Технологические машины и оборудование by Донецкий политехник (Донецкий национальный технический университет)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ДОНЕЦКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ ГОУ ВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Материалы XVIII Республиканской научно-технической студенческой конференции "ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ",

посвященной 90-летию кафедры "Энергомеханические системы" 26 –28 ноября 2019 г.

г. Донецк

МИНИСТЕРСТВ М ВО ОБРА АЗОВАНИ ИЯ И НА АУКИ ДОНЕЦКОЙ НАРОДН Н ОЙ РЕСПУБЛИК КИ

ГОУВПО О «ДОНЕЦКИЙ Й НАЦИ ИОНАЛЬ ЬНЫЙ ТЕХН НИЧЕС СКИЙ УНИВЕР У РСИТЕТ Т»

ФАК КУЛЬТЕ ЕТ ИНЖЕ ЕНЕРНО ОЙ МЕХА АНИКИ И МАШИ ИНОСТР РОЕНИЯ Я

Ка афедра "Энерггомеханическ кие сист темы"

Матери М иалы XVIIII Респуублика анской научн но-техн ническ кой стууденчееской конфер к ренции и

"ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ

МАШИНЫ

И ОБОРУДОВАНИЕ", поосвящен нной 90 0-летию ю кафеедры «Э Энергом механич ческие систем мы» 26 – 28 2 ноябр ря 2019 г.

г. Донеецк

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

УДК 622.232.72 Технологические машины и оборудование: материалы XVIІI Республиканской научно-технической студенческой конференции, посвященной 90летию кафедры « Энергомеханические системы», 26-28 ноября 2019г., Донецк - Донецк: ДонНТУ, 2019.− 160с. В материалах конференции освещены следующие вопросы: разработка перспективного оборудования и устройств в области энергомеханики и автоматики; разработки принципиальных схем подключения гидро- и пневмоапаратуры в системе горного оборудования, область их использования; исследование математического аппарата, который применяется при установлении закономерностей механики движения жидкости и газа. Материалы представляют интерес для студентов, аспирантов, научных и инженерно-технических работников горных специальностей. РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ: Главный редактор – зав. каф. «Энергомеханические системы» А.П. Кононенко. Зам. гл. редактора – С.А. Селивра. Ответственный секретарь выпуска О.А. Геммерлинг ОРГАНИЗАЦИОННЫЙ КОМИТЕТ: Д.т.н., проф. А.П. Кононенко (гл. редактор); к.т.н., проф. С.А. Селивра (зам. гл. редактора); к.т.н., проф. Л.Н. Козыряцкий; к.т.н., доц. В.С. Коломиец; к.т.н., доц. В.М. Моргунов; к.т.н., доц. В.М. Оверко; к.т.н., доц. О.А. Геммерлинг, к.т.н., доц. О.В. Федоров; к.т.н., доц. В.М. Яковлев; к.т.н., доц. Е.Н. Бойко; ст. преп. В.В. Гулин; ст. преп. В.И. Мизерный; зав. лаб. Г.М. Березинский; инж. В.А. Панов.

«Технологические машины и оборудование» УДК 622. 232. 7

О.Е. Шабаев, докт. техн. наук, профессор, Д.Э. Барков, студент Донецкий национальный технический университет ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕЖМОСТОВОГО БЛОКИРУЕМОГО ДИФФЕРЕНЦИАЛА ПОДЬЕМНО ДОСТАВОЧНОЙ МАШИНЫ ТИПА ПД-8 В работе произведена оценка величины проскальзывания колес порожней и груженной погрузочно-доставочной машины ПД-8, обуславливающего дополнительный интенсивный износ ее покрышек. Разработана кинематическая схема трансмиссии ПД-8 с установленным блокируемым межмостовым дифференциалом

Одним из главных направлений научно-технического прогресса при подземной разработке месторождений в последние 20 лет являлось внедрение самоходного оборудования, которое должно было обеспечить резкий рост производительности и улучшение условий труда, а также повышение экономической эффективности и культуры производства. Одним из ярких представителей этого типа оборудования является погрузочно-доставочная машина ПД-8, которая наиболее широко применяется на рудниках цветной металлургии, объемы добычи руды с ее использованием достигли 57,4% [1]. Назначение данной машины это - транспортирование разрушенной горной массы, в пределах рудников и карьеров на эффективное расстояние до 500 м. Высокая себестоимость транспортирования горной массы карьерным автотранспортом при использовании любой технологии добычи обусловливает необходимость поиска решений по повышению его эффективности. Опыт эксплуатации машины ПД-8 показал, что cроки ходимости шин не превышают в среднем 450–600 мото-часов, что составляет около одного машино-месяца [2]. При этом цена комплектов покрышек для этой машины достаточно высока. Поэтому повышение ресурса шин погрузочнодоставочных машин является актуальной научно-технической задачей. Анализ конструкции трансмиссии погрузочно-доставочной машины ПД-8 показывает, что между передним и задним ведущими мостами существует жесткая кинематическая связь [3]. При этом, в зависимости от загруженности машины (порожняя или груженая, степень заполнения ковша) деформация передних и задних пар колес будет различная при давлении в шинах, соответствующих технической характеристике. Это обуславливает проскальзывание передних или задних колес в зависимости от нагрузки на соответствующий мост, что приводит к дополнительному интенсивному износу покрышек. 3

Матери иалы XVIIІ Республикканской нау учно-техни ической сту уденческой й конференции

Для ооценки величин в ны проск кальзываания кол лес состтавлены расчетн ные схеемы нагрруженияя порожн ней и гру уженной й машин ны, привееденныее на рис.1. а)

б)

Р Рисунокк 1 - Схем ма нагруужения погрузоч п чно-досттавочной й порожн ней (а) и грууженной й (б) маш шины ПД Д-8

Nз колессах Соглаасно рисс. 1 реаккции опор на пеередних N п и задних з маш шины можно оп пределитть по заввисимосттям: - для порожней Gм  lз N пп   37, 8 кН ; 2  (lз  lп ) G м  lп N зп   92, 7 кН ; 2  (l з  lп ) - для груженн ной Gm  l з  Gг  (lп  l з  lг )  100,54 4 кН ; 2  (lп  lз ) G  l  Gг  lг N зг  m п 9,15 кН ,  69 2  (lп  lз )

N пг 

где: 4

«Технологические машины и оборудование»

Gm - вес машины, Gm  261 кН ; Gг - вес груза, Gг  7,84 кН ; lп - расстояние от центра масс до центра переднего колеса, lп  2,6 м ; l з - расстояние от центра масс до центра заднего колеса, lз  0,84 м ; lг - расстояние от центра масс груза до переднего колеса, lг  1,74 м . Величину проскальзывания колес можно определить по зависимостям: для порожней машины 

N пп  N зп ( Rк  N зп / Ск )  Ск

 100%  8% ;

для груженной машины 

N пг  N зг ( Rк  N пг / Ск )  Ск

 100%  4% ,

где : Rк - радиус колеса, Rк  0,802 м ;

Ск - жесткость колеса, Ск  1  106 H [4]. Таким образом, установлено, что при существующей конструкции трансмиссии машины ПД-8 (в случае жесткой кинематической связи переднего и заднего ведущих мостов) наблюдается: для порожней машины проскальзывание передних колес составляет 8% от пройденного пути; для груженой – задних 4%. Решением этой задачи может стать установка межмостового блокируемого дифференциала, который в процессе внедрения машины в штабель погружаемой породы будет заблокирован, а при транспортировке разблокирован. На рис.2 приведена кинематическая схема машины с разработанным блокируемым меж мостовым дифференциалом. Крутящий момент от двигателя передается через согласующий редуктор, на гидромеханическую коробку передач (ГМКП). Выходная шестерня с ГМКП передает крутящий момент на зубчатый венец чашки дифференциала создавая вращение чашки дифференциала. По средствам конических шестерен дифференциала крутящий момент распределяется между передним и задним ведущими мостами. Блокировка дифференциала осуществляется замыканием чашки дифференциала с валом передающий момент на передний ведущий мост за счет зубчатой муфты. 5

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

Рисунок 2 – Кинематическая схема машины ПД-8 с межмостовым дифференциалом Выводы и направления дальнейших исследований. На основе модельных исследований рабочего процесса погрузочно-доставочной машины ПД-8 установлено, что в случае жесткой кинематической связи переднего и заднего ведущих мостов наблюдается проскальзывание передних колес до 8% от пройденного пути при порожнем ковше, а при груженном – задних до 4%. Повышение ресурса покрышек погрузочно-доставочной машины может быть обеспечено путем установки разработанного блокируемого (при внедрении в штабель погружаемой породы) межмостового дифференциала. Список источников 1. Пухов Ю.С. Рудничный транспорт. М., Недра, 1991 – 254 с. 2. Липовой А.И. Ковшевые погрузочные - транспортные машины на подземных рудниках. М., Недра, 1988 – 199с. 3. Васильев К.А. Транспортные машины и оборудование шахт и рудников Санкт-Петербург, 2012 – 544с. 4. Динамическая нагруженность погрузочно-транспортной машины типа ПД-8 / Семенченко А.К., Игнатов В.И., Шабаев О.Е., Шматко Ф.В. // Горный журнал. – 1991. – №2. – С.38-39. О.Е. ШАБАЕВ, Д.Э.. БАРКОВ, 2019

«Технологические машины и оборудование»

УДК 625.852/853

А.В. Разувайлов, магистрант, Р.И. Рыбалко, канд. тех. наук, доцент ГОУ ВПО «Донбасская национальная академия строительства и архитектуры» ПРИМЕНЕНИЕ КОМБИНИРОВАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ТЕПЛЫХ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ В УСЛОВИЯХ МОДЕРНИЗАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ СУЩЕСТВУЮЩИХ АБЗ В статье рассмотрены основные технологии производства теплых асфальтобетонных смесей. Охарактеризованы основные способы модификации битумов. Дан краткий анализ оборудования, позволяющего получать смеси с улучшенными характеристиками Ключевые слова: теплый асфальтобетон, асфальтосмесительная установка, модификация, битум, адгезионная добавка Автомобильные дороги являются национальным достоянием и важной составляющей транспортной системы любого государства, которому для развития необходимо постоянно расширять сети автодорог. Все это хозяйство требует постоянного осмотра, ремонта и содержания его в надлежащем состоянии, которое бы обеспечивало безопасные и комфортные условия движения. Одним из основных заданий дорожного строительства является повышение качества дорог с асфальтобетонным покрытием с одновременным снижением материало- и энергоемкости строительных работ, а также снижение экологических рисков и улучшения условий труда. Зарубежный опыт, а также результаты исследований, полученные на основе экспериментальных и опытно-производственных работ, показывают, что значительного снижения энергетических затрат и затрат вяжущего можно достичь при приготовлении асфальтобетонных смесей только на основе новых технологий. Производство асфальтобетонных смесей – один из самых энергоемких процессов дорожного строительства, а, в свою очередь, от технического состояния всего парка машин, входящих в состав АБЗ, зависит расход топливно-энергетических ресурсов. Только хорошее знание всего парка машин, создает условия для повышения производительности труда, экономии ресурсов, снижения себестоимости и повышения качества, а также для инновационного внедрения новейших образцов оборудования. В настоящее время за рубежом широко применяются теплые асфальтобетонные смеси (ТАС), которые используются при устройстве дорожных покрытий различного назначения и позволяют обеспечить их длительный 7

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

срок службы, увеличить продолжительность строительного сезона, снизить энергетические затраты на производство, а также негативное воздействие на окружающую среду. В нашем регионе, уже начиная с 2007 года, проводились отдельные инициативные исследования и единичные практические применения ТАС, которые показали свою эффективность, но отсутствие нормативных документов, отработанных на практике технологий, созданных на отечественном оборудовании, приостановили на длительное время развитие у нас мировой тенденции производства этого типа смесей. Вышеизложенное позволяет говорить об актуальности разработки и развития технологий и оборудования для производства ТАС с изучением их механических и физико-химический свойств. Одним из направлений решения данной проблемы является создание эффективных комбинированных технологий, позволяющих производить ТАС с минимальными приведенными затратами на одну тонну смеси. Целью работы являются исследования рабочих процессов производства ТАС с использованием комбинированных технологий, основанных на одновременном введении адгезионных добавок и механического вспенивания модифицированного битума непосредственно в асфальтосмесительной установке (АСмУ). В настоящее время существует шесть основных технологий производства ТАС, каждая из которых обладает своими достоинствами: технология использования поверхностно-активных веществ (химических добавок); технология использования специальных восков (органических добавок); технология использования твердых вспенивающих добавок в процессе смесеобразования (гидрофильные материалы); двухстадийная технология WAM foam; технология механического вспенивания битума; комбинированные технологии. При выборе одной из них главенствующим должна быть минимизация приведенных затрат на производство 1 т смеси. Этого можно достичь за счет приобретения опционного оборудования, позволяющего использовать существующее аппаратное оснащение действующих установок. Анализ существующего оборудования для введения адгезионных добавок в битум показывает, что минимальных затрат при его приобретении, можно добиться при использовании жидких модификаторов битума. Кроме цены, определяющими факторами являются: качество, возможность точной дозировки, равномерность распределения добавки по объему битума, термическая стойкость, условия и срок хранения, а также опыт использования. Точность дозирования является важным фактором при выборе оборудования для подачи жидких модификаторов битума. Недоподача модификаторов ставит под сомнение качество получаемого вяжущего, а передозировка ведет к нежелательному увеличению себестоимости продукции. Неравномерность распределения модифицирующих добавок по объему би8

«Технологические машины и оборудование»

тума позволяет говорить о целесообразности их применения вообще. На рисунке 1 показана эффективная система подачи жидких модификаторов в трубопровод, по которому, битум подается непосредственно в дозатор битума АСмУ. Для улучшения перемешивания перед дозатором битума устанавливается гидродинамический смеситель.

Рисунок 1 – Гидродинамический смеситель для подачи жидких модификаторов Центральным элементом опционного оборудования является дозирующий насос погружного типа, который монтируется непосредственно в расходную емкость с жидким модификатором. Такое конструктивное исполнение дает целый ряд преимуществ при эксплуатации, в частности: насос хорошо всасывает жидкий модификатор, т.к. всегда в нем находится; насос не имеет уплотнений, подтеканий, не требует регламентного обслуживания; насос не дает пульсаций, а равномерная подача является необходимым условием равномерного распределения жидкого модификатора по объему битума. Математическое моделирование применения гидравлического смесителя показало высокую равномерность распределения жидких модификаторов по объему битума (рисунок 2). Технология механического вспенивания битума не повышает стоимость тонны смеси по причине отсутствия расходов на добавки. Существуют только первоначальные расходы на приобретение оборудования. Она основана на дозированном введении воды (до 2% от объема битума)

Матери иалы XVIIІ Республикканской нау учно-техни ической сту уденческой й конференции

Рисунок 2 – Движеение адггезионно ой добавки в зави ихрител ле черрез вспеенивающ щий колллектор в поток горячегго битум ма с тем мператур рой 1600˚С. В ррезультатте форм мируютсяя микроскопичееские пуззырьки пара, сн нижаающие ввязкость битумаа. Это происход п дит, покка смесьь не упл лотнитсяя и тем мпературра не уп падет до 100˚С. В этом случае, с и использу уются од дни и те же исхходные материаалы, при именяемы ые для производ п дства го орячих асфальто обетон нных см месей. После П уп плотнени ия в асф фальтобеетоне осстается небольш шое колличествоо воды (максиму ( ум 0,001 12%), ко оторое не н сказывается на н качесттве поккрытия. Основн ным оборрудовани ием в даанной теехнологи ии высту упает вспениввающий й коллекктор (ри исунки 3,4), 3 котторый устанавл у ливается непосредстввенно наа смеситееле или встраивается в подводящ п щий биттумопроввод. Учиты ывая ни изкое каачество битума, поставл ляемого для производсттва гии про асф фальтобеетонных х смесей й, примеенение техноло т оизводсттва ТАС С, с исп пользоваанием то олько механичееского всспениван ния биту ума, не даст пол ложи ительногго резулььтата. Нееобходи имо объеединить две техн нологии – технол логию ю подач чи жидкких химических х добаво ок с посследующ щим всп пенивани ием модифициррованно ого битум ма. В насстоящее время д данная теехнологи ия достааточно не н изучен на и требуных иссл ледовани ий. етсся провеедение угглубленн

Рисунок 3 – Типы ы вспени ивающих х коллеккторов (ф фирма ASTEC, A США) С дл ля цикличееского и непрерывного заводов з соответственно 10

«Технологические машины и оборудование»

Рисунок 4 – Оборудование для изготовления ТАС (фирма АMMANN, Германия) Выводы 1. Современные технологии производства ТАС требуют изучения и развития с учетом существующих особенностей поставки исходных материалов. 2. Необходимо проводить исследования комбинированных технологий производства ТАС с использованием доступных жидких добавок, модифицирующих битум. 3. На основе проведенных исследований дать рекомендации для разработки нормативной базы, необходимой для производства ТАС и асфальтобетона на их основе Список источников 1. Радовский Б.С. Технология нового теплого асфальтобетона в США. / Радовский Б.С. // Журнал «Дорожная техника». 2008. – С. 24-28.

2. Калашникова Т.Н. Производство асфальтобетонных смесей: Учебное пособие. / Калашникова Т.Н., Сокальская М.Б. // М.: ЭКОН, 2001. – 192 с. 3. Баринов Е.Н. Основы теории и технологии применения асфальтобетонов на вспененных битумах / Е.Н. Баринов. - М.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1990, – 180 с. 4. Антипенко Г.Л. Новые технологии и машины при строительстве, содержании и ремонте автомобильных дорог / Антипенко Г.Л., Кашевская Е.В. и др. // Мн.: ДизайнПРО, 2002. – 224 с.: ил. 5. Немчинов М.В. Охрана окружающей природной среды при проектировании и строительстве автомобильных дорог: Учебное пособие. / Немчинов М.В., Систер В.Г., Силкин В.В. // М.: Изд-во Ассоциации строительных вузов, 2004. – 240 с. 6. Официальный сайт компании Ammann Group. Режим доступа: info.aag@am-mann-group.com 7. Официальный сайт компании Astec Industries, Ins. USA: Режим доступа: http://www.astecmobilescreens.com. 8. Официальный сайт компании ООО «Давиал Механик». Режим доступа: http://www.davial.ru/.

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции УДК 621.355:004.896

Д.Д. Буйчик, студент, Е.С. Квас, аспирант, В.П. Кузьменко, аспирант, С.В. Соленый, канд. техн. наук, доцент, Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения ПРОБЛЕМЫ ВЫБОРА ВТОРИЧНОГО ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ ДЛЯ МОБИЛЬНОГО РОБОТА Источники питания являются одним из ключевых факторов при проектировании роботизированных систем. Следовательно, выбор источников энергии должен быть основным направлением из-за его влияния на механизм, вес и размер системы. Данная работа посвящена анализу актуальных типов вторичных источников питания, пригодных для использования в схемах мобильных робототехнических систем. Выполняется сравнительное исследование источников с учетом области применения энергетически автономных роботов

В данной статье рассматривается проблема выбора вторичного источника питания (ВИП) мобильных роботов. Ключевой функцией ВИП является обеспечение стабильности выходного напряжения системы при различных режимах эксплуатации. Функционирования автономных систем малой мощности (менее 100 Вт) можно достичь с помощью непосредственного подключения к фотоэлектрическим, термоэлектрическим преобразователям, ветроэлектрической установке и т.д.; аппаратуру большей мощности можно обеспечить питанием (более 500 Вт) подключением к топливному генератору. Недостатком такого способа электропитания является несбалансированность величины и продолжительности потока электроэнергии от источника к потребителю. Так, например, при скорости ветра ниже 4 м/с ветрогенератор перестает работать, то же самое происходит с термоэлектрическим генератором, если источник тепла перестает поддерживать необходимый перепад температур. Способом компенсировать этот недостаток является ввод вторичного источника питания. Наиболее распространенными и универсальными считаются аккумуляторные батареи (АКБ). При выборе АКБ в качестве ВИП мобильного робота следует учитывать следующие параметры: − соответствие предъявляемым техническим требованием (подача и стабильное поддержание тока в заданных пределах); 12

«Технологические машины и оборудование»

− быстрая зарядка; − продолжительная автономная работа; − большое число циклов перезарядки; − длительное сохранение заряда; − минимально возможные вес и габариты. Основные характеристики рассматриваемых ВИП отображены в таблице 1. Таблица 1 – Особенности АКБ используемых в качестве ВИП Аккумуляторы Свойства NiLead-Acid Li-ion Ni-Cd MH Номинальное напряжение эле2 3,6 1,2 1,2 мента, В –20C до 0C до Допустимая температура за0C до 45C рядки 50C 45C –20C до –20C до Допустимая температура раз–20C до 65C рядки 50C 60C Массовая удельная энергия, Вт 25-50 100-180 30-60 40-80 ч/кг Объемная удельная энергия, 10015055-100 250-400 3 Вт ч/дм 170 240 500Количество жизненных циклов 200 500-1000 500 1000 Саморазрядка (месяц), % 5 менее 10 15 20 Коэффициент отдачи по емко80-85 90-100 60-90 сти, % Свинцово-кислотные аккумуляторы Свинцово-кислотные (Lead-Acid) батареи (рис. 1) являются развитой технологией, потому что они существуют с конца 19-го века. Первый свинцовый аккумулятор, с возможностью перезарядки путем преобразования химических процессов в электрическую энергию и обратно, был изобретен в 1859 году французским физиком Гастоном Планте. Это распространенный и доступный вид аккумуляторов. Они имеют низкую стоимость при их высокой производительности, они легко перерабатываются и их просто заряжать. Аккумуляторы имеют относительно высокую эффективность, примерно 80–90% . Однако их полезная емкость уменьшается при разряде высокой мощности. По этой причине свинцово-кислотные батареи имеют ограниченную глубину разряда. 13

Матери иалы XVIIІ Республикканской нау учно-техни ической сту уденческой й конференции

Сущеествуют нескольько осно овных ти ипов сви инцово-к кислотны ых аккум мулятторов, используемых в н наши дн ни. По сп пособу обслужи о ивания они о подр разделляются н на: − веентилиру уемы акккумулятторы с жидким ж электро олитом VLA V – 6,12 6 В В; − акккумуляяторы с гелеобр разным электрол э литом, герметиз г зированн ные G GEL VRL LA – 2,4,,6,12 В; − акккумуляяторы с аабсорбир рованны ым электтролитом м, герметизированны ые AGM M VRLA – 4,6, 12 2 В. При условии и полной й автоно омности и роботаа предпо очтителььней выб биратть аккум муляторы ы типа V VRLA(SL LA) в сввязи с оттсутстви ием необ бходимоссти кон нтроля ууровня воды и минимаальным уровнем м выдел ления гаазов всл ледстввие электтролиза.

Рисунок 1 – Коонструкц ция свинцово-кислотных х аккумууляторн ных батар рей Преимуществва свинц цово-кисслотных аккумул ляторов: − баатарея с самым длительным врееменем промыш п шленного о производсттва, имееет стаби ильную,, надежн ную раб боту и хорошую х ю примен ним мость; − рааствор серной с ккислоты использзуемый в качесттве электтролита не вооспламеняем, прри усло овии что о аккуму улятор рассчита р ан на норм мальное и низкоее давлени ие; − вы ысокое рабочее р напряжеение; − ш широкий диапазоон рабочих температур; − ни изкая сттоимостьь. Недостатки: − тяяжелые и громозздкие баатареи; − ни изкая уд дельная ээнергоем мкость; 14

«Технологические машины и оборудование»

− ограниченный срок службы. Литий-ионные аккумуляторы Литий-ионные (Li-ion) батареи (рис. 2) - это аккумуляторные батареи, которые впервые приобрели популярность благодаря их внедрению в начале 1990-х годов крупными компаниями-производителями электроники. По сути, они представляют собой группу очень жестких электрогенерирующих отсеков, состоящих из трех частей: положительного электрода, отрицательного электрода и электролита или жидкого химического соединителя между ними.

Рисунок 2 – Конструкция литий-ионных аккумуляторных батарей 1 – положительный полюс (крышка), 2 – предохранительный клапан, 3 – уплотняющая прокладка, 4 – разделитель, 5 – положительный электрод, 6 – отрицательный электрод, 7 – корпус, 8 – отрицательный полюс Большинство литий-ионных аккумуляторов также имеют электронный контроллер, который регулирует мощность и величину разряда, чтобы батарея не перегревалась и не взрывалась. Преимущества литий-ионных батарей: − низкая скорость саморазряда: они могут держать заряд в течение более длительных периодов времени по сравнению с другими батареями; − большое количество циклов зарядки и разрядки. Недостатки:

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

− более чувствительны к высокой температуре по сравнению с другими аккумуляторными батареями, что приводит к уменьшению срока жизни, в особенности при хранении или эксплуатации при высоких температурах; − вероятность серьезных повреждений в результате глубоких разрядов, в связи с этим для управления батареей во время разряда требуется дополнительная печатная плата. Никель-кадмиевые аккумуляторы Активные компоненты перезаряжаемой никель-кадмиевой (Ni-Cd) батареи (рис. 3) в заряженном состоянии состоят из гидроксида никеля (NiOOH) в положительном электроде и кадмия (Cd) в отрицательном электроде. Для электролита обычно используется едкий раствор калия (гидроксид калия). Благодаря низкому внутреннему сопротивлению и очень хорошим токопроводящим свойствам, Ni-Cd элементы могут вырабатывать токи большого номинала и быстро перезаряжаться. Аккумуляторы работают в широком диапазоне температур, от + 65 ° C до -20 ° C. Большое значение имеет выбор сепаратора (нейлон или полипропилен) и электролита (КОН, LiOH, NaOH). Эти составляющие влияют на характер напряжения в случае глубокого разряда, срок службы и возможность перезарядки элемента. Никель-кадмиевые элементы обеспечивают длительный срок службы (до 2000 циклов, в зависимости от типа применения и зарядного устройства), обеспечивая тем самым высокую степень экономии.

«Технологические машины и оборудование»

Рисунок 3 – Конструкция никель-кадмиевых аккумуляторных батарей Преимущества никель-кадмиевых аккумуляторов: − широкий диапазон рабочих температур; − простое обслуживание; − не чувствительны к ориентации в пространстве; − большое число циклов перезарядки; − простота хранения (может храниться в разряженном состоянии); − при заряде элементы батареи не выделяют водород и кислород вследствие электролиза; − металлы содержащиеся в электролите инертны (аккумулятор не требует отслеживания процессов глубокого разряда); − высокая скорость заряда и разряда; − могут легко противостоять внутреннему давлению и инертны к внешним повреждениям. Недостатки: − «эффект памяти»; − токсичность используемых материалов; − низкое напряжение отдельного элемента требует образования группы их для достижения необходимых параметров. Никель-металлгидридные аккумуляторы Активные компоненты перезаряжаемой NiMH-батареи в заряженном состоянии состоят из гидроксида никеля (NiOOH) в положительном электроде и металлического сплава, хранящего водород (MH) в отрицательном электроде, а также щелочного электролита. 17

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

Рисунок 4 – Конструкция никель-металлгидридных аккумуляторных батарей Преимущества никель-металлгидридных аккумуляторов: − не токсичны, поэтому более экологичны; − большая емкость батареи (от 30 до 40%) по сравнению с NiCd аккумулятором; − менее подвержены «эффекту памяти». Недостатки: − имеет более высокий уровень саморазряда, около 20% в первые 24 часа после заряда и 10% в месяц; − сложная система зарядки; − уменьшенный срок службы из-за глубокого разряда; − нагрев элементов при высокой нагрузке и быстрой зарядке. Заключение Все из рассмотренных ВИП обладают определенными преимуществами и недостатками, отличающими их друг от друга. На сегодняшний день наиболее передовыми и привлекательными аккумуляторами считаются Li-ion батареи. Но, как уже было сказано, выбор определенного источника питания для использования его в составе мобильных робототехнических систем необходимо осуществлять исходя из области их применения в каждом конкретном случае. 18

«Технологические машины и оборудование»

Так, для продления времени полета квадрокоптера применяют Li-ion батареи за их малые весогабаритные параметры и большие значения емкости по сравнению с другими аккумуляторами. Для питания роботов-вездеходов могут использоваться свинцовокислотные герметизированные аккумуляторы VRLA. Их громоздкость перевешивают низкая себестоимость батарей, высокие рабочие напряжения и свобода в размещении аккумуляторов (герметичность). Роботы-пылесосы на данный момент оснащаются двумя типами батарей: никель-металлгидридные и литий-ионные. Первые привлекают разработчиков меньшей стоимостью, вторые – отсутствием «эффекта памяти» и большей емкостью при тех же габаритах. Однако при соблюдении всех правил эксплуатации NiMH батареи обладают большим сроком службы по сравнению с Li-ion аккумуляторами. Список источников 1. 2. 3.

