«МАТЕРИАЛЫ Международной научно-технической конференции Дніпро-М Проблемы механики горно-металлургического комплекса 28 - 31 мая 2002 года Днепропетровск 2002 1 28 - 31 мая 2002 года в Национальном горном университете ...»

Для расчетов динамических нагрузок, действующих на ходовую часть железнодорожного транспорта, составляются системы дифференциальных уравнений различной сложности, в зависимости от числа степеней свободы и числа координат, используемых при составлении дифференциального уравнения. Для получения точных данных о динамических нагрузках, действующих на экипаж, необходимо учитывать все связи, через которые передаются усилия на экипаж. Необходимо также учитывать внешние воздействия на экипаж, а именно нагрузку, передаваемую через автосцепы, силы инерции левых и правых колес, вызванные их движением по неровным рельсам, силы собственных колебаний экипажа, центробежные силы, некоторую аэродинамическую нагрузку, вызванную геометрией экипажа, движущегося на большой скорости, не постоянство жесткости пути и т.д. Очевидно, что составленная по такому принципу система дифференциальных уравнений будет с трудом поддаваться аналитическому решению, и чаще всего это будет не возможно. Приближенные методы решения систем дифференциальных уравнений позволяют получить численное решение. Однако при этом анализ влияния тех или иных параметров экипажа на характер динамических нагрузок, действующих на экипаж, сложнее, чем при аналитическом решении, так как при последнем мы можем условно разбивать полученную функцию на составляющие, зависящие от тех или иных параметров экипажа, что существенно упрощает анализ, а при приближенных методах решения это сделать зачастую невозможно.

При полной постановке задачи приближенное решение систем дифференциальных уравнений целесообразно выполнять, используя ЭВМ, так как при многократных алгебраических действиях легко допустить ошибку и сами вычисления получаются достаточно громоздкими. В настоящее время во всем мире для решения задач динамики широко используется целый ряд прикладных программ, которые позволяют получать динамические нагрузки, действующие в механической системе практически не прибегая к составлению и решению систем дифференциальных уравнений. Т.е. составление таких систем является внутренней процедурой самих пакетов программ. При этом довольно сложно оценить правильность решения, корректность постановки задачи, точность, так как данные программы позволяют описывать весьма сложные механические системы, классическое решение которых, даже приближенными методами представляет значительную сложность.

Однако при этом пользователь может допустить техническую ошибку при составлении модели задачи, которая может коренным образом изменить результаты решения.

Возможно проверить точность решения динамических задач для каждой из программ, решая простые тестовые задачи, для которых можно найти аналитические решения, по сути аналогичные тем задачам, которые будут решаться в дальнейшем. Используя ряд различных пакетов прикладных программ можно, также сравнивать их точность, быстродействие, удобство составления математической модели и т.д.

В данной работе сделана попытка сравнения программ WorkingModel 2D v4.0 и Adams v11.0.

Для сравнения решалась простая для решения, но практически важная задача о движении подрессоренной массы по неровному пути. Данная задача была решена аналитически для различных видов неровностей. Построены графики перемещения подрессоренной массы, сил действующих на нее со стороны пружин и демпферов. Аналитическое решение было запрограммировано в виде достаточно простой программы на алгоритмическом языке Quick Basic. Выполнялась также проверка решений при помощи ППП MathCAD 2001 pro. Была составлена полностью адекватная механическая система в обоих пакетах прикладных программ. Было произведено сравнение графиков и оценена точность расчетов.

УДК 622.271.3; 621.879.

СНИЖЕНИЕ ДИНАМИКИ ЭКСКАВАЦИОННОЙ МАШИНЫ НА ОСНОВЕ

ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ЕЁ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА (НА ПРИМЕРЕ

КАРЬЕРНОГО РОТОРНОГО ЭКСКАВАТОРА)

Бурное развитие средств вычислительной техники вызвало к жизни принципиально новые научные подходы к практическому решению сложнейших проблем во всех сферах исследования природы и жизнедеятельности человека.

Одним из наиболее универсальных и результативных в этом ряду является метод прогнозирования поведения исследуемой системы в любых заданных условиях на основе имитационного моделирования. Рассмотрим применение данного метода для моделирования рабочего процесса экскавационной машины или, для определённости и конкретности, карьерного роторного экскаватора (КРЭ).

Рабочий процесс КРЭ является сложным стохастическим процессом, на формирование которого оказывает влияние несколько десятков факторов. Все они могут быть условно разделены на три основные группы:

конструктивные параметры машины, фактические значения которых зависят от точности изготовления и установки, и, например, для рабочего органа, от степени износа и деформации каждого режущего элемента;

параметры режима экскавации, реальные значения которых определяются точностью срабатывания различного рода задатчиков в системе управления экскаватора и реакцией машиниста при выполнении рабочих операций;

физико-механические свойства и состояние разрабатываемой породы.

Очевидно, что все они носят ярко выраженный стохастический характер.

Именно большое число факторов и вероятностный характер изменения большинства из них предопределяют целесообразность применения метода имитационного моделирования для воспроизведения рабочего процесса в любых заданных условиях, для прогнозирования, в нашем случае, входной нагрузки на рабочем органе КРЭ в функции времени.

Располагая же временными нагрузочными диаграммами, можно решать задачу снижения динамики КРЭ различными методами, в зависимости от того, на какой стадии создания, совершенствования или эксплуатации машины они ставятся. Например:

1. Прямое использование временных нагрузочных диаграмм в качестве входного воздействия при проведении динамического расчёта КРЭ по разработанной в УкрНИИпроекте методике, представляющей собой синтез импульсной теории, метода конечного элемента и учёта обратной связи системы экскаватор-забой.

2. Отыскание параметров, обеспечивающих минимум динамики системы (минимум суммарной дисперсии выходного процесса в основных колебательных системах КРЭ, амплитудо-фазовочастотными (АФЧХ) характеристиками которых мы располагаем) при обеспечении заданной производительности. Приведен конкретный пример такого расчёта для ЭРП-1250, работающего на разрезе типа Экибастузского. В качестве основных конструктивных узлов были выбраны ротор, масса противовеса и разгрузочная стрела. Для отыскания оптимальных значений варьируемых параметров использовался метод случайного поиска, как наиболее приспособленный для взаимодействия с методом имитационного моделирования близкий ему по духу, легко преодолевающий непреодолимые для классических методов трудности и не предъявляющий в отличие от них жёстких требований к воспроизводимому процессу и функции цели.

3. В случае, если машина только проектируется, и для неё лишь ориентировочно известна зона частот собственных колебаний конструкции, задача сводится к минимизации энергии входного процесса, приходящейся на заданный диапазон частот.

4. Когда об АФЧХ машины данные отсутствуют, в качестве критерия оптимизации принимается коэффициент динамичности или вариация процесса входного нагружения.

УДК 622.271.4:621.879.

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЙ ПОДХОД К ИСПОЛЬЗОВАНИЮ

ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ НА

ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТАХ

Открытый способ добычи полезных ископаемых является на данный момент самым эффективным, обеспечивая наиболее высокие экономические показатели горных предприятий. Не случайно его доля в общем объеме добычи углей в России достигла 64 % и продолжает расти. Многие полезные ископаемые в развитых странах, как, например, бурый уголь в Германии, Австралии, Польше, Канаде, Греции и Индии, добываются исключительно этим способом. В зависимости от вида полезного ископаемого и технического уровня оборудования, применяемого для его извлечения, открытый способ добычи может оставаться эффективным при глубине ведении горных работ до 500 м.

Мощное экскавационное и горнотранспортное оборудование непрерывного действия на настоящем уровне развития техники обеспечивает наивысшую производительность при наименьших энергетических затратах на добычу. Однако и здесь имеется еще немало резервов для снижения энергоемкости процессов.

В данной статье приведены результаты работ по снижению энергоемкости процесса копания горных пород цепным экскаватором ЕРс – 1120, который используется на вскрышных работах на буроугольном разрезе “Константиновский” ГХК “Александрияуголь”. Эта мощная экскавационная машина с максимальной производительностью до 5080 м3/ч, высотой копания – 22 – 24 м и глубиной копания – 17,5 – 22 м, массой 2300 т и суммарной установленной мощностью двигателей 2880 кВт имеет мощность привода ковшовой цепи 1420 кВт.

Экспериментальные исследования энергетических параметров экскаватора в их взаимосвязи с реализуемой производительностью и нагруженностью несущих металлоконструкций, позволили установить факт существования оптимальных уровня реализуемых производительности, соотношения параметров срезаемых стружек (толщины и ширины) при работе верхним и нижним (рис.1) копанием, а также положений звеньев ковшовой рамы в забое. При их реализации обеспечивается при соотношении параметров срезаемых стружек в диапазоне 1,4 – 1,6, уровне реализуемой производительноРис.1 Зависимость энергоемкости про- сти в диапазоне 1500 – 1700 м3/ч (в плотном теле) при цесса экскавации Wэ от соотношения верхнем копании и 3800 – 4200 м3/ч (в плотном теле) параметров срезаемой стружки S/b при нижнем копании. Рекомендованы рациональные (нижнее копание) положения звеньев ковшовой рамы в забое и схемы его отработки при работе экскаватора верхним и нижним копанием. Для реализации рациональных режимов экскавации разработаны номограммы.

Наш опыт работ с мощной экскавационной техникой позволяет реализовать подобный подход и на других машинах, например, вскрышных роторных экскаваторах горно-обогатительных комбинатов, на вновь создаваемых машинах.

ОСОБЕННОСТИ ДВИЖЕНИЯ МАТЕРИАЛА В ВИБРАЦИОННОЙ СУШИЛЬНОЙ

УСТАНОВКЕ

Национальный горный университет, Днепропетровск В технологической линии производства мела важное место занимает операция сушки. Достаточно эффективно для этих целей может быть применена вибрационная сушильная установка, где мел перемещается под действием направленного вибрационного возмущения по решетчатой поверхности, через отверстия в которой продувается горячий воздух. Это обеспечивает непрерывное разрыхление и продувку материала, что интенсифицирует его сушку.

Форма движения материала по решетчатой поверхности зависит как от размеров куска, так и от конструктивных параметров решетки. При транспортировании кусков, размер которых превышает расстояние между гребешками решетки, сушка их осуществляется в основном за счет обдува материала потоком горячего воздуха. Транспортировка кусков мела, крупность которых меньше расстояния между гребешками характеризуется перемещением их по нагретой плоскости решетки и обдувом потоком горячего воздуха, что значительно повышает эффективность сушки.

Наличие в вибросушильной установке воздушного потока позволяет увеличить скорость движения материала без изменения виброхарактеристики конвейера. Кроме того, скорость воздушного потока определяет минимальный размер частиц, транспортируемых по решетке.

Поступающий на конвейер после дробилки материал, имеющий широкий диапазон классов крупности, в процессе транспортирования расслаивается. Крупные куски перемещаются по гребешкам решетки и перекрывают движение материалу, движущемуся по наклонной плоскости.

