также видно, что для полной остановки всех остальных тележек требуется дополнительное время, необходимое для прекращения колебательных процессов, возникающих при торможении ШПМД. 95

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Рис. 4. Графики: а – Xi = f(t) и б – Vi = f(t) На рис. 5 представлены зависимости усилий, возникающих в сцепках при торможении, изменяющихся во времени торможения.

Рисунок 5 – Графики Fi = f(t) Анализируя график, представленный на рис. 5, можно видеть колебательные процессы в сцепках. Кроме этого максимальное усилие соответствует 90,5 кН и возникает это усилие в первой и последней сцепках. На рис. 6 показан график, иллюстрирующий изменение амплитуды колебаний Ai грузов m4, m6 и m8 в зависимости от времени торможения.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Рисунок 6 – График Аi = f(t) Из этого графика следует, что наибольшая амплитуда колебаний грузов достигается во время торможения подвижного состава до его остановки и составляет 0,71 рад и достигается на 0,65 с после начала торможения. Таким образом, на рис. 3 – рис. 6 представлен инструментарий, позволяющий исследовать процесс торможения ПС ШМПД. Выводы. Теоретические исследования процесса торможения подвижного состава шахтной подвесной монорельсовой дороги являются важным этапом исследований и позволяют получать численные значения параметров, оказывающих влияние на торможение состава. Анализ получаемых в процессе моделирования результатов позволит проводить оптимизацию конструктивных, геометрических и других параметров ШПМД с целью снижения негативных влияний колебательных процессов, возникающих при торможении, что приведет, в свою очередь, к повышению уровня безопасности эксплуатации ШПМД. Список литературы 1. Тарасов, В. М. Об экономии финансовых средств и эффективности работ в процессе перемещения груза в шахте путем внедрения инновационных технологий на монорельсовом транспорте / В. М. Тарасов, Н. И.Тарасова, Д. В. Тарасов // Уголь. – 2013. – № 11. – С. 16–9. 2. Монтаж и демонтаж очистных механизированных комплексов угольных шахт / Борзых А. Ф. и др. – Донецк: Норд-Пресс, 2008. – 265 с. 3. Гутаревич, В. О. Динамика шахтных подвесных монорельсовых дорог / В.О. Гутаревич. – Донецк: ЛАНДОН-ХХІ, 2014. – 205 с. 4. Игнаткина, Е. Л. Исследование процесса торможения шахтных подвесных монорельсовых дорог для обеспечения безопасности эксплуатации / Е. Л. Игнаткина // Проблемы недропользования: сб. науч. тр. Ч. II. (Международный форум-конкурс молодых ученых, 18-20 апреля 2018 г.) – СанктПетербург: Санкт-Петербургский горный университет, 2018. – С. 58-61.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 621.771.001.57

РАЗРАБОТКА РЕЖИМОВ ДЕФОРМАЦИИ МЕТАЛЛА ДЛЯ ПРОКАТКИ ГЛАВНОГО ВАЛКА КОЛЕСОПРОКАТНОГО СТАНА НА КОЛЬЦЕПРОКАТНОМ СТАНЕ С.А. Снитко, А.В. Яковченко, В.В. Пилипенко, Н.И. Ивлева ГОУВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ», г. Донецк, ДНР Режим обжатия металла при прокатке главного валка колесопрокатного стана на кольцепрокатном стане определяется калибровкой валков и графиками сил для радиального и осевого очагов деформации, которые получены путѐм конечно-элементного моделирования процесса прокатки. Обеспечивается формирование сложной фасонной боковой поверхности профиля, причѐм при получении требуемого внутреннего диаметра кольца. Annotation. The mode of metal reduction during rolling of the main roll of the wheel rolling mill on a ring rolling mill is determined by the calibration of the rolls and force graphs for the radial and axial deformation zones, which are obtained by finite element simulation of the rolling process. The formation of a complex shaped side surface of the profile is provided, moreover, upon obtaining of the required inner diameter of the ring. Ключевые слова: кольцепрокатный стан, главный валок колесопрокатного стана, фланец с наружным гребнем, автоматизированное проектирование калибровки, конечноэлементное моделирование процесса прокатки, режим обжатия металла. Key words: ring rolling mill, the main roll of the wheel rolling mill, flange with an external ridge, automated calibration design, finite element modeling of the rolling process, metal reduction mode. Главный валок колесопрокатного стана является ответственным инструментом деформации, который формирует поверхность катания обода железнодорожного колеса. Соответствующий профиль валка, по сути, является фланцем с наружным гребнем, который может быть изготовлен на базе процессов штамповки и прокатки.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Предприятию, специализирующемуся на выпуске кольцевых изделий, рационально организовать производство таких валков на прессопрокатной линии кольцепрокатного стана. Контур такого фланца будет максимально приближен к контуру механически обработанного главного валка колесопрокатного стана. Закалка прокатанного фланца позволит получить практически равномерную по поверхности катания толщину закалѐнного поверхностного слоя металла. Целью работы является проектирование калибровок, конечноэлементное моделирование процесса прокатки и разработка на этой основе рациональных режимов деформации металла при производстве штампованно-катаных фланцев, необходимых для изготовления главных валков колесопрокатных станов. На основе контура сечения механически обработанного главного валка колесопрокатного стана (на рис. 1 показан черным цветом) выполнено проектирование контура сечения прокатанного на кольцепрокатном стане фланца с наружным гребнем, который, по сути, является и калибровкой по металлу (на рис. 1 показан синим цветом). Этот контур используется при проектировании калибровки вертикального приводного валка кольцепрокатного стана. На базе калибровки по металлу для кольцепрокатного стана (на рис. 1, 2 контуры показаны синим цветом) в автоматизированном режиме с использованием компьютерной программы [1] разработана калибровка по металлу для заготовочного пресса (на рис. 1, 2 контуры показаны красным цветом). Проектирование контура штампованной заготовки выполнено с учетом захода еѐ гребневой части в соответствующую часть калибра вертикального приводного валка, что показано в окне контрольного построения на рис. 2. Выполнено также нормирование масс и вытяжек соответствующих частей (гребневых и кольцевых) заготовки и профиля относительно нейтрального сечения, показанного нейтральной линией, что обеспечивает, прежде всего, выполнение высоты гребня при его прокатке. Определение параметров проектируемой заготовки, в том числе нормирующих заход гребня, выполнено на базе известного технического решения [2], разработанного для условий прокатки колец с наружным гребнем. Проверка калибровки выполнена путем конечно-элементного моделирования процесса прокатки кольцевой заготовки.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Рисунок 1 - Контуры главного валка колесопрокатного стана (черн.), заготовки (красн.) и прокатанного из нее фланца с наружным гребнем (син.)

Рисунок 2 - Окно проектирования калибровки для заготовочного пресса

100

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Целью конечно-элементного моделирования является также разработка рациональных режимов деформации металла на кольцепрокатном стане. Процесс прокатки кольцевых заготовок на кольцепрокатном стане реализован в программной среде DEFORM 3D [3]. Заготовка, показанная на рис. 3 жѐлтым цветом, при прокатке формуется между вертикальным приводным валком (справа) и неприводным валком-оправкой (в отверстии заготовки). Обжатие фланца по толщине и соответствующее увеличение его диаметра осуществляется перемещением валка-оправки в сторону приводного валка с помощью гидравлического привода. Два наклонных (конических) валка выполняют обжатие фланца по высоте и установлены диаметрально противоположно вертикальным валкам.

Рисунок 3 – Визуализация моделирования процесса прокатки фланца

Построение модели осуществляли в шаблоне Ring Rolling. Для кольцевой заготовки использовали пластическую модель материала. В качестве материала использовали конструкционную углеродистую качественную сталь 60. Для расчѐта напряжения течения металла использовали методику [4], учитывающую химический состав стали, а также процессы динамического преобразования структуры металла, что крайне необходимо для условий прокатки кольцевых изделий [5].

101

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

В процессе расчѐта учитывалось влияние неравномерного температурного поля заготовки перед прокаткой. Температурный интервал поверхности заготовки составил 1040-1160 oC. Учтѐн конвективный теплообмен заготовки с окружающей средой (еѐ температура принята равной 20oC, коэффициент свободной конвекции αк = 20 Вт/м2 oC). Для валков выбран недеформируемый тип материала. Дополнительно указаны: направление и скорость перемещения валкаоправки; координаты осей всех валков; скорости вращения приводного вертикального валка и наклонных валков. При моделировании использовали сдвиговую модель контактного трения, предложенную Э. Зибелем. В процессе моделирования учтен разогрев инструмента деформации. Температура главного валка равнялась 100 oC, наклонных валков – 150 oC, валка-оправки – 200 oC. На рис.4 представлены графики сил прокатки в радиальном и осевом очагах деформации.

Рисунок 4 – Силовой режим прокатки фланца с наружным гребнем

Анализ результатов моделирования показал, что имеет место заполнение металлом всех элементов калибра, а сила прокатки не превышает допустимое значение, равное 1,5 МН. На первом этапе прокатки, который соответствует обжатию приводным валком металла в зоне границы между гребневой и кольцевой частями профиля, имеет место плавный рост силы в радиальном очаге. Интенсивный рост силы происходит при

102

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

заполнении металлом гребневой части калибра и углубления в кольцевой части калибра. Более равномерное распределение обжатия металла по высоте радиального очага деформации на следующем этапе обусловило снижение силы прокатки. Высота исходной кольцевой заготовки равна высоте прокатанного фланца. Поэтому наклонные валки обжимают кольцо по высоте только на величину уширения, полученного от радиального обжатия металла. Соответственно, сила в осевом очаге деформации значительно меньше, чем в радиальном очаге деформации (рис. 4). На рис. 5 представлены графики изменения овальности и разнотолщинности фланца в процессе его прокатки.

Рисунок 5 – Динамика изменения овальности и разнотолщинности фланца

Сравнительно небольшой диаметр фланца, значительные высота и толщина стенки, а также наличие массивного наружного гребня способствуют образованию жѐстких внешних (внеконтактных) зон при прокатке и, соответственно, затрудняют искажение формы и размеров фланца, что является положительным фактором. На завершающих этапах процесса прокатки величины обжатий и, соответственно, неравномерность деформации плавно снижаются, что обеспечивает уменьшение разнотолщинности, а также овальности фланца (рис. 5). Разработанная калибровка и представленное (в зависимости от внутреннего диаметра кольца) распределение сил при прокатке в радиальном и осевом очагах деформации обеспечивают не только заполнение металлом фасонного калибра вертикального приводного валка, но и получение требуемого внутреннего диаметра кольца, стабильность размеров которого имеет существенное значение.

103

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Выводы Прокатка главного валка колесопрокатного стана, контур радиального сечения которого представляет собой фланец с наружным гребнем, на кольцепрокатном стане обеспечивает экономию металла и повышение эффективности производства. Выполнено автоматизированное проектирование калибровок для штамповки и прокатки фланцев, а также конечно-элементное моделирование процесса прокатки кольцевой заготовки с гребнем на кольцепрокатном стане с целью разработки рациональных режимов деформации металла. Режим обжатия металла при прокатке главного валка колесопрокатного стана на кольцепрокатном стане определяется разработанными калибровками и графиками сил для радиального и осевого очагов деформации, которые получены путем конечно-элементного моделирования процесса прокатки. Реализация представленного распределения сил в зависимости от диаметра кольца обеспечивает заполнение металлом фасонного калибра вертикального приводного валка и, соответственно, формирование сложной фасонной боковой поверхности профиля, причем при получении требуемого внутреннего диаметра кольца. Результаты моделирования показали, что имеет место выполнение всех элементов профиля, а сила прокатки в радиальном очаге деформации не превышает допустимое значение. Разнотолщинность и овальность фланца, плавно уменьшаются на завершающих этапах процесса прокатки. Полученные результаты свидетельствуют как о правильности спроектированной калибровки, так и рациональности разработанных режимов деформации. Список литературы 1. Метод автоматизированного проектирования калибровок инструмента деформации для штамповки и прокатки фланцев / А.В. Яковченко и др. // Инновационные перспективы Донбасса: матер. 5-ой Межд. научн.-практ. конф. В 6 т. Т. 3. Инновационные технологии проектирования, изготовления и эксплуатации промышленных машин и агрегатов, 21-23 мая 2019 г., Донецк. – Донецк: ДОННТУ, 2019. – С. 98-103. 2. А.с. №1733172 СССР, МПК В21Н1/08. Способ производства кольцевых изделий с наружным гребнем / А.В. Яковченко [и др.] (СССР). – №4731311/27; заявл. 11.04.89; опубл. 15.05.92, Бюл. №18. – 4 с. 3. Kang, J.H. Research on Filling Limit of Profile Ring Rolling on Circumferential Surface / J.H. Kang // International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering. – 2014. – Vol. 4, № 12. – Р. 40 – 45. 4. Солод, В.С. Математическое моделирование сопротивления деформации при горячей прокатке углеродистых сталей / В.С. Солод, Я.Е. Бейгельзимер, Р.Ю. Кулагин // Металл и литьѐ Украины. – 2006. – № 7-8. – С. 52 – 56. 5. Design method for intermediate roll in multi-stage profile ring rolling process: the case for excavator idler rim / K.H. Lee [et al.] // International Journal of Processing and Manufacturing. – 2014. – Vol.15. – №3. – P.503 – 512.

104

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 62-78

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ НАГРЕВА ЛЕНТЫ НА ПРИВОДНОМ БАРАБАНЕ ШАХТНОГО ЛЕНТОЧНОГО КОНВЕЙЕРА Т.П. Мищенко ГОУ ВПО «Донецкий национальный технический университет», г. Донецк, ДНР Рассматриваются современные и существующие методы и средства контроля оборудования шахтного ленточного конвейера (ШЛК), направленные на предупреждение нагрева ленты на приводном барабане. Выполнены их анализ и классификация. Annotation. Modern and existing methods and means of monitoring the equipment of the mine belt conveyor (MBC), aimed at preventing the heating of the tape on the drive drum, are considered. Their analysis and classification are performed. Ключевые слова: контроль, техническое состояние, приводной барабан, лента, тяговые параметры, скорость проскальзывания, нагрев. Keywords: control, technical condition, drive drum, belt, traction parameters, creep speed, heating. В процессе эксплуатации шахтного ленточного конвейера (ШЛК) для предупреждения нагрева ленты на приводном барабане и предотвращения возникновения пожароопасных аварийных ситуаций широко применяются различные методы и средства контроля, оценки и диагностики, рациональный выбор которых затрудняется по причине отсутствия системы их классификации по критериям надежности, безопасности, доступности, информативности, экономичности и т.д. Актуальной проблемой в этом случае является анализ современных существующих и перспективных методов и средств контроля предупреждения возможности нагрева ленты на приводном барабане ШЛК. Наиболее полно и доступно тяговые расчеты ШЛК представлены в [1]. Но также проводились исследования влияния изменения одних параметров на другие и на работу конвейера в целом, разрабатывались различные методики тяговых расчетов и их теоретические и стендовые исследования; алгоритмы исследования возможности 105

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

усиления противоаварийной устойчивости узлов ШЛК. Обобщающие и классифицирующие контроль технического состояния основного технологического оборудования ШЛК работы отсутствуют в предыдущих исследованиях. Целью данного исследования является определение основных современных методов и средств контроля технического состояния основного технологического оборудования ШЛК для предупреждения нагрева ленты на приводном барабане, а также их классификация. Известные методы и средства контроля, оценки, диагностирования технического состояния основного технологического оборудования ШЛК можно разделить на три группы: контроль тяговых параметров конвейера, контроль относительной скорости проскальзывания конвейерной ленты, контроль температуры в зоне контакта ленты и футеровки приводного барабана. Контроль тяговых параметров ШЛК. Основными параметрами конвейера является производительность, ширина и скорость движения гибкого тягового органа, условия и режимы работы оборудования, выбор и распределение направляющих и поддерживающих устройств, угол наклона, длина проекции трассы, мощность двигателя. Для их определения проводится общий тяговый расчет по методике[1]. Все расчеты должны соответствовать нормам и выполняться с высокой точностью, чтобы при эксплуатации оборудования не возникали простои и аварии. Для этого необходимо усовершенствование систем расчета и контроля тяговых параметров оборудования ШЛК. В Конструкторско-исследовательском институте вычислительной техники СО РАН была поставлена и решена задача по созданию автоматизированной системы контроля и управления ленточными конвейерами (АСКУ ЛК), удовлетворяющая требованиям надежности, решения задач комплексного управления оборудованием, гибкости при настройке, открытости для подключения других систем, простоты и эффективности в обслуживании. [2]. В настоящее время АСКУ ЛК успешно функционирует на шахте «Сибиргинская» ОАО «Южный Кузбасс» и при эксплуатации выдает уникальные возможности по контролю пробуксовки ленты и управление всей системой. Важный вклад в разработку методик определения тяговых параметров ШЛК с помощью теоретических исследований и изобретения лабораторных стендов внес Ю.Д.Тарасов. Его работы по модернизации оборудования конвейеров могут обеспечить повышение технико-экономических показателей и предотвратить возникновение пробуксовки ленты на приводном барабане. [2].

