Повышение эффективности работы карьерного оборудования на основе стабилизации нагрузок


Скачать 262,71 Kb.
НазваниеПовышение эффективности работы карьерного оборудования на основе стабилизации нагрузок
страница1/3
Дата конвертации17.08.2012
Размер262,71 Kb.
ТипАвтореферат
СпециальностьГорные машины»
Год2007
На соискание ученой степениКандидат технических наук
  1   2   3



На правах рукописи


УДК 622.242 (043.3)


РАЗУВАЕВА Валентина Викторовна


ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ

КАРЬЕРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

НА ОСНОВЕ СТАБИЛИЗАЦИИ НАГРУЗОК


Специальность 05.05.06 «Горные машины»


Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук


Москва, 2007


Работа выполнена в Московском государственном открытом университете


Научный руководитель

д. т. н. Красников Юрий Дмитриевич


Официальные оппоненты:

д. т. н. Подэрни Роман Юрьевич

к. т. н. Артемьев Николай Александрович


Ведущая организация – ФГУП «Национальный научный центр горного производства – Институт горного дела им. А.А. Скочинского» (ФГУП «ННЦ ГП – ИГД им. А.А. Скочинского»)


Защита состоится 23 мая 2007 года 1500 часов на заседании

диссертационного совета Д 212.137.03 при Московском

государственном открытом университете по адресу:

107966, г. Москва, ул. Павла Корчагина, 22, ауд. 408


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского

государственного открытого университета.


Автореферат разослан «___»______________2007 года.


Ученый секретарь

диссертационного совета к.т.н. В.В. Мазуренко


ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Железорудные карьеры являются сложными динамическими системами «среда – технология – машина – человек», в которых важную роль в формировании динамических процессов играют, прежде всего, машины и операторы. Динамические нагрузки, действующие в элементах машин, в том числе в электродвигателях, определяют надёжность и долговечность, длительность простоев этих машин, а также нагрузки взаимодействующих с машинами людей, что ведёт к их повышенной утомляемости, травматизму, профессиональным заболеваниям. В настоящий момент повышение эффективности работы как предприятия в целом, так и отдельных его участков следует искать на путях совершенствования качества функционирования системы «среда – технология – машина – человек» путём снижения простоев, а в дальнейшем – на пути разработки новых технологий и отвечающим этим технологиям горных машин, ведущим к формированию стабильного непрерывного потока горной массы, поступающей из карьеров. В связи с этим обоснование предложений по стабилизации нагрузок и повышению эффективности работы комплексов машин железорудных карьеров является актуальной научной задачей.

Цель работы. Целью настоящей работы является повышение эффективности работы оборудования железорудных карьеров на основе стабилизации их нагрузок.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

– установление основных характеристик подсистем «среда» и «технология» железорудных карьеров;

– определение основных закономерностей формирования динамики нагрузок машин комплексов железорудных карьеров и разработка математической модели процесса;

– анализ факторов, формирующих динамичность нагрузок машин комплексов и разработка предложений по устранению их основных причин простоев;

– разработка предложений по стабилизации процесса разрушения горных

пород в забоях карьеров на основе использования методов массового поточного разрушения механическим способом породного массива мощными нетрадиционными ударными машинами.

Идея работы заключается в повышении стабильности нагрузок машин железорудных карьеров на основе разработанных методов и средств массового поточного разрушения пород в массиве на базе мощных нетрадиционных ударных установок.

Методика выполнения работы. Методика выполнения работы предусматривала комплексное проведение системного анализа горно-технологических характеристик Лебединского и Стойленского ГОКов КМА. Исследования динамики нагрузок машин проводились на основе экспериментальных и теоретических исследований с использованием непрерывных записей нагрузок (мощности электродвигателей) аппаратурными методами в процессе работы оборудования на вскрышных участках и в карьерах в целом, так и дискретным методом с частотой считывания информации 1/10 мин, 1/час, 1/сутки, 1/месяц, а также регистрировались причины простоя оборудования, их удельный вес в общем времени простоев машин. Непрерывные исследования проводили в течение 11 лет в период с 1995 по 2006 г.г, при неустойчивой и устойчивой конъюнктуре спроса на продукцию ГОКов.

Для изучения вопроса стабилизации процесса разрушения породных массивов на основе применения нетрадиционных мощных ударных машин планировалось проведение физического эксперимента на фотомоделях, а также экспериментальное исследование образца машины на специальном стенде. Теоретические исследования предусматривалось проводить при рассмотрении вопросов разработки методов и средств массового поточного разрушения породных массивов с применением свободного удара большой энергии и мощности.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Характер изменения нормированной автокорреляционной функции нагрузок машин комплексов указывает на широкополосный случайный характер процесса нагружения оборудования и о наличии в спектре нагрузок регулярных (периодических) составляющих, вызываемых простоями машин в периоды между

сменами, сутками и т.д.

2. Высокочастотная часть спектра нагрузок определяется в основном циклическим характером работы одноковшовых экскаваторов, а низкочастотная – различными видами простоев оборудования.