Мелкие частицы потоком воздуха выносятся в циклоны, не пройдя цикл сушки и дополнительно нагружая тракты пневмосистемы.

Физическая картина движения материала в вибросушильной установке показывает, что для ее эффективной работы необходимо предварительное грохочение с выделением граничных классов транспортируемого материала. Кроме того, крупность материала должна учитываться при выборе геометрических параметров профиля транспортирующей поверхности конвейера.

УДК 534.

ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРИИ ВЯЗКО-УПРУГОГО ПОВЕДЕНИЯ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ

ГАРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ ПЛАСТИНЫ

Национальный горный университет, Днепропетровск Наблюдение за процессом грохочения влажных материалов на мелкоячеистых резиновых ситах поставило задачу уточнения поведения прямоугольных пластин, совершающих гармонические колебания. Вызвано это двумя обстоятельствами: 1) имеет место предварительное натяжение пластины в направлении одной из осей симметрии; 2) использование в качестве конструкционного материала резины, обладающей упруго-вязко-наследственными свойствами. При решении задачи предполагается, что сито, имеющее ребра жесткости, заменяется пластиной эквивалентной толщины. Далее рассматриваются гармонические колебания пластины при конечных прогибах. Граничные условия соответствуют жесткому опиранию по контуру. Симметричные формы прогиба аппроксимируются одним членом ряда по синусам, после чего точно интегрируется уравнение совместности деформаций. Уравнение движения в первом приближении по пространственным и временной координатам решается методом Бубнова – Галеркина. Рассматриваются свободные и вынужденные упругие колебания. Для учета упругих несовершенств материала используется модель неоднородного упруго-вязко-пластического тела. В этом случае учет неупругих сопротивлений даже простейшими функциональными зависимостями для нелинейных систем приводит к увеличению громоздкости аналитических выкладок. Кроме того традиционно используемые зависимости, вытекающие из теории Фойгта не всегда обеспечивают достаточно хорошее приближение к экспериментально полученным результатам. Рассматривая гармонические колебания пластины будем предполагать преобладающим влияние внутреннего трения. Поэтому для его учета можно взять модель неоднородного упруго-пластического материала Сорокина Е.А. Согласно этой теории в описание закона деформации материала вводится комплексный модуль упругости.

Таким образом учитывается, что неупругая циклическая деформация отстает от упругой на угол /2 и в конечном виде имеем отставание циклической деформации от циклического напряжения на угол. По теории авторов комплексную часть модуля упругости можно представить действительной частью в виде суммы двух констант, одна из которых прямо пропорциональна производной по времени от принятой функции изменения стрелы прогиба и обратно пропорциональна частоте колебаний. Далее в обоих случаях используется принцип Вольтерра, согласно которому в дифференциальное уравнение чисто упругого решения подставляется соответствующий модуль упругости. Решение дифференциального уравнения после такой подстановки будет определять величину амплитуды колебаний массы с учетом неупругих сопротивлений и величину фазного угла между возмущающим усилием и перемещением. Приведен численный пример. Построены скелетные кривые собственных частот пластины и амплитудо-частотне характеристики исследуемой системы для различных значений продольного растягивающего усилия.

УДК 622.73:621.926:678:

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ КОНСТРУКЦИЙ

РЕЗИНОВЫХ ФУТЕРОВОК РУДОРАЗМОЛЬНЫХ МЕЛЬНИЦ

Чижик Е.Ф., Дырда В.И., Чижик Е.Е., Мельников О.К., ИГТМ НАН Украины, ООО НПП «Полимет», Днепропетровск Рассматриваются особенности процесса измельчения различных руд (в основном железо- и алмазосодержащих) в современных барабанных мельницах типов ММС, МШР, МШЦ с резиновой футеровкой. На основе тридцатилетнего опыта эксплуатации и с учетом эмпирически обобщенной информации ведущих фирм («Сведала», «Полимет» и др.) сформулирована концепция развития конструирования мельниц с резиновой футеровкой. На основе этой концепции разработана синергетическая модель футеровки; это дало возможность создать расчетные методы, позволяющие с учетом конструкционных и технологических параметров мельниц и футеровки, а также с учетом комплексных (реологических, теплофизических, усталостных, износостойких и других) факторов резины прогнозировать долговечность футеровки и на стадии проектирования вносить соответствующие изменения в конструкции футеровок и в технологию их изготовления.

Построена интегральная модель разрушения футеровки. Разрушение рассматривается как многовекторный процесс: с одной стороны как эволюционный процесс изменения структуры материала на всем протяжении существования системы; с другой – как массоперенос материала за счет износа. Для определения эффективных (усредненных по некоторому объему системы) характеристик материала в зависимости от изменяющейся во времени концентрации включений или поврежденности любого характера используется метод Валпола.

Рассматриваются процессы, возникающие в наполненных резинах вследствие эффектов тиксотропии при периодических ударных нагрузках. Исследуются эффекты физической нелинейности и роль диссипации энергии в процессе деформирования и разрушения защитных футеровок.

Представлена методика расчета долговечности резиновых футеровок. Обсуждаются результаты многолетнего опыта конструирования и эксплуатации резиновых футеровок и представлены их оригинальные конструкции, используемые в современных рудоизмельчительных мельницах.

УДК 539.3:536.

РАЗОГРЕВ СОСТАВНОГО СТЕРЖНЯ ПРИ ВЫСОКОЧАСТОТНОМ НАГРУЖЕНИИ

Днепропетровский государственный университет, Днепропетровск Для многих современных образцов техники характерны конструкции, работающие в условиях интенсивных тепловых и силовых воздействий. Определение усталостной долговечности элементов конструкций требует совместного рассмотрения задач теории теплопроводности, термоупругости и механики разрушения, так как высокие частоты нагружения могут стать причиной разрушения элементов конструкций вследствие нагрева от вибраций. Это является основной причиной необходимости учета нагрева проектируемых элементов конструкций при прогнозировании их усталостной долговечности.

Рассмотрена задача нестационарной теплопроводности в унифицированном виде для последовательно–составного (ступенчатого) стержня, подвергающегося циклическому нагружению и состоящего из трех участков. На стыках составных частей стержня осуществляется идеальный тепловой контакт, т. е. достигается равенство температур и тепловых потоков (граничные условия четвертого рода). Теплообменом между окружающей средой и торцевыми поверхностями утолщенных частей стержня (в месте стыка) пренебрегаем. Для каждой части последовательно–составного (ступенчатого) стержня приняты свои (конкретные) начальные распределения температуры и внутренние источники энергии, которые определяются условиями циклического нагружения, механическими и теплофизическими характеристиками материала частей исследуемого стержня. Для решения данной задачи используется метод последовательных интервалов. От интервала к интервалу ступенчатым образом изменяются теплофизические характеристики, приведенный коэффициент теплообмена. Функции, зависящие от времени и координаты на каждом интервале, принимают конкретный вид из класса аналитических функций.

Полученное решение позволяет определить температурное поле последовательно–составных (ступенчатых) стержней (без учета зависимостей теплофизических характеристик материала и внутренних источников энергии от температуры) в зависимости от различных условий теплообмена с окружающей средой, вида интенсивности внутренних источников энергии и неравномерного начального распределения температуры стержня по ее длине.

В качестве примера рассмотрен циклический чистый изгиб ступенчатого стержня прямоугольного поперечного сечения с циклическим нагружением. Приведены зависимости температуры в центре ступенчатого стержня от числа циклов нагружения и от амплитуды напряжения.

Использование этого метода позволит прогнозировать долговечность элементов, определить области быстрого и медленного изменения температуры в опасном месте исследуемого элемента.

Отыскание границы, разделяющей эти области, даст возможность увеличить долговечность элемента за счет рационального выбора его материала, геометрических размеров и форм. Кроме того, расчет собственных частот и форм колебаний, определение температурного поля стержня сложной конфигурации могут быть полезными при разработке резонансных высокочастотных колебательных систем, обеспечении необходимых оптимальных условий эксплуатации, исключающих разогрев при циклическом нагружении.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВИБРАЦИИ И РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ ВИБРОЗАЩИТЫ

ОБОРУДОВАНИЯ КАРЬЕРНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ

Громадский А.С., Криворожский технический университет, Кривой Рог В Криворожском техническом университете (ранее КГРИ) проведены детальные исследования вибрации карьерных экскаваторов. Впервые получены данные о количественной оценке влияния горнотехнических условий работы экскаватора на энергетику вибрационных и виброударных процессов колебаний поворотной платформы экскаватора. Мощность процесса колебаний и его спектральное содержание при работе экскаватора в забоях со среднеевзвешанным диаметром кусковатости 100 мм 2 эффективность виброзащитной системы с КРКВ имеет практически максимальное значение Э100%, как для случая нулевой диссипации энергии колебаний материале виброизолятора.

Результаты исследований получили практическое применение при создании методов расчета и выбора параметров колебаний экскаваторов и выбора и расчета параметров виброзащитных систем. Разработанные методы использованы ПО «Ижорский завод» при проектировании и создании серии унифицированных экскаваторов ЭКГ-5у, ЭКГ-8уе, ЭКГ-10, а также тяжелых машин ЭКГ-15, ЭКГ-16ус, ЭКГ-20. В результате разработаны новые эффективные средства виброзащиты электрооборудования[1,5,6,7], использованные в промышленном производстве экскаваторов ЭКГ-8И, ЭКГ-10, ЭКГ-15, ЭКГ-20 на «Ижорский завод».

Методики расчета и выбора параметров виброизоляции рабочего места машиниста использованы Межотраслевым научно-производственным объединением «Виброимпульс» при создании виброзащитного кресла-пульта, в подвеске которого применен функциональный аналог КРКВ[1].

Опытная партия кресел-пультов ВК-1, ВК-2, ВК-3, ВК-4 в количестве 12 шт. выпущена МНПО «Виброимпульс» в 1990-1992 гг. для ГОКов Кривбасса. Кресла-пульты, установленные на экскаваторы, продолжают работать в настоящее время, продемонстрировав за 10 -12 лет высокую работоспособность и надежность виброзащитной системы, эффективность виброгашения и эргономические достоинства.

УДК 621.002.

ОПТИМИЗАЦИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО ИМПУЛЬСА

В НЕЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМАХ С КУСОЧНО-ЛИНЕЙНЫМИ УПРУГИМИ СВЯЗЯМИ

Ленда В.А., Институт геотехнической механики НАН Украины, Днепропетровск Повышение эффективности вибрационных технологий переработки минерального сырья требует создания технических средств, обеспечивающих возможность простого регулирования реализуемых динамических параметров нагружения технологических сред.

Одним из направлений в этой области является использование околорезонансных дебалансных приводов с существенно нелинейными упругими связями, позволяющих в широких пределах регулировать кинематические и динамические параметры реализуемых колебаний при высокой устойчивости околорезонансных режимов. При этом обеспечивается комбинированный режим динамического нагружения технологических сред, сочетающий низкочастотное воздействие, определяемое параметрами используемого дебалансного привода и высокочастотное, генерируемое реализуемыми в системе параметрическими импульсами.