106

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Важную роль для проектирования любого оборудования играет подготовка исходных данных. Инновационно расширяются методики подготовки данных для приводов ШЛК, имеющих на выходе высокие моменты и низкую частоту вращения и возможности повышения технического уровня приводов с использованием современных конструкций приводной техники – снижение габаритов при сохранении показателей работоспособности, создание более безопасных условий труда[2]. Для решения задач проектирования применяют численные методы поиска оптимальных решений и алгоритмизация тягового расчета [2]. Например, ЛП-поиск – «метод исследования пространственных параметров». Для выбора оптимальных геометрических и физических параметров найдены безразмерные критерии подобия для аналитического решения дифференциального уравнения с граничными условиями. Для контроля тяговых параметров ШЛК применяется автоматизация процесса анализа и расчета характеристик оборудования. Компанией ООО «Катен» разрабатывается такой программный комплекс «КАДПИ» с целью повышения надежности работы шахтного оборудования за счет создания интегрированной информационной системы сбора, обработки и анализа информации, позволяющей принимать эффективные решения в управлении и своевременно предотвращать возникновение аварийных ситуаций и оперативно реализовывать мероприятия по их ликвидации. Методы такого направления могут стать приоритетными при решении поставленной задачи. Контроль скорости проскальзывания ленты. Скорость конвейерной ленты является одним из основных параметров ШЛК. Она также влияет на распределенные силы сопротивления движению, которые определяют тяговые расчеты установки. Регулирование скорости ленты может достигаться применением микропроцессорных систем управления посредством изменения момента привода в зависимости от поступающего на конвейер грузопотока, т.е. применение частотно-регулируемого привода [3]. С помощью сети микропроцессорных контроллеров можно управлять всей конвейерной линией. В качестве датчика скорости используется типовой датчик ДКС – асинхронный тахогенератор, приводимый в действие движущейся лентой. Снижение скорости движения ленты приводит не только к уменьшению мощности, а необходимой для перемещения ее, а, следовательно, и расхода электроэнергии, но и к снижению

107

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

возможности возникновения возгорания. Для этого применяют устройство, регулирующее скорость в зависимости от загрузки конвейера. Частотное оборудование управления конвейерами установлено на пяти шахтах АО «СУЭК-Кузбасс». Данная аппаратура зарекомендовала себя как надежное, безотказное и простое в обслуживании оборудование. Наиболее опасным является случай, когда сила электрического тока электродвигателя привода находится в диапазоне от номинального и максимального при отсутствии скорости движения ленты. При этом энергия выделяется в тепловом виде, а какая-то часть идет на разрушение ленты. Если определить энергию, затрачиваемую на преодоление силы трения, можно предотвратить достижение критической температуры воспламенения в зоне контакта барабана и ленты и отключить привод. Контроль температуры в зоне контакта ленты и футеровки приводного барабана. Одной из основных причин полной пробуксовки ленты на приводном барабане является ее недостаточное натяжение в точке сбегания с привода. В области контакта ленты и футеровки барабана происходит усиленное трение и повышение температуры, которое может достигать критических значений[4]. А.И. Иголкиным было разработано несколько устройств контроля нагрева ленты, одно из них позволяет сигнализировать как о начале нагрева, так и его величине [5]. Но все они являются громоздкими, имеют сложную конструкцию и низкую надежность. Термодатчик температурного устройства, монтируемый вне приводного барабана и располагается в зоне сбегания ленты с приводного барабана в непосредственной близости от обечайки барабана и ленты[6], отличается немного более простой конструкцией устройства и повышенной надежностью. Тепловой контроль редукторов, барабанов и роликов производится методом инфракрасной термографии [7], главным достоинством которой является быстрота и безопасность проведения обследования. Компанией «Пластик Энтерпрайз» разработан комплекс специализированных автоматических измерителей температуры с диапазоном от 0 до 150°С [8]. Миниатюрные размеры преобразователя позволяют на его основе разрабатывать конструкции датчиков температуры с учетом требований технологического процесса и размещать его непосредственно на оборудовании. Такие датчики целесообразно применять, так как критическая температура тления мелкодисперсных частиц ленты и футеровки достигает 97 °С, а

108

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

погрешность измерителя в рабочем диапазоне не превышает ±1,5°С. Это позволяет предположить широкое применение данного вспомогательного оборудования в горно-транспортной промышленности. Выводы. Развитие электронно-вычислительной и измерительной техники, программного обеспечения и компьютерных технологий позволяет решать на новом, качественном и количественном уровне задачи контроля тяговых параметров, скорости проскальзывания ленты и температуры в зоне контакта ленты и приводного барабана ШЛК. В результате проведенного исследования было найдено решение проблемы, которое позволит не только повысить показатели производительности и коэффициент использования существующих и новых конвейерных установок, но и предупредить возникающие пожароопасные аварийные ситуации. Список литературы 1. Теоретические основы и расчеты транспорта энергоемких производств: учеб. пособие для вузов / В. А. Будишевский и др.- Донецк: ДОННТУ, 2017. 216 с. 2. Мищенко, Т.П. Методы и средства контроля тяговых параметров ленточного конвейера. / Т.П.Мищенко // Техническая эксплуатация водного транспорта: проблемы и пути развития: материалы Второй международной научно-технической конференции, 23–25 октября 2019 г. – ПетропавловскКамчатский: КамчатГТУ, 2020. – С 201-205. 3. Мищенко, Т.П. Методы и средства контроля скорости проскальзывания ленты шахтного конвейера. / Т.П. Мищенко, А.Я. Грудачев // Горная энергомеханика и автоматика: материалы XIX Международной научнотехнической конференции, посвященной 90-летию кафедры «Энергомеханические системы», 22-24 октября 2019 г. – Донецк: ДОННТУ, 2019. – С. 55-60. 4. Ткачук, С.П. Взрывопожаробезопасность горного оборудования / С.П. Ткачук, В.П. Колосюк, С.А. Ихно. – Киев: Основа, 2000. – 590 с. 5. А.с. 891536 СССР. МПК В65G43/04. Устройство контроля нагрева гибкого грузонесущего органа конвейера / А.И. Иголкин - № 29133227/03; заявлено 19.04.1980; опубликовано 28.12.1981. 6. Пат. 2268220 РФ. МПК В65G43/04. Температурное устройство контроля пробуксовки ленты на приводном барабане конвейера / К.А. Васильев, А.К. Николаев; «Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова (технический университет)» (РФ). - № 2004123812/11; заявл. 03.08.2004; опубл. 20.01.2006. 7. Лунегов, М. В. Возможности инфракрасной термографии при оценке технического состояния элементов ленточных конвейеров / М. В. Лунегов, Е. Г. Кузин // «Россия молодая» : материалы IX Всероссийской научнопрактической конференции молодых ученых, 18-21 апреля 2017 г. – Кемерово: КузГТУ, 2017. – С.0104006-1 – 0104006-5. 8. Тюрин, О.Г. Управление потенциально опасными технологиями : монография / О.Г.Тюрин, В.С. Кальницкий, Е.Ф. Жегров. – Москва: ИнфоИнженерия. – 2013. – 288 с.

109

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 621.92

ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ РОТОРНО-УДАРНОГО ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЯ О.И. Павлиненко, Э.П. Левченко, Д.А. Власенко, В.Г. Чебан ГОУ ВПО ЛНР «ДОНБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ», г. Алчевск, ЛНР Обоснованы основные технологические параметры процесса ударного контакта при дроблении материала, получены зависимости для определения необходимых скоростей соударения и масс ударного элемента для обеспечения условий гарантированного разрушения. В результате предложены конструктивно-технологические параметры роторно-ударного измельчителя для раскалывания стальной сферической дроби. Annotation. The main technological parameters of the impact contact process during material crushing are substantiated, and dependencies are obtained for determining the necessary collision speeds and impact element masses to ensure the conditions for guaranteed material destruction. As a result, the design and technological parameters of a rotary impact shredder for crushing steel spherical shot are proposed. Ключевые слова: раскалывание, сферическая дробь, стесненный удар, скорость соударения, масса ударного элемента. Key words: splitting, spherical fraction, constrained impact, impact velocity, mass of the impactor. В связи с различными характеристиками перерабатываемого материала, а также разными требованиями к конечному продукту машиностроительные заводы стремятся выпускать самые разнообразные по типу и размерам дробильные машины, причем наряду с созданием новых непрерывно изменять и совершенствовать существующие конструкции машин и увеличивать объем их выпуска [1]. Вместе с тем необходимо признать, что весьма значительная часть полезной энергии затрачивается непроизводительно из-за несовершенства самих дробильных машин. Так, например, при использовании шаровой мельницы происходит переизмельчение

110

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

готового продукта вследствие его многократного перемешивания в рабочей камере, что и приводит к повышению энергозатрат. Машины для измельчения материалов должны иметь простую конструкцию, обеспечивающую удобство и безопасность обслуживания; минимальное число изнашивающихся легко заменяемых деталей; предохранительные устройства, которые при превышении допустимых нагрузок должны отключаться или деформироваться (пружины), предотвращая поломки более сложных узлов [2]. Таким образом, правильно разработанное оборудование для дробления позволяет получить высококачественную продукцию при минимальных затратах, повысить производительность технологического процесса и значительно снизить себестоимость готовой продукции. Так для реализации эффективного измельчения материала предлагается использовать принципиально новое оборудование ударную роторную дробилку с падающими ударниками (рис. 1), состоящую из корпуса, ротора и ударных элементов (молотов), перемещающихся в направляющих, расположенных в валу ротора Ошибка! Источник ссылки не найден..

1 – рабочая камера мельницы; 2 – молот; 3 – корпус мельницы; 4 – зона ударного раскалывания дроби; 5 – ротор; 6 – шток молота Рисунок 1 – Схема ударной роторной мельницы

При разработке дробильной машины учитывались физикомеханические свойства исходного продукта (стальной дроби):

111

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

прочность, хрупкость, абразивность, крупность, а также условия контактного взаимодействия. При ударном контакте происходит деформация взаимодействующих тел и возникают напряжения, определяемые по зависимостям, основанных на решении задачи Герца об упругом контакте тел сферической формы (рис. 2), имеющих решение в замкнутой форме [3].

а — в зоне контакта с мелющим телом (1 — ударник; 2 — дробинка); б — в зоне контакта с рабочей поверхностью корпуса (1 — ударник; 2 — корпус измельчителя) Рисунок 2 — Расчетная схема для определения основных параметров контактного взаимодействия мелющего тела при ударе по дроби

— для ударного контакта с рабочей поверхностью ударного элемента и дроби (рис. 2 а): Q1  0,918  3 P

 r  R1     2  r  R1 

 1  12 1  22     E2   E1

— для контактного взаимодействия поверхностью измельчителя (рис. 2 б): Q2  0,918  3 P

 R2  r     2  r  R2 

дроби

(1)

рабочей

 1  1      E2   E1 2 1

2 2

(2)

где Р — сила удара мелющего тела по дробинке, Н; r — радиус дробинки, м; R1 — радиус окружности рабочей поверхности мелющего тела, м;

112

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

 1 ,  2 — коэффициенты Пуассона материалов ударника и дробинки соответственно; Е1 и Е 2 — модули упругости материалов ударника и дробинки соответственно; R 2 — радиус кривизны рабочей поверхности корпуса измельчителя, м. По результатам численного решения определено, что наибольшее напряжение в дробинке возникает в зоне контакта с ударником (рис. 2 а). Для наглядного отображения зависимости количества дробинок, раскалываемых при наложении одиночного центрального упругого ударного контакта рабочим органом от массы ударного элемента и его скорости при взаимном контакте с массивом материала на рис. 3 отображен пространственный график поверхности в зависимости от массы ударника в пределах от 100 до 200 кг и от скорости соударения от 1 до 3 м/с [4].

Рисунок 3 – График зависимости количества частиц дроби, раскалываемых одиночным ударом молота, от массы ударного элемента и его скорости

Для обоснования основных технологических параметров процесса ударного контакта при дроблении материала, требующихся для обеспечения определенных условий раскалывания материала при стесненном ударе, предлагается использовать следующие теоретические закономерности [4]: – для определения требуемой массы ударного элемента:

113

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

m у 



468  дин 5 N др

3  4 5

3 V 2 Rпр

(3)

;

– для определения необходимой линейной скорости движения ударного элемента при соударении: 5

V   21, 6

 дин   Nдр  3 4 3 mу Rпр

(4)

где σдин — динамический предел прочности материала раскалываемой дробинки, МПа; Nдр — максимальное количество раскалываемых частиц дроби одиночным стесненным ударом; Θ — коэффициент, учитывающий физико-механические свойства материалов; mу — масса ударного элемента, кг; Rпр — приведенный радиус кривизны поверхности контактирующих тел, м. Использование данных зависимостей позволяет обосновать основные параметры процесса дробления материала в ударных мельницах и дробилках. Для ориентировочного выявления основных параметров роторноударного измельчителя для раскалывания дроби прямым стесненным ударом согласно кинематической схеме для производительности 1000 кг в час и предварительно проведенных экспериментальных исследований по определению энергии разрушения, выполнялись следующие расчеты, представленные в табл. 1. Таблица 1 – Основные параметры роторно-ударного измельчителя Определение Масса наиболее тяжело разрушаемой частицы дроби диаметром 2,1 мм Количество частиц, необходимое для раскалывания за 1 час при производительности Qи=1000 кг/ч Количество частиц дроби, раскалываемой за 1 минуту Количество частиц дроби, разрушаемых за 1 цикл при четырех измельчающих телах

Формула 4 3 m2,1  Vш  ст     R2,1  ст 3

N 21 

Qи m21

N мин 21 

N 21 60

Результат m2,1=0,3 г 3333333 шт. 55556 шт. 13889 шт.

114

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

t

Время падения мелющего тела

2 H g

M  mу  Rу1  mу  Rу 2 

Крутящий момент, при массе ударника

 mу   Rу1  Rу 2 

Крутящий момент, учитывающий четыре цикла разрушения

0,45 с 1625 Н∙м. 6500 Н∙м.

Pдв 

Потребная мощность двигателя

Рви 16  чр пк пс 2 м

16894 кВт

При разработке конструкции и кинематической схемы измельчителя основополагающим фактором являлись простота изготовления и общая надѐжность работы машины в целом. Выводы. Создание ударных усилий между ударником и рабочей поверхностью является одним из наиболее оптимальных вариантов для обеспечения высокой вероятности центрального ударного взаимодействия мелющих тел с частицами сферической дроби. Такой принцип наложения разрушающей нагрузки исключает переизмельчение дробимого материала, снижает энергозатраты, вследствие чего значительно повышается эффективность всего процесса раскалывания. Список литературы 1. Клушанцев, Б.В. Дробилки. Конструкция, расчет, особенности эксплуатации / Б.В. Клушанцев, А.И. Косарев, Ю.А. Муйземнек. - М.: Машиностроение, 1990. – 320 с. 2. Павлиненко, О.И. Некоторые особенности ударного раскалывания стальной дроби / О.И. Павлиненко, В.П. Долгих, Э.П. Левченко // Инновационные перспективы Донбасса: Материалы 4-й Международной научно-практической конференции. В 6 т. Т. 3: Инновационные технологии проектирования, изготовления и эксплуатации промышленных машин и агрегатов, 22-25 мая 2018 г. – Донецк: ДонНТУ, 2018. – С. 76 – 80. 3. Пономарев, С. В. Расчеты на прочность в машиностроении. Т. 3: Инерционные нагрузки. Колебания и ударные нагрузки. Выносливость. Устойчивость / С.В. Пономарев, В.Л. Бидерман, К.К. Лихачев и др. - М.: Машгиз, 1959. - 1118 с. 4. Павлиненко, О.И. Аналитические приемы обоснования основных параметров процесса раскалывания стальной дроби стесненным ударом / О.И. Павлиненко, Э.П. Левченко, Д.А. Власенко // Сборник научных трудов ДонГТУ.– 2019. – Вып №15 (58). – С. 106 – 112.

115

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 621.825.5/.7

АНАЛИЗ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ КОМПЕНСИРУЮЩИХ МУФТ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В УСЛОВИЯХ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК В ВАЛКОВЫХ ДРОБИЛКАХ Р.С. Мележик, Д.А. Власенко ГОУ ВПО ЛНР «Донбасский государственный технический университет», г. Алчевск, ЛНР Выполнен анализ существующих типов компенсирующих муфт, рассмотрены их недостатки и достоинства, предложена конструкция муфты, по своим параметрам наиболее соответствующая условиям работы привода четырехвалковой дробилки в условиях дробления твердого топлива в агломерационном производстве. Annotation. The analysis of the existing types of compensating couplings is carried out, their shortcomings and advantages are considered, the proposed designs of couplings, according to their characteristics, provide the appropriate operating conditions of the four-roll crusher in the conditions of crushing on solid fuel in sinter production. Ключевые слова: компенсирующая муфта, ударные нагрузки, демпфирование, агломерационное производство, четырехвалковая дробилка, эластичная муфта Key words: compensating coupling, shock loads, damping, sintering production, four-roll drawer, elastic coupling Для передачи крутящего момента в машинах и агрегатах, работающих в условиях повышенных динамических нагрузок, используются упругие муфты, основной особенностью которых является наличие упругого элемента (металлического или неметаллического). Они допускают относительно большую несоосность ведущего и ведомого валов, а также способны демпфировать ударные нагрузки за счет упругой деформации упругих элементов. Широкое распространение такие муфты получили в условиях металлургических и коксохимических предприятий, оборудование которых работает в условиях повышенных динамических нагрузок. В частности, к такому оборудованию относятся четырехвалковые дробилки [1], которые используются в агломерационном производстве для

116

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

фракционной подготовки твердого топлива [2]. При дроблении материала между валками возникают существенные ударные нагрузки, передающиеся через муфты приводу дробилки. В данное время для передачи крутящего момента от двигателя к редуктору и от редуктора к валку наибольшее распространение получили зубчатые муфты типа МЗ (ГОСТ 5006-83). В том числе в условиях агломерационного цеха Филиала № 12 ЗАО «Внешторгсервис» в приводе четырехвалковой дробилки используются муфты данного типа. Однако муфты такого типа не лучшим образом переносят ударнопеременные нагрузки, вследствие чего их срок службы, в данных условиях, не превышает 3,5 месяцев. Так же они не обладают существенными демпфирующими свойствами, из-за чего ударные нагрузки, возникающие при дроблении, передаются на элементы привода четырехвалковой дробилки. Использование компенсирующих муфт [3] позволит снизить нежелательное воздействие усилий, возникающих при дроблении различных видов твердого топлива, что существенно скажется на повышении надежности отдельных узлов дробилки. Рассмотрим возможность использования компенсирующих муфт для передачи крутящего момента от редуктора к приводному валку четырехвалковой дробилки в условиях фракционной подготовки твердого топлива. Для этого необходимо проанализировать их достоинства и недостатки. Так торообразные муфты (ГОСТ 20884-82) имеют сравнительно большие демпфирующие свойства, но из-за значительных диаметральных размеров их применение в четырехвалковых дробилках невозможно без существенных изменений в конструкции привода и фундамента дробильной машины. Лепестковые муфты (ОСТ 95.10000-83) позволяют работать с большими вибрационными и ударными нагрузками, но при этом возникающие обрывы и ослабления креплений лепестков будут негативно сказываться на эксплуатационной надежности дробилки. Благодаря относительной простоте конструкции и удобству замены упругих элементов втулочно-пальцевые муфты (ГОСТ 21424-93) стали бы прекрасной альтернативой муфт МЗ, но упругие элементы относительно малой толщины не смогут в полной степени передать необходимый крутящий момент и компенсировать ударные нагрузки, возникающие при дроблении твердого топлива. Муфты с упругой звездочкой (ГОСТ 14084-76) редко применяются в дробильном оборудовании из-за относительно малых компенсирующих способностей.