А.П. Кашкаров Аккумуляторы. Справочник / А.П. Кашкаров. - М.: РадиоСофт, 2014. - 192 c. Багоцкий В.С., Скундин А.М. Химические источники тока. М.: Энергоиздат, 1981. 360 с. How To Choose the Batteries for an All-Terrain Robot // URL: https://www.intorobotics.com/how-tochoose-the-batteries-for-an-all-terrain-robot-when-the-dc-motors-require-24v-to-run/ Comparison Table of Secondary Batteries // URL: https://batteryuniversity.com/learn/article/secondary_batteries Д.Д. Буйчик, Е.С. Квас, В.П. Кузьменко, С.В. Соленый, 2019

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

УДК 621.865:004.896

А.В. Выграновская, студент, Е.С. Квас, ассистент, В.П. Кузьменко, ассистент, С.В. Солёный, канд. техн. наук, доцент Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения АНАЛИЗ ДВИЖЕНИЯ РОБОТА НА ЛИНИИ В ОКРЕСТНОСТИ ОПОР ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ЛЭП В данной статье проанализировано движение робота на линии электропередач на примере робота, состоящего из корпуса и двух манипуляторов, предназначенных для преодоления препятствий, таких как соединительные провода, демпферы, арматура и т.д. Представлено полное движение робота во время прохождения через соединительный провод, а также приведены кинематический и статический структурный анализы манипулятора на петле (соединительном проводе) в момент перемещения

Применение роботизированных систем в энергетике становится все более востребованным. Это обусловлено тем, что такие технологии служат для экономии затрат на обслуживание промышленных объектов. Робототехника используется на предприятиях, где жизнь человека может быть под угрозой или где выполнение задач для людей затруднено. К примеру, роботы позволяют проводить профилактику высоковольтных ЛЭП, которые располагаются в десятках метров над землей. Диагностика и обслуживание линий электропередач – процесс для человека довольно затруднительный, поэтому такую работу лучше поручить роботам. В состав роботизированных систем входят различные датчики для выявления мест коррозии на проводах и видеокамеры с широким разрешением для фиксации механических повреждений в виде оплавленных проводов или трещин на них. Роботы подвешиваются к проводам линии и движутся вдоль ЛЭП. После осуществления роботами диагностики становится известно, какие неисправности на ЛЭП есть и как их отремонтировать. Такие системы экономят время и затраты на обследование людьми. Проверка линии электропередачи роботами позволяет избежать аварий и временного прерывания электропитания, которые влияют на конечного потребителя и сеть передачи. Канатные или воздушные роботы используются в Японии, Канаде, США и России для проверки и контроля неисправностей в линиях электропередач. Тем не менее, большинство этих роботов требуют много человеческих усилий для установки из-за своего веса и сложной конструкции. Стоимость этих роботов также очень высока. 20

«Технологические машины и оборудование»

Существует множество компонентов, которые устанавливаются на линии электропередачи для различных целей, а именно: натяжная гирлянда изоляторов, натяжные зажимы, демпфер, натяжная арматура, соединительный провод, соединительная муфта и другие, в зависимости от типа линии электропередачи, как показано на рис. 1. Необходимо, чтобы робот обходил эти препятствия, чтобы процесс проверки мог быть выполнен эффективно. Роботы, предназначенные для обследования высоковольтных линий

Рисунок 1 – Участки линии электропередачи

электропередач, имеют в своей верхней части колёсные шасси, перемещающиеся по проводам. Такие препятствия, как зажимы и прокладки робот преодолевает самостоятельно, обходя их, маневрируя, благодаря подвижному центру тяжести. Робот просто переносит колеса через препятствие и движется дальше. Большинство существующих роботов не могут пересекать опоры из-за отсутствия соответствующих механизмов для пересечения соединительных проводов. Также многие роботы не являются автономными и нуждаются в ручном операторе для контроля над инспекционной операцией. В данной статье рассмотрена модель робота, способного перемещаться не только по натянутым проводам, но и по соединительным, при этом огибая препятствия с помощью двух манипуляторов. Математическим моделированием установлено, что даже при медленном равномерном движении робота могут возникнуть интенсивные колебания проводов, из-за чего может появиться опасность для обслуживающего персонала, а инерционные нагрузки могут привести к отказам или даже разрушению. Моделирование движения робота по проводам позволяет выбрать безопасные варианты конструкции и законы движения. Перемещение по натянутому проводу и пересечение соединительного провода являются основными проблемами при разработке механизма проверки высоковольтной линии. Кинематический анализ может быть выполнен с учетом следующих допущений: а) Подсистемы мобильных роботов являются жесткими 21

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

б) Проскальзывание между колесом и проволокой игнорируется. в) Между колесами и проводом существует достаточное трение, поэтому колеса должны быть в состоянии удерживаться и двигаться без помех. В качестве примера рассмотрим робота, состоящего из основного корпуса и двух манипуляторов для пересечения препятствий или соединительных проводов. Робот состоит из 3-х подсистем (рис. 2), а именно корпуса, шасси и двух манипуляторов.

Рисунок 2 – Модель робота с двумя манипуляторами 1 – Манипулятор 1, 2 – Манипулятор 2, 3 – Система шкивов, 4 – Ведущие колёса, 5 – Холостые колёса, 6 – Опорные колёса, 7 – Подвижный корпус, 8 – Ведущий двигатель, 9 – Подвижная платформа, 10 – Крепление двигателя А, 11 – Крепление двигателя Б, 12 – Нейлоновый стержень и крюк

Подвижная часть корпуса помогает роботу перемещаться по линии электропередачи, шасси и два манипулятора – это подсистемы, которые помогают преодолевать препятствия и опоры. Корпус имеет следующие подсистемы: (1) два ведущих колеса (4) и два холостых колеса (5), механизм скольжения с поворотным устройством и блоком зацеплениярасцепления и механизм блокировки с фиксатором и опорным колесом (6). Корпус робота оснащен двойным манипулятором для прохождения через натянутый и соединительный провод с препятствием или без него во время проверки линии электропередачи. Рассматриваемый робот движется в квазистатическом движении, и, следовательно, статический крутящий момент определяется по формуле (3). Механизм шасси предназначен, чтобы преодолевать препятствия, такие как изоляторы, зажимы, сигнальные лампы-маркеры, демпферы, рас22

«Технологические машины и оборудование»

порки, защиту от птиц и опоры. Модель шасси показана на рис. 3. Механизм шасси состоит из четырех слоев. Весь механизм поддерживается зажимом, который прикреплен к корпусу. Робот приводится в движение с помощью механизма шасси, а затем с помощью манипулятора перемещается через перемычку. Механизм шасси облегчает вертикальное движение робота. Это означает, что шасси должно выдерживать полную нагрузку робота. Четырехслойный механизм шасси используется для подъема и подвешивания робота во время обхода препятствий, и каждый слой состоит из колеса, зубчатого колеса и двигателей.

Рисунок 3 – Механизм шасси

Полное движение робота на линии состоит из двух режимов: первый – движение по натянутому проводу, второй – движение по соединительному проводу. Полное передвижение робота представлено на рис. 4 (а – е). Позиции робота П1, П2 и П6 представляют собой прямолинейную конфигурацию движения. Во время этого движения робот выравнивается в вертикальном положении, и все колеса лежат в одной плоскости, обеспечивая плавное движение вперед или назад. Движение робота по изогнутой траектории П3 относится к движению по соединительному проводу, позиции робота от П2 до П3 представляют собой движение через пересечение проводов, а позиции от П4 до П5 – движение через соединительный провод (петлю). Передвижение с натянутого провода на петлю осуществляется с помощью двойного роботизированного манипулятора и колесных шасси. Во время перехода робота через пересечения проводов один манипулятор удерживается на натянутом проводе, а другой – на соединительном. Четыре нейлоновых провода прикреплены к каждому из двух манипуляторов. Четыре нейлоновых провода симметрично прикреплены к 23

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

системе механизма шасси, чтобы уравновесить робота при переходе от натянутого на соединительный провод или наоборот.

Рисунок 4 – Движение робота в окрестности опоры

Рисунок 5 – Принципиальная схема для одного слоя шасси; Ti – окружные силы, W – масса колеса

После того, как робот достигает места соединения проводов, опорное колесо блокируется, затем ведущие и холостые колеса втягиваются и переносятся к соединительному тросу, чтобы продвигаться вперед в направлении соединительного провода. Та же самая операция имеет место, когда робот находится на соединительном проводе, перемещаясь к натянутому. Статический структурный анализ манипулятора проводится в мгновенном положении на провисающей линии, когда робот пересекает линию с соединительным проводом. Данный анализ проводится для определения 24

«Технологические машины и оборудование»

статического крутящего момента, необходимого для подъема всего робота с помощью механизма шасси. Механизм шасси рассчитывается на определённую нагрузку, а двигатели выбираются таким образом, чтобы робот мог двигаться. Принципиальная схема слоя шасси показана на рис. 5. Понятно, что поперечная нагрузка действует на вал механизма шасси. Затем рассчитывается крутящий момент двигателя, а исходя из доступных вариантов на рынке, выбирается двигатель. Захват колесами провода при движении робота на линии достигается за счет силы захвата, возникающей при зацеплении колес, а движение робота вперед или назад достигается за счет крутящего момента двигателя ведущего колеса. Предполагается, что робот движется медленно. Статический крутящий момент рабочего колеса определяется для выбора исполнительных механизмов. Упрощённая схема колесных шасси показана на видах сверху и сбоку соответственно на рис. 6.

Рисунок 6 – Вид сверху колес робота и сил, действующих на колеса

Из рис. 6 (робот в состоянии динамического равновесия): kN z  mg , где k, m, g и Nz – число колёс, масса робота, ускорение свободного падения и вертикальная составляющая силы соответственно. N  mg k sin  2, (1) N x  n cos  2, где N и Nx – нормальная и удерживающая силы соответственно. Статический крутящий момент двигателя: M  RFf   N x R , где Ff – сила трения, µ – коэффициент трения, R – радиус колеса.

(2)

(3)

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

Расчет крутящего момента выполняется для двух противоположных наборов ведущих колес по диагонали. N конеч.  nN , N x конеч.  nN x , N z конеч.  nN z , где n – колеса в одном наборе. Двигатель постоянного тока выбирается на основе номинального крутящего момента, напряжения, тока и скорости вращения. При выборе двигателей учитывается только статический крутящий момент, поскольку робот движется с очень низкой скоростью. Статический структурный анализ манипулятора выполняется в мгновенном положении на провисающей линии, когда робот пересекает линию передачи с соединительным проводом. Динамический анализ проводится для расчета крутящих моментов различных соединений для двух манипуляторов. Моделирование, анализ и планирование траектории манипуляторов с 5 степенями свободы для робота, пересекающего линию электропередачи. Двигатели выбираются на основе крутящих моментов шарнира, двигатель несет нагрузку на манипуляторе, когда он находится в движении. Четыре серводвигателя и один двигатель с энкодером выбираются на основе крутящего момента, рассчитанного посредством динамического анализа. Приведенные анализы помогают выбрать оптимальные материалы для конструкции робота, рассчитать нагрузку, крутящий момент и подобрать двигатель, эти параметры, в свою очередь, дают возможность понять, каким образом робот будет двигаться через препятствия. Заключение. Таким образом, из изложенного выше следует: а) Существуют конфигурации роботов, способных самостоятельно преодолевать такое сложное препятствие, как соединительный провод. В приведённом примере данный процесс выполняется при помощи двух манипуляторов, а вертикальное движение реализовано с применением механизма шасси. Такой робот во многом может упростить задачу проверки линий электропередач на предмет поломок, механических повреждений и оплавлений проводов. Два манипулятора значительно упрощают задачу перемещения с натянутого провода на соединительный, при этом помогая роботу удерживать равновесие. б) Конструкция робота, состоящего из корпуса и пары манипуляторов для обхождения препятствий, при точном изготовлении позволяет довольно быстро перемещаться по натянутому и соединительному проводам. в) Кинематический и структурный анализ дают возможность найти все необходимые параметры, чтобы выбрать подходящий двигатель на основе рассчитанного статического крутящего момента и нагрузки, действующей на механизм шасси. 26

«Технологические машины и оборудование» Список источников 1. Dunlap JH, Van Name JM, Henkener JA. (Eds.) Robotic maintenance of overhead transmission lines. IEEE Trans Power Delivery. 1986; 1(3). P. 280–284 doi: 10.1109/TPWRD.1986.4308004. 2. Sawada J, Kusumoto K, Maikawa Y, et al. (Eds.) A mobile robot for inspection of power transmission lines. IEEE Trans Power Delivery. 1991; 6(1). P. 309–315. doi: 10.1109/61.103753. 3. Dual arm electrical transmission line robot: motion through straight and jumper cable (Eds.): [сайт]. URL: https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/00051144.2019.1609256. 4. Роботы в энергетике: точки соприкосновения: [сайт]. URL: https://triolcorp.ru/news/post/roboty-venergetike-tochki-soprikosnoveniya. А.В. Выграновская, Е.С. Квас, В.П. Кузьменко, С.В. Соленый, 2019

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

УДК 693.52

Е.В. Глушко, магистрант, Р.И. Рыбалко, канд. тех. наук, доцент ГОУ ВПО «Донбасская национальная академия строительства и архитектуры» ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ КЛАССИФИКАЦИИ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ Предложен новый подход к оценке взаимодействия частиц материала с турбулентным потоком воздуха и созданию детерминированных моделей их движения. Намечены пути создания новых конструкций сепараторов и даны рекомендации для совершенствования конструкций существующих. Ключевые слова: пневмоклассификация, сепаратор, двухфазный поток, турбулентность, детерминированные модели Материалы, поступающие на измельчение, характеризуются неоднородностью фракционного состава и прочностных свойств. Кроме того, они анизотропны (т.е. имеют разные свойства среды в разных направлениях внутри нее) по распределению неоднородностей. Их сортировка осуществляется в сепараторах различной конструкции, которые применяются для обеспечения помольных машин при производстве множества строительных материалов. Основным недостатком данных машин является низкая эффективность сортировки и высокая степень засоренности фракций. Это объясняется тем, что при их создании не учитывается структура и масштаб турбулентного потока аэросмеси несомой и несущей компонент, а также специфика движения частиц разной гранулометрии. В связи с этим теоретические и экспериментальные исследования рабочих процессов машин воздушной сортировки и создания на базе полученных данных нового оборудования являются актуальными. Целью данной работы является обоснование и разработка сепаратора повышенной эффективности регулированием однородности фракционного состава материала и размеров турбулентных вихрей в зоне разделения Конечной целью моделирования процесса классификации полидисперсной смеси является получение расчетных зависимостей, связывающих кривую разделения с конструктивными и режимными параметрами сепаратора. В практике построения математических моделей процессов аэродинамической классификации наиболее широкое распространение получили детерминированные модели, построенные на дифференциальных уравнениях движения частицы в стационарном потоке газа. Использование приведенной ниже зависимости (1), которая дает описание среднего квадрата по28

«Технологические машины и оборудование»

перечной составляющей скорости движения частицы в потоке, позволяет адекватно описать процесс взаимодействия частиц с воздухом в сепараторе.       E v ( ) d v 2Tv 2 2  2  exp   d  w  v (1) 2 2   2   Tv    1   Tv   0 0 где E() – энергетический спектр, величина которого определяет пульсационные составляющие с частотами в интервале d около частоты ; Тv – пульсационная составляющая скорости по оси у; Λ – постоянная времени, характеризующую инерцию частицы; v – скорость элементарного объема воздуха на траектории частицы; w – скорость частицы. Данное уравнение позволяет оценить средний квадрат поперечной составляющей скорости частицы в потоке через характеристики потока воздуха и величину , которая зависит от скорости витания частицы. Зная степень влияния характеристик турбулентности воздушного потока на движение частиц твердой фазы, можно управлять процессом разделения полидисперсной смеси. Создание сепаратора новой конструкции осуществлено на основе использования двух новых технических решений применительно к агрегатам данного класса: разрушение конгломератов мелких частиц и их отделения от общего потока; повышение турбулентности во второй ступени точного разделения. Для этого предложено осуществлять управление размерами турбулентных структур установкой решеток (рисунок 1) на пути их следования с использованием основных параметров, характеризующих турбулентное течение: числа Рейнольдса, динамической скорости, интенсивности и степени турбулентности, масштаба турбулентности, частоты турбулентных пульсаций и их распределения. Поперечный срез смешивания (c) состоит из трех частей: c = 2r0 + 2LV0 + у,

(2)

где 2r0 – размер вихря, 2LV0 – двукратный путь перемещения вихря, у – толщина потока.

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

Рисунок 1 – Схематическое изображение решетки разделения для управления размерами турбулентных структур Уравнение энергетического спектра в спектральной форме E  W  2k 2 E , t

 ( Edk )  Wdk  2k 2 Edk , t



1 2 Ed   (u1  u 22  u 32 ) , (3) 0 2

где ν – кинематический коэффициент вязкости; k – волновое число; W – член, характеризующий перенос энергии. Детерминированная модель при описании процесса разделения в однородном восходящем потоке имеет вид (ось х направлена вверх):    ч2  г v ( x )  w   w   g    ( w  v ( x )) ;  4m 2

(4)

 w  v( x)   г  Q x  w; v ( x )  ; Re   ; F ( x) 

(5)

где v – скорость несущего газа;  w – скорость частицы; δч – диаметр частицы; ρг – плотность газа; ξ – коэффициент аэродинамического сопротивления частицы; Q – расход газа сквозь вертикальный газоход; g – ускорение силы тяжести; F(x) – закон изменения площади сечения газохода. Размер равновесной частицы:  3  n 1 n г 2n  р   а v( x)  g ч 4 

1 /(1  n )

(6)

Выводы. В ходе проведения исследований процесса воздушной сортировки на лабораторной модели новой конструкции сепаратора исследовано влияние скорости двухфазного потока, конструктивных размеров решетки гашения крупномасштабных вихревых структур и границы 30

«Технологические машины и оборудование»

разделения на эффективность сепарации. Определены основные аэродинамические параметры рассмотренной конструкции сепаратора, сделан вывод о его работоспособности. Список источников 1. Баранов А.Н. Определение параметров нового двухстадийного воздушного сепаратора для сухого измельчения в замкнутом цикле/ А.Н. Баранов, Р.И. Рыбалко // «Техніка будівництва», № 23. МП «Леся». Київ, 2009. - С. 57-63.. 2. Рыбалко Р.И. / Теоретические исследования рабочих процессов аэродинамической классификации в помольных агрегатах сухого измельчения / Рыбалко Р.И., Гущин О.В., Кралин А.К. // Збірник наукових праць ДонІЗТ. № 39. – Донецьк, 2014. – С. 17-25.

3. Рыбалко Р.И. Исследования процессов аэродинамической классификации сыпучих материалов в двухстадийном сепараторе / Рыбалко Р.И., Гущин О.В. // Всероссийский ежемесячный научнотехнический и производственный журнал «Механизация строительства». – 2016. – № 10. – С. 22-26. 4. Гиневский А.С. Методы расчета турбулентного пограничного слоя / Гиневский А.С., Иоселевич В.А., Колесников А.В., Лапин Ю.В., Пилипенко В.Н., Секундов А.Н. // Итоги науки и техники / ВИНИТИ. Сер. Механика жидкости и газа. 1978, 11, с. 155-304. 5. Механическое оборудование и технологические комплексы: учебное пособие / С.М. Пуляев, М.А. Степанов, Б.А. Кайтуков [и др.]. – 3-е изд. – М.: МИСИ-МГСУ, ЭБС АСВ, 2018. – 480 c. – ISBN 978-5-7264-1811-7. – Текст: электронный // Электронно-библиотечная система IPR BOOKS: [сайт]. – URL: http://www.iprbookshop.ru/75302.html. – ЭБС «IPRbooks». 6. Румянцев Б.М. Процессы и аппараты в технологии строительных материалов: учебное пособие / Б.М. Румянцев, Г.И. Горбунов, А.Д. Жуков. – М.: Московский государственный строительный университет, Ай Пи Эр Медиа, ЭБС АСВ, 2015. – 396 c. – ISBN 978-5-7264-1167-5. – Текст: электронный // Электронно-библиотечная система IPR BOOKS: [сайт]. – URL: http://www.iprbookshop.ru/39666.html. – ЭБС «IPRbooks». 7. Луценко О.В. Технологические процессы, производства и оборудование: учебное пособие / О.В. Луценко. – Белгород: Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, ЭБС АСВ, 2012. – 90 c. – ISBN 2227-8397. – Текст: электронный // Электронно-библиотечная система IPR BOOKS: [сайт]. – URL: http://www.iprbookshop.ru/ 28408.html. – ЭБС «IPRbooks». .

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

УДК 621.355:004.896 А.А. Михалев, студент, Е.С. Квас, ассистент, В.П. Кузьменко, ассистент, С.В. Соленый канд. техн. наук, доцент, Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения ВОЗМОЖНОСТИ УЛУЧШЕНИЯ СИСТЕМЫ РАСПОЗНАВАНИЯ ДОРОЖНЫХ ЗНАКОВ В УСЛОВИЯХ НЕДОСТАТОЧНОЙ ВИДИМОСТИ В данной работе приведен один из способов по улучшению распознавания дорожных знаков. Обозначено предположение и возможность его достижения на теоретическом уровне.

Одной из основных причин дорожно-транспортных происшествий является несоблюдение правил дорожного движения, а именно дорожных знаков. Одна из причин – недостаточная видимость. Погодные условия, форма рельефа не всегда позволяют точно и быстро определить какой знак находится впереди дороги. Об решении данной проблемы и пойдет речь в статье. Системы распознавания дорожных знаков, а также других объектов, имеют большинство известных автопроизводителей – BMW, MercedesBenz, Ford, Skoda, Opel. В основном, системы распознавания дорожных знаков имеют типовую конструкцию: − Видеокамера; − Блок управления; − Средство вывода информации для водителя. Видеокамеры могут обеспечивать визуальный обзор слепых зон автомобиля (зоны, которые водитель не способен увидеть в боковые зеркала и зеркало заднего вида). Камеры, отвечающие за распознавание дорожных знаков, располагаются в лобовом стекле, за зеркалом заднего вида, либо справа сверху, либо слева сверху, в зависимости от хода движения.

«Технологические машины и оборудование»

Рисунок – 1 Расположение камеры распознавания дорожных знаков в транспортных средствах

Рисунок 2 – Схема расположения камер слепых зон в автомобилях

Блок управления в общем виде будет выполнять следующий алгоритм работы:

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции Распознавание формы дорожного знака

Распознавание цвета знака

Распознавание надписи на знаке

Распознавание информационной таблички

Получение данных о фактической скорости автомобиля

Сравнение фактической и максимально допустимой скорстей

Звуковое либо звуковое и визуальное предпреждение водителя

2. 3. 4. 5. 6. 7.

Теперь раскроем, какая информация получается на каждом этапе: Распознавание формы дорожного знака. Существует три формы: − Круглая; − Квадратная; − Треугольная; Распознавание цвета знака. Как правило, это сочетание двух или трех цветов, белый и черный, синий, белый и черный, белый и красный, и так далее; Распознавание надписи на знаке. Например, максимальная допустимая скорость на конкретном участке дороге; Распознавание информационный таблички. На какой вид транспорта распространяется данный знак, время его действия; Получение данных о фактической скорости водителя. Тут все понятно, блок управления считывает показания приборов на приборной панели автомобиля; Сравнений фактической и максимально допустимой скоростей. Происходит сравнение скорости автомобиля и допустимой, которая считывается со знака; Если водитель нарушает правило знака, срабатывает звуковой сигнал, который может сопровождаться визуальным предупреждением на приборной панели.

«Технологические машины и оборудование»

Также системы распознавания могут использоваться совместно с навигационной системой, что не всегда работает исправно. В статье предлагаю рассмотреть возможность улучшение электронного блока управления, а конкретно первые два этапа. Для начала выберем цветовое пространство. Различают несколько цветовых пространств, вот несколько из них [1–3]:  HSI – используется для получения информации с кадра, с меньшим воздействием погодных условий и изменением освещенности;  RGB – используется нормализованный фиксированный диапазон красного цвета;  CIELAB – используется с применением фильтра Габора, что позволяет получить инвариантные результаты относительно интенсивности цвета. Следующим шагом нужно выбрать локализатор. Для решения задачи локализации знаков дорожного движения используют детектор геометрических признаков на входном кадре. Это могут реализовать такие методы как, например:  Преобразование Хафа [4];  Построение карты расстояний [5];  Построение гистограммы направленных градиентов [6]. Как уже было сказано, данные методы основаны на геометрических признаках, что подразумевает высокую сложность вычислительных алгоритмов, по сравнению с локализаторами, основанными на поиске цветов. По получения локализованного знака дорожного движения, следует его классифицировать. Существует два типа классификаторов:  Шаблонные методы;  Классификаторы на основе нейронных сетей. Приемлемо будет использовать классификатор на основе нейронных сетей, так вычислительные мощности на распознавание малы, что приемлемо для устройств, не обладающие высокими технологическими характеристиками.

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

Рисунок – 3 Пример двумерного фильтра Габора

Большинство классификаторов основываются на возможностях машинного обучения. Основными алгоритмами являются: − Нейронные сети; − Регрессионные деревья решений. Основной недостаток таких алгоритмов – правильный выбор модели обучения, после чего только начинается длительное обучение классификатора. Заключение В заключение можно предположить, что, одна из возможностей улучшения распознавания дорожных знаков в условиях плохой видимости – это правильный подбор методов обработки получаемых кадров. И проанализировав некоторые комбинации пришел к выводу, что одной из наиболее эффективных обработок изображения, является сочетания двух классификаторов, цветового и геометрического, алгоритмы которых основаны на нейронных сетях, в сочетании в HSI – цветовым пространством. Список источников 1. Road-sign detection and recognition based on support vector machines / S. Maldonado-Bascon [et al.] // IEEE Transaction on Intelligent Transportation Systems, 2007. Vol. 8. P. 264-278. 2. Khan J. F., Bhuiyan S. M. A., Adhami R.R. Image segmentation and shape analysis for road-sign detection. IEEE Transaction and Intelligent Transportation Systems, 2011, Vol. 12. P. 83-96.

«Технологические машины и оборудование» 3. De la Escalera A., Moreno L. E., Salichs M.A., Armingol J. M. Road traffic sign detection and classification. IEEE Transaction on Industrial Electronics, 1997. Vol. 44. P. 848-859. 4. Garcia-Garrido M. A., Sotelo M. A., Martin-Gorostiza E. Fast traffic sign detection and recognition under changing lighting conditions. In Proceedings of ITSC, 2006. P. 811-816. 5. Road-sign detection and recognition based on support vector machines / S. Maldonado-Bascon [et al.] // IEEE Transaction on Intelligent Transportation Systems, 2007. Vol. 8. P. 265-278. А.А. Михалев, Е.С. Квас, В.П. Кузьменко, С.В. Соленый, 2019

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

УДК 621.397.46

К.В. Камынин, студент, Е.С. Квас, аспирант, В.П. Кузьменко, аспирант, Государственный университет аэрокосмического приборостроения ПРОБЛЕМЫ ПУЛЬСАЦИЙ СОВРЕМЕННЫХ OLED ДИСПЛЕЕВ И КАК ЭТО ВРЕДИТ ОРГАНАМ ЗРЕНИЯ В данной статье рассмотрены способы регулирования яркости экрана. В частности, основной акцент сделан на том, как широтно-импульсная модуляция приводит к мерцанию OLED дисплея и, как следствие, наносит вред органам зрения и здоровью в целом. В современном информационном обществе дисплеи играют большую роль, поскольку сегодня человек получает новые знания преимущественно благодаря им. Так как время использования экранов может достигать несколько часов в день, каждому пользователю смартфона или компьютера стоит задуматься о качестве дисплея и его характеристиках для того, чтобы минимизировать риски и ущерб своему здоровью. В настоящее время на рынке дисплеев большой популярностью пользуются OLED-дисплеи (OLED – organic light-emitting diode). Органические диоды состоят из нескольких слоев органического происхождения. На рисунке 1 изображены элементы органического светодиода. На катод и анод подается напряжение (на катод с отрицательным знаком, на анод – с положительным), посредством чего электроны, находящиеся на катоде, передвигаются в сторону анода, а на аноде – дырки (носители положительного заряда), перемещающиеся в сторону катода. Излучающий слой становится отрицательно заряженным, а проводящий – положительно заряженным. Дырки передвигаются быстрее чем электроны, поэтому они быстрее достигают излучающий слой, чем электроны достигают проводящий. В излучающем слое происходит рекомбинация, то есть исчезновение пары противоположных зарядов с выделением энергии, которое сопровождается излучением. Светодиод будет излучать свет до тех пор, пока к аноду и катоду будет подаваться напряжение. Отличительной особенностью OLED дисплеев является то, что в матрицах данного типа каждый пиксель излучает свет самостоятельно, а не посредством подсветки всего дисплея, как например происходит в LCD дисплеях.