3. Математическая модель нагрузок машин комплексов формируется в соответствии с теорией случайных функций и диаграммами процесса нагружения машин.

4. Применение ударных машин метательного действия, в которых в качестве аккумулятора потенциальной энергии используются силовые гибкие оболочки со сжатым воздухом, что позволяет получать энергию удара до 1,5÷2,0 • 106 Дж и более (гиперудар) при высоком – до 0,95 – значении КПД, позволит непрерывно разрушать породные массивы за счёт мощного сейсмического, усталостного и силового воздействий.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается корректным применением системного анализа, теории случайных функций и теории колебаний при составлении математических моделей, значительным объемом и длительностью экспериментальных исследований современными методами нагрузок машин вскрышных и добычных комплексов в течение 11 лет и охватывающих различные периоды конъюнктуры спроса на продукцию, а также проверенными методами физического моделирования и стендовых исследований экспериментального образца нетрадиционной ударной машины, подтвердивших с ошибкой не более 5% адекватность её математической модели.

Научное значение работы заключается:

– в разработке математических моделей формирования эксплуатационных нагрузок машин вскрышных и добычных комплексов; нетрадиционной ударной машины; пневмоаккумулятора с ресивером в ударной машине за цикл;

– в установлении зависимостей автокорреляционных функций и спектральных плотностей эксплуатационных нагрузок машин для различных типов вскрышных комплексов и карьеров в целом;

– характера изменений в течение года различных видов простоев

оборудования; коэффициента машинного времени оборудования;

– в установлении характера формирования напряжений в массиве при мощных ударных воздействиях и коэффициента концентрации напряжений в массиве в зависимости от ширины ударного инструмента.

Практическое значение работы заключается:

– в разработке методики расчёта суммарных эксплуатационных нагрузок вскрышных и добычных комплексов;

– в разработке предложений по повышению эффективности работы машин вскрышных и добычных комплексов путём стабилизации их режимов работы, снижению числа отказов, что ведёт к повышению коэффициента машинного времени оборудования;

– в разработке конструктивной схемы, обосновании параметров экспериментального образца ударной машины.

Реализация результатов работы.

Рекомендации работы переданы ОАО «Лебединский ГОК» и ОАО «Стойленский ГОК» для использования в системе оперативного контроля и диагностики нагрузок горных машин и оборудования вскрышных и добычных комплексов.

Конструктивная схема и параметры экспериментального образца ударной установки метательного действия приняты институтом «ЦНИИподземмаш» для разработки рабочей документации.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались: на научном симпозиуме «Неделя горняка», г. Москва, 2002г, 2006г, 2007г; на 2-ой Международной конференции по проблемам рационального природопользования, г. Тула, 2002г.; на Международном научном симпозиуме, г. Орел, 2003г., 2006г.; на научно - технической конференции СПГГУ, г. Санкт – Петербург, 2004г., на Международной научно – технической конференции г. Екатеринбург, 2005г.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 6 печатных работ.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав и заключения, включает 75 рисунков, 11 таблиц, список использованной при написании работы литературы из 49 наименований, 2 приложения.


ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе выполнен анализ научно–исследовательских работ, посвященных изучению эксплуатационной загруженности горных машин на открытых разработках. Отмечается, что вопросам повышения эффективности оборудования в горнорудной промышленности посвящены труды Мельникова Н.В., РжевскогоВ.В., Трубецкого К.Н., Щадова М.И., Подэрни Р.Ю., Кантовича Л.И., Винницкого К.Е., Кузнецова В.И., Анистратова Ю.И. и многих других учёных. Эти вопросы рассматривались коллективами таких организаций как ННЦ ГП ИГД им. А.А. Скочинского, НИИОГР, МГГУ, СПГГУ, ИГД СО РАН, НИИ КМА им. Шевякова и других. Особенностью современной ситуации, сложившейся на железорудных карьерах Курской магнитной аномалии, является то, что задачу повышения эффективности оборудования необходимо решать в условиях усложнившейся на карьерах горнотехнической ситуации, а также состояния экологии в регионе, значительного старения техники и проблем с «человеческим фактором» в условиях сложившихся рыночных отношений.

Из работ последнего времени, посвященных исследованию динамики нагрузок оборудования на открытых работах, следует указать работы КрасниковаЮ.Д., Проскурина А.С. и Коренева А.Г. Следует отметить, что научные результаты, полученные этими авторами, относятся к работе угольных разрезов. Железорудные карьеры отличаются целым рядом особенностей (например, добыча полезных ископаемых – руды и железистых кварцитов ведётся с применением буровзрывных работ, что не требуется при добыче открытым способом углей и т.п.). Поэтому полученные рекомендации не могут быть непосредственно применены для железорудных карьеров, тем более таких крупных, как Лебединский и Стойленский ГОКи.

Указанные обстоятельства дают основания для специального исследования динамики эксплуатационных нагрузок оборудования железорудных карьеров с учетом особенностей месторождений КМА при увеличении объёмов вскрышных работ, характера принятой технологии, состояния окружающей среды и «человеческого фактора». Выполненный анализ позволил сформировать основные задачи исследования.