117

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Применение цепных муфт (ГОСТ 20742-93) в условиях агломерационного производства нецелесообразно, так как отдельные элементы этих муфт будут подвержены высокому износу из-за агрессивной среды и ударных нагрузок, возникающих в процессе дробления. Для наглядного анализа габаритов и крутящих моментов рассматриваемых муфт, сведем эти показатели в таблицу. Размер рассматриваемых типов муфт варьируется в диапазоне 200…400 мм, поскольку применение муфт данных габаритов позволит избежать значительных затрат, связанных с конструктивными изменениями фундамента дробилки и связанных с этим простоев оборудования. Таблица – Габаритные размеры и крутящие моменты муфт Номинальный Размеры, мм Тип муфты крутящий Диаметр Ширина момент, Н×м Торообразная ø200…400 200…400 200…2000 Лепестковая ø225…405 208…370 50…315 Втулочно-пальцевая ø220…320 286…350 1000…4000 С упругой звездочкой ø166 256 400 Цепная ø190…320 232…363 1000…4000 Из анализа характеристик муфт видно, что ни одна из рассматриваемых не подходит для применения в приводе четырехвалковой дробилки, так как их номинальный крутящий момент на порядок ниже передаваемого крутящего момента зубчатой муфты (25000 Н×м), установленной в приводе дробилки, а также из-за ряда существующих конструктивных недостатков. Исходя из вышеперечисленного, предполагается, что для демпфирования ударных нагрузок, возникающих при дроблении твердого топлива и повышения безотказной работы отдельных элементов привода четырехвалковой дробилки, работающей в условиях агломерационного производства, следует применить компенсирующую муфту [3], состоящую из двух одинаковых полумуфт, пальцев, закрепленных неподвижно на каждой из полумуфт и упругого элемента в виде эластичного диска, установленного на пальцах между двумя полумуфтами. При этом пальцы оснащены пружинными шайбами и шплинтами для предотвращения их самооткручивания. Упругий элемент представляет собой набор дисков одинакового размера. В качестве материала для данных дисков можно использовать как новую, так и отработавшую на конвейерах резинотканевую транспортерную ленту, имеющуюся в условиях агломерационного производства в достаточ-

118

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

ном количестве. Как показывает практика их применения на оборудовании с подобными технологическими параметрами (в частности на барабанах вторичного смешивания агломерационного цеха Филиала № 12 ЗАО «Внешторгсервис»), данные компенсирующие муфты способны передавать крутящие моменты значительно больше крутящих моментов, требуемых для условий процесса дробления различных видов твердого топлива в четырехвалковых дробилках. Выводы. На основе анализа конструкций компенсирующих муфт обнаружены недостатки, которые затрудняют применение муфт данных типов в четырехвалковых дробилках, работающих в условиях агломерационного производства, предложен тип муфты, которую целесообразно применить для передачи крутящих моментов от привода дробилки к валкам для демпфирования ударных нагрузок, негативно влияющих на элементы привода дробилки. Список литературы 1. Клушанцев, Б. В. Дробилки. Конструкция, расчет, особенности эксплуатации / Б. В. Клушанцев, А .И. Косарев, Ю. А. Муйземнек. – М. : Машиностроение, 1990. – 320 с. 2. Власенко, Д. А. Комплексный анализ особенностей эксплуатации дробильно-измельчительного оборудования в агломерационном производстве / Д. А. Власенко // Инновационные перспективы Донбасса: Материалы 5-й Международной научно-практической конференции. В 6 т. Т. 3: Инновационные технологии проектирования, изготовления и эксплуатации промышленных машин и агрегатов, 21-23 мая 2019 г. – Донецк: ДонНТУ, 2019. – С. 150 – 154. 3. Харитоненко, А. А. Некоторые направления повышения эффективности четырехвалковых дробилок / А. А. Харитоненко // Инновационные перспективы Донбасса: Материалы 5-й Международной научнопрактической конференции. В 6 т. Т. 3: Инновационные технологии проектирования, изготовления и эксплуатации промышленных машин и агрегатов, 21-23 мая 2019 года. – Донецк : ДонНТУ, 2019. – С. 147–149.

119

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 621.512.65.011.46.002.235+669

ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И ЭКОНОМИЧНОСТИ ПОРШНЕВЫХ КОМПРЕССОРОВ АКУСТИКО-РЕЗОНАНСНЫМ НАДДУВОМ Ю.А. Рутковский, А.Ю. Рутковский ГОУ ВПО ЛНР «ДОНБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ», г. Алчевск, ЛНР Рассмотрены результаты исследований влияния резонансных колебаний давления газа во всасывающей системе на режимы работы поршневых компрессоров типа L. Annotation. The results of research on the influence of resonant gas pressure fluctuations in the suction system on the operating modes of Ltype reciprocating compressors are considered. Ключевые слова: поршневой компрессор, всасывающая система, акустико-резонансный наддув. Key words: piston compressor, suction system, acoustic-resonant boost. При работе поршневых компрессоров в результате периодических процессов всасывания во всасывающей системе, состоящей из фильтра, трубопровода и всасывающих клапанов, могут возникать интенсивные колебания давления, оказывающие существенное влияние на наполнение цилиндра газом. Использование колебаний давления для увеличения мощности и производительности объемных машин называется резонансноакустическим наддувом. Особенно сильное влияние на наполнение цилиндра воздухом оказывают резонансные колебания давления, размах амплитуды которых, как показали исследования [1], достигает порядка 0,03 - 0,05 МПа. Наилучшим вариантом является совпадение максимального давления в акустической волне с моментом закрытия всасывающих клапанов. В этом случае компрессор развивает наибольшую производительность. Назовем длину всасывающего трубопровода, соответствующую максимальной подаче компрессора, оптимальной по производительности, Lрез.опт. Однако существуют и другие

120

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

оптимальные длины, при которых компрессор работает с минимальным удельным расходом энергии. Поршневые компрессоры являются весьма энергоемкими машинами, которые за многие годы эксплуатации (более 15 лет) утратили свои первоначальные показатели: производительность снизилась более, чем на 20 - 25%, удельный расход энергии возрос на 8 - 10% [1, 4]. Целью настоящей работы является разработка способов, позволяющих повысить эффективность компрессорных машин. Таким способом является, на наш взгляд, резонансно-акустический наддув, который может быть внедрен в практику эксплуатации без капитальных затрат. Изложение результатов исследования. На рисунке 1 представлены экспериментальные зависимости влияния переменной длины всасывающего трубопровода Lвс на производительность Q (м3/мин), мощность N (кВт) и удельную мощность Nуд (кВт/(м3/мин)) компрессора ВП-20/8М. Эти зависимости могут быть названы акустико-резонансными характеристиками компрессора.

Рисунок 1 – Зависимость производительности Q, мощности N и удельной мощности Nуд компрессора ВП-20/8М от длины всасывающего трубопровода Lвс

На рисунке 2 изображен компрессор ВП-50/8М со всасывающим трубопроводом переменной длины. Методика испытания компрессоров состояла в том, что всасывающий трубопровод в начале отключался, а затем наращивался отрезками труб длиною 0,25 – 0,5 м. При каждой фиксированной длине измерялись: производительность, мощность, температура. Пневмоэлектрическим индикатором МАИ-2 записывались циклограмма колебания давления и индикаторные диаграммы в координатах p – α (где α — угол поворота коленчатого вала).

121

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Рисунок 2 – Компрессор ВП-50/8М на стенде Краснодарского компрессорного завода в период испытания на резонансный наддув

Анализ акустико-резонансных характеристик компрессора ВП20/8М (см. рисунок 1) показывает, что максимальные производительности компрессора имеют место при двух значениях резонансных длин всасывающего трубопровода Lрез 1 = 3,8 м и Lрез 2 = 14 м. Они соответствуют резонансам колебаний давления по 2й гармонике вынуждающих импульсов. При первой резонансной длине (3,8 м) производительность возросла на 8,5% (с 21,2 м3/мин до 23 м3/мин), потребляемая мощность повысилась на 10 кВт, удельная мощность приобрела максимальное значение 5,6 кВт/(м3/мин), что выше первоначального значения на 4,7%. При повторном резонансе (Lрез 2 = 14 м) эффективность снизилась до 6%, что является следствием увеличения сопротивления всасывающей трубы в связи с удлинением. Однако удельный расход мощности остался на прежнем уровне, как и при Lрез 1. Как видно из поведения кривой (см. рисунок 1) Nуд = f (Lвс), наименьшая удельная мощность имеет место в зарезонансной зоне длин всасывающего трубопровода, в данном случае при Lвс = 7 ÷ 7,2 м. Для компрессора ВП-50/8М минимум Nуд соответствует Lвс = (1,1 ÷ 1,4) Lрез [1]. Подобная картина имеет место для всех испытанных компрессоров. Явление снижения удельной мощности в зарезонансной области всасывающей системы можно объяснить следующим образом. При переходе системы через резонанс, как это следует из теории акустических колебаний [2], происходит сдвиг фазы колебания на 90° по отношению к мертвым точкам положения поршня. В результате сдвига происходит не только перераспределение давления по ходу поршня, но и уменьшаются потери мощности при всасывании. На графике (см. рисунок 3) потери мощности при всасывании в компрессоре ВП-50/8М в режиме резонанса, равные 17 кВт, снизились до 6,2 кВт зарезонансной зоне, т.е в 2,74 раза.

122

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Рисунок 3 – Влияние длины Lвс всасывающего трубопровода компрессора ВП-50/8М на потери мощности на всасывание Nпот.вс при кольцевых клапанах

123

10,7 11,7 11,0 4,1 4,1 3,8

Тип всасывающих клапанов (К – кольцевые, П – прямоточные, Т – тарельчатые)

10,7 12,2 11,4 4,8 4,8 4,2 3,8 2,8 2,9 4,8 2,2 2,7 4,2 2,9 0,55

Мощность резонансного режима Nр, кВт

450 450 400 250 250 225 225 225 150 250 200 225 200 150 100

Номинальная мощность N, кВт

225 215 215 150 150 110 75 75 62 110 55 75 105 62 55

Производительность Qр, Нм3/мин

Радиус кривошипа R, мм

880 900 900 600 600 380 450 370 300 470 330 450 400 300 200

Номинальная производительность Q, Нм3/мин

Диаметр цилиндра 1-й ступени D1, мм

187 167 167 375 375 500 600 750 735 500 980 750 500 735 980

Не испытывались

Частота вращения вала n, об/мин

5Г-100/8 2ВГ 55В ВП-50/8М ВП-50/8М ВП-20/8М 2ВМ4-20/4 2ВМ4-54/3 302ВП-10/8М 305ВП-30/8 4ВМ-2,5-14/41 2ГМ4-54/3 3ГП-20/8 4С2ГП-10/8М ЗиФ ШВКС-5

всасывающего Диаметр трубопровода dтр, мм длина резонансная Расчетная всасывания трубопровода Lрез.р, м Фактическая резонансная длина Lрез, м

Тип компрессора

Как показал анализ индикаторных диаграмм в координатах "давление - ход поршня", наполнение цилиндра воздухом продолжается при обратном движении поршня, что отражается на производительности и потребляемой мощности компрессора. В таблице представлены фактические значения резонансных длин испытанных компрессоров, а также расчетные значения их для новых проектируемых компрессоров. Таблица – Резонансные параметры компрессоров

100 90 90 52,5 50,5 20 20 54 10 30 14 54 20 10 4,65

106 95,4 95,4 60 57,5 23,3 23,3 63 11,65 35 16,3 63 23,3 11,65 5,25

625 625 275 280 100 90 151 57 159 155 153 120 47 34

663 663 317 317 130 103 169 64 178 173 171 134 53 38

К К К К П П П П П П К П П П Т

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Выбор оптимальных режимов работы компрессоров с максимальной производительностью или с минимальной удельной мощностью зависит от определения резонансной длины с достаточной для практики точностью. Вычисление длин, приведенных в таблице 1, велось по формуле, учитывающей переменный за время всасывания объем цилиндра и момент закрытия всасывающих клапанов. Вывод формулы представлен в работе [3]. Расчет по предлагаемой формуле дает ошибку в определении расчетных значений по сравнению с фактическими не более 5%, что для практики использования допустимо. Выбор оптимальных зон всасывающей системы должен определяться технико-экономическим сравнением. Расчеты показывают, что общий экономический эффект от внедрения акустико-резонансного способа интенсификации и дисковых клапанов нового поколения составит на одну компрессорную станцию из 4-х компрессоров ВП-50/8М более 2,5 млн. рублей в год [4]. Выводы. Рассмотренные результаты исследования с очевидностью показали значительную эффективность акустико-резонансного наддува поршневых компрессоров с цилиндрами двойного действия в 1-й ступени и резонансом по 2-й гармонике. Однако выявили и ряд недостатков: ухудшение теплового режима 1-й ступени, а также возрастание нагрузки на двигатель [1]. Главным выводом следует считать, что назрела объективная потребность теоретических и экспериментальных исследований для получения акустикорезонансных характеристик эксплуатируемых и проектируемых компрессорных машин. Характеристики должны быть включены в справочную литературу с целью использования их на практике. Список литературы 1. Гогин, Ю.Н. Оптимальные режимы работы поршневых компрессоров / Ю.Н. Гогин, Ю.А. Рутковский, М.Г. Усачев // Вестник Машиностроения. – 1963. – №11. – С. 47–51. 2. Поль, Р.В. Механика, акустика и учение о теплоте / Р.В. Поль. – М.: Наука, 1971. – 480 с. 3. Исследование колебаний давления во всасывающей системе поршневого компрессора при движении газа в ней с дозвуковой скоростью / Ю.А. Рутковский и др. // Сб. науч. тр. ДонГТУ. – 2016. – Вып. 46. – С. 57 – 63. 4. Рутковский, Ю.А. Резонансные характеристики поршневых компрессоров с самодействующими клапанами нового поколения и их роль в повышении эффективности пневматического оборудования промышленного производства / Ю.А. Рутковский, В.В. Найчук, А.Ю. Рутковский // Сб. науч. тр. ДонИЖТ. – 2016. – Вып. 43. – С. 43 – 58.

124

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 658. 58

АНАЛИЗ ОТКАЗОВ КАК ИСТОЧНИК ИНФОРМАЦИИ В УСЛОВИЯХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СТРАТЕГИИ ОПРАВДАННОГО РИСКА Ю.А. Шамрай, Е.В. Ошовская, В.А. Сидоров, Н.А. Ченцов ГОУ ВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ», г. Донецк, ДНР В статье рассмотрены существующие подходы к анализу отказов как ошибке управления в случае использования стратегии оправданного риска. Существующие на данный момент решения для предотвращения отказов определили цели и задачи исследования. Abstract. The article discusses the relevance of the topic of work, existing approaches to the analysis of failures. Currently existing solutions for the prevention of failures. The goals and objectives of the study are set. Ключевые слова: машина непрерывного литья заготовок, холодильник, гидравлический привод, анализ отказов, риск, внеплановый простой. Keywords: continuous casting machine, refrigerator, hydraulic drive, failure analysis, risk, unscheduled downtime. Формирование информационных потоков данных для принятия решения в условиях использования стратегии оправданного риска предполагает необходимость использования анализа отказов как источника информации для принятия решений в системе технического обслуживания и ремонта при эксплуатации механизмов холодильника МНЛЗ. В последовательности достижения поставленной цели выделены следующие задачи: определение параметров для характеристики объекта исследования; определение условий эксплуатации и анализ проводимых ремонтов; рассмотрение отказов оборудования как источника информации; обзор методов технического диагностирования гидропривода для получения недостающих данных. В работе объектом исследования приняты механизмы шагающих балок холодильника МНЛЗ, оснащѐнные гидроприводом.

125

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Предмет исследования – эксплуатационные параметры надѐжности механического оборудования холодильника МНЛЗ. При введении в эксплуатацию новой машины следует отметить следующие этапы работы: - этап освоения (приработки), во время которого появляются в большей степени отказы, связанные с ошибками, связанными с управлением и незнанием «характера» машины, ошибками в регулировании, неверной периодичностью осмотров и ремонтов и др.; – этап повышенного износа механизма связан с ускоренным износом, накоплением усталостных повреждений, появление мест напряжѐнно-деформированного состояния; - этап привыкания (адаптация) механизма к условиям эксплуатации во время проведения ремонтов, регулировки, затяжки и др. В случае если данные периоды пройдены благополучно, то начинается этап долговременной эксплуатации с относительно малым числом отказов, плановыми заменами отдельных составляющих, выделением узких мест в машине и узлах. На этапе эксплуатации и приработки, при ликвидации первых отказов начинается накопление навыков и опыта, связанного с управлением и использованием данной машины, а также накопление опыта и квалификации работников. Работоспособность узлов машин определяется внешними факторами: силовым, температурным, воздействием внешней среды, трением. Внутренние факторы, влияющие на работоспособность сопрягаемых узлов: неподвижность сопряжений, взаимное расположение деталей относительно друг друга, состояние узлов трения; равномерное распределение сил; накопление усталостных повреждений. Поддержание работоспособного состояния оборудования обеспечивается несколькими операциями такими, как: осмотр и очистка устройств, защита от коррозии, смазка и затяжка резьбовых соединений. Ремонтные воздействия, проводимые для восстановления работоспособного состояния оборудования, так же делятся на несколько видов: замена, восстановление (включая наплавку), регулировка. Следует учитывать, что эффективность применения ремонтных операций зависит от их своевременности и различна для устранения конструктивных, производственных и эксплуатационных отказов. Количество указанных факторов и операций ограниченно, следовательно, успешное решение задачи о повышении информативности при управлении рисками возможно.

126

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Элементы механизмов холодильника сортовой МНЛЗ испытывают широкий спектр нагрузок, которые характерны для металлургических машин: циклические силовые и температурные воздействия, отсутствие значительного влияния окружающей среды и вероятность ошибок персонала при управлении и настройке средств автоматизации. Холодильники МНЛЗ [1, 2] обеспечивают охлаждение заготовки в диапазоне температур от 10000С до 200…3000С за счѐт периодического горизонтального перемещения и кантовки. Цикл шагания составляет 20…30 с. Ширина холодильника соответствует возможности укладки мерной длины 12 м, длина должна обеспечить температурный режим охлаждения и составляет 30…40 м. Особые требования к безотказности данного оборудования определяются повышением коэффициента использования МНЛЗ в современных условиях, переходом на разливку длинными сериями (более 100). Условия работы холодильника МНЛЗ характеризуются следующими факторами:[3]. - силовая нагрузка – умеренная, переменная, без динамических составляющих, периодическая; - температурные воздействия периодические (соответствуют времени разливки серии) различаются зонами охлаждения: в начале температура составляет около 10000С, на выходе температура слитков уменьшается до 200…3000С; - воздействие окружающей среды проявляется при длительных простоях оборудования в виде коррозии при образовании конденсата из-за суточных колебаний температуры; - в узлах трения преобладает абразивный износ. Периодическое изменение температуры, неравномерная нагрузка и перекосы в положении металлоконструкций, вибрация трубопроводов приводят к: - появлению трещин в элементах металлоконструкций; - разрушению резьбовых соединений; - повреждениям элементов трубопроводов; - износу внутренних элементов гидравлических цилиндров. Поддержание и восстановление работоспособного состояния осуществляется при проведении технического обслуживания и ремонта в ограниченные временные интервалы. Несовпадение выполненных ремонтов и процессов износа приводит к внезапным отказам, нарушению непрерывности технологического процесса и простоям комплекса оборудования электросталеплавильного цеха. Современная тенденция к увеличению интенсивности производства, снижению времени проводимых ремонтных работ

127

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

требует поиска решений, обеспечивающих безотказную работу механического оборудования с минимальными затратами. Существуют следующие варианты решения задачи [4]: установка нового оборудования через 5…7 лет работы; выполнение регламентного ремонта; ремонты по фактическому состоянию. Указанные решения не гарантируют защиту от возникновения внеплановых отказов, в связи с тем, что текущая оценка качества проведенных ремонтов осуществляется на основе результатов стабильности потока отказов. Любой отказ следует рассматривать как ошибку в системе управления работоспособным состоянием технической системы. Для предотвращения внеплановых простоев, аварийных отказов и выявлению их причин появления следует выбрать диапазон данных, которые будут достаточно информативны и содержательны. Сбор данных требует наличия локальной сети информационных носителей разного назначения. При принятии решений о техническом обслуживании или же ремонте машины дополнительным источником информации следует использовать данные технического диагностирования. Отсутствие в современной структуре ремонтной службы специалистов по анализу отказов, может быть компенсировано наличием экспертных информационно-справочных систем, базирующихся на опыте индивидуальных условий эксплуатации конкретного оборудования и усложняющихся и развивающихся по мере накопления данных о состоянии технической системы. Используемая информация должна дополняться сведениями о причинах появления повреждений и эффективности принятых мер для их устранения.

