Обґрунтування алгоритму вибору параметрів композитної футерівки барабанів шахтових підіймальних машин

Abstract

Мета. Виконати аналіз напружено-деформованого стану в циліндричних барабанах шахтових підіймальних машинах. Вивчити вплив параметрів жорсткості еластичного футерування, виконаного з композитного матеріалу, та лобовини барабана на розподіл напружень в його обичайці. За результатами аналізу необхідно ідентифікувати оптимальні конструкційні характеристики покриття, які дадуть змогу мінімізувати ці напруження. Методика. Проведено теоретичний аналіз наявних наукових досліджень у цій сфері машинобудування. На його основі було розроблено алгоритм визначення найбільш ефективних параметрів футерування. Виявилось, що застосувавши напіваналітичні методи розрахунку, можна з більшою точністю оцінити вплив геометричних і жорсткісних властивостей конструкції на інтенсивність напружено-деформованого стану в барабанах шахтових машин. Результати. Аналіз напружено-деформованого стану в циліндричних барабанах шахтових підіймальних машинах виявив дві ключові зони напружень в його обичайці, інтенсивність яких безпосередньо залежить від радіальної та згинальної жорсткості лобовини. Застосування розробленого алгоритму створює можливість суттєво знизити рівень напружень у металевій обичайці барабана в середньому приблизно на 20 %. Завдяки цьому буде підвищено міцність і довговічність конструкцій. Наукова новизна. У дослідженні запропоновано підхід до визначення оптимальних параметрів еластичного футерування. Уперше продемонстровано, як, скориставшись еластичним покриттям із композитного матеріалу можна поліпшити характеристики підйому та продовжити термін експлуатації канатів. Практична значимість. Застосування результатів дослідження має сприяти підвищенню ефективності й надійності шахтових підіймальних машин, а також зниженню ризиків припинення їхньої роботи через зменшення напружень у металевих обичайках барабанів.

Purpose. To perform an analysis of the stress-strain state in cylindrical drums of mine hoisting machines. To study the impact of the stiffness parameters of the elastic lining, made of composite material, and the drum's flange on the stress distribution in its shell. Based on the analysis results, it is necessary to identify the optimal design characteristics of the lining that would minimize these stresses. The methods. A theoretical analysis of existing scientific research in this field of mechanical engineering has been conducted. Based on it, an algorithm was developed to determine the most effective lining parameters. It was found that applying semi-analytical calculation methods allows for a more accurate assessment of the influence of the geometric and stiffness properties of the design on the intensity of the stress-strain state in the drums of mine machines. Findings. The analysis of the stress-strain state in the cylindrical drums of mine hoisting machines revealed two key stress zones in its shell, the intensity of which directly depends on the radial and bending stiffness of the flange. The application of the developed algorithm makes it possible to significantly reduce the level of stress in the metal shell of the drum, on average by about 20%. This will increase the strength and durability of the structures. The originality. The study proposes an approach to determining the optimal parameters of the elastic lining. For the first time, it has been demonstrated how using an elastic coating made of composite material can improve lifting characteristics and extend the operational life of the ropes. Practical implementation. The application of the research results should contribute to increasing the efficiency and reliability of mine hoisting machines, as well as reducing the risks of their operation being interrupted due to reduced stresses in the metal shells of the drums.