Для оценки влияния значений конструктивных параметров нелинейного привода на характеристики реализуемого параметрического импульса были рассмотрены особенности динамики системы, связанные с изменением величины отстройки линейной системы от резонанса, коэффициента нелинейности упругих связей г величины зазора. На основе использования численных методов со специальной процедурой изменения величины шага интегрирования были получены зависимости параметров генерируемого параметрического импульса от значений конструктивных параметров привода. Установлены области существования устойчивых режимов, обеспечивающих реализацию режимов с кратностью следования импульсов равной единице.

Полученные зависимости дают возможность оптимизировать параметры реализуемого комбинированного режима динамического нагружения, обеспечивая независимое изменение силовых и энергетических параметров воздействия. Данные результаты позволяли обосновать основные принципы управления колебательными системами с кусочно-линейными упругими связями, обеспечивающие оптимальные динамические режимы как в области низких частот, так и высокочастотной области спектра за счет оптимизации околорезонансных режимов колебаний существенно нелинейных систем и характеристик реализуемых параметрических импульсов.

УДК 621.

ДИНАМІКА ПІДІЙМАННЯ ЖОРСТКОЇ ВИСОКОЇ СПОРУДИ

Малащенко В.О., Сороківський О.І., Куновський Г.П., Малащенко В.В., Національний університет “Львівська політехніка”, Львов Щоглові споруди гірничо-металургійного комплексу, такі як опори канатних доріг, ліній електропередач тощо доцільно монтувати на землі з наступним їх підійманням до робочого вертикального стану. У таких випадках повністю зіТаблиця 1 Геометричні параметри підіймального мебрана металоконструкція підвішується до ханізму № nn Назва парамет- Одиниця Значендо оголовка стріли або портала, і повертару вимірю- ня пара- кута повороту високої конструкції на протязі всього періоду підіймання. Ця задача авторами розв’язана аналітично з виведенням відповідних залежностей, кількісний аналіз яких уможливив побудову відповідних графіків і = f(), де і = 1, 2, 3; і – кути нахилу канатів; – кут повороту споруди, що піднімається.

Початкові значення цих кутів залежать очевидно не тільки від довжин ланок механізму, а і від взаємного розміщення шарнірів, навколо яких обертаються рухомі металоконструкції. В дослідженнях розглянуто найбільш поширений випадок, коли опора стріли розташована нижче опори високої споруди.

Для визначення ступеня впливу кутів нахилу канатів на амплітудно-частотну характеристику підіймального механізму, реальна його конструкція зведена до трьох масової розрахункової схеми, математична модель руху мас якої включає в себе звичайне диференціальне рівняння другого ступеня зі змінними коефіцієнтами. Розв’язок цієї системи рівнянь дозволив отримати величини переміщень і частот коливань жорсткої споруди, яка піднімається, та підвішена до стріли або портала з допомогою з’єднувальних канатів.

Кількісний аналіз залежності частот коливань жорсткої високої споруди від кінематичних кутів проведено чисельним методом для таких параметрів системи: маса споруди – 58,8 кН; висота стріли – 14 м. На ведучу масу діє рушійний момент – 45,6 кНм; відстань від центру маси до її рухомого шарніру – 33,4 м.

Отримані результати дають можливість підібрати більш раціональну кінематичну схему підіймального механізму та одержати плавний процес спорудження високих конструкцій, що повністю монтується на землі. Установлено, що величини кутів нахилу канатів до жорстких конструкцій дорівнюють: 1 = 38…48°; 2 = 24…32°; 3 = 56…65°.

О РАСЧЕТЕ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ИЗМЕНЕНИЯ УДЕЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ ПРИ ИЗМЕЛЬЧЕНИИ НА ВИБРАЦИОННЫХ

МЕЛЬНИЦАХ

Измельчение металлических отходов является одним из эффективных технологических процессов получения порошков, используемых в порошковой металлургии. Одним из подтвержденных практикой методом получения тонко измельченных порошков является вибрационное измельчение на переменной амплитуде и частоте.

Режим работы вибрационных мельниц типа ВУПП-200 определяется различными параметрами (критическим ударным импульсом, частотой вращения вала вибровозбудителя, амплитудой колебаний, угловым ускорением, массой загрузки, размером (набором) мелющих тел), правильных подбор которых позволяет осуществлять различные технологические процессы на одних и тех же вибрационных машинах. Теоретически установлено, что на выбор параметров измельчения оказывают существенное влияние физические свойства измельчаемого материала.

Рассматривается задача определения неизвестных параметров дифференциальных уравнений, описывающих зависимость удельной поверхности от времени S (t ), по известным экспериментальным данным. Согласно [1,2] изменение удельной поверхности Ѕ(t) для металлических порошков, описывается одним из следующих дифференциальных уравнений где,, k, p, µ, a 0, a1, a 2, b0, b1, b2 неизвестные параметры, зависящие от физических, химических и механических свойств измельченного металлического порошка и способа измельчения.

Требуется найти значения этих параметров, если известны экспериментальные данные зависимости удельной поверхности от времени, полученные существующими экспресс методами её определения. Для вычисления неизвестных параметров дифференциальных уравнений был использован метод Нелдера-Мида [3].

В результате решения поставленных задач даны рекомендации по выбору определенного типа дифференциальных уравнений, описывающих процесс измельчения металлических материалов.

При расчете параметров измельчения пластических порошков типа ПЖ20М, ТН следует пользоваться уравнением (2), для хрупких материалов (типа Х18Н15,Х13М2Ю2) уравнением (1), для промежуточных (типа вольфрама, молибдена) уравнением (3) учитывающем агрегирование частиц коэффициентом µ. Полученные результаты расчетов показывают, что пользоваться уравнением (4) для указанных выше типов материалов невозможно т.к. значение коэффициентов a 2,b2 практически равно нулю по принципу значимости.

Библиографические ссылки 1. ОвчинниковП.Ф. Виброреология.– К.: Наук. думка, 1983.–271 с.

2. КафаровВ.В.Дорохов И.Н. Арутюнов С.Ю. Системный анализ процессов химической технологии. –М.: Наука, 1985.–439 с.

3. Бурденко А.Ф., Орлова Н.Д. Определение коэффициентов дифференциальных уравнений по экспериментальным данным. –Деп.в ВИНИТИ №3895-В89 от 12.06. УДК 625.

ПОВЫШЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ,

СОРТИРОВКИ И ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ

ГУММИРОВАНИЯ

Кировоградский государственный технический университет, Кировоград Тарасенко А.А., Национальный горный университет, Днепропетровск При применении износостойких резин в качестве материала рабочих поверхностей мельниц, грохотов, питателей конструкции и геометрические размеры резиновых элементов во многих случаях принимаются аналогичными металлическим элементам, что не в полной мере позволяет использовать свойства такого специфического материала как резина. Такая ситуация объясняется также тем, что не всегда имеются научно обоснованные методики расчета резиновых элементов, работающих в конкретных условиях ударного, истирающего и вибрационного нагружения.

Учет при конструировании таких свойств резины как упругость, способность восстанавливать форму детали при значительном деформировании, возможность получать детали сложной формы и разработка методов расчета таких деталей позволили при участии авторов создать гамму резиновых футеровок шаровых мельниц, в том числе и футеровки специальных конструкций, получивших название оболочковые и буферные, а также сита грохотов. Специальные конструкции футеровочных и просеивающих поверхностей обеспечили применение износостойких резин в крупногабаритных мельницах и грохотах мелкой сортировки, где ранее их использование считалось нецелесообразным.

Промышленные испытания резиновых элементов специальных конструкций показали, что срок их службы не уступает аналогичным элементам из износостойких материалов, а при использовании в грохотах значительно превосходит. При этом снижаются энергопотребление, трудозатраты на замену деталей, генерируемый оборудованием шум при повышении технологических показателях мельниц и грохотов.

ОБЗОР МЕТОДОВ РЕШЕНИЯ ОБЫКНОВЕННЫХ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ

УРАВНЕНИЙ С ПЕРЕМЕННЫМИ КОЭФФИЦИЕНТАМИ

В журнале "Вибрации в технике и технологиях" (2001.– №4.–С.74), опубликована статья, в которой утверждается, что аналитические методы решения обыкновенных дифференциальных уравнений с переменными коэффициентами математиками разработаны недостаточно. Соглашаясь в принципе с таким утверждением, мне хотелось бы дать обзор уже известных достаточно давно, аналитических методов решения дифференциальных уравнений с переменными коэффициентами, которые с моей точки зрения, удовлетворят самые изысканные потребности, в том числе и те, что ставятся в указанной выше статье.

В учебнике "Высшая математика", часть 2 [1, 2] указаны два метода решения указанных уравнений. Суть одного из них - операционного метода - показана на уравнении, в котором переменными являются коэффициенты в виде многочленов относительно независимой переменной. Хотя в учебнике и не описано, но известно решение уравнений операционным методом, когда коэффициенты есть периодические функции типа sin (t + ) и cos(t + ). Последнее означает, что коэффициентами могут быть любые функции, допускающие представление в виде ряда или интеграла Фурье.

В указанном учебнике рассмотрено решение уравнений с переменными коэффициентами методом подобия. Суть его состоит в замене независимой переменной или независимой функции, или и то и другое, на новые выражения, позволяющие свести заданное уравнение либо к уравнению с уже известным решением, либо к уравнению с постоянными коэффициентами. В частности, рассмотрено дифференциальное уравнение вида где P (x ) – непрерывно дифференцируемая функция, а P2 (x ) – непрерывная. Это уравнение содержит как частный случай уравнение, рассмотренное в указанной выше статье. Путем замены неизвестной функции y (x ) на u (x )Y (x ), где u (x ) – коэффициент подобия, уравнение (1) сводится к уравнению с постоянными коэффициентами a1 и a2. При этом необходимо построить инвариант учебнике [1, 2] на с. 154-158 рассмотрены конкретные примеры.

Библиографические ссылки 1. Овчинников П.Ф.и др., Высшая математика. - Ч. 2. -Киев: Вища школа, 1989.679 с.

2. Овчинников П.П., Вища математика. - Ч. 2.- К.: Техніка, 1989., 792 с.

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ УПРАВЛЕНИЯ ГОРНЫМ

ДАВЛЕНИЕМ В ЛАВЕ НАКЛОННОГО ПЛАСТА ПНЕВМАТИЧЕСКИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

С РЕГУЛИРУЕМОЙ ЖЕСТКОСТЬЮ И НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТЬЮ

Донецкий национальный технический университет, Донецк Угольная промышленность Украины, являясь главным источником её энергоресурсов, в последнее десятилетие переживает тяжёлый и затяжной экономический кризис. Только за период с 1990 по 1998 год объём добычи угля уменьшился более чем в 1,9 раза (с 164,8 до 85 млн. т).

Украинский уголь не выдерживает конкурентной борьбы на внешнем рынке из-за высокой его себестоимости и низкой производительности труда по отрасли в целом.