Рисунок – Информационные потоки в стратегии оправданного риска

128

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Для повышения информативности целесообразно применить итоги математического моделирования процессов износа отдельных составляющих и нарушений работоспособного состояния технической системы в целом. Итоги моделирования следует использовать для разработки сценариев развития неисправностей с малым и большим периодом накопления повреждений для устранения риска появления внепланового простоя. Оценка риска возможна при наличии данных о возможных потерях и приобретениях производства в краткосрочной и длительной перспективе. Обоснованность принимаемых решений должна базироваться на результатах прогнозирования с учѐтом вероятности и последствий частых, внезапных и единичных отказов. Принимается тезис о том, что катастрофические аварийные отказы являются единичными и выпадают из статистического ряда. Вывод. Получаемая в настоящее время информация об анализе отказов недостаточна для принятия решений в процессе управления техническим состоянием оборудования. Переменная интенсивность числа отказов при эксплуатации механического оборудования связана с эксплуатационными влияниями на работоспособность металлургических машин и операциями по поддержанию и восстановлению работоспособного состояния ремонтными службами. Следует принимать во внимание изменение свойств материала, взаимодействие и приспосабливаемость узлов механизма к условиям эксплуатации. Список литературы 1. Ловчиновский, Э.В. Эксплуатационные свойства металлургических машин / Э.В. Ловчиновский: В.С. Вагин. -М.: Металлургия, 1986. - 160с. 2. Артоболевский, И.И. Механизмы в современной технике. В 7 т. Т. 7. Гидравлические и пневматические механизмы / И.И. Артоболевский. – М.: Наука, 1981. - 555 с. 3. Сидоров, В.А. Эксплуатация гидропривода металлургических машин: учебное пособие для вузов / В.А. Сидоров, Е.В. Ошовская, С.А. Бедарев ; ГВУЗ «ДонНТУ». - Донецк: [б.и.], 2015.– 252 с. 4. Повышение информативности при анализе рисков отказов металлургического оборудования / Ю.А. Шамрай и др. //Сборник научных трудов Донбасского государственного технического университета. – 2018. – № 12(55). – С. 63-69с.

129

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 621.86

ВЛИЯНИЕ ПЕРЕКОСНЫХ НАГРУЗОК НА ПЕРЕМЕЩЕНИЕ ОПОР КОЗЛОВЫХ КРАНОВ Т.В. Луцко, А.С. Гуляев, С.С. Прудников ГОУ ВПО «ДОНБАССКАЯ НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ», г. Макеевка, ДНР Рассмотрены особенности возникновения перекоса в козловых кранах, применяемых на различных промышленных предприятиях, в том числе металлургических, и проанализированы перемещения опорных стоек козловых кранов при воздействии сил перекоса. Annotation. The features of skewing in gantry cranes used in various industrial enterprises, including metallurgical ones, are considered, and the displacements of gantry cranes support posts under the influence of skew forces is analyzed. Ключевые слова: козловой кран, нагрузка, опорная стойка, перекос, перемещение. Key words: gantry crane, loading, support strut, skew, displacement. Козловые краны, применяемые на металлургических предприятиях, выполняют операции по разгрузке металлолома при последующей погрузке в цеха, а также при разгрузке кокса и леса. Для различных погрузочно-разгрузочных работ широко используются мостовые перегружатели, которые по конструктивному исполнению относятся к козловым кранам, отличающиеся большими пролетами. При работе козловых кранов возникают перекосные нагрузки, которые могут привести к потере устойчивости крана. Причинами перекоса являются: различия в сопротивлениях передвижения опор крана, неточности изготовления и монтажа ходовых колес; неодновременное срабатывание тормозов, неровности подкранового пути, проскальзывание приводных колес. Различают свободный и упругий перекосы 1. Свободный перекос возникает при забегании одной из опор крана относительно другой в основном вследствие выбора зазоров между ребордами колес и рельсами. Упругий перекос возникает от упругих деформаций

130

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

пролетного строения и жесткой опоры крана. Максимальные перекосные нагрузки возникают при расположении тележки с грузом около одной из опор или на консоли крана. Оба вида перекоса при работе крана возникают одновременно. Значения и виды деформаций и перемещений козловых кранов при воздействии перекосных нагрузок зависят от способа соединения опор с пролетным строением крана. Различают козловые краны со следующими видами опирания 2: 1) одна жесткая, а другая гибкая опора (шарнирное соединение с мостом); 2) обе жесткие опоры. Целью настоящей работы является оценка влияния сил перекоса на перемещения опор крана в зависимости от способа их крепления к пролетному строению. В качестве объекта рассмотрения принимаем двухконсольный козловой кран со следующими параметрами: грузоподъемность Q=20 т, пролет L=20 м, 25 м и 32 м, высота подъема груза h=12 м, вылет консоли lK =8 м, база крана а=9 м. На рис. 1 представлен расчетный случай нагружения козлового крана со следующими нагрузками: 1) осевая нагрузка Н; 2) нагрузка от перекоса SП; 3) суммарные сопротивления (нагрузки) опор А и В соответственно W A и WB .

Рисунок 1 – Расчетный случай нагружения козлового крана 1 – жесткая опора; 2 – гибкая опора; 3 – мост

Зная суммарные силы сопротивления передвижению крана в опорах АА и ВВ соответственно W A и WB , определяются перекосная нагрузка и осевая нагрузка при следующих вариантах 1:

131

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

1) для козлового крана с одной жесткой, а другой гибкой опорами: - работают оба двигателя опор: осевая нагрузка W A  WB  (1) Н ; a (1   )  2k L нагрузка от перекоса W  WB  ; (2) SП  A L 1    2k a - работает двигатель одной опоры: осевая нагрузка WA ; (3) Н a  2k L нагрузка от перекоса WA ; (4) SП  L 1  2k a 2) для козлового крана с двумя жесткими опорами: - работают оба двигателя опор: осевая нагрузка W A  WB  ; (5) Н  0,5 a (1   )(1  k )  2k L нагрузка от перекоса W A  WB  ; (6) SП  2k L 1    1 k a - работает двигатель одной опоры: осевая нагрузка WA ; (7) Н  0,5 a (1  k )  2k L нагрузка от перекоса WA , (8) SП  2k L 1  1 k a

132

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

где k  0,032 - коэффициент сопротивления от трения реборд; =0,75…0,85 – коэффициент неравномерности распределения тяговых усилий опор крана; а – база крана, м ; L – пролет крана, м. Известно, что деформации моста и опор, вызванные действием крутящего момента, незначительны и их, как правило, не учитывают. Кроме этого, деформации от перекоса в основном определяются скручиванием опор, каждая из которых изгибается под действием осевых нагрузок Н независимо от второй стойки 1. В связи с этим представим расчетную схему козлового крана для определения перекоса от горизонтальной осевой силы Н на рис. 2.

Рисунок 2 – Расчетная схема козлового крана

Перемещение от единичной осевой силы Н=1, м/Н: h2  h L 1      , (9) 3 E  J1 J 3  где Е – модуль упругости стали, Па; h и L – высота и пролет крана, м; J1 и J 3 – моменты инерции соответственно сечений жесткой опоры и моста, м4. Поскольку полное перемещение от горизонтальной силы 2 1, то перемещение крана от перекоса будет равно, м: L (10)   H  21  . a В настоящее время козловые краны рассчитываются на предельное значение усилия перекоса с последующими рекомендациями – при каких условиях кран может работать без ограничителя перекоса. В соответствии с этим, был выполнен расчет осевых и перекосных нагрузок по формулам (1) – (8), а определение перемещений от перекосов по формуле (10). Результаты расчетов

133

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

значений перемещений для козловых кранов с разными видами опор и при варьировании значениями пролетов от 20 м до 32 м представлены на графиках, изображенных на рис. 3.

а)

б)

Рисунок 3 – Графики зависимости перемещений опор кранов  от пролета L: а – для крана с одной жесткой, а другой гибкой опорами; б – для крана с двумя жесткими опорами; 1 – груз на консоли и работают два двигателя опор; 2 – груз на консоли и работает двигатель одной опоры; 3 – груз посередине пролета и работают два двигателя опор; 4 – груз посередине пролета и работает двигатель одной опоры Выводы. Численный анализ полученных результатов показал: 1. Перемещения от перекоса у кранов с одной жесткой, а другой гибкой составляют в среднем на 50% больше, чем у крана с двумя жесткими опорами. 2. При увеличении пролета перемещения от перекоса возрастают. 3. Наибольшие деформации возникают при расположении груза на консоли и при работе одного двигателя. 4. Максимальное значение перемещения от перекоса составило 1,13 м и характерно для крана с одной жесткой, а другой гибкой опорами с пролетом 32 м, при расположении груза на консоли и одним работающем двигателе. Поэтому для этого крана в случае одного работающего двигателя рекомендуется эксплуатировать при расположении груза посередине пролета. Список литературы 1. Абрамович, И.И. Козловые краны общего назначения / И.И. Абрамович, Г.А. Котельников. – М.: Машиностроение, 1983. – 232 с. 2. Кобзев, А.П. Специальные грузоподъемные машины: учеб. пособие для вузов: В 8 кн. Кн. 4: Козловые краны и мостовые перегружатели. Краны кабельного типа / А.П. Кобзев, В.П. Пономарев. – Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2005. – 140 с.

134

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 004.896

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ НЕАВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОИЗВОДСТВА ЗА СЧЕТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИНСТРУМЕНТОВ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА Е. А. Буленков, Т. А. Газе ГОУВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ», г. Донецк, ДНР Внедрение технологий Интернета вещей на существующих производственных объектах подразумевает инвестиции, поскольку требует их модернизации с помощью датчиков. Данная работа предлагает альтернативное решение с меньшими инвестициями, основанное на распознавании и обработке изображений рабочего места. Annotation. The implementation of Internet of Things technologies at existing production facilities implies investments, since they require modernization by sensors. This work offers an alternative solution with less investment, based on the recognition and processing of images of the workplace. Ключевые слова: Индустрия 4.0, искусственный интеллект, машинное обучение, классификация, кластеризация, распознавание образов. Keywords: Industry 4.0, artificial intelligence, machine learning, classification, clustering, pattern recognition. Современное машиностроительное производство предполагает активное использование инструментов Индустрии 4.0, ключевыми технологиями которой являются: большие данные и аналитика, облачные вычисления, вертикальная и горизонтальная интеграция, киберфизические системы, автономные роботы, интернет вещей, кибербезопасность, аддитивное производство, виртуальная и дополненная реальность. К сожалению, современный уровень инвестиций в развития производства не дает в полной мере реализовать все эти технологии в Донбассе, однако некоторые из

135

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

них, например технологии Интернета вещей, могут быть реализованы. Внедрение технологий Интернета вещей на существующих неавтоматизированных производственных объектах подразумевает значительные инвестиции, поскольку требует их модернизации с помощью датчиков и передающих устройств [1]. Поэтому работа, направленная на снижение стоимости внедрения инструментов Индустрии 4.0, является актуальной. Целью данной работы является повышение эффективности неавтоматизированного машиностроительного производства за счет использования инструментов искусственного интеллекта как составной части Интернета вещей. Модернизация неавтоматизированного оборудования системой датчиков и объединение их в единую производственную сеть требует значительных материальных затрат. Вместе с тем, данные датчики позволяют получить информацию, которую можно получить другим путем, - фото и видеосъемкой рабочих мест. Современные технологии искусственного интеллекта, связанные с обработкой информации, позволяют преобразовать изображение в нужный набор данных, которые могут быть использованы для управления предприятием [2]. Практика выявления шаблонов с использованием инструментов искусственного интеллекта и машинного обучения связана с алгоритмами классификации и кластеризации данных. Необработанные данные, которые являются входными данными, подаются для обработки, а затем преобразуются в машинно-понятные коды. Затем эти коды проходят процесс обучения, который включает в себя этапы классификации и кластеризации. Хотя эти термины являются синонимами, они различаются с точки зрения их практического применения. Процесс реализуется следующим образом. Когда используется техника классификации, назначаются соответствующие метки классов любому шаблону, который нужно распознать. Они зависят от данных абстракции, которые создаются во время обучения и с использованием конкретных ранее известных фактов о предметной области. Например, при анализе изображения рабочих мест такими классами могут быть: «деталь установлена в приспособление», «деталь отсутствует в приспособлении», «ведется обработка», «рабочего нет возле станка» и др. Кластеризация используется для разделения данных для принятия решений. Таким образом, использование систем распознавания образов на фотографии рабочего места позволит получить необходимую

136

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

информацию о состоянии оборудования без необходимости установки датчиков на станки. При этом работа системы проходит по схеме на рис.

Рисунок – Схема работы системы распознавания образов.

Различные этапы работы заключаются в следующем: Получение изображения: эта фаза переводит входные данные в цифровые данные сигнала. Сегментация изображения: эта фаза помогает изолировать измеренные входные данные и устранить шум. Распознавание шаблонов: измеряет сущности и объекты по своим свойствам и отправляет для дальнейшей процедуры классификации. Классификация: назначает обнаруженный объект категории. Постобработка: подготовка данных для принятия решения. Вывод. Таким образом, использование инструментов искусственного интеллекта как составной части Интернета вещей позволяет повысить эффективность неавтоматизированного машиностроительного производства. Список литературы 1. Москаленко, Т. А. Архитектуры промышленного Интернета Вещей / Т. А. Москаленко, Р. В. Киричек, А. С. Бородин // Информационные технологии и телекоммуникации. – 2017. – Т. 5. – № 4. – С. 49–56. 2. The AI Index 2018 Annual Report / Yoav Shoham et al. // AI Index Steering Committee, Human-Centered AI Initiative, Stanford University, Stanford, CA, December. – 2018. – 94 p.

137

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 621.001.2

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ШАХТНОЙ ВИБРОЩЕКОВОЙ ДРОБИЛКИ С ГОРИЗОНТАЛЬНЫМ РАСПОЛОЖЕНИЕМ КАМЕРЫ ДРОБЛЕНИЯ В.П. Кондрахин, В.С. Новосельцев ГОУ ВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ», г. Донецк, ДНР Приведены результаты компьютерного моделирования переходных динамических процессов пуска и остановки вибрационной щековой дробилки горизонтальным расположением камеры дробления. Annotation. The results of computer simulation of transient dynamic processes of starting and stopping a vibrating jaw crusher with a horizontal location of the crushing chamber are presented. Ключевые слова: моделирование, переходной процесс, вибрационная щековая дробилка Keywords: simulation, transition process, vibrating jaw crusher Вибрационная щековая дробилка с горизонтальным расположением камеры дробления (см. рис. 1) представляет собой установленную на пружинах 1 станину 2, на которой расположено цепное скребковое транспортирующее устройство 3 и кронштейн 4.

Рисунок 1 - Конструктивная схема шахтной виброщековой дробилки (точки О1 и О2 – центры масс, соответственно, верхней и нижней щек)

138

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

На кронштейне шарнирно закреплена подвижная щека 5, противоположный конец которой опирается на пружины 6. На подвижной щеке расположен вибровозбудитель 7, который генерирует колебания подвижной (активной) щеки силами инерции вращающихся неуравновешенных масс (дебалансов) 8. Поступающий из бункера 9 материал по мере продвижения к разгрузочной щели разрушается под действием серии высокочастотных ударов. Благодаря малым габаритным размерам по высоте, дробилки такого типа целесообразно применять для дробления горных пород в шахтах, а также на передвижных установках. Расчетная динамическая схема и математическая модель виброщековой дробилки такого типа представлена в работе [1]. Полученная в [1] система уравнений позволяет моделировать переходные процессы запуска и остановки виброщековой дробилки. Для моделирования процессов запуска и остановки задавался линейный закон соответственно увеличения или уменьшения угловой скорости вибратора ω. В случае попадания в камеру дробления абсолютно жесткого предмета, перемещающегося вдоль камеры со скоростью движения цепи скребкового конвейера, динамическая система становится виброударной. В качестве допущения принято, что в момент удара скорость взаимодействующих тел изменяется мгновенно. Для обозначения скорости тел до удара используем индекс «д», а после удара – индекс «п». Угловые скорости верхней щеки до и после удара связаны соотношением (гипотеза Ньютона) ω1п = - К ω1д, где К – коэффициент восстановления скорости при ударе. Исходя из закона сохранения момента количества движения, можно определить угловую скорость нижней щеки после удара:

2п  2 д 

I11д (1  K ), I1  I 2

(1)

где I1, I2 – центральные массовые моменты инерции верхней и нижней щек.