«Технологические машины и оборудование»

Рисунок 1 – Элементы органического светодиода Одной из самых важных характеристик экрана является яркость и метод ее изменения. Яркость регулируется двумя способами: изменением тока (аналоговый сигнал) и широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) (цифровой сигнал). Значения тока изменяются в пределах от 0% до 100%. посредством чего можно плавно менять уровень яркости, изменяя силу протекающего тока. При регулировании ШИМ диапазона значений тока нет. Сигнал либо есть, либо он отсутствует. Таким образом, светодиод в матрице OLED дисплея горит либо с максимальной яркостью, либо не горит. А если пользователю необходима яркость экрана 80%, то за все время использования экрана он горит 80% и не горит 20% времени. Данный способ получил большое распространение, поскольку является более дешевым и удобным, а также позволяет регулировать не только яркость, но и другие параметры, например, скорости сервопривода. На рисунке 2 представлено регулирование яркости дисплея смартфона Samsung Galaxy s8+. Из графика следует, что, при яркости на уровне 100% мерцаний не наблюдается, но при снижении яркости возникают пульсации с частотами, понижающимися до значений 200-300 Гц. Несмотря на то, что пульсации экрана при широтно-импульсной модуляции происходят с незаметной для глаза частотой, мерцания дисплея могут иметь отрицательные воздействия как на зрение, так и на физическое состояние человека. Так, могут возникнуть такие негативные эффекты, как перенапряжение и покраснение глаз, утомляемость, головная боль, тошнота, также глаза могут начать слезиться. В особых случаях к таким последствиям может привести стробоскопический эффект, который заключается в восприятии глазом движущегося объекта как серии отдельных кадров. 39

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

Рисунок 2 – регулирование яркости дисплея смартфона Samsung Galaxy s8+ Существует такой показатель, как глубина колебаний освещенности, а коэффициент пульсации является критерием оценки этой величины. В соответствии со СНиП 23-05-95, коэффициент пульсации дисплея не должен превышать значения в 5%. Значения коэффициента пульсаций выше нормы приводит к симптомам, описанным выше. Алексеем Игнатьевым, автором своего YouTube-канала, был проведен тест смартфонов iPhone XS, iPhone XS MAX, iPhone XR, iPhone 8 и Samsung Galaxy Note 9. Результаты тестов приведены на рисунках 3, 4, 5, 6.

Рисунок 3 – Тест смартфонов iPhone с яркостью на уровне 100% 40

«Технологические машины и оборудование»

Рисунок 4 – Тест смартфонов iPhone с яркостью на уровне 50%

Рисунок 5 – Тест смартфонов iPhone с яркостью на уровне 0%

Рисунок 6 – Тест смартфона Samsung Galaxy Note 9 41

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

Исходя из полученных результатов теста, можно заключить, что мерцания экранов смартфонов iPhone 8 и iPhone XR не превышают норму коэффициента пульсации даже на минимальной яркости, поскольку в них используются LCD дисплеи. А модели iPhone XS, iPhone XS MAX, использующие OLED-экраны и Samsung Galaxy Note 9 с AMOLED дисплеем превышают или близки к превышению норм пульсаций дисплея даже на максимальном уровне яркости. Учитывая тот факт, что время использования экрана современным пользователем крайне велико, использование компаниями-разработчиками подобных экранов при проектировании смартфонов можно считать грубейшей технологической ошибкой, которая может приводить к ухудшению состояния здоровья пользователей. По данным Counter Point Research, доля рынка Apple и Samsung в нише смартфонов премиум класса на 2018 год составляла 51% и 22% соответственно, а среди всех смартфонов, Apple имела 73% прибыли от мировых продаж, Samsung 13%. Если не рассматривать количество проданных смартфонов в мире в целом, а ограничиться этими данными, то можно предположить, что смартфоны, характеристики которых превышают нормы коэффициента пульсации дисплея, широко распространены и наносят вред большому количеству людей. В заключении хочется добавить, что компаниям, производящим смартфоны и дисплеи экранов, необходимо взять на себя ответственность при конструировании продукта и, прежде всего, думать о безопасности пользователя, а не об экономической выгоде. Список источников

1. Свод правил "Естественное и искусственное освещение" от 08.05.2017 № 52.13330.2016 // М.: Стандартинформ. 2017 г. 2. Особенности IPS и OLED дисплеев в современных смартфонах [Электронный ресурс] / Электрон. журн. — Режим доступа: О. Афонин. — https://blog.elcomsoft.com/ru/2017/09/osobennosti-ips-i-oled-displeev-v-sovremennyih-smartfonah/, свободный (дата обращения: 03.10.2019) 3. Смартфоны (мировой рынок) [Электронный ресурс] /. — Электрон. журн. — Режим доступа: http://www.tadviser.ru/index.php/Статья:Смартфоны_(мировой_рынок), свободный (дата обращения: 03.10.2019)

4. Смартфоны с AMOLED/OLED разрушают наши глаза: проверка ШИМ в экранах iPhone XS (Max), Galaxy Note 9 и Mate 20 [Электронный ресурс] /. — Электрон. журн. — Режим доступа: https://techtoday.in.ua/ru/news-ru/smartfonyi-s-amoled-oled-razrushayut-nashi-glaza-proverka-shim-vekranah-iphone-xs-max-galaxy-note-9-i-mate-20-106348.html, свободный (дата обращения: 03.10.2019) 5. Что такое OLED-дисплеи: преимущества и особенности [Электронный ресурс] / В. Гришанова. — Электрон. журн. — Режим доступа: https://androidlime.ru/oled-display, свободный (дата обращения: 03.10.2019)

«Технологические машины и оборудование»

6. Apple Maintains Lead in Premium Smartphone Segment, OnePlus Enters Top Five Brands for the First Time in 2018 [Электронный ресурс] / T. Pathak. — Электрон. журн. — Режим доступа: https://www.counterpointresearch.com/apple-maintains-lead-premium-smartphone-segment-oneplusenters-top-five-brands-first-time-2018/, свободный (дата обращения: 30.10.2019)

7. Does OLED screens hurt more than LCD screens? [Электронный ресурс] / A. Artashyan. — Электрон. журн. — Режим доступа: https://www.gizchina.com/2018/06/19/does-oled-screens-hurt-morethan-lcd-screens/, свободный (дата обращения: 30.10.2019)

8. Why Pulse-Width Modulation (PWM) is such a headache [Электронный ресурс] / C. Reverand. — Электрон. журн. — Режим доступа: https://www.notebookcheck.net/Why-Pulse-Width-ModulationPWM-is-such-a-headache.270240.0.html, свободный (дата обращения: 30.10.2019) © К.В. Камынин, Е.С. Квас, В.П. Кузьменко, 2019

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

УДК 622.235.12

Н.Г. Афендиков, канд. техн. наук, проф., А.М. Забиров, студент. Донецкий национальный технический университет ВЫБРАТЬ РАЦИОНАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И РАЗРАБОТАТЬ КОНСТРУКЦИЮ МАНИПУЛЯТОРА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕГО РАБОТУ БУРИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ С ШЕСТЬЮ БУРОВЫМИ МАШИНАМИ ДЛЯ БУРЕНИЯ ШПУРОВ И СКВАЖИН ПРИ ПРОХОДКЕ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ В настоящем работе выбраны параметры и спроектирован манипулятор бурильной установки, отличительной чертой которой является возможность обуривать забой вертикального ствола диаметром до 10м. Обоснован выбор параметров рамы манипулятора, определены исходные данные для расчета гидроцилиндров, выполнены необходимые расчеты элементов конструкции манипулятора на прочность, Бурильная установка, манипулятор, гидроцилиндров, обуривать, забой вертикального ствола.

В угольной и горнорудной промышленности вплоть до 70х годов, преимущественно использовалось ручное бурение шпуров при проходке вертикальных стволов. Очень низкие показатели производительности труда проходчиков (скорости проходки), а также тяжелые и небезопасные условия труда привели к необходимости разработки перспективных и работоспособных бурильных установок типа. Задача увеличения скорости проходки является весьма актуальной, потому, что ствол глубиной в среднем около 800м, проходился 3-4 года. Сокращение времени проходки шахтного ствола способствует более быстрому введение в эксплуатацию шахтного поля, что приводит к значительному экономическому эффекту. В настоящее время, на Ясиноватском машиностроительном заводе, выпускаются бурильные установки БУКС-1М [1] для проходки вертикальных стволов, которые имеют ряд недостатков. Самым главным недостатком бурильной установки является её небольшая площадь обуривания забоя. Так при проходки ствола диаметром 8 метров, что составляет примерно 50м2, БУКС-1М охватывает с одной установки только лишь 2,5м2, что в свою очередь сильно отражается на времени цикла проходки, т.к. требуется более 20 перестановок. Так как автоматизировать такую установку практически невозможно, это задействует большое количество ручного труда. В связи с этим, в настоящей работе поставлена задача разработки бурильной установки, которая будет обеспечивать обуривание всего забоя с одного распора, без перестановок. Для увеличения производительности бу44

«Технологические машины и оборудование»

рения, целесообразно увеличить глубину бурения шпуров до 6 метров, так как серийная установка БУКС-1М проходит шпуры глубиной до 4 метров. В настоящее время в мировой горной промышленности эксплуатируется значительное количество бурильных установок для проходки вертикальных стволов. Все их многообразие можно классифицировать по площади обуриваниемого забоя. При всем количестве бурильных установок, выпускаемых в мировой практике, в их конструкции очень много общих элементов. По сути дела, структурно-компоновочная схема данного класса машин имеет практически один и тот же набор основных частей: 1. Бурильная машина, включающая в себя буровую штангу с гидравлической или пневматической головкой. 2. Система манипуляторов включает, как правило, раму, шарнирно связанную с руками манипулятора. Нескольких пар гидроцилиндров изменяют направления бурения бурильных машин в горизонтальной и вертикальной плоскостях. 3. Распорная колона обеспечивает распор бурильной установки в забой, обеспечивая ее устойчивость при бурении. Кроме вышеперечисленных узлов в состав бурильной установки входят пылеподавляющие устройства, средства автоматизации и управления, оборудование для очистки шпуров и другие. Анализ показывает, что различия между рассматриваемыми функциональными элементами заключаются только в их конструктивном исполнении. Одним из основных узлов установки является манипулятор, осуществляющий перемещение бурильных машин в забойном пространстве согласно паспорту бурения. В основе конструкции современных манипуляторов, лежат три гидроцилиндра, благодаря которым и происходит перемещение, поворот и наклон буровой машины Цель настоящей работы является создание бурильной установки типа БУКС, имеющий шесть бурильных машин. Модернизированная бурильная установка (далее будем именовать ее БУКС-2М6) предназначена для механизации бурения шпуров (скважин) в забоях при проходке вертикальных стволов шахт диаметром 5,5 - 9 м в свету, проходимых буровзрывным способом с погрузкой породы породопогрузочными машинами 2КС-2У/40 или 2КС-МА. Бурильная установка БУКС-2М6 (см. рисунок1)состоит из основной части и узлов, устанавливаемых на проходческом полке и на погрузочной машине. В съемную часть входит: распорная колона 1 манипулятор 2, бурильные машины 3, подвеска 4, и пневмосистема. В стационарную часть входят: заходная кривая, оборудование для очистки шпуров, и оборудования для бурения цементационных скважин. 45

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

Рисунок 1 – Бурильная установка БУКС-2М6 Возможность наклона бурильных машин в вертикальной плоскости и поворот в горизонтальной плоскости позволяет изменять расстояние между смежными шпурами из одной позиции бурить большее число шпуров. По сравнению с БУКС-1М, разрабатываемая установка позволит увеличить скорость проходки вертикальных стволов. Общий вид спроектированного манипулятора для перемещения шести бурильных машин приведен на рисунке 2.

«Технологические машины и оборудование»

2 На рисунке 2 приведены следующие позиции узлов и деталей: 1 – рука манипулятора, 2 - кольцевая рама, 3 - крепление поворота руки манипулятора, 4 - шифт-ось, 5 - проушина гидроцилиндра поворота, 6-шарнирное устройство наклона, 7 - гидроцилиндр поворота, 8 – гидроцилиндр наклона, 9 – гидроцилиндр раздвижки. Основные технические характеристики спроектированной бурильной установки БУКС-1М6 приведены в таблице 1. Таблица 1 - Основные технические и характеристики установки БУКС-1М6 Предел прочности буримых пород. σсж, МПа, не более

230

Техническая производительность, м/мин, не менее: при крепости пород σсж до 150 МПа при крепости пород σсж' до 230 МПа при бурении скважин

1.90 0.92 1.16

Глубина бурения, м: при бурении шпуров (скважин) при бурении цементационных скважин, до

6 50

Число бурильных машин, шт.: при бурении шпуров при бурении цементационных скважин

6...2 2 47

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

Угол наклона бурильной машины к вертикали, град, до

Рабочее давление гидроцилиндров, МПа

Расход воды на одну промывку 100 м шпуров или скважин, м3

1.0

Габаритные размеры съемной части бурильной установки в транспортном положении, мм: диаметр описанной окружности высота Масса в комплекте поставки, кг

1950 9500 14500

Для выбора параметров руки манипулятора рассмотрена схема распределения нагрузок на руку (балку), при максимальных нагрузках. Основная нагрузка создается за счет давление гидроцилиндра распора в почву во время бурения Р2. Кроме этой силы на руку действует сила веса G и сила от гидроцилиндра поворота в вертикальной плоскости P1.

Рисунок 3. Распределение нагрузок на руку манипулятора Из уравнений, составленных как сумма всех сил на вертикальную и горизонтальную оси, а также из уравнения суммы моментов относительно оси шарнира, определены реакции в шарнире О: H0 = -8.49 (кН), R0 = = 68.93 (кН) Затем из эпюр изгибающих моментов (в настоящей работе эпюры не приводятся) определили максимальный изгибающий момент Мmax= 85,72 кН×м. и выбрано сечение трубы 250×250 для руки манипулятора (см. рисунок.3)

«Теехнологичееские маши ины и оборрудование» »

Ри исунок 4. 4 Сечени ие профильной трубы т ру уки мани ипулято ора Вы ысота сеч чения: h = 25 (см м). Ширина сечеения: b = 25 (см)). Толщи ина стенки: ts = 0.65 (ссм). Среедняя толлщина полки: п tf = 0.65 (см). Сттатическкий момеент соп противлеения пол лусечени ия относсительно о оси [2] Oх: Sх = 140.54 (см3) Консттрукция руки маанипуляттора спр роектиро ованная с исполььзованиеем при иведенн ной проф фильной трубы приведен п на на риссунке 4.

Рисун нок 5 – Рука Р ман нипулято ора. беспечен ния обурриванияя всего забоя з пр роходимого верттикально ого Для об стввола плоощадь заабоя дели илась наа шесть секторов. Гидро оцилиндр поворо ота поззволяет бурильн ной устаановке охватыва о ать полн ностью весь в забо ой, обеспечиввая повоорот каж ждой рукки манип пулятораа на 60 град. г С помощью п ю гидроц цилин ндров п перемещ щения, п параметр ры которых опр ределены ы в сооттветствии ис раб ботами [[3,4], расположеенных между м ко ольцевой й рамой и рукам ми манип пуляттора, усттановка способн на обури ивать заабой диааметром до 10м м. В осно ове ман нипуляттора рассполагаеттся колььцевая рама р (см м. рисун нок 6), на н котор рой при иварены ы проуши ины под д гидроц цилиндры ы поворота и бо орта дляя страховвки обсслуживаающего персонал п ла. Колььцевая рама имеет 6 отверстий, диаметр ром 1200 мм в ккоторых находяттся оси креплен ния поворотного блока. Блок Б предстаавляет сообой цел льную м металлич ческую деталь, д в которой й присуттствует 49

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

Рисунок 6 – Кольцевая рама шарнир для крепления руки манипулятора, проушина гидроцилиндра передвижения и внутреннее отверстие для оси поворота манипулятора, которая благодаря конструктивным особенностям позволяет применять оси диаметром 70мм. На кольцевой раме манипулятора посредством шарнирной связи, крепятся руки манипулятора. В основе руки служит профильная квадратная труба, сечением 250х250мм выполненная из Стали45 на концах которой приварены в внахлест проушины для крепления с одной стороны бурильной машины, с другой к раме манипулятора. Рука оснащена восьмью напорными стальными магистралями, по которым подается водомасляная эмульсия в гидроцилиндры и для них же посадочными местами. С помощью шарнирной стальной проушины для наклона, рука манипулятора соединятся с буровой машиной, обеспечивая наклон согласно паспорту бурения и складывание в транспортное состояние параллельно руке, что значительно уменьшает диаметр для прохода в бадейное отверстие. Выводы. В работе выбраны параметры и спроектирован манипулятор бурильной установки, отличительной чертой которой является возможность обуривать забой вертикального ствола диаметром до 10м.с одного положения. Спроектирована рука и кольцевая рама манипулятора.

«Технологические машины и оборудование»

Обоснован выбор параметров кольцевой рамы манипулятора, определены параметры гидроцилиндров манипулятора, выполнены необходимые прочностные расчеты элементов конструкции манипулятора на прочность Список источников 1. Малевич Н.А. Машины и комплексы оборудования для проходки вертикальных стволов. М.: Недра, 1975, 339 с. 2. Александров А.В., Потапов В.Д., Державин Б.П. Сопротивление материалов. М.: Высшая школа, 2003, 560 с. 3. Хорин В.Н Расчет и конструирование механизированных крепей.М.: Недра, 1988, 255с. 4. Горные машины для подземной добычи угля. Донецк: ДонНТУ учебное пособие для вузов. //П.А.Горбатов, Г.В. Петрушин, Н.М. Лысенко, С.В. Павленко, В.В. Косарев/. – 2008 – 669 с.. © Н.Г. Афендиков, А.М. Забиров, 2019

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

УДК 622.232.8

Н.Г. Афендиков, канд. техн. наук, проф. И.В. Булатник. студент Донецкий национальный технический университет РАЗРАБОТАТЬ УСОВЕРШЕНСТВОВАННУЮ ПОЧВОПОДДИРОЧНУЮ МАШИНУ В работе разработана усовершенствованная почвоподдирочная машина, позволяющая производить не только поддирку почвы, но и ремонт задавленных горным давлением подготовительных выработок. Машина оснащена двумя сменными исполнительными органами для разрушения породы и для погрузки разрушенной породы в транспортные средства. Установлены рациональные параметры гидроцилиндров, устройств перемещения гидромолота и погрузочного ковша Машина почвоподдирочная, ремонт выработок, гидроцилиндры, гидромолот, ковш

Из анализа затрат на поддержание и ремонт подземных горных выработок, следует, что наибольшую трудоемкость при поддержании выработок в рабочем состоянии представляет борьба с такими видами проявления горного давления, как «задавливание» выработок и пучение пород почвы. Значительная часть запасов Донбасса, расположенных на глубинах свыше 600 метров, залегает среди глинистых и песчанистых сланцев. Известно[1,2], что наиболее неустойчивыми и пучащими являются именно эти породы. Пучение горных пород— это выдавливание породы в выработку, за счет горного давления и характеризуется увеличением объёма горных пород и вызывается их набуханием. Пучение горных пород представляет собой разновидность деформаций вмещающих пород, которые приводят к уменьшению поперечного сечения выработок с ухудшением состояния крепи и шахтных путей. В настоящее время поддирка вспученных пород почвы – это трудоемкий и практически не механизированный вид ремонта подготовительных выработок. До 90% всех поддирочных работ на шахтах ведется вручную или с применением буровзрывных работ с последующей ручной или механизированной погрузкой породы, при этом производительность труда рабочих составляет не более 1,5–2 м3/смену. Использование громоздких проходческих комбайнов на поддирке экономически не выгодно, а объемы поддирки, выполняемые сегодня специализированными импортными ковшовыми машинами фирм «Хаусхер» и «Хаземаг», которые, хотя и повышают в несколько раз производительность ручного труда, могут поддирать лишь трещиноватые породы с малым ко52

«Технологические машины и оборудование»

эффициентом крепости f=3…4. Объемы этих работ на шахтах составляют 2-3%. Кроме того, возможность этих ковшовых машин разгружать ковши только при передней и при боковой разгрузке не позволяет работать в комплексе с транспортными средствами, располагаемыми позади их. Это обуславливает невозможность применение в однопутевых выработках. Учитывая объемы ремонтных работ на шахтах Донецкой и Луганской областей (125 км в год), необходимо задействовать значительные людские ресурсы для поддирочных ремонтов. Исходя из выше сказанного, внедрение усовершенствованных поддирочных машин позволит стабилизировать ремонтные работы выработок в шахтах и снизить себестоимость добычи угля при дефиците подземного персонала. Наиболее близкая к разрабатываемой конструкции машины, является машина почвоподдирочная МПП-150 [1]. Она предназначена для механизации процесса поддирки почвы при ремонте горных выработок за счет разрушения гидромолотом горной породы и затем погрузки горной массы на транспортные средства. Недостатком машины МПП-150 является возможность разрушать вспученную породу гидромолотом перпендикулярно почве ремонтируемой выработки, то есть не во всех в направлениях. Целью настоящей работы является создание почвоподдирочной машины, имеющей разрушающий орган с поворотным механизмом, позволяющим разрушать породу не только перпендикулярно почве выработки, но и под различными углами к поперечной и продольной оси выработки, а также разрушать породу стенок и кровли выработки. Кроме этого по сравнению с базовой почвоподдирочной машиной МПП-150, разрабатываемая машина должна увеличить скорость ремонта выработки. На рисунках 1 и 2 приведена усовершенствованная почвоподдирочная машина при работе с гидромолотом и при работе с погрузочным ковшом. В таблице 1 приведены основные технические характеристики усовершенствованной машины. Для обеспечения разрушения пород стенок и кровель при ремонтах подготовительных выработок установлены необходимые параметры гидроцилиндров диаметры поршней, длины ходов, а также точки их закрепления на корпусе машины, обеспечивающие перемещение гидромолота на высоту 3560 мм и ширину захвата до 4790 мм. При погрузке ковшом эти гидроцилиндры обеспечивают подъем нижней кромки ковша на высоту 2455 мм опускание ее на 290 мм ниже опорной поверхности стояния машины.

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

Рисунок 1. Почвоподдирочная машина при работе с гидромолотом

Рисунок 2. Почвододдирочная машины при работе с погрузочным ковшом

«Технологические машины и оборудование»

Таблица 1 - Техническая характеристика машины усовершенствованной почвоподдирочной машины Наименование параметра

Величина

Техническая производительность, м3/мин

0,35…0,7

Номинальная грузоподъемность, кН Ширина захвата при втянутом  выдвинутом телескопе, м:при поддирке при работе гидромолотом Высота разгрузки не менее, мм Наибольшая глубина опускания кромки ковша, мм Наибольшая скорость передвижения, км ч Наибольший угол подъема выработки, преодолеваемый машиной в транспортном положении *, град. Дорожный просвет, мм Удельное давление на опорную поверхность, МПа Вместимость ковша, л Напорное усилие на кромке ковша, кН:

25 4,19  4,79 2,08/2,67 2400 300 2,1

22 165 0,076 350 75

Конструкция гидромолота [2], принятая в усовершенствованной машине приведена на рисунке 3. Принцип работы гидромолота заключается в том, что под воздействием давления рабочей жидкости поршень-ударник гидромолота начинает двигаться, сжимая при этом азот в камере. При подъеме поршня-ударника клапан открывает сливную магистраль и перекрывает нагнетательную. Сжатый азот воздействует на поршень-ударник и вызывает его движение вниз. Рабочая жидкость выталкивается в обратную магистраль, и при этом происходит удар поршня-ударника по пике. Работа гидромолота на базовой машине не может производиться под различными углами, что уменьшает маневренность машины и снижает ее производтельность 55

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

Конструкция гидромолота Данный недостаток устранен с помощью оснащения механизма гидромолота поворотным устройством - ротатором. Ротатор – гидравлический двигатель ( гидромотор), преобразующий энергию давления рабочей жидкости в крутящий момент, необходимый для поворота рабочего органа ( гидромолота) на различные углы. Принимаем ротатор Baltrotors CPR-8-01 [3], приведенный на рисунке 4, со следующими техническими характеристиками Максимальная аксиальная нагрузка: ±80кН Максимальная радиальная нагрузка: 60кН Момент изгиба: 24кНм Крутящий момент при давлении рабочей жидкости 25МПа: 3000Нм Вес ротатора: 99кг

«Технологические машины и оборудование»

. Выводы В настоящем исследовании на базе поддрочной машины МП-150 разработана усовершенствованная почвоподдирочная машина, обеспечивающая разрушение не только пород почвы, а и разрушение при ремонтах пород стенок и кровель подготовительных .выработок. Выбраны параметры гидроцилиндров, обеспечивающих перемещение гидромолота и погрузочного ковша на ширину захвата и высоту, необходимые для ремонтов выработок. Для повышения производительности был произведен выбор оптимальных моделей ротатора и гидромолота, произведены гидравлические проверочные прочностные расчеты элементов конструкции разработанной почвоподдирочной машины. Список источников 1. Кантович Л.И., Казанович Г.Ш. и др Машины и оборудование для горно-строительных работ. М. Издательство «Горная книга», 445 с. 2. Горные машины для подземной добычи угля / П.А. Горбатов, Г.В. Петрушкин, Н.М. Лысенко, С.В. Павленко, В.В. Косарев; Под общей ред. П.А. Горбатова. – Донецк: ДонНТУ, 2006. –

669с. 3.http://soosan.cort.com.ua/production-hummerssb.htmlhttps://studfiles.net/preview/4410298/page:3/ 4. https://dnrsovet.su/zakon-dnr-o-grazhdanskoj-oborone/ © Н.Г.Афендиков, И.В. Булатник, 2019

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

УДК 622.232.71

Е.Н. Бойко, канд. техн. наук, доцент, Н.В. Захаров, магистрант ВОПРОСЫ ФОРМИРОВАНИЯ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА УГЛЯ В работе приведен критический обзор литературы по одной из важнейших проблем угольной промышленности – формированию сортового (гранулометрического) состава угля и оценен ряд факторов, влияющих на этот процесс в понимании ведущих ученых горной промышленности Ключевые слова: формирование, гранулометрический состав, уголь, обзор, литература

В настоящее время особую актуальность приобретает вопрос о сортности добываемого угля – его гранулометрическом составе. Наряду с другими важными для угольной промышленности вопросами, которые нуждаются в дальнейших разработках, об этом говорится в [ 1 ], - угольная промышленность должна производить высококачественный сортовой уголь. Вопросу о гранулометрическом составе при механическом разрушении горных пород посвящено довольно много работ [ 2, 3 - 14 ], среди которых имеются и работы, посвященные вопросу определения гранулометрического (сортового) состава угля, добытого как комбайнами уже практически не применяемыми для добычи угля [ 3 - 7, 100, 13, 14 ], так и угля, добытого современными очистными комбайнами [ 2, 8, 10, 15 - 23 ]. К одним из первых работ, посвященных вопросу определения гранулометрического (сортового) состава угля, добытого очистными комбайнами, в том числе и врубовыми машинами следует отнести работы [ 6, 7 ], в которых решался вопрос определения сортового состава угля с учетом ряда факторов - способа отделения угля от массива пласта, конструктивных особенностей исполнительного органа, режима работы машины, физикомеханических свойств угля и др. факторов. Приведенные в этих работах зависимости дают возможность оценить выход угля класса 0 - 6 мм (так называемого штыба) в зависимости от указанных факторов. Вместе с тем, физико-механические свойства угля, в значительной мере влияющие на его сортовой состав и обусловливающие тот факт, что гранулометрический состав угля при добыче его одними и теми же машинами и примерно в одинаковых режимах их работы, но в условиях разных пластов, различный, в указанных и других работах, посвященных этому вопросу, практически не учитывались. При исследованиях формирования гранулометрического состава угля приводятся также и другие элементарные процессы, такие как «отделение угля от массива», «перемещение угля от забоя к конвейеру», «погрузка угля на конвейер», которые, по мнению авторов этих работ, вли58

«Технологические машины и оборудование»

яют на измельчение угля, а прогнозировать выход угля различных классов необходимо с учетом конкретных схем расположения и размеров резцов, их типа, толщины стружки, т.е. режима работы комбайна, расстояние между линиями резания и расположения резцов относительно кливажа [ 14 ]. Аналитическому описанию закономерностей распределения гранул сыпучих материалов посвящено довольно много работ как в отечественной, так и в зарубежной литературе, среди которых следует выделить работы [ 1, 8, 9, 11 - 15 ], а также работы А. Годэна, П. Розина, Э. Раммлера и П. Роллера. Работы А. Годэна, П. Розина, Э. Рамлера и П. Роллера относятся к горным породам (кварц, мрамор, галенит и др.), в которых на основании экспериментально полученных результатов рассева продуктов измельчения приводятся аналитические зависимости для оценки того или другого класса крупности материала. При этом, как правило, учитывается две относительных величины, называемых параметрами распределения, и используемых для аналитического описания распределения крупности породы. В последующих работах, посвященных исследованию гранулометрического состава сыпучих материалов [ 11 - 15 ], вводятся параметры, представляющие собой некоторые логарифмические функции размеров частиц [ 11 ], с переменной величиной дисперсии [ 12 ], а также трехпараметрические законы распределения частиц по крупности [ 14 ]. Приведенные в указанных работах аналитические зависимости представляют собой зависимости аппраксимационного характера результатов экспериментального рассева продуктов измельчения. Действительно, на формирования гранулометрического состава угля при его механическом разрушении режущими инструментами горных машин оказывает влияние довольно большое число факторов, к которым, кроме перечисленных выше, в первую очередь следует отнести: силовые и энергетические факторы, способность угля к механическому разрушению, наличие прослойков породы и их характеристика, способ погрузки угля на конвейер и состояние выгружаемого из рабочего пространства исполнительного органа уже разрушенного угля, величина погрузочного окна и др. В связи с большим числом факторов, влияющих на гранулометрический (сортовой) состав угля и значительной трудностью дифференциального их учета, в [ 15 ] предлагается ограничиться тремя факторами, а именно: типом машины, крепостью угля и мощностью пласта; в работах [ 1, 8 ] предложен интегральный показатель способности угля к измельчению, в совокупности учитывающий влияние всех свойств угля на степень его измельчения при воздействии режущим инструментом, и установлена возможность использования аналитической зависимости П. Розина - Э. Раммлера для оценки сортового состава угля. Для оценки различных способов и средств выемки угля в различных горно-геологических условиях по факто59