В отрасли начата плановая реструктуризация, однако темпы её проведения чрезвычайно низкие.

Учитывая крайне тяжёлое общее состояние экономики Украины, даже прогнозное ожидание крупномасштабных работ по реструктуризации угольных шахт и быстрому закрытию тех из них, которые определены отраслевыми документами, представляется нереальным. Поэтому в фактически сложившихся на сегодня условиях постановка научно-исследовательских работ, направленных на улучшение состояния отрасли при минимальных капиталовложениях и затратах, является актуальной отраслевой задачей.

Известно, что весьма важное место в технологическом цикле подземной добычи угля занимают работы по охране подготовительных выработок. При переходе горных работ по добыче угля на большие глубины (более 800 м) и резком ухудшении горно-геологических и горнотехнических условий залегания угольных пластов, их удельный вес в себестоимости добываемого угля ещё более возрастает. В то же время шахтный фонд большинства шахт Донбасса старый, в связи с чем на шахтах украинского Донбасса ежегодно ремонтируется 1,5-2 тыс. км подготовительных выработок.

Анализ состояния горных выработок на шахтах "Донуголь" показал, что при общей протяженности подготовительных выработок более 200 км, четвертая часть из них требует ремонта как по восстановлению рабочего сечения, так и его перекреплению. В связи с этим, актуальным встает вопрос разработки новых технологических способов охраны выработок не только для шахт ГХК "Донуголь", но и для отрасли в целом.

Практика горных работ в Донбассе в последние годы показывает, что применение механизированных крепей и комплексов для добычи угля способствует интенсификации очистных работ. В то же время интенсивная выемка угольных пластов оказывает отрицательное влияние на состояние подготовительных выработок.

Вопросы безремонтного поддержания и охраны подготовительных выработок в зоне влияния очистных работ отечественной инженерной практикой и наукой до настоящего времени должного развития не имеют.

Решение задач безремонтной эксплуатации подготовительных выработок должно базироваться на совершенствовании существующих и разработке новых способов их охраны, а также на аналитической основе, которая могла бы раскрыть физику процессов, происходящих в массиве и его взаимодействия со средствами и охраны. Такой подход к отработке угольных пластов позволит объективно подходить к применению определённого способа охраны выработок и направлений его совершенствования.

Применительно к условиям шахты им. Е.Т. Абакумова, состояние технологических вопросов охраны подготовительных горных выработок обобщённо сводится к следующему.

Значительная глубина их проведения, наличие слабых вмещающих пород, различные углы залегания угольных пластов переменной мощности (от 0,7-1,6 м).

Для охраны подготовительных горных выработок, с учётом указанной выше специфики их эксплуатации, в перспективе предполагается использование следующих технологических направлений:

использование технологических схем охраны нетрадиционными средствами;

керамическими стойками;

использование для охраны подготовительных выработок известных в отрасли конструкций на базе мягких оболочек – пневматических костров; при этом пневматический костер в качестве рабочего тела, предположительно, должен использовать воду для увеличения его жёсткости;

использование для охраны подготовительных выработок специальных полимерных рукавов, наполненных породой от прохождения выработки.

Эти технологические инженерно-технические решения аналогов в практике охраны подготовительных выработок угольных шахт в мировом опыте не имеют. Вместе с тем, реализация их для условий шахты им. Е.Т. Абакумова представляется весьма перспективной. Нами предлагается использовать для охраны выработок следующие конструкции: керамические стойки. Сущность их применения заключается в повышенной несущей способности, по сравнению с обычными стойками (деревянными). Специальные полимерные рукава, наполненные породой от прохождения выработок. На базе мягких оболочек – пневматические костры. Сущность этого метода основана на применении в качестве рабочего тела воды, которая позволит как увеличить его жесткость, так и регулировать ее.

Использование данных методов охраны предположительно позволит существенно улучшить условия поддержания выработок и снизить затраты. Лабораторные исследования показали преимущества данных способов охраны выработок над традиционными. В настоящий момент ведется подготовка к испытанию их в естественных условиях и применению на шахте им. Е. Т. Абакумова.

УДК 621.784.7.

СПОСОБ УПРОЧНЯЮЩЕ-ЧИСТОВОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ

Лоскутов Д. В., Национальный горний университет, Днепропетровск Качество поверхностного слоя оказывает большое влияние на характеристики внешнего трения и износа, развитие усталостных явлений, коррозию, КПД машин, возникновение шумов и на другие параметры и характеристики машин. Поэтому надежность и долговечность машин и механизмов в значительной степени зависит от качества поверхностного слоя деталей.

Для улучшения основных показателей качества поверхности деталей предлагается новый способ упрочняюще-чистовой обработки деталей, включающий безабразивную ультразвуковую обработку с одновременным насыщением поверхностных слоев детали трибологическими порошковыми составами – геомодификаторами трения (ГМТ).

Технология модифицирования поверхности геомодификаторами трения с использованием энергии ультразвука состоит в следующем: предварительно обработанная деталь (после точения или шлифования) устанавливается в патроне токарного станка. Далее на поверхности детали наносят трибологический порошковый состав, втирая его в микронеровности поверхности. После этого, на выбранных режимах (подача инструмента S, частота вращения детали V, усилие прижатия инструмента к детали Рст) производят ультразвуковую упрочняюще-чистовую обработку.

Предлагаемый способ позволяет повысить микротвердость поверхности деталей в 1,5-3,5 раза, обеспечивает благоприятное ее распределение по глубине наклепанного слоя (до 500 мкм), создает на поверхности микрорельеф, хорошо удерживающий масло (микроуглубления), снижает шероховатость поверхности в 5-10 раз и создает благоприятные остаточные напряжения сжатия, в результате чего износостойкость обработанной таким способом детали возрастает в 4-6 раз.

Применение безабразивной ультразвуковой обработкой совместно с ГМТ позволяет упрочнять гладкие и ступенчатые валы, шейки и галтели коленчатых валов, поршневые пальцы, штоки гидрокрепей, калибры и пуансоны, твердосплавные инструменты, беговые дорожки подшипников, а также поверхности корпусных детали.

Использование предлагаемого способа обработки позволит исключить из процесса обработки длительную операцию шлифования, сократить время на переустановку и транспортировку деталей и в большинстве случаев исключить упрочняющие операции, такие как термическая и химикотермическая обработки, легирование стали, применение износостойких наплавок и покрытий и др.

УДК 531.8.

ОПТИМИЗАЦИЯ СООТНОШЕНИЙ МЕЖДУ ЭЛЕМЕНТАМИ КУЛАЧКОВЫХ

МЕХАНИЗМОВ

Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры, Днепропетровск Дыдра В.И., Овчаренко Ю.Н., Терещенко Н.В., Рыжков И.Е., Андрушевич А.В., Днепропетровский государственный аграрный университет, Днепропетровск На толкателях кулачковых механизмов в качестве промежуточного звена вводится ролик, благодаря чему трение скольжения заменяется трением качения.

В теории механизмов и машин и теории контактных напряжений такие механизмы чаще всего рассматриваются только с точки зрения анализа движения без оптимизации соотношений между радиусами кривизны ролика и кулачка с точки зрения наименьшего сопротивления вращению кулачка.

Для решения такой задачи необходимо знать аналитическую зависимость, которая бы содержала общепринятые характеристики без учета разовых экспериментальных, зависящих от радиусов кривизны и коэффициентов.

Авторами предложена аналитическая зависимость для определения коэффициента трения, которая определяется статической полу шириной пятна контакта, зависящей от модулей упругости материалов кулачка и ролика при вдавливании, их коэффициентов Пуассона и геометрических размеров.

После нахождения сопротивления качению ролика по кулачку и введения понятия приведенного его значения по радиусу и допустимой силе получено рациональное соотношение между геометрическими и механическими характеристиками кулачка и ролика.

Показано, что наилучшими показателями отношения сопротивления качению ролика по кулачку и радиусу кулачка и допустимому усилию давление ролика на кулачок обладает традиционный кулачковый механизм (наружные цилиндры с параллельными осями) и механизмы типа роликовых подшипников с бочкоподобными роликами

К РАСЧЕТУ МЕТАЛЛОРЕЗИНОВЫХ СИСТЕМ

Дырда В.И., Днепропетровский государственный аграрный университет, Днепропетровск Институт геотехнической механики НАН Украины, ООО НПП «Техсервис», Днепропетровск Металлорезиновая система рассматривается как термодинамическая квазилинейная система, в которой поток внешней энергии – механические, тепловые и химически активные поля – приводят к необратимым изменениям структуры материала на всем протяжении существования системы от изготовления до отказа. Физические и математические модели процесса разрушения системы описываются в рамках термодинамики необратимых процессов.

Для расчета времени до разрушения реальных металлорезиновых деталей используется замкнутая система уравнений, включающая: полный набор независимых термодинамических параметров;

реологические соотношения наследственного типа; критериальные уравнения разрушения. Используется энергетический критерий диссипативного типа. Рассматриваются примеры расчета металлорезиновых систем с учетом кинетики накопления повреждений и нестабильности материала от старения и коррозионного действия внешней среды. Излагаются также достижения последних лет в области проектирования, расчета и создания металлорезиновых систем, используемых в качестве виброизоляторов, износостойких защитных покрытий и демпфирующих элементов современного машиностроения. Необходимое соответствие матрицы свойств матрице требований таких деталей не всегда удается достичь из-за нестабильности их параметров, вызванной поврежденностью материала, эффектами старения и технологическими несовершенствами. Поэтому особую роль приобретает союз механиков и технологов, достижения которого позволяют уже на стадии проектирования использовать и научную информацию, и накопленный инженерный опыт.

Рассматриваются также новые методы комплексной защиты металлических поверхностей машин от воздействия интенсивного абразивного износа и внешней активной среды методом гуммирования. Качество гуммирования обеспечивается использованием новейших технологий (в том числе и имеющих ноу-хау, например, очистка и подготовка поверхности металла с помощью сверхзвуковой высокотемпературной двухкомпонентной струи), высококачественных сертифицированных резин и клеев (например, адгезивов «Хемосил» концерна «Хенкель») и контроля качества исходной продукции с помощью специальных приборов.

УДК.622.673.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ОТРЫВА ЖИДКОЙ ПЛЕНКИ И КАПЕЛЬ С ПОВЕРХНОСТНОГО

СЛОЯ ЖИДКОСТИ, РАСПОЛОЖЕННОЙ НА ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Национальный горный университет, Днепропетровск Движение воздушного потока по кольцевой щели вдоль цилиндрической поверхности, покрытой водой, происходит под действием разности давлений на концах щели. При этом поверхность воды подвергается воздействию со стороны движущегося воздушного потока.

Существует несколько направлений рассмотрения данного вопроса. Большинство считают, что дробление струи на капли связано с возникновением на поверхности жидкости волн, амплитуда которых быстро возрастает, что приводит к образованию и отрыву капель и пленок от поверхности жидкости, расположенной в виде пленки на смоченной поверхности.