139

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Значения проекций скоростей центра масс О2 нижней щеки на горизонтальную х и вертикальную y оси координат после удара определяются из условия сохранения количества движения: y п  y д 

m1 (1  K ) I l cos 12 (l1 cos 1  1 12 )1д ; m1  m2 I1  I 2

xп  xд 

m1 (1  K ) I l sin 12 (l1 sin 1  1 12 )1д . m1  m2 I1  I 2

(2)

где m1, m2 – масса соответственно верхней и нижней щек; l1 – расстояние от оси поворота до центра масс О1 верхней щеки; l12 =О1О2 (см. рис. 1). В процессе численного интегрирования полученной в [1] системы уравнений момент времени удара определялся путем проверки условия h12(t) > hп ,

(3)

где h12(t) - мгновенное значение высоты камеры в точке расположения недробимого предмета высотой hп. При нарушении условия (3) по выражениям (1) и (2) определяются значения скоростей после удара, которые служат начальными условиями для дальнейшего интегрирования системы дифференциальных уравнений динамики дробилки. В результате проведения вычислительных экспериментов определены амплитуды угловых колебаний верхней А1 и нижней А2 щек и линейных колебаний нижней щеки Ах , Ау шахтной дробилки ПВДУ в режиме холостого хода: А1 = 0,0069 рад, А2 = 0,0013 рад, Ах = 2,0 мм, Ау = 2,1 мм. При этом амплитуда линейных колебаний точки на конце верхней щеки относительно нижней достигает примерно 11 мм, а амплитуда скорости этой точки – 1,1 м/c. Необходимо отметить, что полученное значение скорости превышает предельно допустимую скорость взаимодействия исполнительного органа с дробимой породой по условию взрывобезопасности сухого процесса дробления. Поэтому при эксплуатации дробилки в шахтах, опасных по газу и пыли, необходимо предусматривать специальные меры (орошение, размещение на свежей струе и т.д.). На рис. 2 приведены полученные при компьютерном моделировании графики зависимости от времени отклонений верхней

140

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

и нижней щек при останове дробилки ПВДУ. При равномерном замедлении частоты вращения вибратора в процессе выбега система проходит через резонанс. Этот процесс сопровождается ростом амплитуды колебаний верхней и нижней щеки. Максимальные отклонения зависят от продолжительности процесса остановки (выбега) дебалансного вибратора. При увеличении длительности процесса колебания увеличиваются, причем наибольшее отклонение по углу 1 может превышать амплитуду на холостом ходу максимально в 3,3 раза, а по углу 1 - в 7 раз.

Рисунок 2 – Осциллограмма угловых колебаний щек дробилки ПВДУ при выбеге вибратора (вычислительный эксперимент).

На рис. 3 приведены полученные при компьютерном моделировании осциллограммы динамических процессов, формирующихся при попадании в камеру дробления дробилки ПВДУ абсолютно жесткого недробимого предмета высотой 400 мм.

Рисунок 3 - Осциллограмма угловых колебаний щек дробилки ПВДУ при заклинивании недробимого предмета (вычислительный эксперимент).

141

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

По мере продвижения предмета скребковой цепью в зону дробления начинает искажаться синусоидальный характер колебаний верхней щеки: в момент удара происходит практически мгновенное изменение скорости. Удары верхней щеки по недробимому предмету сопровождаются сначала увеличением размахов колебаний верхней щеки (явление «размыва» [2]), а затем их снижения до нуля. При этом в процессе заклинивания происходит плавное увеличение среднего отклонения верхней щеки вверх (явление «увода» [2]). Установленный качественный характер динамических процессов при заклинивании хорошо согласуется с результатами экспериментальных исследований физической модели [3]. Вывод. Использование компьютерного моделирования переходных процессов вибрационной щековой дробилки с горизонтальным расположением камеры дробления позволяет на стадии проектирования прогнозировать основные характеристики этих процессов и обоснованно выбирать параметры таких вибромашин. Полученные результаты необходимы для проектирования малогабаритных передвижных виброщековых дробилок для горной и других отраслей промышленности. Список литературы 1. Кондрахин, В.П. Моделирование рабочего процесса виброщековой дробилки с горизонтальным расположением камеры дробления / В.П. Кондрахин, В.С. Новосельцев // Вестник ДонНТУ. - 2020. – №1(19). – С. 23-28. 2. Кобринский, А.Е. Виброударные системы (динамика и устойчивость) / А.Е. Кобринский, А.А.. Кобринский. - М. : Наука. - 1973. - 592 с. 3. Провести экспериментальные исследования физической модели передвижной вибрационной дробильной установки: Отчет / ДонГТУ. - Рук. Горбатов П.А., Кондрахин В.П.: №ГР 0194U001671; Инв.№ 0294U001015 Донецк,1993. - 43 с.

142

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 621.867.21

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПЕРВОНАЧАЛЬНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЛЕНТЫ НА ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И ТЯГОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ КОНВЕЙЕРА В РАЗНОЕ ВРЕМЯ ГОДА А.Я. Грудачев ГОУ ВПО ДНР «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ», г. Донецк, ДНР Рассмотрены вопросы необходимости обоснования и регулирования усилия натяжной станции ленточного конвейера для энергосбережения при его эксплуатации в разное время года. Annotation. The issues of the need to justify and regulate the efforts of the tension station of the conveyor belt for energy conservation during its operation at different times of the year are considered. Ключевые слова: ленточный конвейер, натяжение, запас прочности, дуга покоя, сцепление, запас сил трения, местные сопротивления. Key words: belt conveyor, tension, margin of safety, rest arc, adhesion, margin of friction, local resistance. В транспортных системах металлургических, строительных, горнорудных, горно-обогатительных и других промышленных предприятиях широкое применение имеют ленточные конвейеры. В их конструкциях для нужного профилирования трассы используют отклоняющие барабаны, которые создают местные (сосредоточенные) сопротивления движению ленты, зависящие от величины ее натяжения на них. Совместно с приводным и натяжным барабанами эти местные сопротивления оказывают существенное влияние на общее тяговое усилие конвейера и его энергоемкость. Как правило, первоначальное натяжение ленты, обеспечиваемое натяжной станцией, при эксплуатации конвейера не изменяют в зависимости от времени года. Это приводит к повышенному энергопотреблению установки. Применительно к ленточному конвейеру, расчетная схема которого приведена на рисунке, проведены исследования энергопотребления для двух вариантов: 1 - постоянное усилие

143

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

натяжной станции, рассчитанное из условия обеспечения минимального коэффициента запаса сил трения ленты на приводном барабане КТ= 1,25 и наличия дуги покоя, что обеспечивает передачу общего тягового усилия конвейера без пробуксовки; 2 - усилие натяжной станции изменяют в разное время года, сохраняя КТ= 1,25. Тяговые расчеты выполнены по общепринятой методике [1, 2, 3] для следующих исходных данных: приводной барабан футерован, коэффициент сцепления ленты с футеровкой: 0,15 (зима, морозно), 0,25 (весна, осень, влажно), 0,35 (лето, сухо); длина конвейера по осям концевых барабанов 183 м. Для оценки энергопотребления конвейера и коэффициента запаса прочности ленты необходимо обосновать потребное усилие G натяжной станции на базе уточненного тягового расчета с учетом местных сопротивлений движения конвейерной ленты в разное время года.

Рисунок – Расчетная схема конвейера с петлевым движущимся перегружателем: 1-16 - характерные точки; A, B, C, D, E – барабаны. Характерные отрезки ленточного контура: 5-6 – ход натяжной станции; 6-7 – длина загрузочного устройства; 8-9 – зона профилирования ленты от 0 до 15 град; 8 – начало переходного участка, граничная точка подхода перегружателя; 9 – окончание переходного участка; 14 – точка перегрузки на поперечный наклонный конвейер; 15 – точка граничного приближения перегружателя к приводному барабану

Результаты расчетов, приведенные в табл.1, получены для следующих исходных данных: скорость движения ленты - 1,6 м/с; производительность конвейера – 400 т/ч; перегружатель в крайнем правом положении; лента ЕР200 с 4-мя прокладками; ширина ленты – 1200 мм; барабан футерован; коэффициент запаса сил трения ленты на приводном барабане – 1,25; коэффициент сопротивления движению ленты – 0,045.

144

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Таблица 1 – Промежуточные расчеты по определению сопротивления движению ленты на прямолинейных участках трассы при крайнем правом положении перегружателя Угол Участок Длина, установки,  трассы м град рад 1-2 3-4 5-6 6-7 7-8 8-8 ' 8 ' -10 11-12 13-14 14-15 15-16

1 182 2,5 7 134,0 2 25 19,5 17 4,0 9,5

30 0 0 0 0 0 15 -15 0 0 0

0,524 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,262 -0,262 0,000 0,000 0,000

sin

cos

0,500 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,259 -0,259 0,000 0,000 0,000

0,866 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 0,966 0,966 1,000 1,000 1,000

Погонная масса, Коэффициент Сопротивление кг/м сопротивления движению движению роливетви, Н ленты груза ленты коопор 18,7 0 0 0 92 18,7 0 30 0,045 3913 18,7 0 0 0 0 18,7 69 52 0,045 433 18,7 69 52 0,045 8290 18,7 69 52 0,045 124 18,7 69 52 0,045 7089 18,7 0 30 0,045 -521 18,7 0 52 0,045 531 18,7 0 52 0,045 125 18,7 0,0 52 0,045 92

Сумма сопротивлений движению на прямолинейных участках, кН Сумма местных сопротивлений движению (A+B+C+D+E), кН Расчетное тяговое усилие привода, кН

Натяжения ленты в точках контура , кН S1= 49,9 S2= 50,0 S3= 50,6 S4= 54,5 S5= 55,9 S6= 55,9 S7= 56,3 S8= 64,6 S9= 66,2 S10= 73,3 S11= 77,5 S12= 74,9 S13= 77,0 S14= 77,6 S15= 77,7 S16= 79,1

20,1 9,14 29,2

Местные сопротивления барабанов(изгиб ленты, деформация вдавливания обкладки, сопротивления в подшипниковых узлах), кН А 2,86 B 0,61 C 1,41 D 2,10 E 2,16 Сумма 9,14

Коэффициенты местных сопротивлений барабанов Кмб B C D E

Потребное усилие натяжной станции S4+S5=110 кН.

145

1,02 1,04 1,04 1,04

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Из результатов расчетов, приведенных в табл. 2 следует: в первом варианте при постоянном усилии натяжной станции 110 кН в течении года учитывая 300 рабочих дней по 16 часов годовой расход электроэнергии составит примерно 317 тысяч кВт·час/год; во втором варианте при изменении усилия натяжной станции до 52 кН весной и осенью и до 31 кН летом расход электроэнергии составит примерно 269 тыс. кВт·час/год. Ожидаемое энергосбережение примерно 48 тыс. кВт·час/год. Таблица 2 – Результаты расчетов влияния усилия G натяжной станции на потребную мощность двигателя привода Nдв и коэффициент запаса прочности ленты m при постоянных дуге покоя на приводном барабане и коэффициенте запаса сил трения КТ в разное время года при различных коэффициентах сцепления ленты  с футеровкой приводного барабана Время года, состояние m G, кН КТ Nдв, кВт  атмосферы Зима, морозно 0,15 12,1 110 1,25 66,2 Весна-осень, влажно 0,25 20,9 51,6 1,25 56,5 Лето, сухо 0,35 27,5 31,7 1,25 53,3 Выводы. 1. Обоснованный выбор на основе уточненного расчета ленточного конвейера потребного усилия натяжной станции и его изменение в зависимости от времени года экономически целесообразно. 2. Первоначальное натяжение ленты должно обеспечить передачу потребного тягового усилия с нормируемым рекомендуемым коэффициентом запаса сил трения ленты на приводном барабане. Излишнее натяжение ленты снижает коэффициент запаса прочности и ее долговечность. 3. Для обоснованного выбора рациональных параметров ленточного конвейера, на основе уточненного тягового расчета, руководителям предприятий и ведущим специалистам по эксплуатации конвейера, при необходимости, можно обращаться на кафедру Транспортных систем и логистики ДонНТУ. Список литературы 1. Современная теория ленточных конвейеров горных предприятий / В.И. Галкин и др. – М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2005. - 544 с. 2. Руководство по эксплуатации конвейерных лент. ОАО «Курскрезинотехника». – Курск: Курскрезинотехника, 2017. – 93 с. 3. Теоретические основы и расчеты транспорта энергоемких производств: учебное пособие для вузов / В.А. Будишевский и др. – Донецк: [б.и.], 2017. – 216 с.

146

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 621.967.1

ОСОБЕННОСТИ ПОПЕРЕЧНОЙ РЕЗКИ ПРОФИЛЕЙ СОРТОВЫМИ НОЖНИЦАМИ В ХОЛОДНОМ И ГОРЯЧЕМ СОСТОЯНИИ П.А. Петров, В.Н. Ульяницкий , Д.А. Вишневский ГОУ ВПО ЛНР «ДОНБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ», г. Алчевск, ЛНР, М.Ю. Ткачев ГОУ ВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ», г. Донецк, ДНР Проанализированы особенности применения ножниц для разделения на мерные длины простых сортовых профилей применительно к различным технологическим условиям процесса резки. Получены зависимости силы реза простых сортовых профилей плоскими и фасонными ножами от перемещения ножей через заготовку для образцов с различными механическими и пластическими свойствами. Annotation. The features of the use of scissors for dividing into measured lengths of simple varietal profiles in relation to various technological conditions of the cutting process are analyzed. The dependences of the cutting force of simple varietal profiles with flat and shaped knives on the movement of knives through the workpiece for samples with different mechanical and plastic properties are obtained. Ключевые слова: поперечная резка, сортовая заготовка, фасонные ножи, сила и работа реза, ход ножей, температура резки. Key words: cross cutting, high-quality workpiece, shaped knives, cutting force and work, knife stroke, cutting temperature. Производство сортового металлопроката, независимо от выбранной технологической схемы, предполагает наличие разделительных операций, применяемых c целью придания готовому раскату заданных размеров [1,2]. В практике металлургического производства широко применяют операции поперечной резки на ножницах, которые оказывают существенное влияние не только на качество готового металлопроката и энергозатраты, связанные с реализацией разделительного процесса, но и на эффективность последующих операций отделки ме-

147

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

таллопродукции. К настоящему времени накоплен большой производственный опыт и имеются результаты обширных научных исследований в области процессов резки простых сортовых и фасонных профилей на мерные длины [3]. Однако, многообразие существующих способов и схем резки, конструктивных исполнений разделительной установки, а также требования к качеству обработки заготовок, наряду с необходимостью повышения энергоэффективности и производительности операций резки, формируют актуальную потребность рационального выбора конструктивно-технологических параметров разделительного оборудования. Традиционно, для резки на меру сложнопрофильного металлопроката, как в холодном, так и в горячем состоянии используют дисковые пилы [4], обладающие высокой производительностью. Однако для поперечного разделения непpеpывнoлитых сортовых заготовок, когда скорость процесса резки играет второстепенную роль, в технологический процесс включают ножницы [3,5]. Это, в сравнении c пилами, позволяет получить ряд преимуществ, таких как: отсутствие потерь металла связанных со снятием стружки и более равномерная нагрузка на узлы ножниц. В свою очередь, практику использования сортовых ножниц сдерживают ряд факторов эксплуатационнотехнологического характера, связанных c необходимостью наличия широкого ассортимента профилированных ножей, обусловленного разнообразием типоразмеров разрезаемых заготовок и требованиями к качеству готовой металлопродукции. Кроме того, существует ряд особенностей процесса поперечной резки сортовых профилей ножницами в холодном и горячем состоянии, которые способствуют повышению интереса к данной области и требуют проведения дополнительных исследований. В контексте вышеизложенного, сформулирована основная задача исследования – разработать рекомендации рационального применения ножниц для поперечной резки сортовых профилей с учетом особенностей обработки разрезаемых заготовок в холодном и горячем состоянии. В качестве критериев обоснования применения ножниц, наряду с факторами, обуславливающими качество разделения, следует рассматривать показатели производительности и энергоэффективности, к которым относятся: время резки, суммарный ход ножей через заготовку (ymax), сила и работа резки. Распределение силы P и работы А реза отчетливо можно проследить на примере обработки простых сортовых заготовок (квадратного и круглого сечения), для поперечного разделения которых, в отличие от фланцевых профилей (двутавр, швел-

148

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

лер, уголок и пр.), требуются большие затраты энергии. В качестве материалов отобранных заготовок был выбран алюминиевый и свинцовый сплав. Процесс холодной резки (температура +20ºС) моделировали на образцах из алюминиевого сплава АА6066, а горячую резку – на свинцовых заготовках, так как свинец при комнатной температуре по своим механическим свойствам и характеру пластической деформации напоминает сталь при температуре резки (600÷800ºС). Проведение натурных экспериментов затруднено и связано, как правило, со значительными материальными и временными затратами, а проведение опытов на горячем металле вовсе небезопасно. Поэтому для изучения подобных процессов использовали лабораторную установку (рис. 1) и апробированные математические модели [3]. Так, на основании разработанной ранее модели процесса поперечной резки простых сортовых и фасонных профилей получены зависимости изменения силы реза P(y) в зависимости степени внедрения ножей в заготовку [3].

а б Pиcунoк 1 – Уcтaнoвкa для pезки зaгoтoвoк нa гидpaвличеcкoм пpеccе

На рисунке 2 представлены результаты моделирования основных параметров процесса резки заготовок квадратного сечения 10×10 мм из свинцового сплава (предел прочности  b = 25 МПa, относительное внедрение до скола  Н = 0,8) плоскими (рис. 1, а) и фасонными (рис. 1, б) ножами. Тут же, для сравнения, приведена зависимость силы реза от внедрения дугового ножа в цилиндрическую свинцовую заготовку диаметром Ø12 мм.

149

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

P(y), кН

На рисунке 3 представлены расчетные зависимости силы резки плоскими и фасонными ножами квадратной заготовки сечением 10×10 мм из алюминиевого сплава АА6066 (предел прочности  b = 395 МПa, относительное внедрение до скола  Н = 0,25).

Перемещение ножей y, мм

P(y), кН

Рисунок 2 – Зaвиcимocти pезки P(y) oт пеpемещения нoжa y чеpез зaгoтoвку из свинцового сплава в cлучaе разделения квaдpaтa 10×10 мм плocкими ( ), фacoнными ( ) нoжaми и pезaния цилиндpичеcкoгo пpoфиля Ø12 мм дугoвыми ( ) нoжaми

Перемещение ножей y, мм Рисунок 3 – Зaвиcимocти cилы pезки P(y) oт пеpемещения нoжa y чеpез зaгoтoвку из алюминиевого сплава АА6066 при разделении квaдpaтa 10×10 мм плocкими ( ), фacoнными ( ) нoжaми и pезки цилиндpичеcкoгo пpoфиля Ø12 мм дугoвыми ( ) нoжaми

150

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Для облегчения анализа, результаты расчетов энергосиловых показателей (сила, работа резки) и параметров, обуславливающих временные затраты (суммарный ход ножей через заготовку) процесса резки, представлены в виде таблицы (табл.). Таблица – Результаты расчетов силы и работы резки

№ п/п

1 2 3 4 5 6

Ход ноРазрезаемый жей через сила резки работа резки профиль заготовку Pmax, кН А , Дж ymax, мм Материал заготовки – свинец Квадрат 10×10 мм 1,67 10,82 8,19 Квадрат 10×10 мм* 1,83 11,08 9,89 Круг Ø12 мм 1,85 11,38 9,77 Материал заготовки – алюминиевый сплав АА6066 Квадрат 10×10 мм 23,92 79,38 3,69 Квадрат 10×10 мм* 26,97 62,53 3,10 Круг Ø12 мм 24,18 72,65 3,98 Энергосиловые показатели:

* положение квадратной заготовки в ножах согласно рисунка 1, б.