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

ру его измельчения в этих работах принят показатель приведенной степени измельчения, определяемый, как функция параметра , характеризующего режим резания, способ и средства обработки забоя (пласта) и гаммафункцию параметра m, характеризующего способность угля к измельчению при резании. Следует также отметить работу [ 14 ], в которой авторам удалось на основании указанных выше работ в этом направлении и собственных исследований установить аналитическую зависимость ситового состава антрацита для различных шахтопластов Донбасса и разработать методику его оценки. Аналитическая зависимость, описывающая закономерность распределения антрацита по классам крупности, является двухпараметрической, учитывающая медианный диаметр продуктов разрушения и угловой коэффициент графика этой зависимости. В работах [ 3, 4, 16 ] наряду с изучением влияние схемы набора режущего инструмента рассмотрен вопрос о влиянии пространственных колебаний исполнительного органа, т.е. действительных параметров разрушения пласта на сортовой состав угля для резцов существующей конструкции и способа разрушения пласта, принятый у комбайнов со шнековыми исполнительными органами. Характерной особенностью рассмотренных выше и других работ, посвященных изучению и аналитическому описанию гранулометрического (сортового) состава углей при разрушении их режущими инструментами современных очистных комбайнов, является, во-первых, аппракcимационный характер полученных в результате проведенных рассевов разрушенного угля данных, во-вторых, полученные зависимости справедливы для принятой схемы разрушения пласта, схемы набора режущего инструмента, конструкции резцов и т.д. и вряд ли могут быть справедливыми при их экстраполяции и для других условий, в-третьих, хотя в работах и говорится о множестве факторов, влияющих на формирования гранулометрического (сортового) состава угля, учитывается, как правило, не более двух обобщенных относительных параметров, не позволяющих вскрыть физическую картину процесса. Наряду с этими работами имеются исследования, направленные на вскрытие физической картины процесса формирования гранулометрического (сортового) состава при разрушении пород механическим способом [ 17 - 19 ] и его аналитического описания на основе вероятностностатистического подхода [20]. В этих исследованиях в основу положена теория разрушения хрупких тел Л. Гриффитса, согласно которой внутри хрупкого тела и на его поверхности имеются макроскопические трещины. И если тело подвергается механической нагрузке, около краев трещины возникают довольно высокие напряжения, которые и обусловливают рас60

«Технологические машины и оборудование»

ширение трещины. При достижении трещиной так называемого значения Гриффитса, характерного для каждого материала, она начинает разбегаться и поглощает при этом энергию напряжения. Результатом этих процессов является новая поверхность - поверхность разрушения и тело распадается на ряд осколков. Дефекты структуры (пласта), например, включения, микротрещины и др., которые обусловливают образование новой поверхности, называют активизированными. Активизируется незначительная часть дефектов - обычно это наиболее длинные и невыгодно расположенные трещины. В работах [ 18,19] предполагается, что: - раскол происходит вследствие активизации объемных, плоскостных и линейных дефектов структуры, - все три вида дефектов независимы друг от друга, - каждый из трех видов дефектов распределен по поверхности и объему тела случайно. Исходя из последних двух предположений раскол тела можно рассматривать как случайный пуассоновый процесс [ 14 ]. Авторы работы [ 21 ] считают, что любая попытка характеризовать основные процессы образования трещин каким-либо числом основных классов дефектов является сомнительной, а предположение о случайном расположении трещин не подтверждается экспериментально и предлагают более общую трактовку процесса дробления и измельчения крупных материалов. Они рассматривают произвольную частицу, расколотую под действием произвольного процесса. Если провести произвольную линию в реконструированной частице, то отрезок этой линии пересечется с определенным числом поверхностей раскола. Затем определяется плотность распределения вероятностей того, что точка пересечения отрезка с поверхностью трещины удалена от начала на определенную величину. Авторы работы считают, что эта плотность распределения вероятностей, определяемая произвольно, является функцией процесса раскола, а также связанных с ним внутренних и внешних окружающих явлений. Полагая, далее, что характер поверхностей раскола аналогичен расположению шаров в урне, устанавливается вероятность для данного числа пересечений отрезка линии с поверхностями раскола. Автор работы [ 22 ] считает, что нельзя представлять схему появления поверхностей раскола схемой последовательного получения точек на луче прямой или схемой извлечения шаров из урны. Появление поверхностей раскола, согласно [21], может происходить одновременно, они взаимодействуют друг с другом и нельзя считать, что появление новой поверхности раскола следует тому же закону распределения вероятностей, которому она следовала бы, если бы предыдущих поверхностей не было. 61

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

Также следует отметим, что автор работы [ 15 ] считает, что ему впервые удалось сделать важный для решения этой задачи вывод - принципиально возможен учет всех основных факторов, определяющих значение параметров уравнения характеристики крупности, и создания на этой основе метода прогнозирования ситового состава угля. Для этого необходимо решить следующие задачи: - установить уравнение характеристики крупности, наиболее точно описывающее закономерность распределения угля по крупности, - определить (установить) основные факторы, существенно влияющие на ситовой состав угля, - найти математические зависимости параметров уравнения характеристики крупности от факторов, определяющих процесс измельчения угля. Таким образом, на основании вышеизложенного можно сделать следующее заключение. Все исследователи, занимающиеся вопросом гранулометрического (сортового) состава горных пород, в том числе и углей при разрушении их механическим способом с помощью режущего инструмента, считают, во-первых, что это многофакторный, многопараметрический случайный процесс, во-вторых, при аналитическом описании этого процесса принимается не более трех, как правило, два параметра, интегрально отражающих все многообразие факторов, влияющих на гранулометрический состав разрушенной породы (угля), в-третьих, теория вопроса формирования гранулометрического состава породы при механическом ее разрушении находится в начальной стадии разработки. Список источников 1. Янко С.В. Итоги работы угольной промышленности за 1997 г. и задачи на 1998 г. Уголь Украины, № 1, 1998. – с. 3 – 2. 2. Моделирование разрушения углей режущими инструментами // Ю.Д. Красников, отв.ред. Москва, Наука, 1981. – 181 с. 3. ГОСТ 28600-90 «Комбайны очистные. Основные параметры и размеры. Общие технические требования». Москва, Госстандарт, 1990. – 7 с. 4. Снижение неравномерности нагрузки очистных комбайнов для тонких пластов со шнековыми исполнительными органами // Н.Г Бойко, В.Г. Шевцов, А.В. Болтян. Горный журнал, изв. вузов, № 5, 1983. – с. 64 – 67. 5. Повышение сортности угля, добываемого комбайнами со шнековыми исполнительными органами // В.И. Коновалов, Н.Г. Бойко, Н.Г. Афендиков. Уголь Украины, № 8, 1976. – с. 46 – 47. 6. Опыт работы комбайнов 2К-52/IV на антрацитовых пластахсредней крепости // Н.Г. Бойко, В.И. Коновалов, Н.Г. Афендиков. В кн. «Опыт работы угольных комбайнов с высокомоментными электродвигателями ЭДКО4-5У5», М., ЦНИЭИуголь, 1977. – с. 16 – 20. 7. Лелека В.И. Изыскание способа снижения неравномерности нагрузки на шнековых исполнительных органах комбайнов с целью достижения параметров разрушения, обеспечивающих улучшение сортности антрацитов. Дис. … канд.техн. наук, Москва, ИГД им. А.А. Скочинского, 1982. – 202 с. 8. Сортность угля при работе выемочных машин и пути ее увеличения // В.Г. Яцких, В.И. Кутовой, И.Г. Шапиро. М., Госгортехиздат, 1962. – 163 с. 9. Кутовой В.И. Исследование факторов, влияющих на измельчение угля при работе узкозахватных комбайнов с роторным исполнительным органом. Дисс. … канд.техн.наук, Донецк, ДонУГИ. 1965. – 211 с. 62

«Технологические машины и оборудование» 10. Позин Е.З., Меламед В.З. Основы инженерного метода расчета ситового состава угля, разрушенного резанием. Уголь, № 10, 1971. – с. 1- 6. 11. Есенков В.М. Измельчение антрацита при различных способах выемки. Уголь Украины, № 4, 1973. – с. 48 – 50. 12. Закономерности измельчения и исчисление характеристик гранулометрического состава // С.Е. Андреев, В.В. Товаров, В.А. Перов. М., Металлургиздат, 1959. - 473 с. 13. Разумовский Н.К. Логарифмически нормальный закон распределения веществ и его свойства. Записки ЛГИ, том ХХ, Л., ЛГИ, 1948. – с. 39 – 45. 14. Черный Л.М. Применение логарифмически нормального распределения для расчета гранулометрических характеристик измельченных материалов. ДАН СССР, т. ХХII, № 5, М., АН СССР, 1950. – 929 с. 15. Земляков Б.А. Уравнение гранулометрической характеристики каменных углей. Горный журнал, изв. вузов, № 8, 1959. – с. 32 – 37. 16. Воронков В.П., Жуков П.П. Методы прогнозирования ситового и фракционного состава углей. Москва, Недра, 1977. - 136 с. 17. Воронков В.П. Характеристика крупности антрацита. Обогащение и брекетирование, № 5, М., ЦНИЭИуголь, 1970. – с. 9 – 10. 18. О влиянии пространственных колебаний исполнительных органов комбайна на измельчение угля // В.П. Кондрахин, В.Г. Гуляев, П.А. Горбатов. Уголь Украины, № 4, 1996. – с. 37 – 39. 19. G i l l v a r y J. J. Fracture of Brittle Solids 1. Distribution Function for Fragment Size in Single Fracture. - «Journ. Of Applied Physics», № 32, 1961. – р. 391 – 399. 20. G i l l v a r y J. J., B e r g s t r o m B. H. Fracture of Brittle Solids 11. Distribution Function for Fragment Size in Single Fracture (Experimental). - «Journ. Of Applied Physics», № 32, 1961. – р. 400 – 410. 21. K l i m p e l R. R., A u s t i n L. G. The statistical Theorie of Primary Breakage Distributions for Brittle Materials. - «Trans. AIME», № 232, 1965. – р. 88 – 94. 22. Мелой Т.П., Гумц Г.Л. Статистическое рассмотрение раскола единичных гетерогенных частиц. В кн. «VIII Международный конгресс по обогащению полезных ископаемых», Л., 1968. – с. 22 – 30. 23. Журавский А.М. Выступление по докладу Т. Мелоя и Г. Гумца. В кн. «VIII Международный конгресс по обогащению полезных ископаемых», Л., 1969. – с. 80 – 82. © Е.Н. Бойко, Н.В. Захаров, 2019

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

УДК 622. 232. 71

Т.Р. Шамсетдинов, студент, И.И. Бридун, к.т.н., доц. П.П. Зинченко, аспирант Донецкий национальный технический университет К ВОПРОСУ СНИЖЕНИЯ ПРИСЕЧКИ БОКОВЫХ ПОРОД ПРИ ДОБЫЧЕ УГЛЯ ИЗ ТОНКИХ ПОЛОГОНАКЛОННЫХ ПЛАСТОВ В работе определены параметры шнекового исполнительного органа позволяющие уменьшить присечку боковых пород при работе очистного комбайна в условиях тонких пологонаклонных пластов.

Для добычи угля из тонких пологонаклонных пластов Донецкого региона, наибольшее распространение нашли очистные комбайны, оснащенные шнековыми исполнительными органами. Это обусловлено простотой конструкции шнека, эффективностью процесса разрушения горного массива по критерию минимальной энергоемкости процесса, приспособленностью к границам «уголь-боковые породы», совмещением во времени двух одновременно протекающих процессов: разрушение и погрузки разрушенной горной массы на рештачный став забойного конвейера [1]. Добыча из тонких пластов осуществляется, в основном с присечками боковых пород, что приводит к снижению качества добываемого угля, увеличению энергоемкости процесса разрушения горного массива и снижению ресурса узлов и агрегатов очистного комбайна. Для уменьшения присечек боковых пород, необходимо уменьшить диаметр исполнительного органа до значения минимальной мощности, разрабатываемого пласта. Уменьшение диаметра шнека приведет к снижению погрузочной способности шнека [2-3]. Однако для повышения погрузочной способности шнека необходимо оптимизировать остальные его геометрические параметры. Целью исследований является установление значений параметров шнека, позволяющие уменьшить присечку боковых пород при сохранении технической производительности очистного комбайна, работающего в условиях тонких пологонаклонных пластов. В качестве объекта исследований выбран очистной комбайн УКД200500 (см. рис. 1), как представитель очистной техники нового технического уровня, предназначенный для выемки тонких пологонаклонных пластов, работающий в условиях 524 лавы пласта СВ5 шахты Терновская ГП «Свердловский Антрацит» [4]. Горно-геологические и горнотехнические параметры разрушаемого пласта приведены в табл. 1. 64

«Технологические машины и оборудование»

Таблица 1 – Параметры разрушаемого пласта. Параметры Мощность пласта Н пл , м Сопротивляемость угля резанию Aр , кН/м Длина лавы Lл , м Плотность разрушенного угля  , т/м3

Значения 0,72 - 0,93 410 - 572 200 1,36

Для решения поставленной задачи использовалась математическая модель, разработанная на кафедре «Горные машины», ДонНТУ [5]. При исследованиях работы очистного комбайна основные геометрические параметры шнека принимались согласно табл. 2.

Рисунок 1 – Очистной комбайн УКД 200-500 Таблица 2 – Основные геометрические параметры шнеков. Серийный Модернизирошнек ванный шнек Параметры Значения Диаметр шнека по резцам Dио , м 0,9 0,8 Диаметр ступицы шнека d ст , м 0,385 Ширина захвата шнека Bз , м 0,81 0,71 Шаг навивки лопасти Sср , м 0,70 0,88 Толщина лопасти  л , м 0,125 По условиям эксплуатации очистных комбайнов для тонких и весьма тонких пологонаклонных пластов со шнековым исполнительным органом, опережающий шнек разрушает пачку угля, находящуюся у почвы пласта и 65

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

осуществляет погрузку отбитой горной массы. Он является наиболее нагруженным, поэтому модельный эксперимент проводился для опережающего исполнительного органа. Отстающий шнек выполняет в основном функцию разрушения оставшейся пачки угля небольшой мощности у кровли пласта и в погрузке угля не участвует. Корпус редуктора, который размещается между опережающим и отстающим шнеками с забойной части конвейера, выполняет роль погрузочного щита с зазорами. Согласно [6], при работе очистных комбайнов можно выделить три зоны: - зона неограниченной выгрузки, при которой площадь окна выгрузки шнека не лимитирует поток выгружаемого угля (соответствует скоростям подачи до Vп.1 ); - зона ограниченной выгрузки, при которой объем угля оставшийся на почве пласта не превышает пропускной способности зазоров между корпусом комбайна и горным массивом (соответствует скоростям подачи от Vп.1 до Vп.2 ); - зона циркуляции угля, характеризуется ограниченной пропускной способностью зазоров между корпусом комбайна и горным массивом, и как следствие, началом циркуляции угля в рабочем пространстве шнека соответствует скоростям подачи свыше Vп.2 . Тогда, значения скоростей подачи Vп.1 и Vп.2 можно принять как ограничения по погрузочной способности шнека. В результате модельного эксперимента, получены значения скоростей подачи Vп.1 и Vп.2 для серийного и модифицированного шнека, а также соответствующие им технические производительности Qтех , мощности на разрушение Pрез , погрузку Pпог , суммарные мощности Pсум и суммарные удельные энергозатраты Wсум работы очистного комбайна (см. табл. 3).

«Технологические машины и оборудование»

Таблица 3 – Результаты модельного эксперимента. Модернизированный Серийный шнек шнек Параметры Значения V n .1 V n .2 V n .1 V n .2 Скорости подачи, м/мин 1,5 2,1 2,2 2,6 Техническая производи56 70 61 70 тельность Qтех , т/час Средняя мощность на разрушение горного мас185 203 159 166 сива Pрез , кВт Средняя мощность на погрузку разрушенного горного массива Pпог , кВт Суммарная мощность Pсум , кВт Удельные энергозатраты работы очистного комбайна Wсум , кВт ч/т

190

209

170

179

2,16

1,69

1,59

Анализ данных (табл. 3) показывает, что уменьшение присечек горных пород приводит к снижению энергоемкости работы очистного комбайна. Так, при работе очистного комбайна шнеком модифицированной конструкции со скоростью подачи 2,1 м/мин, мощность на разрушение составляет 159 кВт, т.е. в 1,28 раза меньше в сравнении с мощностью на разрушение при параметрах шнека серийного изготовления, а суммарная мощность снижается в 1,23 раза при той же скорости. При разрушении пласта шнеком диаметром 0,8 м и шириной захвата 0,7 м, мощность на погрузку возрастает примерно в 2 раза. Это обусловлено уменьшение площади окна выгрузки, а, следовательно, увеличением его сопротивления. Удельные энергозатраты при работе очистного комбайна шнеком модифицированной конструкции со скоростью подачи Vn.2 составляют 1,49 кВт ч/т, т.е. примерно на 6% меньше в сравнении с работой комбайна серийным шнеком при той же скорости. Техническая производительность очистного комбайна оснащенного модифицированным шнеком при скорости подачи Vn.1 увеличивается на 8,9 %, а при Vn.2 равны между собой. Выводы и направления дальнейших исследований. Таким образом, сохранение технической производительности очистного комбайна при выборе диаметра шнекового исполнительного органа по 67

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

критерию снижения присечек боковых пород невозможно без оптимизации остальных основных его параметров. Дальнейшие исследования направлены на разработку оптимальной схемы набора шнека по критерию минимальной конструктивной неуравновешенности. Список источников 1. Горные машины для подземной добычи угля: Учебное пособие для вузов / П.А. Горбатов, Г.В. Петрушкин, Н.М. Лысенко, С.В. Павленко, В.В. Косарев; Под общей редакцией П.А. Горбатова. 2-е издание, переработаное и дополненное. – Донецк: Норд Компьютер, 2006. – 669 с.: ил. 2. Очистные комбайны для тонких пластов. Н.Г. Бойко. – Донецк, ДВНЗ «ДонНТУ», 2010. – 476 с. 3. Исполнительные органы очистных комбайнов для токних пологих пластов. Бойко Н.Г., Болтян А.В., Шевцов В.Г., Марков Н.А. – Донецк, «Донеччина», 1996. – 223 с. 4. Экспериментальные исследования влияния ширины захвата шнекового исполнительного органа комбайна на эффективность процесса погрузки. О.Е. Шабаев, П.П. Зинченко, А.В. Мезников. Горные науки и технологии, Москва, МИСИС, №2, 2019. – стр. 90-103. 5. Имитационная модель функционирования шнековых очистных комбайнов, предназначенных для выемки тонких пологонаклонных пластов. В.Г. Нечепаев, О.Е. Шабаев, Е.Ю. Степаненко, П.П. Зинченко Прогрессивные технологии и системы машиностроения. Международный сборник научных трудов выпуск 2 (65), –. Стр. 26-35. 6. Установление зависимости погрузочной способности шнековых очистных комбайнов от их режимных параметров на основе модельных и натурных экспериментов. О.Е. Шабаев, В.Г. Нечепаев, Е.Ю. Степаненко, П.П. Зинченко Вестник Донецкого национального технического университета. – № 3, Донецк, 2019. – С. 28 – 33. © Т.Р. Шамсетдинов, И.И. Бридун, П.П. Зинченко 2019

«Технологические машины и оборудование»

УДК 622. 232. 71

А.А. Корепанов, студент, Е.Ю. Степаненко, канд. техн. наук, доцент Донецкий национальный технический университет ВЛИЯНИЕ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НА РЕЖИМНЫЕ ПАРАМЕТРЫ КРЕПЛЕНИЯ ОЧИСТНОГО ЗАБОЯ Проанализированы горно-геологические условия залегания угольных пластов на действующих шахтах Донбасса. Установлено, что значение мощности разрабатываемых пластов колеблется в пределах от 0,6 до 1,17 м. Установлены наиболее характерные типы пород кровли и почвы пластов. Определены значения скоростей крепления забоя для различных типов механизированных крепей, применяемых в условиях тонких пластов. Наиболее перспективным, с учетом конструктивных особенностей, является применение крепи 1КД90.

Угольная промышленность – важное звено топливно-энергетического комплекса. Уголь используется в промышленности, на тепловых электростанциях как топливо, а так же как технологическое сырье и топливо в металлургии и химической промышленности (коксующиеся угли). Поэтому проблема повышения производительности добычи угля является особенно актуальной на сегодняшний день. Создание и широкое применение очистных комплексов с применением механизированных гидрофицированных крепей позволило существенно повысить технико-экономическую эффективность работы очистных забоев и решить важную социальную проблему по повышению безопасности работы шахтеров и освобождению их от тяжелого физического труда. Современные механизированные комплексы могут обеспечивать производительность добычи угля из лавы две и более тысяч тонн в сутки [1]. При этом факторами, ограничивающими теоретическую производительность выемочного комбайна, являются [2]: - максимальное значение рабочей скорости подачи по технической характеристике; - максимальное значение рабочего тягового усилия по технической характеристике; - радиальный вылет резцов; - устойчивый момент электродвигателей подсистем привода исполнительного органа; - погрузочная способность исполнительного органа; - устойчивость динамического поведения корпусной подсистемы комбайна (с учетом его взаимодействия с конвейером, а конвейера – с секциями механизированной крепи) в пространстве очистного забоя; 69

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

- теоретическая производительность забойного конвейера с учетом размеров проходного сечения для отделенного угля под комбайном; - скоростные возможности крепления забоя механизированной крепью; - газовыделение. Более 80% угольных пластов залегающих в недрах Донецкого угольного бассейна имеют мощность менее 1,2 м. При этом мощность пластов, разрабатываемых на действующих шахтах нашего региона, колеблется от 0,6 до 1,17 м. На основе анализа горно-геологических условий залегания указанных пластов[3] получены гистограммы распределения типов пород кровли и почвы на действующих шахтах Донбасса (рис.1). Установлено:  в основной кровле преобладают породы средней обрушаемости А2 – 40,24 % (см. рис.1,а)  в непосредственной кровле преобладают породы малой устойчивости Б3 – 28,05 % (см. рис.1,б);  в почве пласта преобладают породы малой устойчивости П2 - 39,02 % (см. рис.1,в). Из полученных гистограмм следует, что проблема выемки тонких пластов на шахтах Донбасса усугубляется неблагоприятными условиями их залегания, такими как малоустойчивая непосредственная кровля и малоустойчивая почва пласта. Такие горно-геологические условия являются весьма сложными, поэтому наиболее жестким ограничением рабочей скорости перемещения комбайна по лаве в условиях выемки тонких пластов будет скорость крепления забоя. Изучив технические характеристики крепей, [2,4-6]предназначенных для работы на маломощных пластах в наиболее часто встречающихся горно-геологических условиях их залегания (основная кровля А2, непосредственная – Б3, почва пласта П2), определены средние значения скоростей крепления забоя, приведенные на рис. 2.

«Теехнологичееские маши ины и оборрудование» »

Ри исунок 11– Условвия залеггания уггольных пластовв, на шах хтах Дон нбасса, по п крритериям м: обруш шаемости и массивва пород (а); усто ойчивоссти непоссредствеенной кровли (б); устойчи ивости почвы (в))

Матери иалы XVIIІ Республикканской нау учно-техни ической сту уденческой й конференции

Р Рисунок 2 – Граф фик зави исимости и скороссти крепл ления отт типа кр репи (дл ля тонк ких пласстов) Как ввидно из и графи ика на рис.2 р нааибольшу ую скор рость кр репленияя в услловиях ттонких пластов имеют крепи 1МК98 (3,84 м/мин), м 1КД90 1 (3,6 ( м/м мин) и 1ДМ (3,6 6 м/мин).. На осснове ан нализа соовременных кон нструкци ий механ низироваанных крек пей й[2,4-6] установвлено, ч что наи иболее перспект п тивными и в усло овиях шаахт Доонбасса яявляютсяя крепи::  пооддерживвающе – оградительного о типа;  агррегатиро ованныее;  с ообеспечеением поодъема носка н основанияя секции. Таким м харакктеристиккам соо ответству уют кон нструкци ии креп пей 1ДМ М и 1К КД90. Прри этом крепь 1КД90 им меет бол льшее уд дельное сопроти ивление на 1м м² поддеррживаем мой площ щади, чеем крепьь 1ДМ, и меньш шую масссу секц ции креепи. В кач честве об бъекта д дальнейш шего иссследован ния и мод дернизац ции принята механиззированн ная креп пь 1КД90 0. Общи ий вид сеекции кр репи 1КД Д90 при иведен н на рис.3.