Действие вязкости жидкости на ее распад можно рассматривать с двух точек зрения. Вопервых, вязкие силы, приводящие к изменению основного течения, образуют пограничный слой, наличие которого должно приводить к изменению волнообразования. Во-вторых, вязкие силы могут оказывать непосредственное влияние на развитие возмущений при заданном профиле основного течения. При этом исследование устойчивости должно основываться уже не на уравнениях идеальной жидкости, а на уравнениях Навье–Стокса, что сильно усложняет исследование. Исследования доказывают, что такое влияние вязкости для не слишком вязких жидкостей очень мало.

УДК 629. 4.

ВЫСОКОЧУВСТВИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ОБНАРУЖЕНИЯ И ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ

БОКСОВАНИЯ ТЯГОВОГО РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТА

Днепропетровский государственный технический университет железнодорожного транспорта, Ивахненко В.Н., Садило А.В., Южная железная дорога До последнего времени подавляющее большинство применяемых в Украине и за рубежом противобоксовочных систем тягового рельсового транспорта различного назначения базировалось на принципе измерения и последующего сравнения скоростей вращения или связанных с ними напряжений, токов в цепях ТЭД боксующих или небоксующих колесных пар (или производных от указанных величин).

Сам принцип действия указанных систем предопределяет несущие им в эксплуатации недостатки: имеют сравнительно низкую чувствительность (обнаруживают боксование, когда процесс уже достаточно развился и для его прекращения необходим сброс позиций контроллера машиниста); не работоспособны при синхронном боксовании колесных пар; накладывают жесткие требования на различие диаметров колес и разброс характеристик ТЭД смежных колесных пар.

В Ассоциации научно-производственных предприятий «Вибротранс-Эффектон» (г. Харьков) в 1996-2001 гг. разработана и успешно прошла эксплуатационные испытания на грузовых локомотивах новая, универсальная система обнаружения предельных сил сцепления (СОПСС) и предупреждения боксования или юза колесных пар тягового рельсового транспорта, лишенная указанных выше недостатков существующих противобоксовочных систем.

Принцип действия СОПСС исключает необходимость измерения и последующего сравнения скоростей вращения, токов или напряжений в цепях ТЭД боксующих колесных пар и основан на анализе динамических (колебательных) процессов в системе «ТЭД – редуктор – колесная пара – рельсовый путь» каждой оси тяговой подвижной единицы. Указанные динамические процессы фиксируются датчиками виброускорений корпусов ТЭД и подаются на вход устройства обнаружения предельных сил сцепления (УОПСС), которое в свою очередь формирует управляющий выходной сигнал (в случае «срабатывания» УОПСС) на исполнительную систему подачи песка под соответствующие колесные пары и при необходимости на систему регулирования характеристик ТЭД.

Основными модулями УОПСС являются интегральные платы нормально запертых полосовых фильтров (три-четыре фильтра на одну плату для каждой колесной пары), которые автоматически отпираются в момент достижения колесной парой предела по условиям ее сцепления с рельсами.

При этом конструктивно интегральные платы полосовых фильтров могут быть изготовлены на базе операционных усилителей (по одной плате на каждую колесную пару) или на базе микропроцессоров с программно числовой реализацией необходимых полосовых фильтров (в этом случае достаточно одной интегральной платы на всю тяговую подвижную единицу).

Натурные испытания СОПСС на различных локомотивах при поездной их работе с различными по весу составами показали, что эксплуатируемые противобоксовочные системы «срабатывают», когда скорость проскальзывания колес отвечает падающему участку кривой сцепления колесной пары (рис. 2) и процесс боксования уже достаточно развился, а для его прекращения необходим только сброс позиций контроллера машиниста для снижения на 50-70% подводимого к колесным парам тягового момента. То есть ныне эксплуатируемые противобоксовочные системы практически не позволяют предупреждать развитие боксования колесных пар тяговых единиц. В то же время СОПСС «срабатывает» при реализации любой колесной парой предельного по условию ее сцепления, когда реальное боксование еще отсутствует и скорость микропроскальзывания колес отвечает началу переходного участка характеристики сцепления колес с рельсами, будучи ограничена величиной менее (0,8 – 1) м/с (для магистральных локомотивов).

Как показали результаты натурных эксплуатационных испытаний грузовых электровозов, СОПСС «срабатывает» на 1,2 – 3,2 секунд раньше, чем штатные противобоксовочные системы.

Это позволяет предупреждать возможное развитие процесса боксования без сброса позиций контроллера машиниста, а за счет кратковременной подачи песка под соответствующие колесные пары, осуществляемой СОПСС в автоматическом режиме.

Следует подчеркнуть универсальность разработанной СОПСС, возможность ее эффективного использования для любого тягового рельсового подвижного состава. Особенности конструкций той или иной конкретной тяговой единицы отразятся лишь на выборе величин соответствующей настройки центральных частот и напряжений порогов отпирания полосовых фильтров УОПСС.

Последнее осуществляется посредством натурного эксперимента согласно разработанной методике в процессе одной опытной поездки тяговой подвижной единицы.

Как показали эксплуатационные испытания СОПСС на 10-ти грузовых электровозах серии ВЛ82М, ее применение на тяговом подвижном составе позволяет повысить на 9-15% тяговосцепные качества подвижной единицы, снизить на 5-12% топливно-энергетические затраты, уменьшить в несколько раз износ рельсов и бандажей по кругу катания, снизить в 2,5-3 раза динамическую нагруженность колесно-моторного блока, обусловленную развитием фрикционных автоколебаний в тяговых приводах при боксовании колесных пар, что эквивалентно увеличению срока службы элементов колесно-моторного блока (ТЭД, тяговых редукторов и др.) в среднем на 15%.

Проведен анализ технико-экономических характеристик СОПСС в эксплуатационных режимах с двумя различными модификациями УОПСС:

1) когда основные блоки УОПСС, в том числе платы полосовых фильтров выполнены на аналоговом принципе;

2) когда осуществлена программно-числовая реализация полосовых фильтров и других элементов УОПСС на микропроцессорной базе.

Результаты сравнительного анализа сводятся к следующему: применение микропроцессоров и программно-числовой реализации работы основных блоков УОПСС:

1) по сравнению с аналоговым принципом реализации УОПСС снижает быстродействие СОПСС (время с момента достижения колесной парой предела по сцеплению и подаче соответствующего сигнала на вход УОПСС до момента «срабатывания» УОПСС) в диапазоне возможного расположения центральных частот полосовых фильтров 25 – 150 Гц, а для частот менее 60 Гц значительно повышает указанное быстродействие;

2) обеспечивает надежную защиту от ложного срабатывания СОПСС при прохождении стрелочных переводов, стыковых соединений и при наличии дефектов в зубчатой передаче тягового редуктора;

3) позволяет кардинально облегчить и упростить процедуру выбора, настройки и последующего контроля основных параметров УОПСС (центральных частот, напряжений порогов отпирания полосовых фильтров и др.).

УДК 622.673.14.001.

ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС “АРМИРОВКА ШАХТНОГО СТВОЛА”

Ильин С. Р., Институт геотехнической механики НАН Украины, Днепропетровск Дворников В. И., Донбасская государственная академия строительства и архитектуры, Донецк Карцелин Е. Р., Софийский горно-геологический университет им. Св. Ивана Рильского, София Приводится описание программного комплекса для моделирования динамических процессов в системе «подъемный сосуд-армировка» шахтного ствола, а также в других звеньях шахтной подъемной установки при ее работе в обычных режимах эксплуатации и в различного рода экстремальных ситуациях. Комплекс предназначен для моделирования динамических процессов при работе шахтной подъемной установки в обычных режимах эксплуатации и в различного рода экстремальных ситуациях, для исследовательских целей, для экспертных проверок, для использования при наладочных работах в предпусковом периоде и при плановых ревизиях, при проектировании подъемных установок, при инструментальной диагностике состояния оборудования подъема и в учебных целях Программный комплекс “Армировка шахтного ствола” создан коллективом авторов данной статьи на базе одной из многочисленных опций программы “Dynamics”, разработанной в 1991 г.

проф. В. И. Дворниковым в результате пятилетнего (1985-1990 гг.) научно-технического сотрудничества с машиностроительным заводом ЧКД-Прага и остравским институтом “Горный проект” (Чехия) с последующим участием доктора-инж. Е. Р. Карцелина (Болгария) на этапе окончательной отладки и верификации. Верификация программы производилась с использованием обширных экспериментальных данных, полученных сотрудниками ВНИИГМ им. М. М. Федорова (Украина), а также на основе результатов комплексного и разностороннего эксперимента, выполненного под руководством З. Шебелы (Чехия) в 1985 г. на одной из шахт Остравско-Карвинского угольного бассейна.

Программа “Dynamics” имеет многочисленные функциональные возможности и позволяет произвести виды численных процедур, моделирующих практически все основные, реализующиеся при работе подъемных установок динамические процессы, как в системе электропривода, системе управления, системе рабочего и аварийного тормоза, так и механическом оборудовании подъемов.

Программный комплекс “Армировка шахтного ствола”, обладает рядом дополнительных преимуществ в виде интерактивных связей с программным комплексом «Hoist» В.И. Дворникова, автоматизации расчета напряжений в проводниках и расстрельных балках с учетом всех динамических сил взаимодействия. Ее применение в сочетании с методами прямого инструментального измерения отдельных параметров систем «сосуд-армировка», позволяет существенно повысить информативность и достоверность результатов диагностики.

Приводятся данные, иллюстрирующие некоторые из возможностей комплекса при его использовании для диагностики армировки шахтных стволов.

УДК 629.4.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В СИСТЕМЕ «ТЯГОВЫЙ

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ – КОЛЕСНАЯ ПАРА – РЕЛЬСОВЫЙ ПУТЬ –

ПРОТИВОБОКСОВОЧНАЯ СИСТЕМА»

Днепропетровский государственный технический университет железнодорожного транспорта, В работе предлагаются два подхода к моделированию динамических процессов в рассматриваемых системах: математическое моделирование на ПЭВМ и экспериментально-аппаратурное моделирование на натуральных образцах в условиях реальной эксплуатации тяговой единицы.

Предлагаемая расчетная схема и математическая модель исследуемого класса систем учитывает крутильные колебания в механической части тягового электропривода каждой колесной пары тяговой рельсовой единицы, вертикальные колебания колесной пары (вместе с тяговым редуктором и ТЭД на упругом рельсовом пути с заданными обобщенными вертикальными неровностями), продольные колебания колесной пары относительно тележки вдоль оси пути, влияние электромагнитных переходных процессов в цепях ТЭД постоянного и переменного тока (асинхронный ТЭД).

Исследуются тяговые режимы реализаций предельных сил сцепления колесных пар с рельсами с переходом в режим боксования при взаимодействии (и без взаимодействия) с противобоксовочной системой в скоростном диапазоне от нуля до Vmax. Рассматриваемая и моделируемая противобоксовочная система включает подсистему обнаружения реализации колесной парой предельных сил ее сцепления, и испытательную систему подачи песка под колесные пары, и при необходимости «сброса» тягового момента на 10-70%.Моделирование режимов реализации предельных сил сцепления и режимов боксования осуществляется путем скачкообразного набора позиций контроллера машиниста из устойчивого тягового режима или за счет скачкообразного уменьшения потенциального коэффициента сцепления колес с рельсами (наезд на масляное пятно или на загрязненный участок рельсового пути).