Анализируя результаты моделирования процесса резки (прямыми) плоскими и фасонными (фигурными) ножами квадратных заготовок следует отметить, что разделение даже равных по площади сечения профилей сопровождается различными значениями максимальной силы резки (для свинцовых заготовок расхождение составило 9,58%, для алюминиевого сплава – 12,75%) и суммарной работы реза (при моделировании “горячей” резки расхождение равно 2,40%, для разделения в холодном состоянии – 21,23%), что следует учитывать. Обработке заготовок в холодном состоянии свойственно расходование больших затрат энергии, чем в горячем; так максимальная сила резки Pmax алюминиевых профилей, не говоря о стальном прокате, в 14,32 (квадрат плоскими ножами), 14,74 (квадрат фасонными ножами) и для круга в 13,07 раз больше, чем максимальная сила разделения подобных заготовок из свинца (или горячего металла). Таким образом, значительный выигрыш в силе (в 13,07÷14,74 раза) от применения горячей резки становиться очевиден. В свою очередь, соотношение суммарной работы резки А заготовок в холодном и горячем состоянии распределилось следующим образом: для обработки квадрата плоскими ножами 7,34, для резки квадрата по диагонали 5,64 и для разделения круга 6,38. Следовательно,

151

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

работа, затрачиваемая на разделение более пластичных заготовок, снижается в среднем в 6,44 раза. Очевидно, энергосиловые факторы, оказывают непосредственное влияние на прочностные и эксплуатационные показатели механического оборудования, но для рационального применения ножниц в технологическом потоке также необходимо учесть пропускную способность разделительной установки. При этом, важно отметить что, время резки свинцовых заготовок (или горячая резка), увеличенное в сравнении с обработкой профилей из менее пластичных материалов (холодная резка) в среднем в 2,5 раза (максимальный ход ножей через квадратную заготовку из алюминиевого сплава составляет 3,69 мм, аналогичный путь для образца из свинца – 9,89 мм), компенсируется многократным сокращением силовых нагрузок. Выводы. Разделение сортовых профилей в горячем состоянии, в сравнении с обработкой заготовок в холодном состоянии, сопровождается значительным снижением максимальной силы (более чем в 10 раз) и работы резки, однако при этом, ввиду повышения пластичности материала, увеличивается ход ножей через заготовку и, как следствие, возрастает время собственно реза снижая производительность ножниц. Указанные особенности следует учитывать при обосновании конструктивно-технологических параметров действующего и вновь проектируемого разделительного оборудования. Список литературы 1. Машиностроение. Энциклопедия. В 40 т. Раздел IV. Расчет и конструирование машин. Т. IV-5. Машины и агрегаты металлургического производства / Н. В. Пасечник [и др.]. – М. : Машиностроение, 2000. – 912 с. 2. Дрозд, В. Г. Сортовые прокатные станы / В. Г. Дрозд, А. И. Меренков. – М. : Металлургия, 1987. – 180 с. 3. Петров, П. А. Обоснование параметров и совершенствование конструкции ножей поперечной резки сортового проката : автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.02.13 / Петров Павел Александрович ; ГОУ ВПО «ДонНТУ». - Донецк, 2017. - 22 с. 4. Петров, П. А. Оценка стойкости режущего инструмента дисковых пил горячей резки сортового металлопроката / П. А. Петров, В. Н. Ульяницкий // Инновационные перспективы Донбасса: Материалы 4-й Международной научно-практической конференции. В 6 т. Т. 3: Инновационные технологии проектирования, изготовления и эксплуатации промышленных машин и агрегатов, 22-25 мая 2018 г. – Донецк: ДонНТУ, 2018. – С. 120-126. 5. Пат. 13090 Украина, МПК B23D 25/00 B23D 25/04. Ножницы для резки заготовки которая двигается / В. П. Багнов, В. В. Чижик, А. А. Калашников, А. В. Царев, П. М. Козлов.; заявитель и патентообладатель закрытое акционерное общество “Новокраматорский машиностроительный завод”. – № U200508886 ; заявл. 19.09.2005  ; опубл. 15.03.2006, Бюл. № 3.

152

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 539.5 ТВЁРДОРАСТВОРНОЕ УПРОЧНЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СПЛАВОВ В.В. Малашенко, А.Д. Гладкая ГУ «Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина», г. Донецк, ДНР ГОУ ВПО «Донецкий национальный университет», г. Донецк, ДНР г. Донецк, ДНР ГОУ ВПО «Донецкая академия управления и государственной службы при Главе Донецкой Народной Республики», г. Донецк, ДНР ГОУ ВПО «Донецкий национальный университет экономики и торговли им. М. Туган-Барановского» г. Донецк, ДНР Получено аналитическое выражение твердорастворного упрочнения состаренного бинарного сплава при высокоскоростной деформации. Зависимость этого упрочнения от концентрации атомов второго компонента является немонотонной и имеет максимум и минимум. Annotation. An analytical expression for the solid solution hardening of the aged binary type under high strain rate deformation is obtained. The dependence of this hardening on the second component concentration is a nonmonotonic function and has a maximum and a minimum. Ключевые слова: бинарные сплавы, высокоскоростная деформация, упрочнение Keywords: binary alloys, high strain rate deformation, hardening. Бинарные металлические сплавы широко используются в различных отраслях промышленности, в частности, в машиностроении и горном деле. Механические свойства сплавов, такие, как прочность и пластичность, в значительной степени определяются зарождением и перемещением по кристаллу дислокаций – линейных дефектов кристаллической структуры, представляющих собой границу незавершенного сдвига. При ударном воздействии, высокоскоростной обработке, при использовании метода динамического канально-углового прессования скорость

153

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

пластической деформации достигает значений 103  109 с1 [1, 2], а дислокации движутся со скоростями от десятков до тысяч метров в секунду, преодолевая встречающиеся потенциальные барьеры без помощи тепловых флуктуаций. Это так называемая динамическая область скоростей. Существенное влияние на движение дислокаций, а, следовательно, и на механические свойства кристаллов, оказывает динамическое взаимодействие дислокаций с другими дефектами кристаллической структуры, в частности, с атомами второго компонента в двухкомпонентных сплавах и зонами Гинье-Престона, образующимися в этих сплавах на первой стадии старения [3]. При анализе влияния зон Гинье-Престона на динамику дислокаций в сплавах обычно используется метод молекулярной динамики, однако зависимость механических свойств сплавов от концентрации атомов легирующих добавок в этих работах получена не была. В работе [3] аналитически исследовалось движение ансамбля краевых дислокаций в алюминиево-медном сплаве в условиях высокоскоростной деформации. Исследуемый в этой работе механизм диссипации заключался в необратимом переходе кинетической энергии поступательного движения дислокации в энергию ее изгибных колебаний в плоскости скольжения, которые возникали при взаимодействии дислокаций с зонами Гинье-Престона и атомами меди. Как следует из теории динамического взаимодействия дислокаций со структурными дефектами [3–6], динамика дислокаций при таком механизме диссипации зависит от вида спектра дислокационных колебаний, в первую очередь от наличия щели в дислокационном спектре. Главную роль в рассматриваемой задаче играют коллективное взаимодействие растворенных атомов с дислокацией и коллективное взаимодействие остальных дислокаций ансамбля с этой дислокацией. Конкуренция этих взаимодействий определяет и формирование спектральной щели, и величину силы динамического торможения дислокаций, а, следовательно, оказывает существенное влияние на поведение сплавов в условиях высокоэнергетических воздействий. Сила этих взаимодействий зависит главным образом от концентрации растворенных атомов и плотности дислокаций. В настоящей работе рассмотрен как случай доминирующего влияния точечных дефектов на формирование спектральной щели, так и случай доминирования влияния дислокаций ансамбля. Использование теории динамического взаимодействия структурных дефектов позволяет получить аналитическое выражение твердорастворного упрочнения состаренного двухкомпонентного сплава

154

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

 

1 





nd / n1

 1 

 nd nd / n1





Здесь nd – концентрация атомов легирующих добавок,  ,  ,  – коэффициенты, зависящие от плотности дислокаций  , скорости пластической деформации  , концентрации зон Гинье-Престона nG и упругих констант кристалла. Анализ полученного выражения показывает, что упрочнение является немонотонной функцией концентрации легирующих добавок и имеет максимум при значении концентрации n1  103  104 и минимум при n2  101  102 . Положение максимума соответствует переходу от доминирующего влияния коллективного взаимодействия дислокаций на формирование спектральной щели к доминированию влияния коллективного взаимодействия атомов второго компонента. Положение минимума полученной кривой соотвествует переходу от доминирования торможения дислокации зонами Гинье-Престона к доминированию торможения атомами второго компонента. С ростом концентрации зон Гинье-Престона положение минимума смещается в сторону больших значений концентрации атомов второго компонента, положение максимума при этом не изменяется. Выводы. Полученные результаты могут быть полезны для определения оптимальной концентрации легирующих добавок в сплавах, подвергающимся высокоэнергетическим воздействиям. Список литературы 1. Lee, J. High strain rate deformation of layered nanocomposites / J. Lee, D. Veysset, J. Singer, M. Retsch, G. Saini, T. Pezeril , K. Nelson, E. Thomas // Nature Communications. - 2012.- №. 3.- P.1164. 2. Smith, R. F. High strain-rate plastic flow in Al and Fe Collins / R.F. Smith, J. H. Eggert, R. E. Rudd, D. C. Swift, C. A. Bolme // Journal of Applied Physics.– 2011. – V. 110. – P. 123515(1–11). 3. Malashenko, V.V. Influence of the Guinier–Preston Zones on the Concentration Dependence of the Yield Point of the Aged Two-Component Alloys in Conditions of High-Speed Deformation / V.V. Malashenko // Physics of the Solid State.- 2019.- Vol. 61, №. 10. – P. 1800–1803. 4. Malashenko, V.V. Dynamic drag of dislocation by point defects in nearsurface crystal layer / V.V. Malashenko // Modern Рhys. Lett. B. – 2009. – Vol. 23, № 16. – Р. 2041–2047. 5. Malashenko, V.V. Concentration Dependence of the Dynamic Yield Stress of Aged Aluminum–Copper Alloys under High-Rate Deformation Conditions / V.V. Malashenko // Technical Physics Letters. - 2018. - Vol. 44, №. 9. – P. 827–829. 6. Malashenko, V.V. Dynamic drag of edge dislocation by circular prismatic loops and point defects // Physica B: Phys. Cond. Mat. 2009. – V. 404, № 2. – Р. 3890– 3892.

155

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 621.695

ГЛУБОКОВОДНЫЙ ЭРЛИФТНО-ЗЕМСНАРЯДНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ИЛА СО ДНА ВОДОХРАНИЛИЩ ГЭС Л.Н. Козыряцкий, Р.И. Божко ГОУВПО «Донецкий национальный технический университет», г. Донецк, ДНР На конкретных примерах проанализированы существующие проблемы, связанные с накоплением иловых отложений на дне водохранилищ ГЭС. Доказаны преимущества применения ЭЗК, разрабатываемых в ГОУВПО «ДОННТУ» для удаления ила со дна водохранилищ. Annotation. Using specific examples, we analyze the existing problems associated with the accumulation of silt sediments at the bottom of hydroelectric power stations. The advantages of using AEC developed in the DONNTU for the removal of sludge from the bottom of the reservoirs are proved. Ключевые слова: эрлифт, водохранилище, гидроподъем, накопление ила, гидрвлическая схема, основные параметры. Key words: airlift, reservoir, hydraulic lift, sludge accumulation, hydraulic circuit, basic parameters. В мировой практике существует значительная проблема, связанная с очисткой от ила глубоких водохранилищ ГЭС. Например уникальное глубоководное, более 200 м, водохранилище Ингури ГЭС (Грузия) с плотиной двойной кривизны не имеющей мировых аналогов, где к 2000 году скопилось более 50 м ила у основания плотины (рис. 1,а; 1,в). А так же водохранилище Наглу ГЭС, объемом более 550 млн. м3 с плотиной высотой более 100 м и длиной более 280 м [1, 4], построенной на слиянии рек Кабул и Панджшир в районе г. Суроби провинции Кабул, Афганистан, расположенная в 80 км к востоку от столицы Афганистана г. Кабул (рис. 1,б). Строительство плотины и ГЭС, мощность каждого из четырех энергоблоков которой составляет 23,5 МВт и длившееся с 1960 по 1968 гг. финансировалось и контролировалось Советским Союзом. В августе 2006 года Министерство энергетики и водных ресурсов Афганистана заключило контракт с российской компанией

156

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

«Технопромэкспорт» на сумму 32,5 млн. долларов США на восстановление всех четырех энергоблоков, включая два неработающих турбогенератора.

в Рисунок 1 – Внешний вид плотин: а – Ингури ГЭС, б – Наглу ГЭС, в – Ингури ГЭС при реконструкции (вода спущена из водохранилища)

В настоящий период у основания плотины скопилось более 50 м ила. Уровень отложений неуклонно растет и сейчас находится примерно на 8 м (ранее измеренное значение составляло 15 м) ниже водозаборов турбин. Отложения также заполнили отверстие для промывки, которое в настоящее время невозможно открыть. Для восстановления работоспособности промывочного отверстия осадок ила должен быть удален. В отложениях ила могут находиться неразорвавшиеся боеприпасы, а также опасные химические вещества, что усложняет удаление ила со дна водохранилища. Опасные химические вещества требуют отдельного безопасного складирования, а полезные иловые отложения должны быть применены в сельском хозяйстве.

157

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Известные европейские, и не только, фирмы, которые занимаются гидромеханизацией (гидроподъемом и гидротранспортом твердых фракций) не проявляют заинтересованности в данном проекте. Велика вероятность, что эти фирмы запросят несколько сот тысяч евро на анализ проблемы удаления ила (как уже такое имело место на Ингури ГЭС), после чего не исключено, что последует отказ от заключения контракта на разработку соответствующего земснаряда. Некоторые же фирмы предлагают вовсе слить воду из водохранилища и механическими средствами удалять иловые отложения, что имело место при реконструкции Наглу ГЭС. Для условий удаления ила со дна водохранилищ Ингури ГЭС и Наглу ГЭС были разработаны технические задания на глубоководные эрлифтно-земснарядные комплексы (ЭЗК-Г), разработана гидравлическая и технологическая схемы, определены основные оптимальные параметры, разработаны конструкции элементов ЭЗК (всасывающее устройство, смеситель, воздухоотделитель, зумпф и др.) различного назначения, выполнено построение графических зависимостей основных гидравлических параметров эрлифтов ЭЗК, расчитана система размыва ила и др. [1]. Гидравлическая схема эрлифтно-земснарядного комплекса приведена на рис. 2. Комплекс включает: всасывающее устройство 1, подводящую трубу 2, смеситель 16, подъемную трубу 3, воздухоподающую трубу 4 и воздухоотделитель 10. Насосом 6 чистая забортная вода по трубопроводу 15 подается в насадок всасывающего устройства 1, обеспечивающий размыв и рыхление грунта. Из всасывающего устройства гидросмесь (пульпа) по подводящей трубе 2 поступает в смеситель 16, где смешивается со сжатым воздухом, подаваемым в смеситель компрессором 5 по воздухопроводу 4. Образовавшаяся трехфазная аэрогидросмесь по подъемной трубе 3 поднимается к воздухоотделителю 10, где происходит ее разделение на две фазы: воздух направляется в атмосферу, а гидросмесь (пульпа) сливается по сбросной колонне 11 в промежуточную емкость 14. В последней производится разбавление пульпы забортной водой до концентрации, необходимой для перекачивания ее грунтонасосом. Из промежуточной емкости пульпа грунтонасосом 12 перекачивается по пульпопроводу 13 на карту намыва [1, 3-5].

158

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Рисунок 2 - Принципиальная гидравлическая схема эрлифтно-земснарядного комплекса

Основными параметрами эрлифтов, в том числе эрлифтов для ЭЗК, являются: относительное погружение, производительность эрлифта, удельный расход воздуха, расход сжатого воздуха, количество, длины и диаметры ступеней подъемной трубы, критическая скорость транспортирования твердого материала и др., вычисляемые по зависимостям (1) – (8) [1-5]. Эрлифт ЭЗК должен обеспечивать надежную бесперебойную работу во всем диапазоне глубин погружений от hmin до hmax. Относительное минимальное и максимальное погружение смесителя эрлифта  min 

hmax hmin ;  max  . H  hmin H  hmax

(1)

Необходимая производительность эрлифта ЭЗК по пульпе определяется исходя из заданной производительности по твердому QЭ  QТ S ,

159

(2)

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

где S – объемная концентрация твердого материала в жидкости; для эрлифтов ЭЗК объемная концентрация твердого составляет 0,35…0,4. Удельный расход сжатого воздуха для подъема 1 м3 пульпы для длинного эрлифта определяется по следующей зависимости

q  60  е9 .

(3)

В случае, когда эрлифт ЭЗК относится к классу коротких, его удельный расход воздуха можно определить по зависимости

q  0,95  2,2 .

(4)

Приведенные эмпирические формулы (3) и (4) полученны в результате экспериментальных исследований в ДОННТУ. Снижение давления при подъеме аэрогидросмеси в подъемной трубе приводит к расширению воздуха и значительному (в несколько раз) увеличению скорости потока в верхней части трубы. Для уменьшения неравномерности скоростей потока аэрогидросмеси по длине подъемной трубы последняя может выполняться из нескольких ступеней различного диаметра. Разбиение на ступени производится из условия равенства степеней расширения воздуха во всех ступенях: отношения давлений на входе ступени и на выходе из нее для всех ступеней должны быть постоянны (рис. 3). Количество ступеней определяется по зависимости [1-4]

nст  Ln 1  0,1 hmax 

(5)

и округляется до ближайшего большего. Если nст  1 – разбиение на ступени не производится. Расход воздуха в оптимальном режиме, приведенный к нормальным условиям Qв  q Qэ .