«Теехнологичееские маши ины и оборрудование» »

Рисун нок 3 – Общий О ввид секции крепи и 1КД90 0 Вывооды и на аправлеения дал льнейших исследовани ий. Таки им образо ом, из изложен нного вы ыше след дует, что о на действующих шахттах нашеего регио она мощностти разраб батываем мых плаастов кол леблетсяя в пределах от 0,6 знаачение м до 1,17 м. При это ом условия залеггания пл ластов яввляются весьма сложным с ми, чтоо негати ивно сказываетсяя на ско орости креплени к ия забоя.. Соврем менные мем хан низироваанные крепи типаа 1ДМ М и 1КД90 1 (поддер рживающ щеогррадителььные, аггрегатированныее, с обесспечениеем подъ ъема носска осно ованияя) не моогут обесспечить скорость креплеения бол лее 3,6 м/мин, м чтто являеттся осн новным сдерживвающим м фактор ром по дальнейш шему поввышению ю производиттельностти очисттных мееханизир рованны ых комплексов в целом м. Решен ние дан нной прооблемы может б быть часстично достигну д уто за сч чет усовеершенсттвован ния консструкции и наиболлее персспективн ных типо ов механ низироваанных крек пей й. В качеестве об бъекта моодернизаации вы ыбрана кр репь 1КД Д90. Списсок источн ников 1. Паввленко, С. В. Комбай йн КДК5000 в забоях ООО «Шаахтоуправл ление «Сад дкинское» [Текст] [ / С. С В. Паавленко, А. О. Иванко ов, В. В. Коосарев // Журнал Ж «Уголь». 2008. №6. С. 26 6-30. 2. Горрные маши ины для по одземной добычи угляя [Текст] / П. А. Горб батов, Г. В. В Петрушккин, Н. М. Лысен нко [и др.]. - Донецк: Норд Комп пьютер, 2006. - 669 c. 3. Меетодика оцеенки и класссификации показателей разруш шаемости угольных у пластов п осн новных бассейновв СССР. Чаасть 2 [Теккст]. – М.: И ИГД им. А. А. Скочин нского, 197 78. – 60 с. 4. Спрравочный м материал по п выбору ссовременны ых механиззированны ых крепей отечественн о ного произвводствва [Текст] / И. В. Вернер, А. И. Мороз, Г. А. Симано ович, А. А. Тарасенко о // Вибраци ии в технике и теххнологиях. 2000. №4(16). С.102--115. 5. Прооизводствеенные проц цессы в очи истных заб боях угольн ных шахт [Текст] [ / И. И Ф. Яремб баш, В. Д. Морозз, И. С. Косстюк [и др..]. - Донецкк, 1999. - 18 85 с. 6. Основные элементы - Механ низированн ные крепи и [Электро онный ресурс]. Реж жим доступа: 718/tovarovvedenie/osn novnye_elem menty. (Датта обращения: 05.10.2019). httpps://studwoood.ru/16617

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

УДК 622. 673. 1

В.Г. Гуляев, докт. техн. наук, профессор, М.В. Стасюк, студент Донецкий национальный технический университет ДИНАМИКА ПРИВОДА МЕХАНИЗМА ПОВОРОТА ЭКСКАВАТОРА ЭКГ-5А С СИСТЕМОЙ УПРАВЛЕНИЯ ТП-Д В работе рассмотрены динамика рабочего процесса и направления модернизации электропривода механизма поворота ЭКГ-5А на основе учета взаимодействия механической части с электродвигателем в системе ТП-Д,

1. Состояние вопроса и характеристики режимов роботы ЭКГ-А. В настоящее время более половины всего парка карьерных одноковшовых экскаваторов составляет машина ЭКГ-5А. Этот тип экскаватора остается основной экскавационной единицей при разработке карьеров нерудных материалов, в области добычи руды, угля и при строительстве крупных объектов. Первые экскаваторы ЭКГ-5А появились еще в конце 1970-х годов. Они представляли собой модернизированные образцы ЭКГ-4,6Б. Экскаваторы ЭКГ-5А, с конструктивными минимальными изменениями, продолжают выпускать и сегодня. Конструкция ЭКГ-5А и их техническая характеристика изложена в работе [1] Большой объём земляных работ на открытых горных работах угольной промышленности выполняется мощными одноковшовыми и роторными экскаваторами с электрическим приводом. Рост мощностей этих машин обусловливает увеличение мощностей приводов главных механизмов. Поэтому с точки зрения экономии как капитальных затрат на создание приводов, так и расхода электроэнергии во время эксплуатации машин, вопросу расчета привода и главным образом правильному определению мощности и выбору двигателей необходимо уделять большое внимание. Режим работы электроприводов основных рабочих механизмов экскаватора характеризуется большим числом включений, резкими изменениями нагрузки, частыми изменениями направления вращения (реверсированием). Иными словами, электроприводы работают главным образом в неустановившихся режимах. Процесс экскавации слагается из отдельных циклов работы экскаватора. В свою очередь цикл работы экскаватора-лопаты состоит из следующих операций: опускание ковша в забой; копание, во время которого производится подъем ковша; поворот платформы к месту выгрузки; открывание днища ковша и разгрузка; возвращение в забой с закрыванием ковша. Во время копания величина снимаемого слоя породы (стружки) и скорость заполнения ковша регулируются увеличением или уменьшением усилия 74

«Технологические машины и оборудование»

напора, вследствие чего рукоять с ковшом подается в забой или выдвигается из него, изменяя величину снимаемой стружки. После завершения цикла операции повторяются и совершаются новые циклы, пока не будет полностью разработан слой грунта в зоне копания, что определяется полным выдвижением рукояти. Затем экскаватор передвигается ближе к забою. Поворотное движение составляет 70-80% от общей продолжительности рабочего цикла экскаватора. Сокращая продолжительность поворотных движений, можно увеличить производительность экскаватора. Вращение поворотной платформы с расположенным на ней рабочим оборудованием у экскаватора ЭКГ-5А осуществляется двухдвигательным электроприводом. Преимущества двухдвигательного привода поворота экскаватора очевидны: увеличение числа валопроводов механизма позволяет уменьшить нагрузку каждого валопровода; за счет этого облегчить передачи, что особенно важно для выходных ступеней, а также достигается более благоприятное распределение усилий в опорно-поворотном устройстве. 2. Динамика привода поворота экскаватора. Выбор структуры электропривода Электрооборудование экскаватора работает в повторнократковременном режиме, особенностью, которого является частые пуски и остановки двигателя. Известно, что потери энергии в переходных процессах зависят от величины момента инерции электропривода. Значительную долю которого, если исключить инерционные механизмы, составляет момент инерции двигателя. Поэтому при повторно-кратковременном режиме желательно применять двигатели, которые при требуемой мощности и угловой скорости характеризуются меньшими моментами инерции. По условиям нагрева, допустимая нагрузка двигателя при повторнократковременном режиме выше, чем при длительном. При пуске с повышенной статической нагрузкой двигатель должен развивать и высокий пусковой момент, который превосходит статический на значение требуемого динамического момента. Поэтому в повторно-кратковременном режиме необходима более высокая перегрузочная способность двигателя, чем при длительном. Статическая нагрузка привода поворота определяется силами трения опорных роликов и составляет около 20 % номинального момента двигателя. Динамическая нагрузка привода поворота обуславливается инерционными характеристиками вращающихся частей экскаватора и приводного двигателя. Наибольшие нагрузки электромеханическая система привода поворота испытывает в переходных процессах – разгона и торможения платформы с 75

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

груженым и порожним ковшом экскаватора. При поворотах платформы в пределах рабочего диапазона, время разгона и торможения может достигать 90 – 95 % длительности цикла, и лишь 5 % времени цикла двигатели работают с установившейся скоростью. Структура электропривода механизма поворота и кинематика двухдвигательного привода представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Кинематическая схема механизма поворота. 1 – тормозной шкив; 2 – электродвигатель; 3 – редуктор; 4 – зубчатый венец; 5 – поворотная шестерня. Исходные данные для расчета динамики привода поворота приведены в таблице 1. Таблица 1- Исходные данные для расчета динамики привода поворота Частота вращений поворотной платформы, об/мин Момент инерции платформы с груженым ковшом, т·м2 Момент инерции платформы с порожним ковшом, т·м2 Время цикла, с Общее передаточное число Количество двигателей

2,5 15·106 10·106 27 300 2

Используя основы механики электропривода [2,3], определяем: Необходимую динамическую мощность привода поворотного механизма по формуле: ; 76

(1)

«Технологические машины и оборудование»

где: Jr – момент инерции вращающихся частей экскаватора с груженым ковшом, кгм2; Jn – момент инерции вращающихся частей экскаватора с порожним ковшом, кгм2; n – расчетная угловая скорость платформы, рад/с; tв.р. – время поворота платформы с груженым ковшом на разгрузку, с; Угловая скорость платформы определяется по выражению: (2) где: nв – частота вращений поворотной платформы, об/мин., nв=2,5об/мин Мощность привода поворотного механизма при вращении платформы с груженым и порожним ковшом определяется по выражению (1):

При двух однотипных двигателях в поворотном механизме мощность каждого двигателя находится как средне арифметическое:

Выбираем ближайший по мощности двигатель постоянного тока с независимым возбуждением ДЭВ-812 с основными параметрами, приведенными в таблице 2. Таблица 2 – Технические данные двигателя Данные двигателя поворота ДЭВ-812 Номинальная мощность, кВт 100 Номинальная скорость вращения, об/мин 750 Номинальная напряжение, В 305 Номинальная ток якоря, А 360 КПД (ном.), % 93,4 Продолжительность включения, ПВ % 80 Ток независимого возбуждения, А 17,2 Число полюсов 4 Сопротивление обмотки якоря при t = 20 С, Ом 0,14 Сопротивление обмотки независимого возбуждения при t = 20 C, 4,76 Ом Сопротивление обмотки дополнительных полюсов при t = 20 С, 0,009 Ом Момент инерции, кг м2 8,25 Число секций обмотки якоря 35 77

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

2.2 Проверка двигателя ДЭВ-812 по нагреву Вычисляем номинальный момент двигателя ДЭВ-812 системы поворота (3) пользуясь данными табл. 2: (3) Общее передаточное число привода поворота находится по выражению: (4) Суммарный момент инерции платформы с груженым ковшом, приведенный к валу двигателя определяем используя данные табл.1 по выражению: (5) где: Jr – момент инерции платформы с груженым ковшом, кгм2;  – количество двигателей; Iв – передаточное число двигателя; Jя – момент инерции двигателя, кгм2. Суммарный момент инерции платформы с порожним ковшом, приведенный к валу двигателя находится аналогично выражению (6):

где: Jn – момент инерции платформы с порожним ковшом, кгм2. В соответствии с рекомендациями работы [5] принимаем следующие значения вращающих моментов двигателя: ,(7) стопорный: отсечки:

,(8)

Динамический момент, формирующийся при разгоне двигателя с груженым и порожним ковшом можно определить по следующему выражению:

(9)

– момент сопротивгде: ления при поворотах платформы, преодолеваемый каждым двигателем при работе с установившейся скоростью. Среднее значение момента, развиваемого двигателем при разгоне с груженым и порожним ковшом, определяем по выражению (10): 78

«Технологические машины и оборудование»

(10) Время разгона двигателя до установившейся скорости с груженым ковшом находим по выражению: tц (11) Угол поворота платформы при разгоне двигателя с груженым ковшом находим по выражению: ;

(12)

где: αгр.р. – ускорение при разгоне двигателя с груженым ковшом; (13) а угол поворота

Время торможения платформы с груженым ковшом определяется по выражению: tц (14) Средний момент, развиваемый двигателем при торможении с груженым и порожним ковшом, определяется по выражению: (15) Угол, поворота платформы при торможении с груженым ковшом, рассчитываем по выражению: ,

(16)

где: φгр. – угол поворота платформы с груженым ковшом; рад/(или град) αгр.т - ускорение при торможении с груженым ковшом; (рад/с2) ; (17) а угол поворота

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

Приняв за расчетный угол поворота платформы на разгрузку 90 , найдем угол, на который платформа повернется с установившейся скоростью, и время поворота на этот угол:

Время разгона двигателя до установившейся скорости с порожним ковшом определяем по выражению: цикла (18) Угол, поворота платформы при разгоне двигателя с порожним ковшом определяется по выражению: ;

(19)

где: αпор – ускорение при разгоне с порожним ковшом; а соответствующий угол поворота

Время торможения двигателя с порожним ковшом определяется по выражению (20): цикла ; (20) Угол, поворота платформы при торможении с порожним ковшом, определяется по выражению: ; (21) где: αтор.п. – ускорение при разгоне с порожним ковшом;

а угол поворота в этом режиме

Угол поворота платформы с установившейся скоростью определяется по выражению:

«Технологические машины и оборудование»

(22) время поворота платформы на этот угол

Эквивалентный момент двигателя поворота, определяем по методу эквивалентных величин [2,3], которые не должны превышать номинальных, т.е. Jэ≤Jн; Мэ≤Мн; Pэ≤Pн;

Эквивалентный момент не должен превышать номинального, т.е. находится по выражению: Мэ≤Мн,=0,13104 Нм , условие выполняется. Коэффициент продолжительности включения двигателя можно определить по выражению , где: tраб – фактическое время выполнения всех составляющих рабочего цикла. По расчетам видно, что выбранный двигатель удовлетворяет требованиям работы поворотного механизма в рассмотренных выше режимах функционирования. 3. Обоснование системы электропривода механизма поворота Основным требованием к электроприводу механизма поворота является обеспечение протекания переходных процессов в минимально возможное время с ограниченным ускорением или замедлением, в особенности при торможении. Такое требование вызвано тем, что механизм поворота работает исключительно в переходных процессах пуска, реверсирования и торможения. Он обладает значительной массой, которая в несколько раз превышает маховую массу двигателя. Кроме того, вследствие большого передаточного отношения редуктора механизма поворота могут быть значительные люфты в передачах, что тоже требует плавного разгона во избежание резких ударов в передачах, см.табл.1. 3.1 Выбор системы электропривода и методов регулирования скорости 81

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

Требуемые механические экскаваторные характеристики приводов главных рабочих механизмов экскаватора легче всего осуществить, когда каждый главный рабочий механизм: подъем, поворот, напор или тяга, оборудуются двигателем постоянного тока независимого возбуждения, питающихся от отдельного источника питания – генератора постоянного тока, напряжение которого можно плавно регулировать от нуля до полной величины ± Uг с помощью реостата. Такая система регулируемого электропривода называется системой генератор – двигатель и сокращенно обозначается Г-Д. В настоящее время система Г-Д считается морально устаревшей, так как электромашинный агрегат значительно повышает вибрации и шум в экскаваторе [4,5]. Установленные РД-15-14-2008 [7] нормативы интенсивности вибрации механического оборудования карьерных гусеничных экскаваторов ЭКГ-5А с системой Г-Д приведены в таблице 3. Таблица 3. Интервалы и предельные значения интенсивности вибрации механического оборудования экскаваторов. Наименование оборудования

Группа

Хорошо

Класс оценок Ve, мм/с УдовлетвоДопустимо Недопустимо рительно

ЭКГ- 4,6 ; ЭКГ- 5А Машинный агрегат

1,8

1,8 – 4,5

4,5 - 11

Св.11

Подъемный механизм

≤ 1,1

1,1 – 2,8

2,8 – 7,1

Св.. 7,1

Напорный механизм

≤ 1,1

1,1 – 2,8

2,8 – 7,1

Св. 7,1

Механизм поворота

1,8

1,8 – 4,5

4,5 - 11

Св. 11

Анализ данных табл.3 показывает, что интенсивность вибрации механизма поворота и машинного агрегата достаточно высока и соответствуют 2-й группе. Подтверждением высокой вибрационной нагрузки механизма поворота является включение в критерии предельного состояния при вибродиагностике таких признаков, трещины зубьев на зубчатом венце и вал-шестернях, как недопустимых. Допустимые уровни вибрации на рабочем месте машиниста экскаватора приведены в табл.4, они предусмотрены РД-15-14-2008 [7]. При общей вибрации на частоте 8 Гц организм человека испытывает резонанс, что опасно для здоровья машиниста и безопасности его трудовой деятельности. Поэтому в диапазоне частот от 8 до 63 Гц значения виброскорости ≤2,2мм/с. 82

«Технологические машины и оборудование»

Таблица 4. Допустимые уровни вибрации на рабочем месте машиниста Среднегеометрические частоты октавных по2 4 8 16,3 31,5 лос, Гц Среднеквадратическое значение виброскоро12,5 4,5 2,2 2,0 2,0 сти, мм/с

2,0

Автоматизация производственных процессов на электротехнической основе требует электроприводов экскаваторов с регулированием скорости в широком диапазоне. Наиболее полно удовлетворяют требованиям различных механизмов в отношении регулирования скорости, являются электроприводы постоянного тока, особенно система ТП-Д, что подтверждается работами [4,5]. Наряду с широким диапазоном регулирования скорости, достигающим в отдельных случаях значений 100 - 200 и более, система ТП-Д обеспечивает возможность получения специального вида механических характеристик электропривода и необходимый характер протекания переходных процессов - форсирование пуска, плавное и интенсивное торможение. В работах [4,5,6] показано, что использование ЭКГ-5А с системой ТП-Д позволяет повышать энергоэффективность, производительность, снижать риск опасных отказов и профессиональных заболеваний. Выводы и направления дальнейших исследований. Из изложенного выше следует: большую актуальность приобретают две взаимосвязанные задачи: 1/снижение вибрационной нагруженности главных механизмов экскаватора путем оптимизации их динамических свойств и 2/автоматизация процесса его работы на основе модернизации привода главных механизмов по системе ТП-Д. Решение этих задач позволит улучшить основные показатели качества и надежность его работы. В первую очередь необходима модернизация механизма поворота с учетом высокой динамики его рабочего процесса, что определяет направления дальнейших исследований. Список источников 1. Кантович Л.И., Гетопанов В.Н. Горные машины. Учебник для техникумов. // Москва: Недра, 1989. — 304 с. 2. Мартынов М.В., Переслегин Н.Г. Автоматизированный электропривод в горной промышленности. // М.: Недра, 1977. — 375 с. 3. Ковчин С. А., Сабинин Ю. А. Теория электропривода: Учебник для вузов. - СПб.: Энергоатомиздат. Санкт-Петербургское отд-ние, 2000. - 496 с. 4. Сафошин В.В.,Микитченко А.Я., Шевченко А.Н., и др.Электропривод экскаватора ЭКГ-5 по системе ТП-Д ОАО "Рудавтоматика"//М. "Новые технологии", Горное оборудование и электромеханика №4, 2009.-с.16-22 83

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции 5. Микитченко А.Я., Шевченко А.Н., Бирюков Ю.А. Энергетическая эффективность регулирования в тиристорных и транзисторных электроприводах экскаваторов // Горное оборудование и электромеханика, 2008, №5, с.24-31. 6. Немчинов А.А. Модернизация электропривода поворота экскаватора ЭКГ-5А. – Челябинск: ЮУрГУ, ТТМ; 2018, 112 с. 7. Методические рекомендации о порядке проведения экспертизы промышленной безопасности карьерных одноковшовых экскаваторов - РД-15-14-2008. - 103 с. © В.Г. Гуляев, М.В. Стасюк, 2019

«Технологические машины и оборудование»

УДК 669.02/09 В.С. Вожжов, студент, М.С. Котков, студент, Е.В. Ошовская, канд. техн. наук, доц., В.А. Сидоров, докт. техн. наук, проф. Донецкий национальный технический университет АНАЛИЗ ОТКАЗОВ МЕХАНИЗМОВ РАЗЛИВОЧНЫХ КРАНОВ В статье приведено описание конструкции разливочного крана, его механизмов подъема и передвижения. Представлены результаты количественного и качественного анализа отказов механизмов разливочного крана за период эксплуатации 15 лет В состав сталеплавильных цехов входят разливочные краны. Они выполняют операции по подъёму, опусканию, удержанию, транспортированию ковшей с расплавленной сталью, а также вспомогательные операции по обработке ковшей, ремонту оборудования и уборке цехов. Разливочный кран (рис. 1) представляет собой металлоконструкцию (мост) 1, опирающуюся на ходовые колёса, входящие в состав механизма передвижения крана 2. На верхних поясах балок моста по рельсовому пути передвигается главная тележка 3. Ниже главных балок расположены внутренние балки моста, по которым перемещается вспомогательная тележка 4. Управление краном производится из теплоизолированной кабины 5, прикрепленной к нижней части моста. Главная и вспомогательная тележки имеют механизмы подъёма и передвижения. В качестве грузозахватного приспособления на главной тележке используется траверса с пластинчатыми крюками 6, а на вспомогательной тележке – крюковая подвеска 7 [1].

Рисунок 1 - Кинематическая схема устройстава разливочного крана Обзор конструкций разливочных кранов с близкой грузоподъёмностью показал, что основные различия касаются механизма подъёма главной тележки. Он может быть выполнен по типовой схеме (рис. 2, а) или по схеме с планетарным редуктором (рис. 2, б) [2]. 85

Матери иалы XVIIІ Республикканской нау учно-техни ической сту уденческой й конференции

Ки инематич ческая схема с м механизм ма подъ ъёма всспомо-гаательной й тележ жки покказана н на рис. 2, в. На ррисунке 2: 1 – эл лектродввигательь; 2, 5 – тормоз; т 3– зуб бчатая м муфта; 4 – редукктор; 6 – силово ой полисспаст; 7 – барабаан; 8 – шеш стеерня; 9 – зубчаты ый венец ц.

в Рис.2. Кинемаатически ие схемы ы механи измов подъема: а) глаавной теележки, ттиповая; б) главвной телеежки, с планетар п рным р редуктор ром; в) вспомогаательной й тележк ки На ри ис. 3 пр риведены ы кинематически ие схемы ы механ низмов передвиж п женияя крана и тележеек.

а 86

«Технологические машины и оборудование»

в Рисунок 3 - Кинематическая схема механизмов передвижения: а) крана; б) главной тележки; в) вспомогательной тележки Ходовая часть крана состоит из четырёх отдельных синхронизированных механизмов (рис. 3, а), каждый из которых состоит из электродвигателя 6, тормоза 5 и редуктора 4, соединенного через промежуточный вал 3 с приводным ходовым колесом 2. Приводное 2 и холостые 1 колёса размещаются в балансирных тележках, шарнирно соединённых с балансирами. Главные балансиры шарнирно связаны с мостом крана, что обеспечивает равномерное распределение нагрузок на ходовые колёса. Общее количество ходовых колёс крана составляет 16. Механизм передвижения главной тележки состоит из центрально расположенного электродвигателя 3, тормоза 4, двух быстроходных промежуточных валов 5, двух редукторов 6 и восьми ходовых колес 8 в балансирных тележках 1. Приводные колеса соединены с редукторами муфтами 7. Вспомогательная тележка опирается на четыре ходовых колеса, два из которых являются приводными 1. Двигатель 2, муфта 3 и редуктор 4 установлены в средней части рамы тележки. Выходные валы редуктора соединяются с промежуточными валами 5 муфтами. Посредством муфты каждый вал 5 также соединяется с валом приводного ходового колеса 1. Тормоз 6 установлен на муфте 3. Из приведенного описания конструкций механизмов видно, что в их состав входят подобные узлы и агрегаты, но их режимы работы и нагружения различны, что должно отражаться на показателях безотказности и долговечности. Одной из задач цеховой ремонтной службы является разработка мероприятий по повышению долговечности разливочного крана, для этого необходима информация о видах неисправностей его элементов и закономерности их возникновения. В данной статье приведены результаты количественного и качественного анализа отказов механизмов разливочного крана за период эксплуатации 15 лет, после 10 лет работы был проведен капитальный ремонт крана. Источником информации выступали записи агрегатных журналов. Общее количество проанализированных событий соста87

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

вило 296. Распределение общего количества отказов крана по годам приведено на рис.4. Здесь прослеживается типовая закономерность изменения интенсивности отказов, свойственная сложным техническим системам. На протяжении первых 3-х лет можно отметить участок приработки, далее 4 года – период нормальной работы и 3-хлетний период ускоренного старения механизмов. Повторение данных тенденций прослеживается и в период после проведения капитального ремонта. Дальнейшее рассмотрение анализируемых событий выполнялось по двум группам: механизмы подъёма (главной и вспомогательной тележки) и механизмы передвижения (крана, главной и вспомогательной тележки).

Рисунок 4 - Изменение количества отказов крана на периоде наблюдения Можно отметить, что среди всех неисправностей крана бόльшая часть связана с механизмами подъёма, их доля составляет 60...80%, из которых 60...70% отказов приходится на механизм подъёма главной тележки (рис.5, а). Среди отказов механизмов передвижения около 80% связано с ходовой частью крана, 12% – главной тележки, 8% – вспомогательной тележки (рис.5, б). Неисправности механизма передвижения вспомогательной тележки стали возникать после 7-ми лет эксплуатации, на периоде ускоренного старения, а также после капитального ремонта на этапе приработки.

а 88

«Технологические машины и оборудование»

б Рисунок 5 - Распределение отказов механизмов подъёма (а) и передвижения (б) по объектам Рассмотрение отказов по сезонам в течение года (весна, лето, осень, зима) позволило установить, что в механизмах подъёма в среднем около 40% всех отказов (наибольшая доля) происходило в зимний период, на другие сезоны приходится по 19...21% (рис.6, а). В механизмах передвижения (рис.6, б) максимальная доля отказов относится к осеннему периоду года – около 40%, доля отказов, произошедших зимой, составила около 30%, а весной и летом – 14...16%.

б Рисунок 6 - Распределение отказов механизмов подъёма (а) и передвижения (б) по временам года 89

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

Для дальнейшего анализа на основании кинематических схем (рис. 2, 3) механизмы крана были разделены на составные части. В механизмах подъёма были выделены: 1 – привод; 2 – полиспаст (блоки и канаты); 3 – грузозахватное устройство (траверса, крюки); 4 – узел барабана. В механизмах перемещения соответственно: 1 – привод, 2 – ходовые колёса, 3 – промежуточный вал, 4 – прочие. Полученные распределения отказов (рис. 7) показали, что в механизмах подъёма и перемещения наибольшая доля событий приходится на привод – 70...80%. Отказы полиспастных систем в механизмах подъёма составили 13…19,6%, а ходовых колёс крана и главной тележки –12 и 5% соответственно.

б Рисунок 7 - Распределение отказов по составным частям механизмов: а) подъёма главной (наружный круг) и вспомогательной тележки (внутренний круг); б) передвижения крана (наружный круг), главной (средний круг) и вспомогательной тележки (внутренний круг) В структуре приводов механизмов также выделены 4 группы элемен90

«Технологические машины и оборудование»

тов: 1 – двигатель; 2 – редуктор; 3 – муфта; 4 – тормоз. Установлено, что в механизмах подъёма (рис. 8, а) максимальная доля отказов связана с редуктором – 39...43%, для вспомогательной тележки также значительна доля неисправностей тормоза – 48,5%. В приводах механизмов передвижения (рис. 8, б) неисправности редукторов составляют вторую по значениям группу – 28...38%, несколько большая часть поломок относится к муфтам 36...56%, основной вид отказа муфт – это износ втулок и пальцев.

Рисунок 8 - Распределение отказов по элементам приводов механизмов: а) подъёма главной (наружный круг) и вспомогательной тележки (внутренний круг); б) передвижения крана (наружный круг), главной (средний круг) и вспомогательной тележки (внутренний круг) Анализ отказов редукторов (рис. 9) приводов механизмов позволил выявить, что основная проблема их функционирования – недостаточный уровень масла. Кроме того, для главного подъёма 22...27% – это отказы подшипников и зубчатых колёс. Причем основной вид отказа этих элементов – износ, что вполне может быть обосновано недостаточным смазыванием. Средняя наработка на отказ подшипников редуктора главного подъёма составила 304 суток. В механизме передвижения крана наибольшая частота возникновения соответствует событию – ослабление болтов крепления редуктора, отмечены также отказы зубчатых колёс. Кроме неисправностей приводов значимыми для работоспособности разливочного крана являются отказы полиспастных систем механизмов подъёма и ходовых колёс в механизмах передвижения. Так, отказы канатов (износ и обрыв проволок в прядях) для главного и вспомогательного подъёма составляют 72 и 77% всех неисправностей полиспастов. Среди отказов 91

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

ходовых колёс крана и главной тележки более 60% приходится на поломки подшипников (износ и разрушение элементов), что согласуется результатами [3]. 90,0

90,0

80,0

70,0

60,0

50,0

40,0

30,0

20,0

10,0

10,0 0,0

0,0 Подшипники

Зубчатые колеса

Главная тележка

Резьбовые соединения

Смазка

Вспомогательная тележка

Зубчатые колеса кран

Резьбовые соединения

главная тележка

Смазка

вспомогательная тележка

Рисунок 9 - Распределение отказов редукторов приводов механизмов подъёма (а) и передвижения (б) Таким образом, проведенный анализ отказов разливочного крана показал основные тенденции развития потока неисправностей и выявил «узкие» места конструкции – редукторы механизмов подъёма и передвижения, а также ходовые колёса крана. Для данных структурных частей крана необходима разработка методик оценки технического состояния и остаточного ресурса их элементов, что планируется выполнить в ходе дальнейших исследований. Список источников 1. Петухов, П.З. Специальные краны / П.З. Петухов, Г.П. Ксюнин, Л.Г. Серлин. – М.: Машиностроение, 1985. – 248 с. 2. Сидоров, В.А. Анализ современных конструкций механизмов подъема литейных кранов / В.А. Сидоров, Е.В. Ошовская, Н.А. Ченцов // Механическое оборудование металлургических заводов. – Магнитогорск: МГТУ. – №3. – 2014. – С. 87–94. 3. Сидоров В.А. Анализ отказов ходовых колес разливочных кранов / В.А. Сидоров, Е.В. Ошовская, Н.П. Прудченко // Материалы XІV Международной научно-технической студенческой конференции «Механика жидкости и газа». – Донецк: ДонНТУ. – 2015. – С. 20-27. © В.С. Вожжов, М.С. Котков, Е.В. Ошовская, В.А. Сидоров, 2019

«Технологические машины и оборудование»

УДК 669.162

Свичканев А.И., студент, Ошовская Е.В., канд. техн. наук, доцент, Сидоров В.А., докт. техн. наук, проф. Донецкий национальный технический университет МОДЕЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ НАКЛОННОГО МОСТА СКИПОВОГО ПОДЪЕМНИКА ДОМЕННОЙ ПЕЧИ Приведена схема с основными элементами скипового подъемника доменной печи. Описана конструкция наклонного моста скипового подъемника и проведено математическое моделирование его напряженно-деформированного состояния

Для работы доменной печи требуется бесперебойная подача шихтовых материалов к загрузочному устройству. В большинстве доменных печей для загрузки шихтовых материалов используется скиповый подъемник. Основными элементами скипового подъемника (рисунок 1) являются: скиповая лебедка 1, пилон 2, скипы 3а и 3б, система канатов с блоками 4, наклонный мост 5, скиповая яма 6. На наклонном мосте уложены два рельсовых пути 7 для движения скипов. Угол наклона моста составляет 480. В крайнем нижнем положении скипы находятся в скиповой яме под загрузочными бункерами. Для доставки шихтовых материалов на колошник доменной печи и загрузки их в приемную воронку засыпного аппарата на продольные нижние балки моста установлены железнодорожные рельсы 7, которые в верхней части переходят в разгрузочные кривые 8, а в нижней опускаются в скиповую яму 6 для загрузки. Скипы 3а, 3б попеременно поднимаются и опускаются при помощи скиповой лебедки 1, расположенной в машинном зале [1]. Анализ литературных источников [2] показал, что отказы скиповых подъемников образуют третью по величине группу аварий (после металлоконструкций и воздушных фурм), что составляет около 13% всех неполадок и 8,5% общего времени простоев. Доля отказов наклонного моста относительно мала, но ликвидация последствий его аварий вызывает значительные потери (рисунок 2).