В качестве моделируемого входного сигнала для устройства обнаружения предельных сил сцепления (УОПСС) в обоих подходах выбрана нормированная, безразмерная величина вертикального виброускорения в определенной точке колесно-моторного блока (около узла подвески к раме тележки).

Излагается методика моделирования (с описанием программно-аппаратурного обеспечения на базе портативного ПЭВМ типа Note-book и блока аналогово-цифрового (АЦП) и цифроаналогового (ЦАП) преобразователей) динамических процессов в тяговых приводах рельсовых экипажей, оборудованных системой раннего обнаружения предельных сил сцепления (СОПСС) колесных пар с рельсами, в реальных условиях их эксплуатации.

При обоих подходах в результате моделирования определяются оптимальные значения основных параметров УОПСС (центральных частот и порогов отпирания полосовых фильтров).

Сопоставляются величины указанных параметров, полученные в результате математического моделирования на ПЭВМ и при экспериментальном исследовании СОПСС на натурных образцах.

УДК 621.

К ВОПРОСУ О ПОВЫШЕНИИ СВОЙСТВ СТАЛЕЙ, РАБОТАЮЩИХ В УСЛОВИЯХ

УДАРНОИСТИРАЮЩИХ НАГРУЗОК ПРИ ПОНИЖЕННЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ

ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Константинов Е.Г., Тарасенко Е.А., Норильский индустриальный институт, Норильск Для литых деталей, работающих в условиях ударно-истирающих нагрузок, высоких удельных давлений и низких (до –600С) температур на НГК используется опытная сталь 25ХГСНМЛ (СТПотносящаяся по своему химическому составу и назначению к среднелегированным высокопрочным сталям: С=0,20-0,30%; Mn =1,0-1,4%; Si=0,5-0,7% ; Cr=0,6-1,0; Ni =0,6-1,0%; Mo =0,3-0,5; 0,3%; Cu0,30%, содержащие S и P не более 0,03% каждого. Структура стали после принятого на практике режима термической обработки (нормализация при 900-9200С, закалка с 880С и последующий отпуск в интервале температур 340-6600С) представляет собой высокодисперсный сорбит и перлит.

Статистический анализ химического состава промышленных плавок показал существенный разброс по содержанию легирующих элементов от рекомендуемого по верхнему и нижнему пределах, в %; по Mn –21,5; по Si - 40,7; по Cr - 14,8; по Ni - 18,5; по Mo - 29,4; содержание в 32,5% плавок превышает допускаемые нормы. Аналогичная картина разброса имеет место и для механических свойств: по пределу прочности –15,6%, по пределу текучести – 32,9%; по относительному удлинению –21,2%; по ударной вязкости –23,4%.

Нестабильность химических и механических свойств в значительной мере обуславливает большое количество плавок, не удовлетворяющим требованиям СТП по основным показателям, определяющим надежность и долговечность работы деталей в условиях ударных нагрузок и низких температур.

Был предложен опытный режим термической обработки, имеющий целью повышение эксплуатационных свойств, измененный по сравнению с традиционным:

1. Повышение температуры нормализации до 1020-10500С, обеспечивающее устранение следов литой структуры.

2. Применение 3- кратной термоциклической обработки с неполным фазовым превращением (Аc1 ±30-500C) для получения однородной и тонкодисперсной структуры стали 11-12 баллов.

3. Закалка с 900-9200С в масле.

Низкотемпературный отпуск (250-3000C) вместо широкого интервала (360-6000C) отпуска по существовавшей ранее технологии. Предложенный режим позволил получить оптимальное сочетание механических (твердость, ударная вязкость, прочность) и эксплуатационных свойств (износостойкость), повысив долговечность деталей в 1,8-2 раза.

УДК 621.

ИССЛЕДОВАНИЕ ФАЗОВОГО СОСТАВА ИЗНОСОСТОЙКИХ НИТРИДОВ

Науменко Е.Г., Национальный горный университет, Днепропетровск Нитриды и карбиды переходных металлов обладают широкой областью гомогенности. В зависимости от технологии и условий производства можно получить различные по составу и кристаллическому строению соединения. Для изучаемых нитридов металлов IV группы (Ti,Zr, Hf) характерной является гранецентрированная кубическая решетка. В то же время соединения V и VI групп, наряду с ГЦК структурой, могут иметь другие менее устойчивые фазы (ГПУ, гексагональная простая и др.).

Известно, что наиболее высокими температурами плавления и стабильностью обладают соединения с ГЦК структурой типа В1. Поэтому целью настоящих исследований является изучение фазового состава нитридных пленок, полученных при различных условиях вакуумно-плазменной технологии, и на основании этих данных – выбор технологических режимов осаждения, обеспечивающих формирование нитридов, как правило, с однофазной ГЦК кристаллической структурой.

Степень проявления эксплуатационных свойств износостойких покрытий во многом зависит от количества примесей в пленках. Источниками примесей являются остаточные и натекающие атмосферные газы, испаряемый материал, реакционный газ. Одним из требований, предъявляемых к технологическому процессу получения тонких износостойких пленок, является высокая степень чистоты расходуемых компонентов – катодных материалов и реакционных газов. Поглощение конденсированными слоями примесей уменьшается при улучшении вакуума (статического и динамического) и увеличении скорости конденсации.

Одной из причин нежелательного повышения адгезионной активности пленок к обрабатываемому материалу является повышенное содержание металлической фазы в составе покрытия, т.е.

покрытие, по возможности, не должно содержать обогащенных чистым металлом слоев. Таким образом, снижение доли примесей в покрытии за счет улучшения вакуума, высокой чистоты расходуемых материалов, сокращения времени осаждения в оптимальных технологических условиях, являются дополнительным резервом повышения эксплуатационных свойств износостойких пленок.

При проведении исследований покрытия наносили на образцы из быстрорежущей стали Р6М5, шлифованные по всем поверхностям, размером 20х20х10 мм. Передняя поверхность образца для исследований дополнительно полировалась по технологии подготовки металлографических образцов. Катоды диаметром 64 мм и высотой рабочей части 39 мм были изготовлены из высокочистых металлов (титана, цирконий, гафния, ванадия, ниобия, хрома и молибдена). Для получения пленок нитридов переходных металлов применяли особо чистый азот ГОСТ 9293-74. При нанесении покрытий температура исследуемых образцов поддерживалась в интервале 480-530 С.

На основании получаемых результатов рентгеноструктурного фазового анализа вводили коррективы в технологические режимы осаждения пленок. Силой тока горения дуги и давлением реакционного газа (азота) изменяли соотношение металлической и газовой составляющих при осаждении в вакуумной камере.

Согласно многочисленным литературным данным, физико-механические свойства металлов, сплавов и тугоплавких соединений определяются кристаллической структурой и межатомными расстояниями. Поэтому нами были предложены исследования периодов решеток нитридных пленок, полученных в оптимальных технологических условиях осаждения. В связи с тем, что для большинства образцов покрытия состояли из ориентированных кристаллов, и не всегда можно было получить отражения под большими углами, необходимыми для точного определения периода решетки, поэтому использовали специальную методику экстраполяции. Она заключается в том, что для всех наблюдаемых линий измеряется вульф-брегговский угол Vhkl., затем рассчитывают период решетки для каждого отражения аhkl и стоят зависимости ahkl=f( /sin (Vhkl)) Ордината при Vhkl=90о, т.е. в точке, дает истинное значение периода решетки изучаемой фазы.

Результаты расчетов показали, что только два нитрида – HfN и VN имеют кристаллиты с одинаковым значением периода решетки. Для всех остальных образцов наблюдались кристаллиты с разными периодами решетки.

Таким образом, в результате рентгеноструктурного фазового анализа были выбраны технологические режимы вакуумно-плазменного осаждения, которые обеспечивают формирование нитридных пленок преимущественно с ГЦК кристаллической структурой и составом, близким к стехиометрическому. Дальнейшее изучение механических и эксплуатационных свойств износостойких пленок производили на аттестованных образцах.

УДК 539.433+621.

ОБОСНОВАНИЕ, РАСЧЕТ ДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ И СОЗДАНИЕ

АСИММЕТРИЧНЫХ ВИБРОМАШИН С БИГАРМОНИЧЕСКИМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

Днепропетровский национальный университет, Днепропетровск Исследование различных вибротехнологий (грохочение материалов, уплотнение бетонных смесей, виброзабивка свай и т.п.) показывает, что оптимизация их динамико-технологических параметров может быть достигнута с помощью вибромашин, реализующих асимметричные законы колебаний рабочих органов.

В Днепропетровском национальном университете в течение ряда лет ведутся работы по изысканию и исследованию динамики новых вибросистем, в основе которых лежат упругие связи с несимметричной характеристикой восстанавливающей силы и бигармоническое возбуждение, используемое для усиления степени асимметрии колебаний. Динамика таких систем имеет специфические особенности, так как возникает их динамическое смещение относительно статического положения равновесия, в спектре вибрации появляются четные гармоники, определяющие несимметричность ускорений рабочего органа, увеличивается неравномерность вращения вала вибровозбудителя.

В настоящее время выполнены теоретические исследования динамики многомассных асимметричных резонансных вибросистем, в том числе и с изменяющейся во времени массой, осуществляющих колебания на основной низкой частоте, отличающихся значительной нелинейностью, с двукратным отношением между величинами амплитуд первой и второй гармоник возмущающей силы. Использование методики, являющейся комбинацией метода припасовывания и асимптотического разложения по малому параметру, позволило получить основные зависимости в аналитическом виде, удобном для анализа и практического расчета конкретных вибромашин. Разработана также программа расчета динамических параметров на ПЭВМ.

По результатам выполненных исследований созданы виброразгрузчик для рыхления и выгрузки смерзшихся сыпучих материалов (угля, щебня, песка и т.п.) из железнодорожных полувагонов и модель цистерны со встроенными горизонтальными вибролотками для ускоренной выгрузки цемента. Следует отметить, что проблема таких разгрузочных работ до сих пор полностью не решена.

Трудность исследований и выбора оптимального динамического режима двухмассного разгрузчика заключается в том, что сначала он после внедрения штырей рабочего органа в смерзшийся груз и их заклинивания превращается в одномассную систему с колеблющейся только добойной плитой, а после накопления энергии, образования лидирующей трещины и продвижения вниз штыревого рабочего органа – в двухмассную, взаимодействующую с разрушаемым материалом, а затем и бортами с целью их зачистки от примерзших остатков.

На основании результатов теоретических исследований и разработанной программы расчета путем вариации жесткостных параметров системы удалось выбрать рабочий режим с единой частотой колебаний 65 1/с, при которой обеспечиваются необходимые усилия для разрушения груза и зачистки бортов, удовлетворяющие условиям сохранности полувагонов согласно ГОСТ 22235-76.

