Розвиток наукових основ розробки гальмівних систем рухомого складу шахтного рейкового транспорту високого технічного рівня

Abstract

У дисертаційній роботі розв'язана актуальна наукова проблема обґрунтування методів управління силою тертя в робочих процесах гальма за величиною і у функції швидкості ковзання, показниками ефективності гальма та гальмування рухомого складу рейкового транспорту шахт на основі ідентифікації спільного збудження кінематично вимушених коливань за рахунок дискретності і конструктивних зв'язків контакту тертя з фрикційними коливаннями, застосування адаптивного механізму змінної структури гальма і варіаційного формулювання у вигляді квазіваріаційної нерівності нелінійної динамічної задачі з тертям.

Система подземного транспорта при развитии подразумевает объединение преимуществ рельсового и конвейерного транспорта. Электровозная откатка относится к объектам с наиболее благоприятными предпосылками роботизации. Внедрение робототехнического комплекса откатки наиболее эффективно в магистральных выработках с интенсивными грузопотоками от очистных и подготовительных работ, кольцевой схемой движения, погрузкой и разгрузкой состава по ходу и требует оптимизации эффективности тяги и торможения поездов. На шахтных локомотивах, где размещается тормозное оборудование поезда, за счет изменения силы трения тормозного механизма от скорости движения и тормозного нажатия мощность его при скорости начала торможения 3 м/с уменьшается в 3 раза, при 5 м/с – 11 раз. В диссертационной работе решена научная проблема обоснования методов управления силой трения в рабочем процессе тормоза по величине и в функции скорости скольжения, показателями эффективности тормоза и торможения подвижного состава рельсового транспорта шахт на основе идентификации совместного возбуждения кинематически вынужденых колебаний за счёт дискретности и конструктивных связей контакта трения с фрикционными колебаниями, применения адаптивного механизма переменной структуры тормоза и вариационной формулировки в виде квазивариационного неравенства нелинейной динамической задачи с трением. Функционально-морфологический анализ позволяет классифицировать структуру тормоза с напряженным замкнутым кинематическим контуром, в ко- тором тормозная передача относится к неассуровым группам отрицательного порядка, тормоз является адаптивным механизмом с переменной структурой, структурно-неопределенной трибологической системой и обладает видом структурной неопределенности по количеству и составу входных переменных в моделях зависимости силы (коэффициента) трения. Разработана регрессионная модель кинетической характеристики трения колодочно-колесного тормоза шахтных локомотивов в условиях структурной неопределенности. Задача регрессионного анализа поставлена в широком смысле. Выполнен спектральный анализ усилий и перемещений масс в тормозном механизме, экспериментально определены спектрограммы виброперемещений тормозной колодки и переменных составляющих нормальных и тангенциальных усилий нагружения тормозного механизма. Частота и амплитуда высоко- частотных колебаний до 1 кГц изменяется в зависимости от параметров тормозного режима, упругих и диссипативных сил нагружения, что в состоянии тормоза выражается изменением коэффициентов регрессии в статистической модели характеристики трения тормоза. Разработаны основные положения теории тормозной колодки для определения структуры и параметров динамической модели тормозного механизма, измерительного и обрабатывающего комплекса аппаратуры. Разработана математическая модель тяги и движения шахтных поездов с учетом неравнозамедленного движения при торможении. Для идентификации исследуемого состояния управляемого движения шахтных поездов выполнено решение задачи классификации, в которой из двух совокупностей показателей тяги и торможения построено классификационное правило, позволяющее установить технический уровень подвижного состава по принадлежности к одной совокупности. Для интегральной оценки использования сцепной массы локомотива при торможении шахтных поездов на остановку определен коэффициент полезного действия тормоза. Разработаны динамические модели тормоза с учетом дискретности контакта поверхности трения тормозной колодки, конструктивных связей и распределения усилий по шероховатым поверхностям, установившихся и неустановившихся режимов движения. Вариационная формулировка в виде квазивариационного неравенства колебательной системы при использовании разностных схем позволяет получить при определенных значениях весовых коэффициентов решения нелинейной динамической задачи с трением. Экспериментальными методами периодических и промышленных испытаний шахтного подвижного состава с использованием планирования экспериментов и статистического моделирования для идентификации параметров и состояний динамических моделей тормоза и математической модели тяги и движения шахтных поездов получены тягово-энергетические и виброшумовые характеристики локомотивов, расчетные нормативные значения ходовых качеств вагонов. Классификация показателей назначения тормоза, алгоритм и программное обеспечение для моделирования тяги и движения шахтных поездов, метод определения технического уровня подвижного состава по эффективности тяги и торможения позволяет повысить производительность и безопасность локомотивного транспорта и расширить область применения на профиле пути от 0,005 до 0,050. Разработан алгоритм и программное обеспечение моделирования фрикционных колебаний в тормозе для управления силой трения по величине и в функции скорости движения, что позволяет получить рабочие характеристики в соответствии с его назначением, повысить КПД и надежность тормоза. Результаты работы внедрены в отраслевой стандарт Минуглепрома Украины СОУ 10.1.00155790.007:2006, нашли практическое использование на ОАО «Дружковский машзавод» и ДонУГИ при разработке и испытаниях опытных образцов электровозов АРВ10ГЭ, АВ8Т и АП8Т с гидротормозной системой и внедрены в учебный процесс при подготовке специалистов по специальностям «Горное оборудование» и «Разработка месторождений полезных ископаемых» в Государственном ВУЗ «Национальный горный университет». Внедрение результатов работы имеет социальный эффект за счет повышения технического уровня, надежности и безопасности локомотивной откатки на нормальном и тяжелом профиле рельсового пути.

The dissertation has solved burning scientific problem of justifying methods of control of frictional force under the exploitation conditions of brake in magnitude, and as a function of slipping motion velocity, measures of mine rail haulage brake efficiency as well as its braking on the basis of identifying general excitation of kinematically forced oscillations owing to dimensional resolution and ratio of friction contact and friction oscillations; use of adaptive mechanism of shiftable structure and variational definition in terms of quasivariational inequality of nonlinear dynamic problem with friction.