Матери иалы XVIIІ Республикканской нау учно-техни ической сту уденческой й конференции

Рисун нок 1 – Схема С сккипового о подъем мника

Рисуунок 2 – Соотнош шение вр ременны ых затратт на воссстановлеение раб ботооспособн ности сккиповогоо подъем мника в зависимо з ости от места м во озникноввения авари ии Имен нно данн ный элем мент кон нструкци ии скипового по одъемни ика долж жен харрактериззоватьсяя высоки ими покаазателям ми надеж жности, так т как он о не имеет реззервироввания, испытыва и ает посттоянное нагружеение, пр ричем наагрузки измен няются в широкком диап пазоне и являюттся знако оперемен нными, его ремо онт треебует зн начителььных заатрат вр ремени и трудо овых рессурсов, отдельн ные учаастки нааходятсяя на высооте. Поээтому во опросы, связанны ые с обееспечени ием 94

«Технологические машины и оборудование»

работоспособности наклонного моста, являются актуальными. Для разработки мероприятий по техническому обслуживанию, выбора диагностических параметров для оценки технического состояния наклонного моста нужна информация о возможных местах зарождения дефектов металлоконструкций, закономерностях их развития. Такую информацию можно получить путем математического моделирования напряженнодеформированного состояния наклонного моста с использованием метода конечных элементов. В статье представлены результаты моделирования в прикладном пакете ANSYS. Наклонный мост представляет собой пространственную металлическую конструкцию, состоящую из двух боковых вертикальных решетчатых ферм, которые соединены между собой поперечными связями. Мост имеет две опоры. Нижняя часть моста опирается на фундамент у скиповой ямы, вторая опора расположена на пилоне – отдельной колонне, смонтированной на фундаменте доменной печи. Фермы моста имеют четырехугольную форму с непараллельными поясами, решётки ферм – раскосные с нисходящими раскосами. Элементы ферм выполнены из однополочных уголков трех типоразмеров и соединяется с помощью сварки или резьбовых соединений. Так как металлоконструкция наклонного моста находится в сложном напряженно-деформированном состоянии, то вначале задача была рассмотрена в двумерной постановке. Конструкция моста была сведена к плоской однопролетной консольной ферме с подвижной А и неподвижной В опорами (рисунок 3а). Для создания конечно-элементной модели моста использовались балочные элементы типа BEAM188. Общее количество элементов составило 236. Характеристики поперечного сечения балочных элементов соответствовали однополочным уголкам №10, 16 и 20 (ГОСТ 8510-72). В качестве нагрузок использованы сосредоточенные силы, возникающие при установившемся режиме перемещения скипов вдоль моста, (рисунок 3а). Для нахождения статических сил был рассмотрен типовой график движения скипа, заполненного агломератом, определены усилия в канатах и реакции в скатах скипа. Полученные значения сил прикладывались вдоль трассы наклонного моста. В процессе моделирования было рассмотрено 6 вариантов нагружения, расположение точек приложения сил показано на рисунке 3б. Точки №1–№4 находятся в пролете фермы, №5–№6 – в консольной части.

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

Рисунок 3 – Типовая расчетная схема наклонного моста (а) и схема расположения точек приложения сил (б) В качестве результатов моделирования анализировались картины деформированного состояния (рисунок 4), эпюры продольных и поперечных сил, эпюры изгибающих моментов (рисунок 5), а также распределение напряжений, вызванных данными силовыми факторами. В таблице 1 приведены значения максимальных смещений конструкции моста в горизонтальном и вертикальном направлениях.

Рисунок 4 – Картины деформированного состояния наклонного моста для расчетных схем: а) №1; б) №4; в) №6

«Технологические машины и оборудование»

№1

№4

№6

Рисунок 5 – Эпюры продольных сил (а), поперечных сил (б) и изгибающих моментов (в) для расчетных схем №1, 4, 6 Таблица 1 – Результаты расчета смещений конструкции моста Номер расчетной схемы Расстояние до точки приложения нагрузки, м Максимальное смещение по оси Х, мм Максимальный прогиб пролета по оси Y, мм Максимальный прогиб консоли по оси Y, мм

8,2

16,2

28,1

36,1

48,6

57,1

16,2

26,4

25,6

15,7

30,6

69,4

–10,2

–17,5

–17,0

–9,6

4,5

13,1

8,4

14,9

16,9

10,8

–18,6

–47,0

Анализ показал, что элементы конструкции наклонного моста испытывают максимальное нагружение при нахождении гружёного скипа в се97

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

редине пролета и в крайней точке консоли фермы. В целом, максимальные напряжения, возникающие в продольном направлении элементов моста, изменяются от 46 до 98 МПа, а в поперечном – от 9 до 56 МПа, что не превышает допустимых значений. Характер напряжений изменяется по мере продвижения скипа. При движении скипа в пролёте моста его верхний пояс работает на сжатие, а нижний – на растяжение. При прохождении скипом консольной части моста наоборот: верхний пояс испытывает напряжения растяжения, а нижний – сжатия. Таким образом, несмотря на то, что напряжения, возникающие в элементах наклонного моста скипового подъемника в результате действия статических сил, не превышают допустимых значений, их знакопеременный характер способствует зарождению повреждений в металлоконструкциях. Основными причинами возникновения и развития повреждений являются динамические нагрузки, вызываемые нарушениями работы скиповой лебедки. Поэтому в дальнейшем планируется выполнить моделирование напряженно-деформированного состояния наклонного моста на его трехмерной модели и с учетом влияния динамических нагрузок. Список источников

1. Целиков, А.И. Машины и агрегаты металлургических заводов. В 3-х томах. Т. 1. Машины и агрегаты доменных цехов. – М.: Металлургия, 1987. – 440 с. 2. Правила технической эксплуатации механического оборудования доменных цехов. – Гос.комитет промышленной политики Украины, 2000. – 323 с. © А.И. Свичканев, Е.В.Ошовская, В.А. Сидоров 2019

«Технологические машины и оборудование»

УДК 622. 232. 71

Моргунов В.М., канд. тент. наук, доц., Денисюк Р.В., магистрант, Донецкий национальный технический университет К ОБОСНОВАНИЮ ПАРАМЕТРОВ МАНИПУЛЯТОРА ПОДАЧИ ЗАГОТОВОК В ЗОНУ ОБРАБАТЫВАЮЩЕГО СТАНКА В работе обоснована структура манипулятора загрузки заготовок в рабочую зону обрабатывающего станка с ЧПУ, составлены логические уравнения управления манипулятором. разработана принципиальная схема пневмопривода, управляемого программируемым логическим контроллером, обоснована актуальность предлагаемой системы. В последнее время в промышленности все чаще применяются автоматизированные поточные линии. Применение автоматизированных систем обусловлено, в первую очередь, необходимостью повышения производительности труда. По данным социологических исследований было определено, что самым эффективным периодом работы человека, при условии рабочей недели е понедельника по пятницу, и двух выходных, субботы и воскресенья, является период со вторника по четверг. В понедельник и пятницу рабочий не отличается особым энтузиазмом. Автоматическая же система имеет постоянную производительность не только в любой день недели, но и в любое время суток, при условии, конечно, полной исправности. Основными элементами автоматических систем управления являются: • измерительные преобразователи - датчики разных типов, требуемой чувствительности и точности измерения; • усилительные элементы - механические, гидравлические и пневматические, электронные, электрогенераторные, магнитные; • исполнительные элементы, обеспечивающие требуемые мощность, точность и быстроту действия - электродвигатели и фрикционные муфты с выходным сигналом «вращение», гидро- и пневмодвигатели и электромагниты с выходным сигналом «перемещение», реле и концевые выключатели. Постановка задачи. В крупносерийном и массовом производстве зачастую изготавливаются однотипные детали в большом количестве, что приводит к необходимости использования автоматических линий. Анализ существующих систем. На сегодняшний день существует множество токарных станков, производящих загрузку и выгрузку деталей 99

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

автоматически. Такие станки называются токарными автоматами. В качестве заготовок они используется длинный стальной пруток, который режется автоматом на необходимые для изготовления детали заготовки. Этот пруток загружается в станок вручную. Но главным недостатком таких станков является даже не сам факт ручной загрузки прутка в станок, а то, что этот пруток при работе станка в рабочую зону подается сквозь шпиндель станка, что значительно ограничивает максимальный диаметр изготавливаемых деталей. Например, токарный автомат ХК20А допускает диаметр прутка 20 мм, тогда как подобный ему станок токарный станок с ЧПУ 8К3665, при примерно таких же габаритах, имеет максимальный диаметр обрабатываемой заготовки 360 мм [4]. Таким образом, для изготовления деталей сравнительно больших диаметров необходимо использовать токарные станки с ЧПУ, но для обеспечения полной автоматизации этого процесса нужна система, которая производила бы загрузку и отгрузку деталей автоматически. Краткое описание способа решения проблемы. Объектом разработки выбрана система автоматической подачи заготовок на токарный станок и их удаления, а именно, силовая система представлена пневмоприводом, и управляющая система – свободно программируемым командоконтроллером с электрическими входными и выходными сигналами. В качестве силовой части выбран пневмопривод, как обладающий рядом преимуществ: относительная простота конструкции и эксплуатационного обслуживания обусловленные одноканальным питанием исполнительных пневмомеханизмов (отработавший воздух выпускается непосредственно в атмосферу без отводящих трубопроводов), а следовательно, низкая стоимость и быстрая окупаемость затрат; надежность работы в широком диапазоне температуры, высокой влажности и запыленности окружающей среды; пожаро- и взрывобезопасность; большой срок службы, достигающий 10 000—20 000 ч (10—50 млн. циклов); высокая скорость перемещения выходного звена пневматических исполнительных устройств (линейного до 15 м/с, вращательного до 100 000 об/мин); легкость получения и относительная простота передачи энергоносителя (сжатого воздуха), возможность снабжения им большого количества потребителей от одного источника; отсутствие необходимости в защитных устройствах при перегрузке (пневмодвигатели могут быть заторможены до полной остановки без опасности повреждения и могут оставаться под нагрузкой практически без потребления энергии). Управляющая система представлена программируемым логическим контроллером (ПЛК). В качестве основного режима длительной работы ПЛК, зачастую в неблагоприятных условиях окружающей среды, выступа100

«Теехнологичееские маши ины и оборрудование» »

ет его автоономноее исполььзованиее, без сер рьёзного о обслуж живания и практтичеловекаа. ПЛК являютс я я устрой йствами реально ого чесски без ввмешатеельства ч вреемени. всех преимущесств и неедостаткков м образо ом, исхоодя из анализа а Таким расссматривваемого методаа решени ия данной задач чи, считтаем цел лесообразны ым его пррименен ние. Предллагаемая системаа (рис. 1) предстаавляет собой авто оматическки управвляемы ый пневм моприво од подачи и заготоввок на сттанок и отгрузки о и готовых х издели ий в отвводной ллоток. Сд двоенный й привод отсекатееля 7 под дает заго отовку 2 из и магази ина дляя цилинд дрически их деталеей 1 на загрузчи ик 10. Пр ривод 3 загрузчи ика, поср редстввом рычаажного механизм м ма 4, подаает детал ль в зону у обработтки, где она о подх хватыввается заажимным м патрон ном 8, поссле чего привод загрузчи ика возвр ращает егго в исхходное п положени ие. Прои исходит обработк о ка заготоввки инсттрументо ом 9 в теечениее 40 секуунд. Поссле обраб ботки детталь расккрепляеттся, и поп падает в приспоссоблен ние для уудаленияя 11, котоорое, при и помощ щи пневмоцилинд дра 3, заккрепленн ного шаарниром 12, посреедством рычажно ого мехаанизма 13 3, отгруж жает гото овую детталь 6 в отводноой лоток 5. При нааличии заготовки и в магази ине цикл л повторяяется.

ипиальнаая схема предлага п аемой усттановки Рис. 1 Принци Даннаая систеема является пр римером м дискретной пневмоав п втоматикки, упрравляемой прогр раммирууем ком мандокон нтроллер ром [1,3]]. Входн ным сигн налом м для заапуска цикла ц яввляется сигнал с отт индукттивного датчика, д сигнализзирую ющий о том, что о очередн ная заготовка нах ходится на н позиц ции отгру узки.

101

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

Управляющая программа построена на логических выражениях, описывающих последовательность работы приводов, которая выглядит следующим образом 7—>N7—>3—>N3 —> 12—>N12, где: 7 - открытие отсекателя 7; N7 - закрытие отсекателя 7; 3- выдвижение штока привода загрузчика 10; N3 - втягивание штока привода загрузчика 10; 12 - выдвижение штока привода приспособления 11; N12 - втягивание штока привода приспособления 11; Для определения логических выражений был построен уточненный функциональный граф процесса (введены элементы памяти 1,2) и определена последовательность работы приводов [2]: 7—>1 —>N7—>3—>2—>N3—>N1—>12—>N2—>N12, где: 1 - включение элемента памяти 1; N1 - выключение элемента памяти 1; 2 - включение элемента памяти 2; N2 - выключение элемента памяти 2; Имея функциональный граф без неопределенностей, составляем логические выражения, описывающие работу системы: У7 = Х N 12*Х N 2*Х N 1 *Хim;У1N 7 = Х1; УЗ = ХМ7*Х1*Х N 2; У N 3 = Х2; У12 = ХN1*Х2; У N12 = Х N2; У1= Х7; УN1 = Х N З*Х2; У2 = ХЗ; УN2 = Х12. Здесь: У7, УN7 - соответственно команды на выдвижение и втягивание штока привода 7; УЗ, УNЗ - соответственно команды на выдвижение и втягивание штока привода 3; У12, УN12 - соответственно команды на выдвижение и втягивание штока привода 12; У1, УN1 - соответственно команды на включение и выключение элемента памяти 1; У2, УN2 – соответственно команды на включение и выключение элемента памяти 2; Х7, ХN7 – соответственно сигналы от датчиков конечного и начального положений привода 7; ХЗ, ХN3 - соответственно сигналы от датчиков конечного и начального положений привода 3;

102

«Технологические машины и оборудование»

XI2, ХN2 - соответственно сигналы от датчиков конечного и начального положений привода 12; X1, ХN1 - соответственно внутрипрограммные сигналы включенного и выключенного элемента памяти 1; Х2, ХN2 - соответственно внутрипрограммные сигналы включенного и выключенного элемента памяти 2; Хim – сигнал от кнопки «Пуск». Управляющая программа для свободно программируемого контроллера фирмы FESTO , составленная на языке программирования STL-4, представлена таблицей 1. Принципиальная схема пневмопривода, управляемого контроллером, изображена на рисунке 2. Достоверность решения была проверена с использованием подпрограммы «Инжиниринг», встроенной в электронный каталог оборудования фирмы FESTO. По результатам расчетов было подобрано все необходимое оборудование для синтеза данной системы. Разработанная система пневмопривода работает на давлении 4 бар, что позволяет в качестве подводимой энергии использовать сжатый воздух из централизованной пневматической магистральной сети, а в случае отсутствия таковой можно использовать практически любой компрессор с пневматическим аккумулятором. Представленная система является полностью автономной, а так же может быть установлена на разные станки с ЧПУ за счет того, что ее крепление к станку полностью внешнее, и универсальное. Это позволяет широко применять данную систему для решения отдельных задач автоматизации для различных условий. Предлагаемая система имеет следующие основные параметры: подводимое давление 4 бар; диаметр штока первого привода 32 мм; диаметр штока второго привода 32 мм; диаметр штока третьего привода 32 мм; ход первого привода 50 мм; ход второго привода 200 мм; ход третьего привода 100 мм; потребление сжатого воздуха до 130 л/мин; напряжение питания электросети 24 В. Оборудование разработанной системы допускает работу в условиях помещений с повышенной запыленностью и влажностью.

103

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

Таблица 1-Управляющая программа для контроллера FESTO: Statement list

STEP O IF NOP THEN SET YN7 RESET Y7 SET YM3 RESET Y3

THEN

SET YN3 RESET Y3 SET XN1 RESET XI SET XN1

Absolut operand 10.0 10.1 10.2 10.3

Symbol operand Xim X7 XM7 X3

WITH 40s SET XT1 IF N XI AND XT1 THEN SET Y12

10.4 10.5 10.6 00.0 00.1 00.2 00.3 00.4 00.5 FO.O F0.1

XN3 X12 XN12 Y7 YN7

SET XI RESET XN1 XN3

F0.2 F0.3 F0.4

X2 XN2 XT1

THEN

AND X2 SET XN1

TP1 T1

RESET XI X3

RESET YN12 RESET XT1 IF XN2 THEN SET YN12 RESET Y12 IF X7

STEP 1 IF XN12 ANDXN2

THEN

THEN IF XI THEN

SET Y7 RESET YN7

THEN

SET X2 RESET XN2

IF THEN

X12 SETXN2 RESET X2 NOP JMP TO 1

SET YN7

RESET Y7 IF XN7 AND XI AND XN2 THEN SET Y3 S 3

Allocation list

SET YN3 RESET Y3 IF XN1 AND X2 ANDN XTl THEN SET T1

RESET XI SET XT1 IF NX1 AND XN5 THEN JMP TO l

AND XN1 AND Xim

104

IF THEN

Y3 YN3 Y12 YN12 XI XN1

Р Рисунок 2 2. Принци ипиальнаяя схема пн невмосисстемы с си истемой управлени у ия от ПЛ ЛК

Список С исто очников 1. Элекктропневмо оавтоматикка в произвводственны ых процессах. Е.В. Паашков, Ю.А А. Осински ий, А.А А. Четверккин, 2-е изд дание под ред. р Е.В. Паашкова, Сеевастополь,, 2003. - 495с. 2. Дискретно-логгічне керуввання в сисстемах гідр ро пневмоаввтоматики. Навчальн ний посібни ик. П. Губарев, Київ, 19977. - 224с. А.П 3. Пром ые механоттронные си истемы на основе пнеевмопривод да. Е.В. Паашков, Ю.А. мышленны Оси инский, Севвастополь, 2007. - 400 0с. 4. http:://bpk-spb.rru © Моргунов М В.М., Денисюк Р.В., 20 019

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции УДК 622.232.71

Бойко Е.Н., канд. техн. наук, доц., Вранчан К.Д., студент, Донецкий национальный технический университет ВЛИЯНИЕ ПОГРУЗКИ И ЦИРКУЛЯЦИИ УГЛЯ НА ЕГО СОРТОВОЙ СОСТАВ В работе рассматривается вопрос влияния напряженного состояния перемещаемого в исполнительном органе комбайна угля на его гранулометрический (сортовой) состав.

Анализ исследований и публикаций. Циркуляция угля в рабочем органе. Циркуляция угля в рабочих органах очистных комбайнах практически началась изучаться в работах, посвященных исследованию работы очистных комбайнов для тонких пластов, которые оснащаются шнеками малых диаметров [ 1-8 ] и в которых явление циркуляции оказывает влияние на производительность комбайна. Выполненными исследованиями в указанных работах установлено, что для шнеков малого диаметра используемые для расчета основных параметров рабочих органов комбайнов основные положения теории винтовых конвейеров не дают положительных результатов из-за существенности напряженного состояния перемещаемого угля и его циркуляции. Разработанные авторами указанных работ научные положения проверены и подтверждены результатами специальных тензометрических исследований работы этих органов. Погрузочная способность исполнительного (рабочего) органа комбайна. Погрузочная способность исполнительного органа обусловливает, с одной стороны, производительность погрузки угля на конвейер, с другой, – возможность производительной работы комбайна и, в первую очередь, комбайна с торцовым расположением его рабочих органов. Использование положений теории винтовых конвейеров для определения параметров исполнительных органов очистных комбайнов дает положительный результат только для некоторых из них, а именно – для погрузочной способности шнеков большого диаметра, у которых перемещаемый уголь находится практически в ненапряженном состоянии, циркуляция угля либо отсутствует, либо весьма незначительна. Для таких органов производительность погрузки практически прямо пропорциональна шагу и частоте враще106

«Технологические машины и оборудование»

ния шнека. Для шнеков малого диаметра из-за наличия циркуляции, напряженного состояния угля эта пропорциональность не сохраняется [ 1-8 ]. Поэтому погрузочная способность таких исполнительных органов должна определяться с учетом указанных выше особенностей, а также с учетом характера заполнения шнека разрушаемым им же углем и рядом других особенностей этих органов. Постановка задачи. Задачу, рассматриваемую в данной работе, можно сформулировать следующим образом: показать влияние погрузки и циркуляции угля при добыче его очистными комбайнами на его сортовой состав. Изложение материала и результаты. Выгружаемый исполнительным органом комбайна уголь находится в напряженном состоянии, величина которого достигает 120 кПа. Рассмотрим влияние напряженного состояния перемещаемого в исполнительном органе комбайна угля на его гранулометрический (сортовой) состав. С этой целью удобно перейти к медианному диаметру гранулы, прировняв ее объем к объему условного шара диаметром, равного медианному. В этом случае медианный диаметр гранулы будет d i , гр  3 6 / li  i i , где li ,  i , i - соответственно, длина, толщина и ширина i-ой гранулы. Будем полагать, что все три геометрических размера гранулы, а не только ее длина, являются величинами случайными, не противоречащими распределению вероятностей по закону Вейбулла. При совместном и одновременном проявлении формирования этих величин, что имеет место в действительности при разрушении пласта, медианный диаметр гранул будет величиной случайной и, согласно центральной предельной теоремы [ 9 ], распределение вероятностей его не противоречащему нормальному закону, т.е.  0 , 5 ( d гр  d гр ) 2 /  2 1 d гр f ( d гр )  e  d гр 2 , d , где гр d гр – соответственно математическое ожидание и среднеквадратичное отклонение медианного диаметра гранулы.

107

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

Будем полагать, что при взаимодействии условных шаров между собой и сдавливаемых давлением р, минимальное число вновь образующихся гранул зависит от класса, т.е. от размеров гранул [10 ]. Примем также, что среднеквадратичное отклонение для вновь образующихся гранул, также зависит от класса, а распределение вероятностей числа вновь образующегося числа гранул не противоречит нормальному закону. На основании этого весь диапазон сортового состава угля целесообразно разбить на 4 группы: 1-я группа – крупно сортовые классы, начиная с 50 мм, т.е. классы 50-100 мм, 100-150 мм и свыше 150 мм; 2-я группа – средне сортовые классы, начиная с 18 мм, т.е. классы 18-25 мм, 25-50 мм; 3-я группа – мелко сортовые классы, начиная с 6 мм, т.е. классы 6 -13 мм и 13-18 мм; 4-я группа – класс 0-6 мм (штыб). Далее, положим, что число вновь образующихся гранул составляет: - минимум 2, для 1-ой группы (крупно сортовые классы), а среднеквадратичное его отклонение – около 0,33. Тогда математическое ожидание числа вновь образующихся гранул составит 3, а их максимальное число 4. При этом наиболее вероятным, равным 0,68, числом вновь образующихся гранул будет число 3, вероятность минимального и максимального числа при этом составит в сумме 0,32 – по 0,16; - минимум 1, для 2-ой группы (средне сортовые классы), а среднеквадратичное его отклонение – около 0,17. Тогда математическое ожидание числа вновь образующихся гранул составит 2, а их максимальное число 3. При этом наиболее вероятным, равным 0,68, числом вновь образующихся гранул будет число 2, вероятность минимального и максимального числа при этом составит в сумме 0,32 – по 0,16; - максимум 2, для 3-й группы (мелко сортовые классы), а среднеквадратичное его отклонение – около 0,33. Тогда математическое ожидание числа вновь образующихся гранул составит 1, т.е. наиболее вероятным является тот факт, что разрушения этих гранул не происходит, а вероятность образования двух гранул из одной составляет около 0,16;

108

«Технологические машины и оборудование»

- 0, для 4-ой группы (класс 0-6 мм – штыб), среднеквадратичное его отклонение тоже равно 0, т.е. если и будут образовываться новые гранулы в этом классе, то они не «выйдут» из класса штыба. Для оценки влияния погрузки (давления) угля на изменение его гранулометрического (сортового) состава рассмотрим изменения составов классов сортности указанных выше групп. Обозначим объем q , j  1,4 . При взаимодейугля j-ой группы в общем объеме угля j ствии гранул между собой они будут разрушаться, образуя гранулы меньших размеров или других, как правило, более мелких классов. Оценим размеры образующихся новых гранул и соотнесем их к тому или другому классу, согласно принятой градации, табл. 1. Таблица 1. Данные оценки размеров и классов вновь образующихся гранул ПредельПредельные размеры Классы вновь образуные разГрупвновь образующихся ющихся гранул, мм при меры па гранул, мм классов n при группы, nmin nmax мм n nmin nmax Св. 150 св. 75 св. 50 св. 37,5 св. 50 св. 50 св. 25 1 150-100 75-50 50-33,3 37,5-25 100-50 50-25 50-25 100-50 50-25 33,3-16,7 25-12,5 50-25 13-50 13-25 50-25 50-25 25-12,5 16,7-8,3 50-25 13-25 6-18 2 25-18 25-18 12,5-9 8,3-6 25-18 13-6 13-6 18-13 9-6,5 13-6 3 13-6 13-6 6,5-3 13-6 6-0 4 6-0 6-0 6-0 6-0 6-0 6-0 6-0 Примечание. nmin , n , nmax - соответственно, минимальное, математическое ожидание и максимальное число вновь образующихся гранул. Оценку общего вероятного снижения сортности угля, обусловленного его погрузкой, выполним исходя из относительного объема угля данного класса и вероятного его снижения по зависимости

109

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

 с   ki pi qi i 1

k i , p i , q i где - соответственно, снижение, вероятность снижения и удельный вес i- го в объеме угля. Так, например, оценка математического ожидания снижения сортового состава угля для принятых выше условий составляет около 1,2 класса. Таким образом, при взаимодействии сдавленных гранул между собою образуются гранулы новых классов и при этом всегда с понижением класса, как правило, от 1 до 2 классов в зависимости от интенсивности работы комбайна. Изложенное выше дает основание утверждать – погрузка угля очистными комбайнами и в первую очередь очистными комбайнами для тонких пластов, проходящая в силовом режиме, обусловливает ухудшение гранулометрического (сортового) состава разрушенного угля. С повышением энерговооруженности комбайнов и их производительности по разрушению угля при неизменных параметрах рабочих органов ведет к ухудшению гранулометрического (сортового) состава добытого ими угля. Следует также указать на то, что при выгрузке угля из рабочего пространства органа имеет место его циркуляция. Величина коэффициента циркуляции для комбайнов тонких пластов достигает 52 % . Это означает, что примерно половина угля, разрушенного рабочим органом, вращается в этом органе и дополнительно измельчается. При этом, по визуальным наблюдениям авторов за работой комбайнов в шахтных условиях и на специальном погрузочном стенде, циркулирует в основном мелкие фракции (0-6 мм) и небольшая часть фракций большего размера – 6-13 и 13-18 мм. Поэтому, хотя и имеет дополнительное измельчение угля, обусловленное его циркуляцией, это в основном дополнительно измельчаются мелкие фракции угля, которые практически мало влияют на снижение его сортности, т.е. дополнительно измельченный штыб остается в этом же классе штыба. Дополнительное измельчение указанных фракций угля и в первую очередь штыба увеличивает затраты энергии на его добычу и запыленность рудничной атмосферы. Таким образом, силовой характер погрузки угля современными очистными комбайнами и в первую очередь комбайнами для тонких пологих пластов обусловливает дополнительное его измельчение и 110

«Технологические машины и оборудование»

понижение сортности на 1-2 класса, а также дополнительную запыленность рудничной атмосферы. Дальнейшее повышение энерговооруженности очистных комбайнов для тонких пластов и увеличение производительности комбайнов по разрушению пласта при неизменных параметрах их рабочих (исполнительных) органов приведет к увеличению удельных затрат энергии погрузки и циркуляции угля в рабочем органе и, как следствие, – к ухудшению сортового состава добытого угля и увеличению запыленности рудничной атмосферы. Выводы и направления дальнейших исследований. Гранулометрический (сортовой) состав угля, разрушенного рабочим органом комбайна, можно оценивать медианным диаметром гранул. Медианный диаметр является случайной величиной, зависящей как от удельных затрат энергии разрушения, так и площади сечения среза (стружки). При работе комбайна в рациональном режиме дальнейшая интенсификация режима его работы не ведет к пропорциональному увеличению улучшению гранулометрического (сортового) состава угля. Список источников 1. Исполнительные органы очистных комбайнов для тонких пологих пластов // Н. Г. Бойко, А. В. Болтян, В. Г. Шевцов, Н. А. Марков. Под ред. Н. Г. Бойко. Донецк, «Донеччина». 1996. – 223 с. 2. Бойко Н. Г. Погрузка угля очистными комбайнами. – Донецк : РВА ДонНТУ, 2002. – 157 с. 3. Шевцов В. Г. Формирование напряженного состояния выгружаемого угля в межлопастном пространстве шнека малого диаметра // Изв. вузов. Горный журнал, 1996, № 2, - с. 102 - 104. 4. Семенченко А. К., Бойко Н. Г., Гуляев В. Г. Определение главных центральных моментов инерции комбайна. Изв. вузов. Горный журнал, 1982, №6. - С. 84 - 87. 5. Митропольский Ю. А. Метод усреднения в нелинейной механике. - Киев, Наукова думка, 1971. - 440 с. 6. Динамика непрерывных линейных систем с детерминированными и случайными параметрами//Ф. А. Михайлов, Е. Д. Теряев, В. П. Булеков и др. Москва, Наука, 1971. – 558 с. 7. Гуляев В. Г., Семенченко А. К., Горбатов П. А. Вероятностная оценка скольжения двигателей ЭКВ-4У при безвыборочной комплектации ими двухдвигательных приводов комбайнов типа 1ГШ-68. Изв. вузов. Горный журнал, 1974, № 8, с. 123 - 128. 8. Геллер Л. Б. Электропривод в тяжелом машиностроении. М., Машгиз, 1960. - 245 с. 9. Колосов О. Л. Прогноз развития компоновочных схем и параметров очистных комбайнов для тонких пологопадающих пластов. Дисс. … канд. техн. наук. Донецк, ДонУГИ, 1980. – 168 с. 10. Ничке В. В., Зеркалов Д. В., Дэлэг Д. Влияние скорости на сопротивление копанию грунта отвалом // Горные, строительные и дорожные машины. – Киев, 1976. – Вып. 22. – С. 10 - 15. © Бойко Е.Н., Вранчан К.Д., 2019

111

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

УДК 669.02

Дорожкин В.Н., студент, Понамарева Е.А., аспирант, Ошовская Е.В., канд. техн. наук, доц., Донецкий национальный технический университет АЛГОРИТМ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ШИБЕРНОГО ЗАТВОРА СТАЛЕРАЗЛИВОЧНОГО КОВША Представлено описание конструкции двухплитного шиберного затвора балансирного типа для сталеразливочного ковша. Приведена последовательность этапов для определения управляющих параметров, позволяющих разработать параметрическую модель затвора. В настоящее время системы автоматизированного проектирования (САПР) являются неотъемлемым инструментом при разработке и создании различных технических систем, который позволяет значительно сократить трудоёмкость этапов проектирования и конструирования, повысить качество проектной документации. Использование параметрического режима при создании геометрических объектов уменьшает длительность выполнения сборочных чертежей и чертежей деталей с одинаковой конфигурацией, но отличающихся размерами. Параметризация подразумевает описание геометрических объектов с помощью переменных и выражений (алгебраических, логических). Часть переменных выступает в качестве управляющих параметров – от них зависят другие переменные и связанные с ними размеры, которые определяют геометрическую форму детали. Поэтому при создании параметрических моделей изделий первостепенной задачей является определение управляющих параметров. В статье представлен алгоритм расчета управляющих параметров, необходимых для разработки параметрической модели шиберного затвора сталеразливочного ковша. Сталеразливочные ковши используют для приёма жидкой стали из плавильных агрегатов (конвертер, электродуговая печь), дальнейшей её транспортировки и разливки. Ковш представляет собой сосуд, имеющий форму усечённого конуса, выполненный сварным из стальных листов и футерованный внутри огнеупорами (рисунок 1) [1]. Вместимость ковшей регламентирована ГОСТ 7358–78 и назначается в пределах 0,5–500 т. В сталеплавильных цехах металлургических 112

«Технологические машины и оборудование»

предприятий стран СНГ используют ковши вместимостью 50–480 т. Размеры ковшей вместимостью 150–480 т соответствуют ГОСТ 5.403–70. В днище ковша установлены огнеупорные стаканы, через отверстия которых осуществляется выпуск стали. Диаметр отверстия изменяется от 25 до 120 мм в зависимости от размеров ковша.

