Розвиток теорії шахтних підйомних установок з головними гумотросовими канатами

Abstract

визначення закономірностей формування та перерозподілу напружено- деформованого стану головного гумотросового каната при взаємодії з елемен- тами підйомної установки в експлуатаційних режимах на основі визначення модельних уявлень механіки його просторового деформування при руйнівному і неруйнівному навантаженнях для обґрунтування технічних рішень щодо ство- рення сучасних шахтних підйомних установок з гумотросовими канатами зі збільшеними термінами роботи, рівнем ефективності й експлуатаційної безпе- ки. Виконано математичний опис та встановлення раніше невідомих закономі- рностей напружено-деформованого стану плоского гумотросового каната: при його просторовому деформуванні на органі навивання шахтної підйомної ма- шини; в пристроях приєднання до підйомної посудини; змінного поперечного перерізу, зумовленого дискретною зміною кількості тросів в його перерізах й при взаємодії з робочим органом підйомної машини. Обґрунтовано раціональні конструкційні параметри плоских гумотросових канатів постійного поперечного перерізу і канатів ступінчастої конструкції, ви- моги до конструкції органів навивання і причіпних пристроїв підйомної уста- новки, параметри автоматичної системи контролю технічного стану канатів, норми експлуатації шахтних підйомних машин з головними гумотросовими канатами для підприємств гірничодобувної галузі

Диссертация посвящена решению актуальной научной проблемы установ- ления закономерностей формирования и перераспределения напряженно- деформированного состояния головного резинотросового каната при взаимо- действии с элементами подъемной установки в эксплуатационных режимах на основе модельных представлений механики его пространственного деформиро- вания при разрушающих и неразрушающих нагрузках для обоснования техни- ческих решений по созданию современных шахтных подъемных установок с резинотросовыми канатами с увеличенными сроками работы, уровнем эффек- тивности и эксплуатационной безопасности. Разработаны и исследованы математические модели напряженно- деформированного состояния плоского резинотросового каната ступенчатой конструкции и каната неизменной ширины с произвольным расположением по- рывов тросов с учетом особенностей распределения внутренних сил растяже- ния тросов на приводном барабане с криволинейной образующей. Установлено распределение максимального относительного возрастания усилий в отдельных тросах каната на участке взаимодействия с выпуклым барабаном подъемной машины, обусловленного порывами и имеющего экспоненциальный характер. Разработана пространственная математическая модель напряженно- деформированного состояния резинотросового каната на барабане подъемной машины и выполнено исследование влияния толщины резиновой оболочки на распределение напряжений в канате с обоснованием минимальной толщины обкладки из условий прочности. Разработанная трехмерная конечно-элементная модель резинотросового каната позволяет определять напряженно- деформированное состояние резиновой оболочки на наиболее опасных участ- ках взаимодействия с органом навивки подъемной машины. Выполнено аналитическое решение задачи пространственного деформиро- вания резиновой оболочки каната, обусловленного передачей тягового усилия от приводного барабана, давлением на барабан и влиянием формы рабочей по- верхности барабана на распределение внутренних сил между тросами каната с повреждениями, и на основе ее анализа установлена зависимость коэффициента концентрации напряжений в резиновой оболочке каната, что позволяет учесть напряженное состояние резины при проектировании подъемных машин с рези- нотросовым тяговым органом. Выполненные исследования позволили обосно- вать требования к конструкции барабанов, приемлемых для эксплуатации пло- ских резинотросовых канатов. Разработана и исследована математическая модель напряженно- деформированного состояния плоского резинотросового каната в устройствах его присоединения к сосудам шахтной подъемной машины и определено влия- ние толщины резиновой оболочки на распределение напряжений в канате на участке его взаимодействия с прицепным устройством с обоснованием мини- мальной толщины оболочки из условий прочности. Результаты полученных ис- следований позволили обосновать рациональные конструкции устройств при- соединения плоского каната к сосудам шахтных подъемных установок и разра- ботать требования к прицепным устройствам для плоских резинотросовых ка- натов. Установлены закономерности распределения усилий между тросами сту- пенчатого каната, обусловленных дискретным изменением количества тросов в его сечениях. Полученные зависимости позволили обосновать рациональные параметры канатов переменного поперечного сечения из условий равнопрочно- сти по длине каната, особенностей изменения его напряженно- деформированного состояния и разработать методику определения длин ступе- ней равнопрочного резинотросового каната. Исследовано напряженно-деформированное состояние плоского резинотросового каната переменного поперечного сечения на рабочем органе подъем- ной машины, что позволило установить его влияние на конструкцию каната, выявить закономерности распределения напряжений в канате ступенчатой конструкции при наличии тросов с разрывами и обосновать нормы эксплуата- ции подъемных плоских резинотросовых канатов на предприятиях горнодобы- вающей отрасли. Разработан алгоритм и получены аналитические выражения, позволяющие контролировать техническое состояние резинотросового каната по критерию изменения внутреннего сопротивления с учетом его конструкции и электриче- ских свойств составляющих элементов. На основании выполненных исследова- ний обоснованны параметры системы контроля целостности с определением максимальной длины резинотросового каната подъемной машины, при которой возможен контроль порывов тросов по значениям сопротивления, разработаны способы контроля технического состояния канатов. На основе результатов работы на ПАО «Кривбассжелезрудком» внедрен проект новой лифтовой установки с резинотросовыми подъемными и уравно- вешивающими канатами в башенном копре шахты «Гвардейская-2». Ожидае- мая долговечность резинотросовых подъемных канатов в 3 – 4 раза превышает этот показатель для существующих стальных, а стоимость каната всего на 40 – 50% выше, что позволяет обеспечить значительный экономический эффект при эксплуатации шахтных подъемных комплексов

The thesis deals with the actual scientific problem of determining laws of formation and redistribution of the stress-strain state in the head rubber-rope cables at the interaction with the elements of the hoist in the operating conditions on the basis of model concepts of mechanics of its spatial deformation at destructive and nondestructive loads to justify the technical solutions for the creation of modern mine hoisting engines with the enlarged life-span, efficiency level and operational safety. The mathematical description and determination establishment of earlier unknown laws of the stress-strain state of the flat rubber-rope cable are fulfilled: - for the spatial deformation of the winding element of a mining hoisting machine; - in the devices joining the lifting vessels; - at variable cross-section due to discrete changes of the number of wires, - at the interaction with the working member of a hoist. The rational design parameters of rubber flat ropes of the constant and of stepped cross section, design requirements of working organs and tow hitch in a hoist, automatic control system of the technical state of ropes, the rate of exploitation of the mining hoists with the head rubber-rope cables for the mining industry are justified