Промышленные испытания виброразгрузчика при рыхлении и выгрузке смерзшегося щебня прочностью 9-10 МПа подтвердили, что реализуются заданные несимметричные ускорения, создающие усилия в 19,8 тс, необходимые для разрушения груза. После растрескивания материала и снижения его жесткости ускорения масс, а, следовательно, и усилия от штырей уменьшались, что не мешало материалу эффективно выгружаться через люки. В дальнейшем, при опускании добойной плиты и упругом опирании ее на борта происходило значительное увеличение буферных зазоров, и система переходила на линейный характер колебаний с усилиями на борта не более 8,5 тс, при которых осуществлялась их зачистка от остатков груза.

Модель виброцистерны представляет собой котел, в котором вибролотки совершают встречные, под углом 15°, асимметричные колебания и перемещают находящийся на них цемент к центральному разгрузочному люку. На основе выполненных теоретических исследований и расчетов при условии, что скорость изменения массы цемента мала по сравнению с основной частотой, были определены жесткостные параметры асимметричной упругой подвески, бигармоническая возмущающая сила, величины «нижнего» и «верхнего» ускорений грузонесущих лотков в дорезонансном режиме колебаний. Экспериментальные исследования показали, что при изменении соотношений амплитуд первой и второй гармоник возмущающей силы, зазоров между односторонне установленными буферами в частотном диапазоне 60-90 1/с существенно изменяется динамическая активность системы, влияющая на скорость перемещения отдельных слоев разгружаемого материала. Следует также отметить совпадение расчетных и экспериментальных данных с точностью до 10-15%, что свидетельствует о пригодности разработанных теории расчета асимметричных вибросистем с бигармоническим возбуждением для создания вибромашин различного назначения. На основании проведенных исследований также произведены динамические расчеты и даны рекомендации по конструированию натурного образца виброцистерны и виброплощадки для формования железобетонных конструкций из особо жестких бетонных смесей.

УДК 666.97.

ВЛИЯНИЕ СПЕКТРА ВИБРАЦИИ НА ФОРМОВАНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ

КОНСТРУКЦИЙ

Логвиненко Е.А., Силич-Балгабаева В.Б., Пилипенко Т.А., Днепропетровский национальный университет, Днепропетровск В вибротехнологии изготовления железобетонных изделий горношахтного строительства (тюбинги, лотки, шпалы, плиты перекрытий и т.п.) весьма важным является назначение таких динамических параметров, при которых бы бетонная смесь одновременно эффективно разжижалась и уплотнялась. Это обеспечивает получение высокой прочности и чистоты поверхности изделий.

Реализация таких параметров в конкретной вибромашине зависит от закона движения рабочего органа, принятой основной частоты и амплитуды колебаний, спектрального состава вибрации.

Исследования, выполненные в Днепропетровском национальном университете, показывают, что наиболее целесообразными являются асимметричные поличастотные колебания с существенным вкладом высших гармоник. Однако в экспериментальных образцах, реализующих асимметричный цикл колебаний, недостаточная оптимизация величин и соотношений первой и последующих высших гармоник, определяющих состав и интенсивность вибрации, не всегда позволяли получать изделия высокой плотности и повышенного качества поверхности.

В настоящее время созданы резонансные асимметричные виброплощадки типа В-8 и В-15, которые осуществляют вертикальное поличастотное воздействие на жесткий бетон с частотой и амплитудой основного тона соответственно 15-17 Гц и 4-5 мм. Одновременно на второй, третьей, четвертой, пятой гармониках с частотами, кратными основной, реализуются амплитуды соответственно равные 0,25-0,3; 0,08-0,1; 0,04-0,05 и 0,02-0,025 мм, причем меньшим значениям частот соответствуют большие значения амплитуд вибрации. Присутствие в спектре высоких частот с малыми амплитудами колебаний благотворно влияет на скорость разжижения смеси. Наличие же низких частот с высокими амплитудами, а также четных гармоник, оказывает эффективное воздействие на степень уплотнения бетона и позволяет практически достигать ее максимальных значений. При этом уровень ускорений при ходе рабочего органа вверх составляет около 21 м/с2, а вниз – до 65 м/с2. Такой динамический режим не только исключает подсос воздуха в бетонную смесь, но и, наоборот, обеспечивает интенсивное вытеснение из нее воздушных пузырьков, что предотвращает появление пор на нижней лицевой поверхности изделий.

При формовании высоких объемных железобетонных конструкций из бетонов жесткостью до 60-70с по ГОСТ 101.81.1-81, в частности, напорных труб диаметром 2000 мм и высотой 5000 мм, на резонансной асимметричной виброплощадке ВТ-20 был реализован динамический режим с основной частотой колебаний 12 Гц и амплитудой 6 мм. Одновременно на кратных высших частотах зафиксированы амплитуды, несколько превышающие указанные ранее. «Верхнее» ускорение составило 23 м/с2, а «нижнее» - около 55 м/с2. При несколько повышенных амплитудах, а, следовательно, увеличенной длине волны, проникающей в толщину бетонной смеси, общее время вибрирования с постоянной скоростью засыпки 40-50 мм/с составляло 240... 270 с. При этом всегда достигались высокие прочность изделия и качество внутренней поверхности железобетонных труб.

Аналогичные результаты получены в производстве железобетонных колодцев, а также объемных изделий типа СОГ для элеваторов.

С целью универсального использования резонансных асимметричных виброплощадок для формования тонких изделий, в частности, ребристых настилов, плит были использованы рабочие динамические режимы с частотой колебаний 17 Гц и амплитудой не более 2 мм, что достигалось установкой нулевых зазоров между рабочим органом и резиновыми буферами. При этом «верхнее»

ускорение не превышало 12 м/с2, а «нижнее» – достигало 38 м/с2. Значительная степень асимметрии ускорений объясняется высоким вкладом четных гармоник, положительно воздействующих на процесс уплотнения смеси, в связи с чем были получены хорошие прочностные показатели тонких изделий.

В последние годы создан ряд легких инерционных виброплощадок, генерирующих динамические режимы с иным эффективным спектром вибрации. К ним относятся виброплощадки типа ВА, ВБЛ-1 и ВБЛ-2, собираемые из модульных виброблоков грузоподъемностью 4 т.

Работа виброплощадок основана на опережающем движении виброблоков относительно свободно установленной на них форме. При соударении обрезиненных поверхностей виброблоков с находящейся во взвешенном состоянии формой бетонная смесь получает силовые импульсы и уплотняется. Упруго-ударное асимметричное взаимодействие масс с частотой и амплитудой основного тона соответственно 28 Гц и 1 мм зафиксировало появление на кратных частотах 56, 84, 112 и 140 Гц следующих амплитуд – 0,1; 0,025; 0,012 и 0,006 мм. При этом максимальное ускорение блока составило 52 м/с2, а минимальное – 22 м/с2. В этих машинах процесс разжижения смеси происходит более интенсивно, чем в резонансных. Однако коэффициент уплотнения бетона несколько ниже и составляет 0,96-0,98. Выбранный спектр вибрации пригоден для формования в основном плоских изделий из смесей жесткостью до 30 с по ГОСТ 101.81.1-81, но особенно эффективен для изготовления тонкостенных армоцементных конструкций.

УДК 62-252:532.542:539.

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВРАЩАТЕЛЬНЫХ РЕЖИМОВ

ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ БАРАБАННЫХ МАШИН ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО

КОМПЛЕКСА

Науменко Ю.В., Ривненский государственный технический университет В горнорудной и металлургической промышленности получил применение класс горизонтальных барабанных машин, включающий печи, охладители, сушилки, смесители, мойки, грохоты, вращающиеся транспортирующие трубы, галтовочные машины, окомкователи, барабанные мельницы, центробежно-литейные машины, сепараторы и другие системы. Рабочим органом таких машин является горизонтальный вращающийся цилиндрический барабан, частично заполненный жидким и сыпучим обрабатываемым материалом. При низких скоростях вращения барабана возникает циркуляционный режим движения материала, при высоких – режим пристеночного слоя.

Несмотря на различие размеров и технологического назначения благодаря однотипности конструкции и схожему характеру гидродинамических процессов на рабочем органе и динамических процессов в приводе эти машины относятся к одному классу.

Широкое распространение рассматриваемых машин обусловлено их высокой единичной продуктивностью, простотой конструкции, надежностью, универсальностью и экономичностью. Эффективность их работы в значительной степени определяется гидродинамическим совершенством ведения технологического процесса в обрабатываемой текучей среде и рациональным выбором динамических параметров барабанного ротора и его привода. Вместе с тем механика вращения горизонтальных барабанных машин до настоящего времени остается еще недостаточно изученной и требует дополнительных исследований. Для расчета режимов этих машин используется "коэффициент гравитации" и "критическая" скорость вращения, отвечающие значению числа Фруда. При этом не учитывается степень заполнения полости, фрикционные и реологические свойства материала, условия устойчивости движения. Частицы сыпучего материала при относительном движении считаются свободными телами, их взаимодействие не учитывается, а траектории движения определяются лишь из кинематических соображений. Момент сопротивления вращению барабана со стороны материала чаще всего определяется как результат поворота условной твердотельной сегментной загрузки на угол 30°…60°. Существующие расчетные методы отдельных видов таких машин предназначены только для достаточно узких диапазонов параметров. Использование упрощенных и в значительной степени умозрительных моделей приводит к расхождению полученных расчетных результатов с экспериментальными данными и во многих случаях к использованию машин не в оптимальных технологических и динамических режимах.

В процессе исследований была выполнена классификация характерных зон и режимов движения жидкого и сыпучего материала в поперечном сечении барабана. Рассмотрены условия устойчивости установившегося движения пристеночного слоя жидкости и условия нестационарных волновых движений на свободной поверхности. Изучено проявление эффекта режимного гистерезиса течения жидкости, заключающегося в превышении величины скорости вращения барабана при переходе циркуляционного режима течения в режим пристеночного слоя, во время ускорения вращения, над величиной скорости при обратном переходе режимов, во время замедления. Разработан алгоритм численного определения двумерного неустановившегося течения жидкости.

Полученные экспериментальные результаты свидетельствуют о том, что циркуляционное течение сыпучего материала в горизонтальном вращающемся барабане в виде гравитационных потоков относится к типу быстрых движений. Поведение материала подобно поведению вязкой жидкости в аналогичных условиях и коренным образом отличается от описания в рамках теории пластичности. Это позволяет принять критерии подобия установившегося движения хорошо сыпучей среды, аналогичные с критериями для жидкости – числа Рейнольдса и Фруда на радиальной поверхности полости и степень ее заполнения материалом. Была выявлена идентичность условий устойчивости и границ перехода режимов движения жидкого и сыпучего материала. На основании принятых критериев подобия и обобщения результатов получены универсальные функциональные зависимости границ перехода режимов, момента сопротивления и осевого момента инерции ротора. Разработан алгоритм численного определения переходных режимов движения машинного агрегата с использованием зависимостей и исследована устойчивость его движения.