Рисунок 1 – Схема сталеразливочного ковша: 1 – корпус; 2 – кольцевой пояс жёсткости; 3 – цапфа; 4 – футеровка; 5 – стакан разливочного узла; 6 – шиберный затвор; 7 – продувочный узел Благодаря высокой надежности при эксплуатации, простоте монтажа и обслуживания, большему сроку службы огнеупорных элементов, в современных ковшах для перекрытия сталевыпускного отверстия применяют шиберные затворы [2]. Конструкции шиберных затворов отличаются способом прижатия плит, типом привода, способом сборки. На зарубежных и отечественных металлургических предприятиях используют шиберные затворы разных производителей: «Interstop» (Швейцария), «Ниппон коккан» (Япония), Metacon AG (Швейцария), Vesuvius (Бельгия), Flo Con (США), ВНИИметмаш (Россия), АО «Вулкан – Т» (Россия), ОАО «Шибер» (Россия). Высокие эксплуатационные качества показала конструкция шиберного затвора балансирного типа (рисунок 2), разработанная на кафедре “Механическое оборудование заводов черной металлургии» 113

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

Донецкого национального технического университета [3, 4]. Шиберный затвор состоит из подвижной и неподвижной огнеупорных плит, установленных в нижней и верхней металлических обоймах. Обойма подвижной плиты опирается на тела качения (ролики или шарики) линейных подшипников, которые размещаются в направляющих пазах двух балансиров. Балансиры закреплены на Г–образных рычагах, связанных с верхней обоймой при помощи стяжных винтов. Подвижная плита вместе со стаканом затвора перемещается при помощи привода (электромеханического или гидравлического), который монтируется на кожухе ковша. Разливка стали осуществляется при совмещении отверстия ковшового стакана с отверстиями неподвижной плиты, подвижной плиты и стакана затвора.

Рисунок 2 – Схема шиберного затвора балансирного типа: 1 – верхняя обойма; 2 – огнеупорная плита; 3 – нижняя обойма; 4 – линейный подшипник; 5 – балансир; 6 – вилка; 114

«Технологические машины и оборудование»

7 – Г-образный рычаг; 8 – стяжной винт; 9 – оси С точки зрения структуры шиберный затвор является сборочной единицей, которую можно представить как иерархическую систему взаимосвязанных деталей (элементов), в каждой их которых выделяется один или несколько управляющих параметров, определяющих её размеры. Значения данных параметров обусловлены функциональными или прочностными критериями. При разработке рабочей конструкторской документации для изготовления описанного затвора ковша заданной вместимости в качестве исходных данных выступают: диаметр днища ковша Dд.к, диаметр сталевыпускного отверстия dотв и координаты, определяющие расположение его центра (xотв, yотв). На основании этой информации далее выполняется конструирование затвора. Алгоритм расчета управляющих параметров шиберного затвора включает следующие этапы. 1. На основании исходных данных, прежде всего диаметра отверстия dотв, по ГОСТ Р 52707–2007 или по каталогам зарубежных фирмизготовителей осуществляется выбор огнеупорных плит, для которых управляющими геометрическими параметрами выступают ширина Впл, длина Lпл и толщина Нпл. 2. Назначается ход подвижной плиты затвора lх = f(dотв). 3. Расчет допустимой силы прижатия огнеупорных плит [4]: Pдоп  

 282,7  265,9Bпл  4075,2H пл  977,3    9,31  10

5

 0,0019Bпл  0,014H пл  0,0038

5184Bпл H пл  1430Bпл   15425H пл 

 ,

 9,31  10  5  0,0019Bпл  0,014H пл  0,0038

где χ – относительное перемещение плиты; [σ] – допустимое напряжение для материала плиты. 4. Расчет фактической силы прижатия плит: P  0,7...0,8Pдоп . 5. Определение минимального диаметра тел качения линейного подшипника из условия контактной прочности: 115

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

 0,591 тела качения  ролики , d т  lт ,    F1  E ,  H dт   F1 0,218  E , тела качения  шарики ,   H 3

где [σH] – допустимые контактные напряжения материала тел качения подшипника; F1 – сила, действующая на одно тело качения, F1 = f(P); Е – модуль упругости стали; lт – длина ролика. Полученное значение согласуется со значениями из стандартного ряда. 6. Определение силы страгивания огнеупорной плиты [4]:





 2f   P , Fc  k 1 в  d отв    2    п  d  т 

где k1 – коэффициент, равный отношению максимального сопротивления срезу к пределу прочности; σв – предел прочности закристаллизовавшейся на стенках разливочного канала стали; δ – толщина образующейся металлической корки; μп – коэффициент трения между рабочими поверхностями огнеупорных плит; f – коэффициент трения качения для линейного подшипника. 7. Определение диаметра резьбы стяжного винта: dв 

4F1  p

 

где F1 – сила, действующая на один винт, F1 = f(P);; [p] – допустимые напряжения растяжения материала винта. 116

«Технологические машины и оборудование»

8. Определение диаметра оси и проушины подвижной плиты: 4 Fc , d o.п  n  cp

 

где [cp] – допусимые напряжения среза материала оси; n – количество плоскостей среза. 9. Расчет толщины проушины: t

Fc , 2d о.п  см 

где [cм] – допустимые напряжения смятия материала проушины. 10. Расчет диаметра оси балансира: d o.б 

2P . n  cp

 

Все остальные геометрические параметры деталей шиберного затвора определяются на основании выше найденных с учетом конструктивных соотношений и технологичности изготовления. Таким образом, использование представленного алгоритма расчета позволит создать параметрическую модель шиберного затвора сталеразливочного ковша любой вместимости и выполнять разработку конструкторской документации с минимальными затратами. Список источников 1. Целиков, А.И. Машины и агрегаты металлургических заводов (В 3-х томах). Т.2. / А.И. Целиков, П.И. Полухин, В.М. Гребеник и др. – М.: Металлургия, 1988. – 432 с. 2. Еронько, С.П. Разливка стали: Технология. Оборудование / С.П. Еронько, С.В.Быковских.– К.: Техника, 2003. – 216 с. 3. Еронько, С.П. Исследование и разрабока эффективной системы двухплитного скользящего затвора балансирного типа / С.П. Еронько, В.Я. Седуш, Е.В. Ошовская и др. // Теория и практика маталлургии. – 2002. – № 5-6. – С. 75–79. 4. Еронько, С.П. Расчет и конструирование оборудования для внепечной обработки и разливки стали / С.П. Еронько, С.В. Быковских, Е.В. Ошовкая. – К.: Технiка, 2007. – 344 с.

117

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

УДК 621. 45. 032

А.А. Ракович, магистрант, В.В. Гулин, ст. преп., А. П. Кононенко, докт. техн. наук, профессор, Донецкий национальный технический университет ТРЕХСТУПЕНЧАТЫЙ ДИФФУЗОР СТРУЙНОГО НАСОСА Разработана конструкция трехступенчатого диффузора и определено влияние геометрических параметров данного диффузора на параметры смешанного потока. Диффузор является неотъемлемой частью струйного насоса. Конструкции диффузоров, которые имеют цилиндрические и конические патрубки, соединенные ступенчато между собой и характеризуются значительными потерями давления. Наиболее рациональным по технической сущности и достигаемому эффекту является диффузор, который состоит, как минимум из трех цилиндрических патрубков, соединённых ступенчато между собой таким образом, что выходной участок каждого патрубка, кроме последнего по ходу потока, расположен в последующем патрубке с образованием кольцевой пазухи (рис.1).

Рисунок 1 – Схема ступенчатого диффузора.

118

«Технологические машины и оборудование»

Диффузор состоит из трех цилиндрических патрубков 1, ступенчато соединенных между собой. Выходной участок 2 каждого патрубка, кроме последнего по ходу потока, расположен в последующем патрубке 1 с образованием кольцевой пазухи. Поток, проходя из каждого предыдущего сечения в последующее, внезапно расширяется и отрывается, образуя замкнутые вихревые полости. Наличие в диффузоре пазух 3 позволяет уменьшить его длину, поскольку значительная часть области отрыва размещается внутри пазухи 3. Диффузор, содержащий по меньшей мере три цилиндрических патрубка, ступенчато соединенных между собой, отличающийся тем, что, с целью сокращения осевого габарита, выходной участок каждого патрубка, кроме последнего по ходу потока, расположен в последующем патрубке с образованием кольцевой пазухи. Отношение длины выступа кольцевого паза Lп к диаметру ступени dст составляет коэффициент глубины пазов К (1). (1) Проведено моделирование движения смешанного потока с изменением геометрических параметров пазов при помощи программы SolidWorks FlowSimulation результаты которого приведены на рисунках 3-6.

Рисунок 2 – Схема построенной проточной части диффузора.

119

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

При помощи внутренней функции FlowSimulation начинаем моделирование проточной части диффузора исходя из рисунка 2. Для выполнения моделирования необходимо создать заглушки на входе и выходе, для того, чтобы создать замкнутый объем модели. Задаемся граничными условиями, в нашем случае это объёмный расход гидроэлеватора и необходимо задаться граничными условиями давления.

Рисунок 3 – Моделирование с коэффициентом глубины пазов равным К = 0

Рисунок 4 – Моделирование с коэффициентом глубины пазов равным К = 0,2

120

«Технологические машины и оборудование»

Рисунок 5 – Моделирование с коэффициентом глубины пазов пазов равным К = 0,4

Рисунок 6 – Моделирование с коэффициентом глубины пазов равным К = 0,6

Как следует из полученных результатов, что при К=0 происходит резкое расширение и отрыв потока, что ведет к высоким потерям, при увеличении коэффициента К от К=0,1 до К=0,4 происходит внезапное расширение и отрыв смешанного потока, образуя замкнутые вихревые полости в пазах, что уменьшает потери давления в диффузоре, при дальнейшем увеличении коэффициента К от К=0,5 и выше, мы наблюдаем что, с дальнейшее увеличение коэффициента К приводит к увеличению потерь и ухудшению свойств диффузора.

121

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

Выводы и направления дальнейших исследований. Результаты проведенных исследований позволяют утверждать, что размер кольцевых пазов диффузора формирует структуру смешанного потока жидкости. Так, при К=0,4 процесс отрыва пограничного слоя приводит к образованию вихрей в кольцевых пазах диффузора. Предлагаемая конструкция диффузора является в сравнении с традиционной менее затратной в производстве, относительной простотой и надежностью в эксплуатации. Список источников 1. Лямаев Б.Ф. Гидроструйные насосы и установки. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1988. — 256 с. 2. Соколов Е.Я., Зингер Н. М. Струйные аппараты.—3-е изд., перераб.—М:. Энергоатомиздат, 1989.— 352 с. 3. Гейер В.Г., Гидравлика и гидропривод / В.Г. Гейер, В.С. Дулин, А.Г. Боруменский, А.Н. Заря. – М.: Недра, 1981. – 295 с. А.П. Кононенко, А.А. Ракович, В.В. Гулин, 2019

122

«Технологические машины и оборудование»

УДК 622.232.5: 532.232.72

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ГИДРОИМПУЛЬСНОЙ УСТАНОВКИ С УЧЕТОМ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ О.А. Геммерлинг канд. техн. наук, доцент Ю.А. Котов магистрант, Донецкий национальный технический университет В работе дано обоснование параметров гидроимпульсной струи жидкости генератора с учетом потерь энергии при прохождении ее через воздушное пространство и пространство, заполненное разрушенным углем.

Для повышения эффективного ведения горных работ и для повышения их безопасности на шахтах используются гидроимпульсные установки [1]. Для создания и обеспечения высокопроизводительной работы гидроимпульсных установок необходимо обосновать ряд параметров: давление, частоту, шаг разрушения и установить характер взаимодействия импульсной струи с разрушаемым угольным пластом при проведении добычных работ. Для механизации ведения очистных работ в последнее время находят применение гидроимпульсные установки, которые разработаны в Донецком национальном техническом университете [1]. В основу установки положен генератор импульсной струи [1], предназначенный для преобразования стационарного потока воды малого расхода (5-5,5м3/ч.) высокого давления (28-32МПа) в импульсный поток, с мгновенным расходом 60-90 м3/ч. и давлением 23-26МПа. При работе генератора импульсной струи на протяжении 0,1-0,2с накапливается приблизительно 250мл воды, потом открывается запорный орган и вода через насадку диаметром 8-12мм с мгновенным расходом 60-90м3/ч на протяжении 0,012-0,016с поступает на отбойку угольного пласта. Мощность потока в импульсе составляет 500700кВт при мощности насоса 55кВт. Давление, которое достигается, мгновенный расход и мощность струи позволяют получить производительность разрушения угольного массива до 80т/ч. Исследованиями таких устройств подтвержденная возможность создания на их основе гидроимпульсных установок разного технологического назначения для отработки тонких и довольно тонких угольных пластов [1]. При применении гидроимпульсных установок повышается безопасность труда рабочих. Перечисленные положительные качества установок, которые создают импульсные струи, до123

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

вольно полно отвечают требованиям к горным машинам и указывают на возможность создания на их основе машин различного технологического назначения для отработки угольных пластов мощностью свыше 0,4м и сопротивляемостью пласта резанию до 150кН/м. Основными преимуществами этих устройств является: небольшие габаритные размеры (1100х350х300мм) и масса (около 200кг); в качестве энергоносителя используется поток жидкости с параметрами, которые полностью освоены и используются на шахтах; возможность работы, как на пневматической, так и на электрической энергии [1]. Актуальность работы обусловлена составлением математической модели процесса взаимодействия гидроимпульсной установки с угольным массивом с целью обоснования параметров гидроимпульсной установки (ГИУ) для проведения добычных работ. Данные параметры позволят повысить производительность ГИУ и уменьшить удельные затраты энергии при добыче угля [5]. С целью определения потерь энергии был разработан и создан стенд (рисунок 1), на котором были экспериментально установлены потери энергии при прохождении струи через воздушное пространство и пространство, заполненное разрушенным углем. В эксперименте фиксировалась сила удара гидроимпульсной струи о преграду, на которой установлен датчик, в зависимости от расстояния от забоя до насадка, которое изменялось от 0 до 3м с шагом 0,2м. Эксперимент проводился для насадков диаметром 8, 10 и 12мм. Для определения потерь энергии струи при прохождении через разрушенный уголь экспериментальный стенд имел аналогичный вид. При прохождении струи жидкости через разрушенный уголь расстояние между насадком и датчиком было постоянным и составляло 1м, а слой разрушенного угля изменялся от 0 до 0,9м. Эксперимент проводился для насадков тех же диаметров. По данным эксперимента получены графики рис. 2 и рис 3. Для примера, возьмем насадок диаметром 12 мм.

124

«Технологические машины и оборудование»

Рисунок 1 – Схема стенда для проведения экспериментов по определению потерь энергии струи при движении струи по воздуху. Вид кривой на рис. 2 подчиняется нелинейной зависимости вида:

F  a  bL  cL2 ; где: а, b и с – коэффициенты, полученные экспериментально и которые равны: а=7,893; b=0,0117; c=0,000325. Вид кривой на рис. 3 подчиняется также нелинейной зависимости вида::

F  a  bL  cL2 ; где: а, b и с – коэффициенты, полученные экспериментально и которые равны: a=9,602; b=1,578; c=0,0289.

125

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

Рисунок 2 – Зависимость силы удара гидроимпульсной струи от толщины угольного слоя.

Рисунок 3 – Зависимость силы удара гидроимпульсной струи от расстояния до насадка. Основными параметрами гидроимпульсной струи являются: давление воды в импульсе Ри, длительность импульса (частота импульса ν), диаметр насадка. Исходя из проведенных экспериментов можно сказать какое давление должно быть на выходе генератора гидроимпульсной струи

126

«Технологические машины и оборудование»

с учетом потерь давления при движении струи от насадка к забою скважины. Ри  Р  Р , (1) где: Ри – давление воды в импульсе на выходе генератора; Р – давление воды у забоя скважины; ΔР – потери давления. В виду того, что в эксперименте фиксировалась сила удара гидроимпульсной струи о преграду, то выразим Ри через силу удара F. Энергия удара равна: Е  F vстрt уд , (2) где: F – сила удара гидроимпульсной струи; vстр – скорость струи; tуд – время удара струи о преграду. Также энергия импульса струи равна: Е  РиVи ;

(3)

где: Ри – давление импульса; Vи – объем воды в импульсе. Выразим из (2) и (3) давление импульса струи. F vстрt уд . Ри  Vи

(4)

Согласно результатам эксперимента максимальные потери силы удара гидроимпульсной струи для насадка диаметром 12ммм (см. рис. 2) составили около 50%, т. о. согласно формуле (4) давление импульса Ри гидроимпульсной струи для обеспечения эффективного проведения скважин должно быть увеличено на 50% от давления Р на выходе генератора гидроимпульсной струи. Определим максимально возможную частоту следования импульсов исходя из того, что в паузах между импульсами должно происходить разрушение и отпадание разрушенного угля. Определим математическое ожидание времени скола угля: l t ; v 127

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

где: l - математическое ожидание длины скола угля; v - скорость скола угля.

Математические ожидания длин сколов угля лежат в пределах l  515 мм, скорость скола согласно данным экспериментов равна 0 ,1 0 ,3 м/с. Тогда t  0 ,025 0 ,075 c. F Fmax t, с tуд

tскола Tцикла

Рисунок 4 – Зависимость силы удара гидроимпульсной струи от времени Предположим, что Tц  2tскола , Тогда Т ц  0 ,05 0 ,15 с. Отсюда частота следования импульсов равна:   7 20 Гц. Таким образом, получено аналитическое выражение, описывающее потери энергии струи жидкости при ее движении от насадка до забоя скважины, что позволит более адекватно разработать математическую модель процесса разрушения угольного пласта при проведения скважин с помощью генераторов гидроимпульсной струи и разработке их рациональных параметров: давления импульса и частоты импульсов. 1 2 3 4 5

Список источников: Гидроимпульсное устройство / Тимошенко Г.М., Гулин В.В. и др. Патент Украины № 6173. Приоритет от 20.02.1991 г. МКИ Е21С45/00. Исполнительные органы очистных комбайнов для тонких пологих пластов / Бойко Н.Г., Болтян А.В., Шевцов В.Г. и др. Донецк, «Донеччина», 1996. – 223 с. Позин Е.З. Сопротивляемость углей разрушению режущими инструментами. М.: Недра, 1972. – 240 с. Резание угля / Берон А.И., Казанский А.С. и др. М.: Госгортехиздат, 1962. – 439 с. Геммерлинг О. А. Установление закономерностей разрушения угольного массива импульсной струей жидкости. // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Випуск 83. Серія: гірничо-електромеханічна. - Донецьк: ДонНТУ. - 2004. - С. 6470. © О.А. Геммерлинг, Ю.А. Котов, 2019 128

«Технологические машины и оборудование» УДК 621.691

Крайний П.В., студент, Мизерный В.И., стар. преп., Донецкий национальный технический университет ВЫБОР СПОСОБА ГИДРОМЕХАНИЗИРОВАННОЙ ОЧИСТКИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ОТСТОЙНИКА ГЛАВНОЙ ВОДООТЛИВНОЙ УСТАНОВКИ ПАО “ШАХТА ИМ. А.Ф. ЗАСЯДЬКО” В статье приведен анализ существующего положения водоотлива шахты им А.Ф. Засядько, предложены способы очистки предварительного отстойника, в качестве оптимального средства рекомендован эрлифт с эжектором на воздухоподающем трубопроводе. В шахтной воде содержится большой объем нерастворимых твердых примесей, которые поступают вместе с ней в водосборник. Осветление шахтной воды осуществляется в водосборниках и сооружаемых перед ними предварительных отстойниках. На шахте им А.Ф. Засядько применён ступенчатый водоотлив с расположением насосных установок на следующих горизонтах: 529м; 802м; 1087м. Главный водоотлив, с предварительным отстойником расположен на горизонте 529 метров, а промежуточные водоотливы на горизонтах 802м и 1078м. Нормальный часовой приток в главный водосборник составляет 560 м3/час. Отношения Т:Ж составляет 1:15. Предварительный отстойник очищается ручным способом в результате чего водосборник довольно быстро заиливается. В результате значительное количество взвешенных и твердых частиц горных пород, в том числе крупных с весьма абразивными свойствами, выносится из предварительного отстойника и поступает главный водосборник, далее в насосы главного водоотлива, вызывая их довольно интенсивный абразивный износ. Для поддержания насосов в рабочем состоянии необходимо сооружение перед водосборником предварительного отстойника в котором будут оседать твердые частицы. При это вода будет поступать с твердыми частицами менее 0,1 мм, в процентном содержании 0,1%, и затем вода поступает в водосборники, где насосами откачивается на поверхность. Это крупность твердых частиц допускается для работы заводом изготовителем насосов. Про129

Матерриалы XVIIIІ Республи иканской научно-техн нической сттуденческо ой конференции

ан нализирууем схем мы и срредства очистки о предвар рительно ого отсттойникаа. 11. Очисттка шлам мовым кконвейер ром Ш Шламовы ый конвеейер (баггер-зумп пф БЗ-1)) рекомеендуетсяя для оч чистки отт шламаа предвварителььных оттстойникков шах хтных водоотли в ивных усстановокк. Он обееспечивает бесп прерывно ое удалеение из шахтной ш й воды тввердого материаала круп пностью ю большее 0,1 мм м, котор рый осед дает в прредвариттельном отстойн нике, со следую ющим об безвоживванием шлама ш и механизированной поггрузкой его в ваагонетки и или ко онвейеры ы. Багеер-зумпф ф БЗ-1 (р рис. 1) ссостоит из пяти секций: секции и 2, вклю ючающ щая привоодную головку г уктор с электрод э двигател лем; двух х про1 и реду меежуточн ных секкций 3,, 5 и двух секций 4, 6, содерж жащие оттклоняю ющие рол лики 7, 88. Секци ии охвач чены кон нвейерно ой скреб бковой цеепью, дввижущей йся со сскоростьью не более б 0,1 1 м/с. В процесссе ее дввиженияя по накл лонной ч части ко онвейераа происх ходит одновремеенно и об безвоживание вы ыгружаеемого изз предваарительн ного отстойникаа шламаа. С целлью уни ификации и стан ндартизаации пр риводнаяя головкка, откллоняющи ие роликки и скрребковая цепь исспользую ются от серийно с о изготоовленногго конвеейера СП П-63, а редуктор р р - от леб бедки ти ипа ЛРУ У1-2М. В качестве привводного двигатееля при инят элеектродви игатель серии ВА АО во взрывобеезопасноом испол лнении.

Рисун нок 1 – Багер-зу Б умпф БЗ--1 22. Очисттка шламовыми и насосаами при механи ическом взмучивании шламаа. Очистка вводосбор рных ем мкостей шламоввыми нассосами позволяе п ет исдство тр ранспортта для выдачи в шлама ш поользоватть послеедние и как сред наа поверххность. Этот Э споособ мо ожно при именять для очи истки пр редва1300

«Техноологические машины и оборудо ование»

рителльных цеентральн ных и уч частковы ых отстойников, особенн но при рар боте шахт с гидрозакладкой й, когда необход димо освветлениее воды на н учивание шламаа проще делать скребков с вой цепьью. Резееручасттке. Взму вуары ы с двум мясекци иями обо орудуюттся обоссобленны ыми усттановкам ми (рис. 2). Пул льпа всаасывается шламо овым наасосом, установвленным в ного резеервуара. Для нормально ой экспл лукамерре, вблиззи осветтлительн атаци ии насосов их пееред осттановкой й промы ывают оссветленн ной водо ой, для ч чего соед диняют ввсасываю ющий патрубок п к насоса с очищеенным рер зервууаром и с резервууаром оссветленн ной воды ы. Для откачки о пульпы п на н поверрхность рекомен ндуется примен нять выссоконопорные шламовы ш ые насоссы, для транспор т ртировки и пульпы ы при многосту м упенчато ой схемее – низкоонапорны ые пескоовые наасосы ил ли винто овые. Дл ля создаания нео обходим мого нап пора мож жно при именять и послед дователььную рааботу дву ух низкоонапорны ых насоссов на один о стаав. Так, наприме н ер, можн но обесп печить выдачу пульпы ы на вы ысоту 70 0-160 м, исполььзуя два насоса с напорром 35-8 80 м.

Риссунок 2 – Схема располо ожения скребков с вых цепеей в отсттойнике 3. Очистка шламоовыми насосами и и гидро оэлевато орами пр ри гидраавличесском взм мучивани ии шлам ма. Очисттку освеетляющи их резер рвуаров рекомен ндуется делать гидравл лически им спосо обом (ввзмучиваание пул льпы бр рандспой йтами, а откачкку пульп пы гидр роэлеваторами или и шлаамовыми и насосами). При П тако ом спосообе мехаанизации и очистки осветл ляющего о резерву уара шлаам размы ы131

Матерриалы XVIIIІ Республи иканской научно-техн нической сттуденческо ой конференции

ваается и п перемеш шиваетсяя под дей йствием напорной струи и воды, после чеего обраазовавшааяся пулльпа стек кает по уклону водосбо орника к прием мному кколодцу шламовой насоссной усттановки,, котораяя постро оена в окколоствоольном дворе. д Н Насоснаяя установка обор рудуетсяя двумя насосаами типаа ЗЦМ (Q ( = 25 м3/ч), один о из которы ых резерввный. Пульпа П вы ыдается на повер рхность по спец циальном му трубо опроводу у (рис. 3). 3 Эта сххема очи истки мо ожет быть упрощ щена дл ля резерввуаров, у которы ых отноошения Т:Ж сосставляетт 1:15 и меньше.. В этом м случае есть воззможноость очи истки реззервуароов без пр редвариттельного о взмучи ивания шлама. ш Крроме, тоого, тако ое колич чество аб бразивны ых прим месей в шахтной ш й воде даает возм можностьь исполььзовать для отккачки во оды не специали с изироваанные, а обычн ные шаххтные наасосы. Это Э под дтверждаается оп пытом экксплуатаации усттановки по очистке отсттойника на шахтте «Капи итальнаая» ГП ««Макееввуголь». На шахтте очисттка отсто ойника осуществ о вляетсяя насосоом прох ходческоого тип па. Выдаача пул льпы оссуществл ляется неепосредсственно на земн ную повверхностть по тр рубопровводу глаавного воодоотливва.