(6)

Производительность компрессорной станции должна быть на 20…25% выше, чтобы обеспечить возможность регулирования производительности эрлифта [1, 3-5]

160

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Рисунок 3 – Распределение давления и скорости потока по длине подъемной трубы эрлифта

Для обеспечения устойчивого режима работы эрлифта по подъему твердого, скорость потока аэрогидросмеси на входе в подъемную трубу должна быть больше критической [1, 3-5]. Критическая скорость транспортирования твердого материала аэрогидросмесью по вертикальному трубопроводу

  K az S z g Dвн , uкр  uЖ

(7)

 — скорость стесненного падения частиц в жидкости; K – где u Ж опытная константа, зависящая от крупности твердых частиц; az – дифференциальная относительная плотность потока в z-м сечении подъемной трубы; Sz – объемная концентрация твердого в аэрогидросмеси в z-м сечении подъемной трубы; Dвн – внутренний диаметр подъемной трубы. Пример построения безразмерной и действительной характеристик эрлифта приведен на рис. 4. Здесь Qэ – безразмерная производительность эрлифта, Qв – безразмерный расход сжатого воздуха. Qэ 

Qэ Q , Qв  в , Qэ.оп Qв.оп

(8)

где Qэ.опт и Qв.опт – производительность эрлифта и расход сжатого воздуха при оптимальном режиме работы эрлифта соответственно.

161

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Безразмерная характеристика эрлифта, рис. 3, представляет собой окружность радиусом R  2 с центром в точке A  Qэ  0; Qв  2  . Лежащая на этой окружности точка B  Qэ  1; Qв  1 соответствует

оптимальному режиму работы эрлифтной установки [1, 2, 5]. Для преобразования безразмерной расходной характеристики в действительную необходимо изобразить размерные шкалы производительности эрлифта и расхода воздуха. Поскольку расчет эрлифта выполнялся из условия его работы в оптимальном режиме, то Qэ.опт и Qв.опт принимаются равными производительности эрлифта и расходу сжатого воздуха, определенным по зависимостям (2) и (6).

Рисунок 4 - Пример построения расходной и энергетической характеристик эрлифта

В результате научно-исследовательской и проектной работы, проведенной в ДОННТУ также выбрано необходимое оборудование: винтовой компрессор для питания сжатым воздухом эрлифта, насос для размыва ила, грунтонасос для гидротранспорта пульпы, колонна труб эрлифта (подъемная, воздухо- и водоподающая), лебедки и др. Кафедра «Энергомеханические системы» Донецкого национального технического университета имеет значительный опыт по созданию эрлифтно-земснарядных комплексов (рис. 5) по добыче сыпучих строительных материалов (песок, гравий, галька и др.), шламов (уголь и порода), пелоидов, сапропелей, илов и др. со дна различных водоемов Украины, Российской Федерации, США, Беларуси и других стран [1, 3, 4].

162

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Для изготовления ЭЗК-Г необходимо сделать привязку технической документации эрлифтной установки к одному из серийно выпускаемых земснарядов (рис. 5) и сдать полученный комплекс типа ЭЗК 800-40Г в эксплуатацию, что крайне необходимо для Наглу ГЭС. Что же касается Ингури ГЭС, то в 2006 г. в рамках реконструкции (ремонт 15 км водовода, соединяющего водохранилище с электростанцией) вода была спущена на глубину более 100 м, а также частично, вместе со сливаемой водой из водохранилища в нижний бьеф, удален и ил (рис. 1,в). Необходимость в очистке ила временно была отложена.

а б Рисунок 5 - Серийно выпускаемые ЭЗК, разработанные сотрудниками кафедры «Энергомеханические системы» ДОННТУ: а – ЭЗК для добычи песчано-гравийной смеси со дна болот (Нефтеюганск, Россия); б – ЭЗК для добычи песка со дна реки Югань (Россия) Выводы. Многолетний опыт разработки и внедрения эрлифтноземснарядных комплексов доказывает их высокую эффективность и практическую ценность как средств удаления иловых отложений со дна водохранилищ ГЭС, что является весьма актуальной научно-практической задачей, решение которой вполне релизуемо с помощью научных разработок коллектива кафедры «Энергомеханические системы» ГОУВПО «ДОННТУ». Список литературы 1. Энциклопедия эрлифтов / Ф.А. Папаяни и др. – М.: Информсвязьиздат, 1995. – 592 с. 2. Эрлифтные установки / В.Г. Гейер и др. – Донецк: ДПИ, 1982. – 63 с. 3. Гидроподъем полезных ископаемых / Я.К. Антонов и др. – М.: Недра, 1995. – 172 с. 4. Финкельштейн, З.Л. Средства гидромеханизации: учеб. пособ. / З.Л. Финкельштейн, Л.Н. Козыряцкий. – Алчевск: ДонГТУ, 2013. – 168 с. 5. Эрлифты и гидроэлеваторы в горной промышленности: учеб. пособ. / Л.Н. Козыряцкий и др. – Донецк: ГОУВПО «ДонНТУ», 2017. – 160 с.

163

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 621.695

ЧИСЛЕННОЕ РЕШЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА НАГНЕТАТЕЛЬНОГО ЭРЛИФТА NUMERICAL SOLUTION OF THE MATHEMATICAL MODEL WORKING PROCESS OF AN PUMP AIRLIFT А.П. Кононенко, Р.И. Божко, Н.С. Гаврилов ГОУВПО «Донецкий национальный технический университет» Разработана математическая модель рабочего процесса нагнетательного эрлифта со снарядной структурой водовоздушного потока в подъемной трубе, позволяющая обосновать рациональные параметры работы установки и определить количественные гидродинамические параметры водовоздушной смеси с построением расчетных характеристик. Ключевые слова: математическая модель, численное решение, нагнетательный эрлифт, высота подъема, подача, расход воздуха, энергоэффективность. A mathematical model of the working process of the pump airlift with the projectile structure of the water-air flow in the lift pipe has been developed, which allows substantiating the rational parameters of the installation and determining the quantitative hydrodynamic parameters of the water-air mixture with the construction of design characteristics. Key words: mathematical model, numerical solution, pump airlift, lift height, feed, air flow, energy efficiency. Доказана принципиальная возможность напорного транспортирования жидкости (гидросмеси) от воздухоотделителя к потребителю нагнетательными эрлифтными установками, энергоэффективность работы которых не ниже энергоэффективности традиционных эрлифтных установок, что расширяет область практического применения последних [1, 2]. Одним из недостатков эрлифтов традиционной технологической схемы является невозможность напорного транспортирования жидкости (гидросмеси) от воздухоотделителя к потребителю. В случае конструктивных ограничений высоты подъема эрлифта с

164

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

безнапорным транспортированием отводимой жидкости (гидросмеси) по технологическим условиям (недостаточная высота горной выработки, ограничение особенностями окружающих конструкций и др.) область применения традиционных газожидкостных подъемников существенно снижается [1-3]. Указанный недостаток эрлифтов традиционной технологической схемы устраняется организацией нагнетательной эрлифтной установки, схема которой показана на рис. 1.

Рисунок 1 – Схема нагнетательного эрлифта: 1 – зумпф; 2 – подающая труба; 3 – смеситель; 4 – воздухопровод; 5 – подъемная труба; 6 − воздухоотделитель; 7 − регулирующий клапан; 8 – воздухоотводящая труба; 9 − сливная труба; 10 − потребитель перекачиваемой жидкости (гидросмеси); hн – глубина погружения смесителя; ΔHн – высота переподъема; H – высота подъема жидкости (гидросмеси); Hн – высота подъема нагнетательного эрлифта

Известно, однако, что поддержание на выходе из подъемной трубы 5 избыточного давления рвз, равного давлению в воздухоотделителе 6, эквивалентно увеличению высоты подъема эрлифта в общем случае при прочих равных условиях приводит к снижению энергетической эффективности работы газожидкостного подъемника. Компенсировать энергетические потери в работе эрлифта возможно утилизацией энергии отводимого по трубе 8 сжатого до давления рвз воздуха, подавая его, например, во всасывающий патрубок струйного аппарата. Достоверное математическое описание рабочих процессов гидравлических машин и аппаратов [3, 4] открывает возможности к расширению областей их применения, повышению их энергоффективности. Водовоздушный поток в вертикальной подъемной трубе эрлифта реализуется в ряде структур [4, 5], нестабильных в пространстве и во

165

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

времени. Доказано [4], что рабочий процесс эрлифта со снарядной структурой водовоздушного потока характеризуется наибольшей энергоэффективностью. В этой связи математическое описание рабочего процесса нагнетательного эрлифта со снарядной структурой является актуальной научной задачей, имеющей существенное практическое приложение. Выполненные исследования позволят определять рациональую область эксплуатации нагнетательных эрлифтов и оптимальный режим их работы, что даст возможность снизить затраты на транспортирование жидкостей (гидросмесей) за счет уменьшения энергопотребления. В основу математической модели рабочего процесса нагнетательного эрлифта положены фундаментальные законы сохранения [3-5] в виде дифференциальных уравнений количества движения и неразрывности движения сплошной среды, которые для условий газожидкостного подъемника имеют вид: - уравнение количества движения dp  d    w  [(1   )  '( w ')2   "( w") 2 ]  [(1   )ρ'   ρ"]g ; dz  dz

(1)

- уравнение неразрывности движения (1   )ρw  ρw  G  const ,

(2)

где p – давление смеси; z – вертикальная координата сечения подъемной трубы;  – периметр поперечного сечения трубы;  – площадь поперечного сечения трубы;  w – касательное напряжение на стенке;  – истинное газосодержание потока;   – плотность жидкости;   – плотность газа; w – истинная скорость жидкости в газожидкостной смеси; w – истинная скорость газа в газожидкостной смеси; g – ускорение свободного падения; G – массовая скорость водовоздушной смеси. Избыточное давление в воздухоотделителе нагнетательного эрлифта рвз = ρ'·g·ΔНн , где

(3)

ΔНн – высота переподъема нагнетательного эрлифта (см. рис. 1).

166

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Высота переподъема эквивалентного нагнетательного эрлифта

Н эн 

Н н ( Н н  Н н  hн ) , hн  Н н

(4)

где

Нн – высота подъема нагнетательного эрлифта; hн – геометрическая глубина погружения нагнетательного эрлифта (см. рис. 1). Относительное погружение смесителя эквивалентного нагнетательного эрлифта

   эн 

hн . Н н  Н н  Н эн  hн

(5)

Абсолютное давление в подъемной трубе на расстоянии zi от смесителя  zi р  z   р0  рсм 1  H  hн  H эн 

где

 ; 

(6)

Н = Нн – ΔНн; р0 – давление окружающей среды; рсм – избыточное давление в смесителе. Мощность потока сжатого воздуха Ni  р0Qв ln

р0  рсм  р0Qв ln р z

р0  рсм   zi р0  рсм 1   H  hн  Н эн  

. (7)

Объемный расход воздуха при среднем давлении на участке трубы длиной zi Qв срi  Qв

р0 zi р0  рсм 2  H  hн  Н эн 

Длина подъемной трубы

167

(8)

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

L  H  hн  Н эн .

(9)

Уравнений количества движения (1) и неразрывности движения (2) c учетом выражений (3) – (9), а также зависимстей, приведенных в [3, 4] позволяют получить уравнение стационарного вертикального восходящего движения двухфазного снарядного течения в подъемной трубе нагнетательного эрлифта, решение которого выполнено численным методом при помощи разработанной программы (язык программирования Delphi). Это позволяет определить расходные и энергетические характеристики эрлифта, а также установить гидродинамические параметры водовоздушного потока в интересующем сечении подъемной трубы. В качестве примера приведены расчетные характеристики нагнетательного эрлифта и эрлифта традиционной технологической схемы (рис. 2) при следующих исходных данных: глубина погружения смесителя hн = 10 м, высота подъема Hн = 5 м, высота переподъема ΔHн = 2 м (относительное погружение эквивалентного нагнетательного эрлифта αэн = 0,615), диаметр подъемной трубы D = = 150 мм, высота подъема эквивалентного традиционного эрлифта Нэт = Hн. Вычислены значения подачи эрлифта и расхода воздуха в максимальном режиме работы (Qэ max = 0,0369 м3/с, Qв max = 0,175 м3/с) и в оптимальном режиме (соответствующем максимальной энергоэффективности), которые были приняты в качестве базовых при построении относительных расходных характеристик (Qэ opt = = 0,0182 м3/с, Qв opt = 0,0447 м3/с).

Рисунок 2 – Относительные расходные характеристики эрлифтов: 1 – традиционного, 2 – нагнетательного; Qв отн, Qэ отн – относительные расходы воздуха и подачи эрлифта соответственно

168

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

По результатам расчета в программе, оптимальный режим работы нагнетательного эрлифта (hн = 10 м, Hн = 5 м, ΔHн = 2 м, D = 0.15 м) характеризуется расходом сжатого воздуха Qв опт = 0,0458 м3/с и подачей эрлифта Qэ опт = 0,0186 м3/с. В режиме максимальной подачи: Qв макс = 0,176 м3/с и Qэ макс = 0,0369 м3/с. Барботажный режим работы эрлифта характеризуется расходом воздуха около Qв. б. = 0,012м3/с (рис.3). Q

э м3 /ч м3 /с 150 0,042

100 0,028

50 0,014

0 0,000 0,0 0,000

1,0 0,017

2,0 0,033

3,0 0,050

4,0 0,067

5,0 0,083

6,0 0,100

7,0 0,117

8,0 0,133

9,0 0,150

10,0 0,167

в 11,0 м3 /мин 0,183 м3 /с

Рисунок 3 – Расходная характеристика нагнетательного эрлифта

При построении безразмерной расходной характеристики нагнетательного эрлифта (рис. 4) в качестве базисного и были приняты значения расхода воздуха и подачи эрлифта в оптимальном режиме (Qв опт = 0,0458 м3/с, Qэ опт = 0,0186 м3/с). _ Q

э 2,50

2,00

1,50

1,00

0,50

0,00 0,00

_ Q 0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

Рисунок 4 – Безразмерная расходная характеристика нагнетательного эрлифта в оптимальном режиме работы

169

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Вывод. Разработана математическая модель рабочего процесса нагнетательного эрлифта, позволяющая определять количественные значения гидродинамических параметров двухфазной смеси и получать расходные и мощностные характеристики подъемника. Проведенное исследование полученных в результате численного анализа данных показал, что факторами определяющими целесообразность практического применения нагнетательного эрлифта в сравнении с традиционным являются: высота переподъема жидкости ΔНн, глубина погружения нагнетательного эрлифта hн, высота подъема эрлифта Н, относительное геометрическое погружение смесителя α, определено, что менее значимым является параметр (H+h)/D. Получены зоны целесообразной эксплуатации нагнетательного эрлифта при αэн = 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9. Доказано, что в исследуемом диапазоне геометрических параметров энергоэффективность работы нагнетательных эрлифтных установок не ниже энергоэффективности работы эрлифтных установок традиционной конструкции, однако возможность использования нагнетательных эрлифтных установок в стесненных условиях и напорного транспортирования жидкости значительно расширяет области их практического применения. Список литературы 1. Кононенко, А.П. Особенности применения радиальных нагнетателей в составе нагнетательных эрлифтных установок / А.П. Кононенко, Р.И. Божко // Вестник Донецкого национального технического университета.− 2018. − №4(14). − С.24-33. 2. Кононенко, А.П. Рациональная область применения нагнетательных эрлифтных установок с воздухоструйными компрессорами / А.П. Кононенко, Р.И. Божко // Вестник Донецкого национального технического университета. – 2019. – № 3(17). − С. 17-25. 3. Кононенко, А.П. Модель рабочего процесса нагнетательного эрлифта со снарядной структурой водовоздушного потока / А.П. Кононенко, Р.И. Божко, В.А. Панов // Вестник Луганского национального университета имени Владимира Даля. − № 11 (29). − 2019. – С.75-79. 4. Кононенко, А.П. Рабочий процесс эрлифта и его моделирование. – Донецк: ГВУЗ «ДонНТУ», 2010. – 171 с. 5. Энциклопедия эрлифтов / Ф.А. Папаяни и др. – М.: Информсвязьиздат, 1995. – 592 с.

170

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 622.232.72.

АДАПТАЦИЯ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ОРГАНОВ ОЧИСТНЫХ КОМБАЙНОВ К УСЛОВИЯМ ЭКСПЛУАТАЦИИ КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ В.Г. Нечепаев ГОУВПО «Донецкий национальный технический университет», г. Донецк, ДНР Разработана концепция адаптации исполнительных органов очистных комбайнов применительно к условиям их эксплуатации. Предложены направления и способы ее реализации на основе современных конструкторско-технологических методов. Ключевые слова: адаптация, очистной комбайн, шнек, исполнительный орган, условия эксплуатации, конструкторско-технологические методы. Conception of adaptation of executive branches of cutter-loader offers as it applies to their external environments. Directions and methods of her realization offer on the basis of modern design-engineering methods. Keywords: adaptation, cutter-loader, screw, executive branch, external environments, design-engineering methods.