Полученные результаты могут быть использованы для разработки рекомендаций по определению параметров рабочих режимов вращения машин в широком диапазоне вариации и организации в них рациональной гидродинамической обстановки. Предложены новые технологические процессы. Разработанные универсальные инженерные методы расчета параметров привода и технологических режимов всего класса горизонтальных барабанных машин позволяют существенно сократить сроки и трудоемкость предпроектных теоретических и экспериментальных исследований при усовершенствовании и создании новых технологических процессов и оборудования.

УДК 622.693.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ГИДРОТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ

СРЕДСТВАМИ ПЭВМ

Олишевский Г.С., Национальный горный университет, Днепропетровск Гидротранспорт широко распространен в промышленности. Он выгодно отличается от всех других видов транспорта тем, что связывает в один ряд технологические процессы, обеспечивает безопасность всех транспортных работ при высокой пропускной способности. Вместе с тем гидравлический транспорт является относительно энергоемким, поэтому особое значение приобретают вопросы выбора рациональных параметров и режимов работы гидротранспортных систем (ГТС). Решение этой задачи наиболее эффективно с применением ПЭВМ. Для выполнения поставленной задачи разработана программа расчета режимов работы ГТС на языке «Паскаль».

Предусмотрен расчет двух основных расчетных схем ГТС: с разрывом потока гидросмеси и без разрыва потока для цепочки последовательно подключенных перекачных насосов. Характеристика внешней сети определяется эмпирическими выражениями соответствующими требуемой средневзвешенной крупности твердых частиц. Напорная характеристика насоса и мощность на валу в зависимости от расхода воды аппроксимированы в виде полиномов второй степени. Коэффициенты данных полиномов, а также соответствующая скорость вращения вала находятся в базе данных программы. Базу данных можно при необходимости обновлять самому при помощи этой же программы. Программа автоматически пересчитывает характеристики насосов на заданную гидросмесь, а также для заданной частоты вращения вала насоса.

В исходных данных задаются: гранулометрический состав гидросмеси; плотность и динамическая вязкость воды; плотность твердых частиц; отношение объемов твердого к жидкому; данные по геометрии трубопроводов и коэффициентам на местные сопротивления; типы используемых насосов и частота вращения вала на них.

В результате расчета помимо второстепенных данных определяются следующие параметры:

режимная подача гидросмеси в системе; критическая скорость гидросмеси; удельная энергоемкость всей системы; для i-го насоса: мощность на валу насоса, полезная мощность, КПД насоса, напор насоса (в пересчете на гидросмесь), давление гидросмеси на входе в насос, давление гидросмеси на выходе из насоса.

Исходные данные и результаты расчета гидротранспортной установки размещаются в текстовом файле.

Использование данной программы позволяет наглядно исследовать влияние величины концентрации гидросмеси на уменьшение удельной энергоемкости на гидротранспортирование при обеспечении способности потока к транспортированию.

Полученные с помощью указанной выше программы результаты, хорошо согласуются с реальными данными по Вольногорскому ГМК, что позволяет говорить о достоверности разработанной программы реальным условиям функционирования гидротранспортных систем горных предприятий.

ДО МЕТОДИК РОЗРАХУНКУ ДИНАМІЧНОЇ І ТЕПЛОВОЇ НАВАНТАЖЕНОСТІ РІЗНИХ

ТИПІВ СТРІЧКОВО-КОЛОДКОВИХ ГАЛЬМ БУРОВИХ ЛЕБІДОК

Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, Івано-Франківськ Пургал М.П., Радомський інститут нагрівальної і санітарної техніки, Радом, Польща Створення та розробка нових типів стрічково-колодкових гальм бурових лебідок вимагає поглибленого вивчення та дослідження характерних динамічних і теплових процесів з метою забезпечення надійної та ефективної їхньої роботи.

Особливістю роботи стрічково-колодкового гальма з обертальними фрикційними накладками є те, що в його розімкнутому стані фрикційні накладки підпружинені пружними елементами, одягнені з деяким натягом на робочу поверхню гальмівного шківа і обертаються разом з ним.

При замиканні гальма на початковій стадії гальмування робоча поверхня гальмівної стрічки взаємодіє з зовнішніми поверхнями фрикційних накладок (зовнішні пари тертя). При повному зриві зчеплення між внутрішніми поверхнями накладок і зовнішньою поверхнею шківа реалізуться заключна стадія гальмування внутрішніми фрикційними вузлами. Та чи інша стадія гальмування зумовлена величиною натягів з набігаючої Sн та збігаючої Sз гілок стрічки. Між початковою та заключною стадіями гальмування нетрадиційного стрічково-колодкового гальма має місце перехідна стадія гальмування.

Неординарність роботи стрічково-колодкового гальма з обертальними фрикційними накладками вносить визначені корективи в методики розрахунку динамічних та теплових процесів зовнішніх та внутрішніх їхніх фрикційних вузлів.

В статті наведена розгалужена ієрархічна структура динамічних і теплових параметрів, які зумовлюють навантаженість фрикційних вузлів серійного та нетрадиційного стрічково-колодкового гальма. В основу ієрархічної структури закладені динамічні, конструктивні та теплові параметри фрикційних вузлів гальма. Проаналізована різниця між серійним та нетрадиційним гальмом, яка полягає у наявності в останньому, окрім внутрішніх, і зовнішніх фрикційних вузлів.

Відмічені особливості методик розрахунку параметрів серійного та нетрадиційного гальма.

Детально розглянуті динамічні процеси, які мають місце в нетрадиційному гальмі.

Проаналізовано процес формування теплоутворення парами тертя серійного та нетрадиційного гальма і доведено, що в останньому гальмі зовнішні фрикційні вузли виконують розвантажувальну теплову функцію на початковій стадії гальмування.

ТЕПЛОНАВАНТАЖЕНІСТЬ СТРІЧКОВО-КОЛОДКОВОГО ГАЛЬМА З ОБЕРТАЛЬНИМИ ФРИКЦІЙНИМИ НАКЛАДКАМИ

Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, Івано-Франківськ Вольченко М.О., Кубанський державний технологічний університет, Краснодар, Росія Бережанський агротехнічний інститут Київського національного аграрного університету Стрічково-колодкове гальмо з обертальними фрикційними накладками бурових лебідок є новим типом гальма. В ньому накладки насаджені на кільця, які виконані з циліндричних стрижнів. При цьому між накладками встановлені пружні елементи. Така система забезпечує посадку фрикційних накладок з натягом на робочу поверхню шківа. Замикання гальма здійснюється за допомогою гнучкої пружної гальмівної стрічки. Для надійної роботи нетрадиційного гальма необхідно витримати наступні умови: коефіцієнти тертя між внутрішньою поверхнею гальмівної стрічки та зовнішніми поверхнями фрикційних накладок (зовнішні пари тертя) повинні бути за величиною більшими, ніж між внутрішніми поверхнями накладок та робочою поверхнею гальмівного шківа (внутрішні пари тертя). В той же час питомі навантаження у внутрішніх парах тертя повинні бути більшими за їхні величини у зовнішніх парах тертя гальма.

Результати експериментальних досліджень теплової навантаженості стрічково-колодкових гальм з обертальними фрикційними накладками бурових лебідок отримані на модельному стенді.

В процесі випробувань нетрадиційного стрічково-колодкового гальма було встановлено вплив на інтенсивність і ступінь нагрівання його зовнішніх та внутрішніх фрикційних вузлів таких факторів: частоти обертання гальмівного шківа, при яких починалася початкова та заключна стадії гальмування; число гальмувань за одиницю часу (за годину); питомих навантажень у зовнішніх та внутрішніх фрикційних вузлах, а також гальмівних моментів, які вони розвивали. Бралися до уваги конструктивні параметри фрикційних вузлів гальма: радіуси робочих поверхонь, ширина і товщина гальмівної стрічки, фрикційних накладок та гальмівного шківа; відстань між фрикційними накладками; кути обхвату шківа накладками і гальмівною стрічкою накладок; зазори між зовнішньою поверхнею фрикційних накладок і внутрішньою поверхнею гальмівної стрічки. При цьому враховувалися термодинамічні параметри повітря, що циркулює між елементами фрикційних вузлів гальма.

Експериментальні дослідження теплової навантаженості модельного стрічково-колодкового гальма з обертальними фрикційними накладками проводилися при циклічному режимі навантаження його фрикційних вузлів при натягу збігаючої гілки гальмівної стрічки Sз=800 Н.

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ БАРАБАННО-КОЛОДОЧНЫХ ТОРМОЗОВ

РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ

Кубанский государственный технологический университет, Краснодар, Россия Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа, Ивано-Франковск Все возрастающие объемы перевозок автомобильными транспортными средствами, связанными с технологическими процессами горно-металлургического комплекса, требуют эффективной и надежной работы их барабанно-колодочных тормозов. Известно, что существенное влияние на эксплуатационные параметры барабанно-колодочных тормозов оказывает их тепловая нагруженность. Для снижения последней фрикционные узлы тормозов необходимо принудительно охлаждать. Одним из нетрадиционных видов охлаждения фрикционных узлов барабанно-колодочных тормозов транспортных средств является термоэлектрический эффект снижения поверхностных температур их пар трения.

Схемы установки и подключения термобатарей в тормозных колодках тормоза зависят от их количества и от кинематической схемы тормозного механизма в частности подвижными или неподвижными являются фрикционные накладки.

В серийном барабанно-колодочном тормозе транспортного средства небольшой грузоподъемности термобатареи устанавливаются в тормозные колодки как со стороны защемления обода с фланцем, так и со стороны его свободного края.

В барабанно-колодочном тормозе, содержащем неподвижные и подвижные фрикционные накладки, вмонтированные в тормозные колодки, в неподвижные фрикционные накладки вмонтированы термобатареи, а в подвижные фрикционные накладки на глубине их допустимого износа установлены пластинчатые термопары с выводами в виде термоэлектродов, являющиеся термоэлектрогенераторами.

Термоэлементы, установленные в тормозных колодках со стороны защемления обода барабана с фланцем, работают в режиме термоэлектрогенератора, а термоэлементы, установленные с противоположной их стороны в режиме термоэлектрохолодильника.

В транспортных средствах большой и особо большой грузоподъемности, снабженных тормозными механизмами с серводействием и имеющими дополнительный и основной тормоз, необходимо применять автономные системы для охлаждения их пар трения. В дополнительном тормозе в самоприжимной тормозной колодке по ее краям установлены пластинчатые термопары, а в самоотжимной тормозной колодке термобатареи.

В рассмотренных конструкциях барабанно-колодочных тормозов охлаждение проводится термобатареями, работающими как в режиме термоэлектрогенераторов, так и термоэлетрохолодильников.

ЗАЩИТА ОТ ВЗАИМНОГО ЗАКЛИНИВАНИЯ ОЧИСТНОГО КОМБАЙНА И