Во второй главе рассмотрены основные характеристики подсистем «среда» и «технология» в системе «среда – технология – машина – человек» железорудных карьеров КМА. Рассмотрены горно-геологические и горно-технологические характеристики месторождения.

Горные работы в карьерах месторождений характеризуются высокой концентрацией и интенсивностью с применением высокопроизводительного выемочно-погрузочного и транспортного оборудования, разнообразием технологических схем в сложных горно-геологических условиях. Совершенствование технологии и режимов работы машин и оборудования уникальных карьеров Лебединского, Стойленского и Михайловского ГОКов, а также других железорудных карьеров России является весьма важной научной и производственной задачей.

Нестабильность среды – физико-механических свойств, горно-геологических характеристик горных пород на вскрышных и добычных участках, как в границах карьеров, так и в течение срока службы железорудных карьеров является одним из основных факторов нестабильности работы и нагрузок машин карьеров.

Циклический характер принятой технологии работы карьеров определяется машинами циклического действия и буровзрывной технологией, соответственно буровыми машинами, ковшовыми экскаваторами, циклическим видом транспорта – автосамосвалами, железнодорожным транспортом. Это приводит к циклическому характеру воздействия нагрузок на машины, операторов и т.д., что формирует нестабильность режимов работы машин и людей, и, как следствие, к недоиспользованию машин, снижению срока службы, простоям, повышенной утомляемости людей, травматизму и т.п.

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований динамики эксплуатационных нагрузок карьерных машин. Принятая в главе методика регистрации мгновенных нагрузок машин – одного из основных показателей мощности их электродвигателей непрерывным, а также дискретным методом позволили впервые получить представительные диаграммы нагрузок машин как вскрышного, так и добычного оборудования. Полученные диаграммы нагрузок машин карьеров позволяют сравнивать режимы работы горных предприятий в период устойчивой и неустойчивой конъюнктуры спроса на продукцию этих предприятий.

Результаты исследования режимов работы вскрышных комплексов показали, что оборудование работает в тяжелом динамическом режиме (рис. 1).



Рис. 1. Характерная диаграмма суммарной мощности на вскрышных работах ЛГОКа (21.07.2003).

Математическая модель динамики нагрузок машин комплексов разработана на основе теории случайных функций.

Автокорреляционный анализ диаграмм мощности проводился на основе зависимости: (1)

где T - время процесса (реализации); x(t), x(t+ τ) - значения процесса (ординаты);

- интервал между двумя точками диаграммы.

Это позволило установить неизвестные закономерности нагрузок. В общем случае уравнение корреляционных функций будет иметь составляющие периодические и случайные: (2)

где Aj - амплитуда регулярных составляющих;, - коэффициенты, характеризующие степень корреляционной связи; - частоты регулярных составляющих;

D – дисперсия нагрузок, при этом D = σ2.

В частности, среднеквадратичное отклонение нагрузок:

(3)

Коэффициент вариации суммарной мощности электрооборудования составит: (4)

где Мi – математическое ожидание нагрузок.


К (τ)

τ, сутки



S(ω)
а б

Рис. 2. Автокорреляционная функция (а) и спектральная плотность (б) нагрузок машин вскрышного комплекса СГОКа.


Автокорреляционный и спектральный анализы нагрузок машин комплексов свидетельствуют о том, что изменения нагрузок оборудования носят преимущественно случайный характер, при этом содержит регулярные составляющие, влияние которых весьма существенно, и устранение которых сможет заметно стабилизировать режим работы оборудования, что составляет между сменами – 8–20%, неделями и месяцами – 15% (рис. 2).

При существующих циклической технике и технологии ликвидация этих составляющих возможна главным образом на основе совершенствования организации работы машин комплексов. При ежесуточной информации о нагрузках полученные коэффициенты вариации нагрузок для комплексов изменяются в пределах 0,106 – 0,626 (табл.1:ГВК СГОКа – горно-вскрышной комплекс, ЛГОК – весь карьер); при этом дисперсия нагрузок в течение суток будет выше.


Параметры мощности машин вскрышного комплекса СГОКа и

оборудования карьера ЛГОКа

Таблица 1.

№ п/п

Основные параметры процесса

Значение (МВт)

ГВК СГОКа, июль - ноябрь 2002г.

ЛГОК, 11.01.2006г.

1

Максимальное значение

72.000

24.000

2

Минимальное значение

1.300

13.700

3

Среднее

30.036

20.715

4

Среднеквадратическое отклонение

18.800

2.266

5

Коэффициент вариации

0.626

0.106

6

Коэффициент асимметрии

-0.071

-0.142

7

Коэффициент эксцесса

-1.013

-1.147

  1   2   3

Разместите кнопку на своём сайте:
поделись


База данных защищена авторским правом ©dis.podelise.ru 2012
обратиться к администрации
АвтоРефераты
Главная страница