Современный мировой парк угольных комбайнов более чем на 90% состоит из машин со шнековыми исполнительными органами. Геометрические параметры шнеков изменяются в широких пределах: диаметр - 0,56...2,0 м, длина (ширина захвата) - 0,5...0,8 м. Важной особенностью шнековых исполнительных органов является то, что они осуществляют как разрушение угольного пласта, так и транспортирование разрушенного угля, причем эти процессы совмещены во времени. Эта особенность в общем случае определяет потенциальную возможность ограничения технической производительности угольного комбайна как по фактору недостаточной эффективности процесса разрушения угольного массива, так и по фактору недостаточной эффективности процесса транспортирования (выгрузки) разрушенного угля. Для нормальной работы производительность транспортирования должна быть не меньше производительности разрушения [1,2,3]. Производительность большинства современных шнековых очистных комбайнов, работающих при ограниченных значениях скорости перемещения (порядка 2-3 м/мин) чаще всего лимитируется ограниченной транспортирующей способностью их исполнительных органов. В первую очередь, это относится к в условиям выемки тонких 171

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

пологих пластов. Однако, в настоящее время, когда основной устойчивой современной мировой тенденцией совершенствования углевыемочных машин является наращивание их энерговооруженности и увеличение на этой основе скорости перемещения очистных комбайнов до 10-15 м/мин и более, ограниченная транспортирующая способность шнеков становится актуальной проблемой при выемке пластов средней мощности и мощных [1,2,3]. Возрастание скорости перемещения очистных комбайнов до 10-15 м/мин обусловливает также актуализацию задачи повышения производительности процесса разрушения угольного массива в условиях ограниченной энерговооруженности машин для тонких и особо тонких пластов. Наращивание энерговооруженности очистных комбайнов выдвигает в ряд первоочередных еще и необходимость повышения надежности шнековых исполнительных органов в связи с возрастающей нагруженностью их основных конструктивных элементов (табл.). Основные физико-механические характеристики добываемых углей в общем случае изменяются в весьма широком диапазоне - в 1,5...3 раза. Так сопротивляемость углей резанию изменяется от 120 до 360 Н/мм, плотность разрушенного угля в зависимости от его марки, гранулометрического состава и других факторов изменяется в пределах 0,6...0,95 т/м3, коэффициент внутреннего трения 0,51...1,0, коэффициент внешнего трения 0,29...0,84. В весьма широком диапазоне изменяются также и горногеологические условия залегания и выемки пластов (гипсометрия, наличие присечек, прослойков, включений и т.д.) Производительность разрушения угольного пласта определяется, наряду с параметрами системы привода исполнительного органа очистного комбайна, параметрами схемы набора режущего инструмента шнека. Рациональные (с позиций достижения максимальной производительности разрушения угольного пласта) параметры схемы набора обеспечиваются: - соответствующими рациональными значениями углов подъема погрузочных лопастей (рациональным законом изменения угла подъема лопастей шнека по ширине его захвата - для шнеков с переменным шагом лопастей); - соответствующей рациональной расстановкой (расположением) режущего инструмента (резцедержателей) на лопастях шнека. Широкая вариативность (обоснованная выше) горногеологических условий залегания и выемки угольных пластов, а также 172

Рисунок. Принципиальная схема обеспечения адаптации шнековых исполнительных органов очистных комбайнов к условиям эксплуатации

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

173

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

физико-механических характеристик добываемых углей обуславливают необходимость в реализации практически неограниченного количества вариантов схем набора режущего инструмента для достижения максимальной производительности разрушения угольного пласта в конкретных производственных условиях. Практически это означает требование обеспечения адаптации схемы набора режущего инструмента к условиям эксплуатации посредством варьирования («гибкого» изменения) параметров схемы в весьма широком диапазоне их изменения. Однако, существующие конструкции и технология изготовления шнековых исполнительных органов (в том числе конструкции и технология изготовления резцедержателей – «кулаков» и лопастей шнеков), а также общепринятые технологии изготовления отдельных элементов шнеков и шнеков в целом не обеспечивают возможность реализации этого требования. Повышение эффективности процесса транспортирования (выгрузки) разрушенного угля обеспечивается реализацией одного из трех основных перспективных направлений, а также их комбинаций [1]: - обеспечением оптимальных значений углов подъема погрузочных лопастей и законов их изменения по длине шнеков; - обеспечением оптимальных значений параметров состояния поверхностного слоя погрузочных лопастей и обечаек шнеков; - использованием дополнительных источников энергии для интенсификации процесса выгрузки. Обеспечение оптимальных (для заданных условий эксплуатации) значений углов подъема погрузочных лопастей и законов их изменения по длине шнеков может быть реализовано в конструкции шнеков с переменным шагом лопастей при условии обеспечения возможности "гибкого" изменения шага применительно к конкретным условиям эксплуатации. То есть, как и в предыдущем случае (для достижения максимальной производительности разрушения угольного пласта в конкретных производственных условиях) для повышения производительности процесса выгрузки разрушенного угля требуется адаптация («гибкое» изменение) значений углов подъема погрузочных лопастей и законов их изменения по длине шнеков применительно к конкретным условиям эксплуатации очистных комбайнов. Соответственно, также как и в предыдущем случае, существующие конструкции и технологии изготовления отдельных элементов

174

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

шнеков и шнеков в целом не обеспечивают возможность реализации этого требования. Обеспечение оптимальных для заданных условий эксплуатации значений параметров состояния поверхностного слоя погрузочных лопастей и обечаек шнеков, предполагает управление этими параметрами на стадии изготовления путем выполнения соответствующего комплекса механической обработки рабочих поверхностей лопастей и обечаек. Существующие в настоящее время конструкции и технологии изготовления шнеков очистных комбайнов предусматривают, как правило, получение их исходных заготовок литьем в разовые песчаноземляные формы и зачистку ручным абразивным инструментом погрешностей литья и сварки без дальнейшей механической обработки погрузочных лопастей и обечаек. Конструкций и технологических процессов, обеспечивающих возможность механической обработки рабочих поверхностей лопастей и обечаек шнеков в настоящее время не существует. Принципиально возможна механическая обработка литых, сварных и т.п. заготовок шнеков путем контурного фрезерования на фрезерных станках с ЧПУ весьма трудоемка и экономически нецелесообразна. Следовательно, для обеспечения возможности механической обработки с необходимым уровнем точности и приемлемым уровнем трудоемкости необходима разработка соответствующей конструкции шнеков и технологии их изготовления. Использование дополнительных источников энергии для интенсификации процесса выгрузки угля достаточно эффективно может быть осуществлено в системах активной выгрузки [4,5]. Шнековые исполнительные органы активной выгрузки предусматривают существенное развитие их структуры по сравнению с органами пассивной выгрузки - они дополняются значительным количеством новых конструктивных элементов. Функционирование таких органов обеспечивается, наряду с механической, другими видами энергии – гидравлической, пневматической и т.д. Наибольшая эффективность шнековых исполнительных органов активной выгрузки как транспортирующих устройств обеспечивается при условии оптимальной (для заданных условий эксплуатации) совокупности значений параметров систем активной выгрузки и значений углов подъема погрузочных лопастей и законов их изменения по длине шнеков. В общем случае (с учетом процесса разрушения угольного массива) конструкция и технология изготовления эффективных шнековых исполнительных органов активной выгрузки должны обеспечивать: 175

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

- «гибкое» изменение параметров схемы набора режущего инструмента применительно к заданным условиям эксплуатации; - "гибкое" изменения шага погрузочных лопастей и законов их изменения по длине шнеков применительно к заданным условиям эксплуатации; - «гибкое» изменение параметров систем активной выгрузки применительно к заданным условиям эксплуатации. Практически совокупность этих требований сводится к необходимости совместной и взаимосвязанной адаптации значений параметров (схемы набора режущего инструмента, шага погрузочных лопастей и законов их изменения по длине шнеков, а также значений параметров систем активной выгрузки) применительно к заданным условиям эксплуатации посредством их «гибкого» изменения в широком диапазоне возможных рациональных значений. Для реализации изложенных выше предложений представлены (табл.) возможные направления и способы достижения адаптации исполнительных органов очистных комбайнов применительно к условиям их эксплуатации на основе современных конструкторскотехнологических методов. Выводы. Предложена и обоснована концепция адаптации исполнительных органов очистных комбайнов применительно к условиям их эксплуатации на основе современных конструкторско-технологических методов. Представлены возможные направления и способы ее реализации. Список литературы 1. Механо-гидродинамические шнековые системы выгрузки и транспортирования. Нечепаев В.Г. – Донецк: ДонНТУ, 2005. – 215с. 2. Шабаев О.Е. Установление зависимости погрузочной способности шнековых очистных комбайнов от их режимных параметров на основе модельных и натурных экспериментов / О.Е. Шабаев, В.Г. Нечепаев, Е.Ю. Степаненко [и др.] // Международный научно-технический журнал. Вестник Донецкого национального технического университета. – 2019. – №3(17). – С. 42-51. 3. Шабаев О.Е. Методика определения оптимальной ширины захвата шнекового исполнительного органа очистных комбайнов / О.Е. Шабаев, В.Г. Нечепаев, П.П. Зинченко // Машиностроение и техносфера XXI века. Сборник трудов XXV международной научно-технической конференции в г. Севастополе 10-16 сентября 2018 г. В 2-х томах. – Донецк: ДонНТУ, 2018. Т. 2 –. стр. 237-243. 4. Нечепаев В.Г. Развитие и совершенствование структуры систем выгрузки угля шнековых очистных комбайнов/В.Г. Нечепаев// Инновационные перспективы Донбасса : материалы междунар. научн.-практ. конф., 22-25 мая 2018 г. Т. 3 : Инновационные технологии изготовления и эксплуатации промышленных машин и агрегатов - Донецк , 2018. -С.32-36. 176

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 622.232.72.

КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И НАДЕЖНОСТИ ШНЕКОВЫХ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ОРГАНОВ ОЧИСТНЫХ КОМБАЙНОВ ДЛЯ ТОНКИХ ПЛАСТОВ В.Г. Нечепаев ГОУВПО «Донецкий национальный технический университет», г. Донецк, ДНР Предложены и обоснованы конструкторские и технологические решения для повышения производительности и надежности шнековых исполнительных органов очистных комбайнов для выемки тонких пластов в заданных условиях их эксплуатации. Ключевые слова: очистной комбайн, шнек, исполнительный орган, условия эксплуатации, конструкторские методы, технологические методы. Design and technological solutions for improving the performance and reliability of screw executive branch of cleaning combines for dredging thin layers under specified operating conditions are proposed and justified. Keywords: cutter-loader, screw, executive branch, operating conditions, design methods, technological methods.

Специфической особенностью очистных комбайнов для тонких пологих пластов является недостаточная эффективность их шнековых исполнительных органов как транспортирующих устройств, во многих случаях ограничивающая производительность выемки. Кроме того, в условиях тонких пластов весьма затруднен и очень трудоемок монтаж (демонтаж) основных узлов комбайнов, в частности их шнеков. Также следует отметить высокую стоимость самих шнеков и значительную трудоемкость их доставки по горным выработкам. Поэтому генеральной линией в современном угольном комбайностроении является создание машин с ресурсом до капремонта, обеспечивающим отработку столба угольного пласта без замены их основных узлов. Фактический же срок службы шнеков в реальных условиях эксплуатации существенно меньше срока службы других узлов очистных комбайнов. Следовательно, актуальными направлениями совершенствования шнековых исполнительных органов очистных комбайнов для тонких пластов являются [1,2,3]:

177

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

- повышение производительности процесса разрушения угольного забоя; - повышение производительности процесса выгрузки угля, обеспечивающее устранение ограничений производительности выемки по фактору недостаточной эффективности шнековых исполнительных органов как транспортирующих устройств; - повышение надежности шнеков на основе увеличения их безотказности. Повышение производительности разрушения у г о л ь н о г о з а б о я . С учетом практической исчерпанности (при существующем уровне развития техники) возможностей повышения энерговооруженности очистных комбайнов в условиях тонких пластов, наиболее эффективно может быть осуществлено за счет обеспечения оптимальных, с учетом конкретных условий эксплуатации, параметров схем набора режущего инструмента. Условия эксплуатации очистных комбайнов, работающих в условиях тонких пологих пластов, а также основные физико-механические характеристики разрушаемого забоя изменяются в весьма широком диапазоне. Соответственно широким является и диапазон изменения оптимальных (применительно к конкретным условиям эксплуатации) параметров схем набора режущего инструмента. Стремление достичь оптимальных значений параметров схем набора с учетом отжима разрушаемого пласта обуславливает переменный по длине шнека шаг резания. Поэтому для реализации потенциальных возможностей комбайна по разрушению забоя при заданном уровне его энерговооруженности путем оптимизации (применительно к конкретным условиям эксплуатации) параметров схем набора режущего инструмента необходимо одновременно выполнить следующие требования (наряду с обеспечением оптимальных режимов резания): - обеспечить конструктивную и технологическую реализацию различных углов подъема и законов изменения угла подъема погрузочных лопастей шнеков; - обеспечить возможность "гибкого" их изменения на стадии изготовления. Первое требование может быть реализовано при существующих конструкциях шнеков (шнеки с переменным шагом погрузочных лопастей) и технологиях их изготовления. Однако, выполнение второго требования, при существующих конструкциях и традиционных технологиях невозможно. Поэтому стремление к реализации потенциальных возможностей комбайна по разрушению забоя обуславливает 178

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

необходимость разработки новых конструкций и технологий, обеспечивающих возможность изготовления шнеков с оптимальными для конкретных условий эксплуатации конструктивными параметрами. По сути это означает необходимость разработки конструкторскотехнологического обеспечения "гибкого" изменения угла подъема и закона изменения угла подъема погрузочных лопастей шнеков на стадии их изготовления. Повышение производительности выгрузки угля. Обеспечивается реализацией одного из трех основных перспективных направлений, а также их комбинаций [1]: - обеспечением оптимальных значений углов подъема погрузочных лопастей и законов их изменения по длине шнеков; - обеспечением оптимальных значений параметров состояния поверхностного слоя погрузочных лопастей и обечаек шнеков; - использованием дополнительных источников энергии для интенсификации процесса выгрузки [3]. Обеспечение оптимальных значений углов подъема погрузочных лопастей и законов их изменения по длине шнеков может быть реализовано в конструкции шнеков с переменным шагом лопастей при условии обеспечения возможности "гибкого" изменения шага применительно к конкретным условиям эксплуатации. То есть, как и в предыдущем случае (для повышения производительности разрушения забоя), требуется разработка конструкторско-технологического обеспечения "гибкого" производства шнеков. Обеспечение оптимальных (для заданных условий эксплуатации) значений параметров состояния поверхностного слоя погрузочных лопастей и обечаек шнеков предполагает управление этими параметрами на стадии изготовления путем осуществления механической обработки рабочих (транспортирующих) поверхностей лопастей и обечаек. Для обеспечения же возможности механической обработки с необходимым уровнем точности и приемлемым уровнем трудоемкости необходима разработка соответствующей конструкции шнеков и технологии их изготовления. Использование дополнительных источников энергии для интенсификации процесса выгрузки угля является самостоятельной специфической и достаточно эффективно может быть осуществлена в механо-гидродинамических системах активной выгрузки [1 ]. П о в ы ш е н и е б е з о т к а з н о с т и ш н е к о в . К числу наиболее частых причин отказов шнеков относятся: - отрыв резцедержателей (кулаков); 179

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

- разбивание гнезд резцедержателей (кулаков); - ударно-абразивный износ рабочих поверхностей погрузочных лопастей. Отрыв резцедержателей обуславливается, как правило, недостаточной прочностью сварного соединения резцедержателей с лопастями и обечайкой шнека. Прочность сварного соединения в этом случае лимитируется ограниченной свариваемостью сталей, из которой изготавливаются резцедержатели (35ХГСА или аналоги), и литых сталей, из которой изготавливаются лопасти и обечайки шнеков. Разбивание гнезд резцедержателей обусловлено ограничениями в выборе материалов для резцедержателей и видов их термической обработки из-за необходимости соединения сваркой с лопастями и обечайкой, изготовленными из литой стали. Расширение диапазона используемых материалов и методов технологического воздействия обусловливает необходимость соответствующего изменения конструкции резцедержателей. Износ погрузочных лопастей (ударно-абразивный износ) обусловлен низкой абразивной стойкостью погрузочных лопастей из-за невозможности использования эффективных методов технологического воздействия (термообработки, нанесения износостойких покрытий с низким уровнем шероховатости и т.д.) применительно к существующим конструкциям шнеков и технологиям их изготовления. Интенсивный ударно-абразивный износ усугубляется низкой ремонтопригодностью шнеков - изношенные лопасти не подлежат восстановлению в подземных условиях и имеют существенные ограничения по восстановлению в условиях ремонтных предприятий. Повышение же износостойкости лопастей требует изменений конструкций шнеков и технологий их изготовления, позволяющих расширить диапазон применяемых методов технологического воздействия. Таким образом, рассмотренные и обоснованные выше направлениями совершенствования шнековых исполнительных органов, практически сводятся к реализации следующих требований: - изменению конструкции и технологии изготовления шнеков, допускающему “гибкое” (применительно к конкретным условиям эксплуатации) изменение угла подъема и закона изменения угла подъема погрузочных лопастей шнека на стадии его изготовления; - расширение диапазона применяемых методов технологического воздействия при изготовлении шнеков. Для реализации этих требований предлагается техническое решение, в основе которого лежат конструктивно оптимизированные 180

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

блоки, допускающие применение широкого спектра методов технологического воздействия с целью обеспечения заданных конструктивных параметров и управления состоянием поверхностного слоя рабочих зон. В этом случае (рис.) лопасть шнека и резцедержатели конструктивно совмещены. Функции транспортирующей поверхности лопасти выполняют боковые поверхности отдельных блоков; сочетание боковых поверхностей отдельных блоков образует непрерывную винтовую поверхность. Блоки базируются на обечайке шнека (аналогично традиционному решению) и привариваются к ней. При этом возможны различные варианты ее реализации (рис., б,в,г ). Предлагаемое техническое решение обладает следующими преимуществами: - возможностью применения для обечайки и лопастей шнека материалов с повышенными (по сравнению с литой сталью) механическими свойствами, обладающими способностью подвергаться эффективной термообработке и хорошей свариваемостью; б)

а)

в)

г)

Рисунок - Фрагменты разверток шнеков: а) традиционное техническое решение; б,в,г) предлагаемые технические решения (тонкие линии – традиционное решение, основные линии - предлагаемые решения)

181

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

- возможностью “гибкого” изменения в необходимом диапазоне угла подъема лопастей и закона его изменения по длине шнека за счет соответствующего профилирования поверхностей блоков, образующих транспортирующую поверхность лопасти, при их механической обработке и соответствующего расположения блоков; - возможностью изменения в необходимом диапазоне параметров состояния поверхностного слоя погрузочных лопастей в результате механической обработки блоков (контурное фрезерование); - возможностью изменения параметров состояния поверхностного слоя обечайки шнека в результате ее механической обработки (токарная обработка); - возможностью повышения износостойкости рабочих поверхностей блоков путем их термической обработки или нанесения износостойких покрытий, легко реализуемых для отдельных блоков - возможностью существенного расширения применяемого арсенала средств технологического воздействия. Появляется возможность применения прогрессивных методов организации производства - групповой и модульно-групповой обработки; - универсальностью, обусловливающей одновременно как необходимую гибкость, так и расширение диапазона методов технологического воздействия; - экологической чистотой технологических процессов, поскольку в них преобладает механическая обработка и отсутствуют экологически небезопасные виды литья и абразивной обработки. Выводы. Предложены и обоснованы конструкторские и технологические решения, обеспечивающие возможность повышения производительности и надежности шнековых исполнительных органов очистных комбайнов для выемки тонких пологих пластов в заданных конкретных условиях их эксплуатации. Список литературы 1. Механо-гидродинамические шнековые системы выгрузки и транспортирования. Нечепаев В.Г. – Донецк: ДонНТУ, 2005. – 215с. 2. Шабаев О.Е. Методика определения оптимальной ширины захвата шнекового исполнительного органа очистных комбайнов / О.Е. Шабаев, В.Г. Нечепаев, П.П. Зинченко // Машиностроение и техносфера XXI века. Сборник трудов XXV международной научно-технической конференции в г. Севастополе 10-16 сентября 2018 г. В 2-х томах. – Донецк: ДонНТУ, 2018. Т. 2 –. стр. 237-243. 3. Нечепаев В.Г. Развитие и совершенствование структуры систем выгрузки угля шнековых очистных комбайнов/В.Г. Нечепаев// Инновационные перспективы Донбасса : материалы междунар. научн.-практ. конф., 22-25 мая 2018 г. Т. 3 : Инновационные технологии изготовления и эксплуатации промышленных машин и агрегатов - Донецк , 2018. -С.32-36. 182