Ри исунок 3 – Схем ма располложенияя оборуд дования для д очисстки отсттойни ика на ш шахте «К Капиталььная» ГП П «Макееевуголь» »: 1 - насос; 2 - всассывателььное усттройство; 3 - наггнетателььный стаав; 4 вссасываю ющий стаав; 5 - наагнетател льный сттав главн ного вод доотливаа 44. Обесп печение критичееской ск корости движен ния воды ы в водо осборнике 1322

«Технологические машины и оборудование»

Эффективный и простой способ практической реализации данного направления путем оснащения водосборника 1 очередью периодически устанавливаемых вдоль всей или части его длины легко разборных перемычек 2 с образованием зазоров 3 у днища последнего. Принципиальной отличительной особенностью такого решения является беспрерывная в процессе работы водосборника поддержка повышенного уровня скоростей потока в придонной его области, который обеспечивает беспрерывное гидравлическое транспортирование твердого (крупностью не более 0,2 мм) во взвешенном состоянии непосредственно в область приемных колодцев. Частички большей величины при этом улавливаются предварительным отстойником. Откуда, гидроэлеватором очистки предварительного отстойника перекачиваются к шламонакопитель. Эта схема является простой и надежной в эксплуатации, и такой, что не нуждается в постоянном обслуживании. Возможное применение, как на строящихся шахтах, так и на уже работающих предприятиях. 5. Очистка при помощи эрлифта с эжектором на воздухопроводе. Применение эрлифтной установки со струйным компрессором на воздухопроводе в условиях работы от общешахтной пневмосети с глубиной погружения смесителя 1÷10 м позволит повысить экономичность работы за счет снижения расхода сжатого воздуха, потребляемого из общешахтной пневмосети, вследствие рационального использования избытка энергии давления для дополнительного подсоса воздуха из атмосферы. При работе эрлифтной установки такого конструктивного исполнения избыток энергии давления в общешахтной пневмосети преобразуется в кинетическую энергию рабочего потока, выходящего из активного сопла эжектора. В результате в выходном сечении активного сопла создается разрежение, что позволяет обеспечить через конфузор подсос атмосферного воздуха. При этом кинетическая энергия рабочего потока за счет массобмена в камере смешения частично передается увлекаемому из атмосферы воздуху, происходит процесс выравнивания скоростей смешиваемых потоков и завершается процесс передачи энергии рабочего потока инжектируемому. Образовавшийся суммарный поток воздуха из камеры смешения поступает в диффузор эжектора, в котором происходит частичное преобразование скоростного напора (кинетической энергии) в статический (энергию давления) до требуемой величины, определяемой глубиной погружения смесителя под уровень жидкости. Из диффузора через воздухопровод сжатый воздух поступает в смеситель эрлиф133

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

та. Далее пульпа движется по подъёмному трубопроводу на поверхность.

Рис. 4 Схема эрлифтной установки с эжектором в воздухопроводе Вывод: Проанализировав существующие схемы гидродинамического очистки емкостей шахтных водосборников от шлама наиболее предпочтительным будет использование эрлифта с эжектором на воздухопроводе для очистки предварительного отстойника главной водоотливной установки ПАО “Шахты им А.Ф. Засядько”. Схема (Рисунок 4) отличается высокой производительностью, малыми эксплуатационными затратами, простотой устройства и управления, отсутвием вращающихся частей, безопасностью при использовании. Список источников 1. А. с.№1086236. Эрлифтная установка /В.Г. Гейер, С.С. Малыгин, Е.И. Данилов и В.И. Мизерный. Опубл. в Б.И.№14, 1984 2. Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты, -М.:Энергия, 1970.-288с. 3. А.Б. Цейтлин, Пароструйные вакуумные насосы – М.:Машиностроение 1980. © Крайний П.В., Мизерный В.И., 2019

134

«Технологические машины и оборудование» УДК 620.9

Максименко Д.И. студент, Гулин В.В. стар. преп., Донецкий национальный технический университет, Варакута В.В. ведущий конструктор ГУВНИИВЭ, г.Донецк, Черевко М.С. начальник отдела ПАО «НК Роснефть», г. Нижневартовск, Российская Федерация ПЕРЕВОД НЕФТЕГАЗОВЫХ СКВАЖИН, ВЫВОДИМЫХ ИЗ ЭКСПЛУАТАЦИИ, В ГЕОТЕРМАЛЬНЫЙ РЕЖИМ В статье рассматривается возможность и актуальность использования альтернативных источников энергии, в частности - геотермального тепла. Оценена энергетическая и экономическая целесообразность продления эксплуатации нефтегазодобывающих скважин в качестве источника энергии для геотермальных электростанций. Ключевые слова: Геотермальная скважина, добыча нефти и газа, альтернативные источники энергии, обводненная скважина, электрогенерация Стремительный рост энергопотребления, ограниченность невозобновляемых природных богатств, экологические проблемы вынуждают задуматься об использовании альтернативных источников энергии. В этом отношении особого внимания заслуживает применение практически неистощимых геотермальных ресурсов. Суммарная установленная мощность геотермальных электростанций в мире на начало 1990-х годов составляла около 5 ГВт, на начало 2000-х годов — около 6 ГВт. В конце 2008 года суммарная мощность геотермальных электростанций планеты выросла до 10,5 ГВт [1]. В 2010 г. в мире суммарная мощность геотермальных электростанций составила около 10709,7МВт, а геотермальных систем теплоснабжения – около 20 МВт (тепловых). По прогнозам мощность геотермальных ТЭС может составить около 20 МВт, а выработка электроэнергии – 120 млрд. кВтч. Цель работы Оценка возможности перевода обводненных нефтегазовых скважин, выводимых из эксплуатации, в геотермаль-

135

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

ный режим для использования в качестве источника энергии в электрогенерации. Результаты исследований. В связи с тем, что большая часть добычных нефтегазовых скважин в третий и четвёртый периоды эксплуатации месторождения являются обводнёнными и не обеспечивают дебета продукта, основным техническим решением, используемым в настоящее время, является вывод скважины из эксплуатации путём консервации, либо глушения. Геолого-физические характеристики современных месторождений таковы, что продуктивные пласты находиться на глубине4…5 км. Температура вмещающих пород при этом составляет 90…100С. Длина эксплуатируемых скважин может достигать 10 км. (Например месторождение «Сахалин-2»). Поэтому, целесообразно обводнённые добычные скважины переводить в геотермальный режим с целью получения, в конечном итоге, электроэнергии. Посредством укрупнённого расчёта определим запасы геотермальной энергии для среднестатистического месторождения района Нефтеюганска [2]. В данных условиях, учитывая наличие водоносных пластов и технологической воды, применяемой для нефтедобычи, возможно использование двух способов отбора теплоты. Первый. Отбор петрагеотермальной теплоты. Мощность потока энергии можно оценить как: , Где 70 Вт/пм –удельное количество теплоты которое может быть отобрано от вмещающих пород, Lскв=4000 м – среднестатистическая усреднённая длина скважины рассматриваемых месторождений. Второй. Отбор гидрогеотермальной теплоты. Мощность потока энергии по второму варианту: где G =0,51 кг/с – секундный дебит скважины; С = 4205 Дж/кг*К – удельная теплоёмкость воды при 90С; ΔТ=98 К - разница между температурой воды на выходе из скважины и среднегодовой температурой атмосферного воздуха; Итого, мощность теплового потока одной скважины из запасов низкопотенциального геотермального тепла: 136

«Технологические машины и оборудование»

. Тепловыми потерями при транспортировке теплоносителя по каналу скважины для определения укрупнённых запасов геотермального тепла на данном этапе можно пренебречь, поскольку современные теплоизоляционные материалы при температурном потенциале в 115С позволяют удерживать тепловые потери в трубопроводах в пределах 1% на 1 км длины скважины. Выводы по работе Суммарная возможная электрогенерация месторождения получается довольно значительной даже при условии трансформации всего 10% низкопотенциальной теплоты в электрическую энергию. Она способна обеспечить цикл нефтегазодобычи электроэнергией в третий и четвёртый периоды эксплуатации месторождения. Использование предложенного решения позволяет перевести нефтегазодобывающее предприятие в категорию просьюмера (потребителя выступающего на стороне предложения, то есть как «производителя для себя»). Реализация данного способа электрогенерации повысит техническую и техносферную безопасность объектов нефтегазодобычи, т.к. собственная выработка электроэнергии повышает надёжность энергоснабжения и, при реализации предложенного способа, не связана с выбросами парниковых газов[3]. Для генерации может быть применена схема двухконтурного электрогенерирующего комплекса[4]. Список источников 1. Geothermal Development Expands Globally.[Электронный ресурс] URL: https://www.renewableenergyworld.com/2009/05/11/geothermal-developmentexpands-globally/?cmpid=rss 2. Усть-Балыкское нефтяное месторождение [Электронный ресурс]. URL:https://neftegaz.ru/tech-library/mestorozhdeniya/142383-ust-balykskoe-neftyanoemestorozhdenie/ 3. Влияние технологического развития на количество и качество рабочих мест в ТЭК [Электронный ресурс].URL:http://ac.gov.ru/files/publication/a/19663.pdf. 4. Бирюков А.Б., Гнитиёв П.А., Варакута В.В. Двухконтурнаяэнергогенерирующая станция с изменяемыми параметрами рабочего тела второго контура. Вестник ДОННУ Серия Г, технические науки. №4 за 2018 г. © Максименко Д.И., Гулин В.В., Варакута В.В., Черевко М.С., 2019

137

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

УКД 622.232.522.24

Н.Р Мелан, студент, В.И. Мизерный стар. преп., Донецкий национальный технический университет УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ГЛАВНОГО ВОДООТЛИВА ОП «ШАХТА ИМ. ЧЕЛЮСКИНЦЕВ» «ГП ДУЭК» В статье приведен анализ существующего положения главного водоотлива шахты им. Челюскинцев, и намечены пути его совершенствования. Общие сведения о водоотливных установках шахты Водоотлив шахты трех ступенчатый. Самый нижний – 11 водоотлив, располагался в ходке механизированной доставки 3 ступени пласта k8. С него откачивается вода с нижних горизонтов в водосборник горизонта 882 м. До сентября 2014 года уровень воды был на отметке - 833м. Однако в связи с частыми аварийными отключениями электроэнергии на шахте, по причине ведения активных боевых действий, с сентября 2014г. уровень затопления стал подниматься, что привело к затоплению данного водоотлива. В настоящее время из-за трудного материально-технического снабжения шахты насосная установка в ходке мех. доставки 3-й ступени пласта k8 не смонтирована, по этой причине уровень затопления продолжает подниматься. На 01.02.2016г.- фактический уровень затопления в ходке мех. доставки 3-й ступени пласта k8 находится на отметке -782,3м. На основании наблюдений за поднятием уровня воды в ходке механизированной доставки 3 ступени, которые производятся на предприятии, скорость поднятия воды по наклонной части выработки составляет около 2 м. (по вертикали около 40-50 см.) в декаду. Однолинейная схема водоотлива приведена на рис. 1.

138

«Технологические машины и оборудование»

139

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

В насосной камере, водоотлива горизонта 882м, пройденной с главного откаточного квершлага, установлено 2 насоса типа ЦНС 300x360. Максимальный приток составляет 105 м3/час. Вода откачивается насосами одним трубопроводом диаметром 200мм в водосборник 68 зап. штрека. Перекачка воды с водоотлива гор. 882 в водосборник 67 вост. штр. пл. к8 является первой ступенью водоотлива. Откачка воды производится только с одного рукава водосборника. В насосной камере, размещенной на 68 западном штреке пласта к8, установлены два насоса типа ЦНС 300x600. Вода откачивается по двум трубопроводам диаметром 200 мм в водосборник горизонта 270 м. Емкость двух водосборников водоотлива по 1800 м3 , приток составляет 285 м3 /час. Перекачка воды с водоотлива 68 западного штрека пл. к8 в водосборник главного водоотлива гор. 270 м. является второй ступенью водоотлива Водоотливная установка 1 западного коренного штрека пл.11 размещена на этом же штреке, в ней установлен один насос типа ЦНС-60х150. Вода откачивается по трубопроводу диаметром 150мм в водосборник 67 водоотлива. Приток составляет 20 м3 /час. 9 водоотлив расположен на шахте №10 «Чекист», соединенной с основной шахтой квершлагом № 10. 9 водоотлив расположен в полевом транспортерном уклоне. Там установлен один насос ЦНС 180х212. Приток воды составляет 65 м3 /час. Вода откачивается в водосборник 68 водоотлива по трубопроводу 200 мм. Характеристика главного водоотлива горизонта 270м Водоотлив горизонта 270 м предназначен для сбора воды, поступающей с выработок горизонта 270 м, с водоотлива 68 западного штрека пласта к8, и с дальнейшей откачкой воды на поверхность. Суммарный приток воды составляет 326 м3/час. Откачка воды производится непрерывно. Геодезическая высота подъема 270 м. Проветривание водосборника осуществляется за счет общешахтной депрессии. Главная водоотливная установка горизонта 270 метров имеет две ветви изолированных друг от друга водосборников ёмкостью 3000 м3 и 1700 м3. Заилённость водосборников составляет 70% и 30% соответственно. Главный водоотлив горизонта 270 м имеет два водосборника: большой емкостью 3000м3 и малый емкостью 1700м3. Большой водосборник состоит из: -двух наклонных частей длина одной - 100 м, длина второй - 110 м, угол наклона наклонных частей составляет 13°; -горизонтальной части общей протяженностью 220м; 140

«Технологические машины и оборудование»

-колодца глубиной 8 м. Малый водосборник состоит из: -двух наклонных частей длина одной - 80 м, длина второй - 85 м, угол наклона наклонных частей составляет 13°; -горизонтальной части, общей протяженностью 135 м; -колодца глубиной 8 м. Вода с водоотлива горизонта 270 м по 3-м напорным трубопроводам d = 250мм, проложенным по клетевому стволу «Новый», перекачивается в отстойник шахты. В водосборнике установлено четыре насоса ЦНС 300x420 производительностью 300 м3/час каждый. Пути совершенствования водоотлива С целью улучшения показателей предлагаю заменить насосы типа ЦНС на насосы типа НСШ так как: секционные шахтные насосы НСШ являются усовершенствованными насосами ЦНС, КПД которых увеличено на 15%. Так например КПД насосов типа ЦНС составляет 60%-65%, в НСШ составляет 70 -75 , что приводит к увеличению энергопотребления насосной установки. по геометрическим и присоединительным размерам насосы марки НСШ идентичны насосам ЦНС, но различаются по производительности и напору. Насосы в большинстве случаев – это затратная часть расходов предприятия и поэтому, проведя замену насоса ЦНС на насос марки НСШ, предприятие будет экономить 10-15% электроэнергии на каждой насосной установке, что приведёт через 5,6 месяцев к полной окупаемости насоса НСШ. Список источников 1. Гейер В.Г., Гидравлика и гидропривод / В.Г. Гейер, В.С. Дулин, А.Г. Боруменский, А.Н. Заря. – М.: Недра, 1981. – 295 с. 2. А.Б. Цейтлин, Пароструйные вакуумные насосы – М.:Машиностроение 1980. © Н.Р. Мелан, В.И. Мизерный, 2019

141

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции УДК 669.02/09

Мустаев Н. Н. магистрант, Моргунов В. М. канд. техн. наук, доцент, Донецкий национальный технический университет К ОБОСНОВАНИЮ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ ПРИВОДОВ ПОДАЧИ И ЗАГРУЗКИ В КОНВЕРТЕР СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ В статье приведены рекомендации по улучшению эффективности работы предприятия с учетом реально существующих задач развития отрасли и отдельных предприятий, а также предложен вариант модернизации привода затворов подачи и загрузки в конвертер сыпучих материалов. Ключевые слова: шиберный затвор, пневматический привод, система приводов, конвертер, пневмолиния Техническое перевооружение металлургии в ближайшие годы будет осуществляться в условиях стабилизации, а в дальнейшем и снижении объемов производства основных видов металлопродукции и определяться главной задачей – удовлетворения потребности народного хозяйства в черных металлах требуемого качества и сортамента при значительном повышении эффективности производства и использования металла в потребляющих отраслях. К числу важнейших стратегических задач, стоящих перед черной металлургией можно отнести: - снижение металлоемкости производства примерно в 2 раза; повышение производительности труда в отрасли вдвое; коренное обновление основных производственных фондов и повышение экономической эффективности работы отрасли в условиях рыночной экономики и самофинансирования; комплексное решение вопросов социального развития, охраны окружающей среды, рационального использования природных ресурсов и отходов производства. Указанные задачи должны решаться в процессе технического перевооружения, реконструкции и обновления каждого металлургического предприятия и, в частности, каждого конкретного цеха. При этом в подавляющем большинстве случаев не стоит задача наращивания объемов производства продукции на отдельных пред142

«Технологические машины и оборудование»

приятиях, хотя мощность и производительность реконструируемых и новых агрегатов и даже цехов могут увеличиваться. В каждом конкретном случае главными задачами являются повышение качества и расширение сортамента металлопродукции, улучшение условий и рост производительности труда, решение проблем охраны окружающей среды и повышения эффективности производства. В связи с этим особенно актуальными становятся выбор и экономическое обоснование вариантов реконструкции объектов металлургического производства в частности конвертерного цеха. Важнейшими мероприятиями по повышению эффективности системы подачи и загрузки сыпучих материалов являются: - повышение доли производства готовой продукции, получаемой в один передел из непрерывно литой заготовки, с соответствующим снижением удельного расхода металла и энергии; - применение автоматического неразрушающего контроля исходной заготовки с последующей зачисткой заготовок и автоматическим контролем поверхности готовой продукции; - внедрение средств автоматизации с применением программируемых контроллеров и промышленных ЭВМ. Сыпучие материалы в конвертере подаются системой ленточных конвейеров и питателей, расположенных в изолированном участке конвертерного пролета. Для сохранения текущего запаса сыпучих материалов в районе каждого конвертера есть по четыре расходных бункера. Два бункера общей емкостью 200м3 заполнены известью, бункер полезной емкостью 70м3 заполнен железной рудой и бункер емкостью 32м3 заполнен плавиковый шпат. С конвейера, подающего сыпучие материалы в конвертерный прогон, сыпучие материалы сбрасывают на передвижной реверсивный конвейер, расположенный над бункерами и распределяет по ним материалы. Материалы из бункеров выдаются с помощью питателей [1]. В бункерах установлены питатели производительностью по 220 3 м / час, а под бункерами руды и плавикового шпата - питатели производительностью по 720 м3 / час. Питатели подают материалы на весы дозаторы 3-5т. Кроме общих для всех конвейеров перегрузочных бункеров, в районе каждого конвейера установлено по два промежуточных бункера 4, содержащих запас ферросплавов на одну плавку. 143

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

Материалы из бункеров подаются в ковш с помощью поворотной течки. Модель кислородного конвертера приведена на рис. 1.

Рисунок 1 – Схема конвертера (а) основные периоды плавки (б): I – загрузка лома; II – заливка чугуна; III – загрузка шлакообразующих добавок и продувка кислородом; IV – слив стали; V – слив шлака; 1 – кожух; 2 – футеровка; 3 – горловина; 4 – боковое отверстие для выпуска стали (летка) Система загрузки материалов в конвертер (рис. 2) должна обеспечивать хранение оперативного запаса материалов: - набор, дозирование и загрузку порций материалов в определенное время и в определенной последовательности без остановки продувки; - возможность быстрого варьирования программы загрузки; - автоматизацию всех выполняемых процессов; - малое выделение пыли в атмосферу цеха и в газоотводящий тракт.

144

«Технологические машины и оборудование»

Рисунок 2 - Системы загрузки сыпучих материалов в цехе с 100-130т конвертерами Системы загрузки различаются устройством, числом и компоновкой отдельных элементов, бывают одно- и двусторонние, с индивидуальными и общими для двух конвертеров расходными бункерами, с промежуточными бункерами и без [2]. Технологическая схема конвертерного цеха представлена на рис. 3. Большинство промышленных предприятий стран СНГ работают на морально устаревшем оборудовании произведенном 10 и более лет назад. Основными недостатками являются низкая ремонтопригодность в связи с отсутствием запчастей, относительно малый уровень производительности и самого качества выпускаемой продукции, простои из-за выхода из строя каких либо отдельных узлов оборудования, большие количество времени на поиск неисправности.

145

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

Рисунок 3 – Технологическая система работы конвертерного цеха: 1конвертер; 2- совок с ломом; 3 – чугуновозный ковш; 4 – машина для скачивания шлака; 5 – устройство для измерения температуры чугуна; 6 – конвейер для подачи сыпучих материалов: 7 – бункер для сыпучих материалов; 8 – шибер с виброгохотом; 9 – шибер; 10 – весы; 11 – устройство для подачи сыпучих материалов в конвертер;12,13 – кислородная и измерительная фурмы; 14 – бункер для ферросплавов; 15 – контейнер для загрузки бункеров ферросплавами; 16 – погрузчик; 17 – печь для нагрева ферросплавов; 18 – электропечь для расплавления для расплавления алюминия; 19 – машина для транспортировки ферросплавов; 20 – сталевоз; 21 – шлаковоз; 22 – машина для отсечки шлака; 23 – цементовоз для известковой пыли; 24 – промышленный пылесос; 25 – уборочная машина Для решения этой проблемы лучшим способом является установка более современного оборудования взамен устаревшего. Именно поэтому, взяв в пример систему подачи и загрузки в конвертер сыпучих материалов металлургического завода можно заменить устаревшие узлы конвертерного цеха, а именно питатели которые установлены после бункеров с известью, плавиковым шпатом и рудой. Питатели представляют собой механические устройства, которые обеспечивают стабильность регулируемого грузопотока из бункера на конвейеры. В настоящее время они работают с электроприво146

«Технологические машины и оборудование»

дом, двигатели которого работают в запыленной среде, слой пыли может достигать до 3 см. Следствием этого возникает локальный перегрев лобовых частей обмоток и преждевременный выход из строя электродвигателя. Именно это снижает надежность и показатели качества работы всей системы подачи и загрузки сыпучих материалов в конвертер и, как результат качество стали на выходе из конвертера. Поэтому предполагается заменить существующие затворы с электроприводом которые стоят на выходе с бункеров, на шиберные затворы с пневматическими приводами, их можно подключить к общей пневмолинии конвертерного цеха, в которой давление 6 бар достаточное для питания пневмопривода. При этом необходимо будет исследовать процессы истечения сыпучих материалов из бункеров, определить характер воздействия слоя материала на затвор и обосновать параметры системы привода затворов с учетом автоматизации процесса дозирования. Ориентировочно предполагается использовать шиберные затворы с пневмоприводом. Преимущества шиберных затворов: - шиберные затворы отличаются малой длиной, например, в сравнении с кранами; - устройство шиберного затвора – довольно простое, легкость установки, удобство в эксплуатации; - показатели надежности зависят от самих параметров рабочей среды – агрессивности, температур, сосредоточения механических примесей; - шиберные затворы – оборудование легкое в обслуживании и ремонте; - шиберные затворы – износоустойчивы и могут работать в агрессивной среде; - срок службы шиберного затвора определяется сроком службы его корпуса. - отсутствуют задерживающие зоны и способность к самоочистке; - шиберные затворы обладают быстродействием в работе и высокой герметичностью. Предполагается управление шиберами по следующей пневматической схеме привода (рис.4) [3]. В автоматизированной системе управления будут использованы электропневматические элементы и контроллер [4].

147

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

Рисунок 4 - Схема управления пневмоприводом затвора с контролем по давлению в рабочей полости пневмоцилиндра: 1,2–клапаны последовательности; 3–пневмоцилиндр; 4–пневмотумблер; 5–главный пневмораспределитель. Заключение Задача дальнейшей работы состоит в обосновании параметров системы автоматического управления приводами затворов подачи и загрузки в конвертер сыпучих материалов на базе электропневматических элементов привода и свободно программируемого контроллера. Список источников 1. Машины и агрегаты металлургических заводов. В 3-х томах. Т2. Машины и агрегаты сталеплавильных цехов. Учебник для вузов/ А.И. Целиков, П.И. Полухин, В.М. Гребенник и др. 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Металлургия, 1988. – 432с. 2. Михайловский В.Н. Основы проектирования металлургических заводов. Определение объёмно-планировочных решений, состава и количества основного технологического и подъёмно-транспортного оборудования сталеплавильных цехов: учеб.пособие / В.Н.Михайловский, П.В.Ковалев. СПб.: Изд-во Политехн ун-та, 2013. –215 с. 3. Лаптева Н.Е. Пневматический привод и средства автоматики, 2009; 4. Шахматов Е. В.Пневмопривод и средства автоматики: [учеб.пособие] Н.Д. Быстров, Иголкин А.А., Илюхин В.Н., Петренко С.А., Шахматов Е.В. — Самара : Издательство СГАУ, 2006 .— 112 с.;

148

«Технологические машины и оборудование»

УДК 621.695

А.Г. Волобуев, магистрант, Донецкий национальный технический университет ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ СХЕМА ЭРЛИФТА И ЕГО ОБСЛУЖИВАНИЕ ПРИ АВАРИЙНЫХ РЕЖИМАХ Одним из направлений технического прогресса в транспорте является развитие трубопроводного транспорта. Наиболее перспективный — гидравлический транспорт, при котором потоки воды или смеси несут с собой по трубах сыпучие материалы или переносятся с помощью нагнетателя в гомогенную среду. Благодаря известным достоинствам эти виды транспорта находят применение при перемещении: полезных ископаемых (угля, песка, гравия, нефти, растворимых солей, и много чего другого) от места добывания до потребителя; отходов обогатительных фабрик; золы и шлаков тепловых электростанций в отвалы; пустой породы к месту складирования и др. Во многих схемах гидротранспортах есть вертикальные и наклонённые участи, например, подъем твердого материала из подземных выработок или со дна разных водоёмов при добыче полезных ископаемых; подъем капельной жидкости (воды, нефти и др.) на дневную поверхность. Как показали теоретические и экспериментальные исследования ДонНТУ и других научных центров, так же опыты эксплуатации созданных ими гидросистем, иногда достаточно целиком использовать эрлифтные установки. Процессы, которые протекают в подъемной трубе эрлифты представляют совокупность связанных между собой процессов гидродинамики, теплообмена и физико-химического взаимодействия воздуха с примесями. Каждый процесс является сложных, что усложняет его описание. Ещё не создана теория, которая описывает хотя бы приблизительно процессы движения двухфазных потоков, поэтому изучение этих процессов и их закономерностей идет по пути нагромождения экспериментального материала. Для теоретического описания процесса движения водовоздушной смеси в трубах необходимо знать структуру потока при разных режимах работы эрлифтной установки. Для подачи воды из глубинных скважин нашли применение пневматическим подъемникам или эрлифты; они так же удобны для подачи кислот и других химических жидкостей и смесей с твердыми 149

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

частицами (пульпы). Принцип работы состоит в том, что в водоподъёмную трубу, вложенную в обсадной трубе, через форсунку подается сжатый воздух от компрессора по трубе. При этом создается смесь воздуха и воды. Движение водовоздушной смеси вверх происходит вследствии подъемного действия пузырьков воздуха, которые опережают движение воды, проскальзывая через поток, что движется, захватывая с собой воду. Процесс движения газожидкостной смеси в поднимающей трубе эрлифта имеет сложный характер, для описания которого используют параметры: средняя скорость потока, его плотность, соотношение объемов заполненных жидкостью и газом, скорость фаз и другие. Существенную роль отыгрывает так же режим течения или структура газожидкостного потока. Для нормальной работы эрлифта необходимо некоторое геометрическое погружение h смесителя (расстояние от уровня воды в зумпфе до места входа сжатого воздуха в смеситель), величина которого зависит от высоты подъема H (расстояние от уровня воды в зумпфе до места слива пульпы с воздухозаборника) гидросмеси и колеблется от нескольких метров до десятков и сотен метров. На рисунке 1 приведена гидравлическая схема натурной экспериментальной эрлифтной установки. Она содержит смеситель 1, подведение сжатого воздуха, которое осуществляется по воздухопроводу 2, подъемная труба 3 Ø 0,15 м и длиной 15,21 м. Погружение эрлифтной установки осуществлялось с помощью металлического бака 8. С помощью четырех сливных задвижек 17, поддерживалась необходимая глубина погружения 0,76; 1,21; 1,52; и 2,23 м, соответствует относительным погружениях 0,05; 0,08; 0,1; 0,15. Во время эксперимента вода без остановки подавалась в бак насосом 15, подача которого регулировалась задвижкой 16. Остаток воды из бака сливался через одну из задвижек 17 в зумпф 19, чем обеспечивалось постоянство геометрического погружения смесителя эрлифта во время эксперимента. Измерение подачи эрлифта проводилось объемно-весовым способом, для чего служил мерный бак 5 с показателем уровня, с единицами объема, грузовой динамометр ГД 7 и секундомер З 6 для отсчета времени наполнения мерного бака. Объем мерного бака W=0,358 м3. Выбран с условием, чтобы время его наполнения на всех режимах работы установки было бы не меньше 1-2 мин. Источником сжатого воздуха была турбогазодувка ТГ-50-1,9, на схеме 14, трата сжатого воздуха в эрлифтной установке регулировалась задвижкой 150

«Технологические машины и оборудование»

12, установленной на воздухопроводе 2 диаметром 0,15 м и задвижкой 13, которая имеет выход через глушитель шума в атмосферу.

Рисунок 1 – Гидравлическая схема натурной экспериментальной эрлифтной установки. Измерение затраты сжатого воздуха проводился с помощью нормальной диафрагмы 8, диаметром 90 мм. Измерение перепада давления на диафрагме и давления перед диафрагмой проводилось, по аналогии с лабораторной установкой, с помощью U-образных манометров 10. Гидравлическая схема лабораторной эрлифтной установки изображена на рис. 2. С целью получения большей информации про процессы, которые происходят в эрлифте при работе с малыми абсолютными и относительными погружениями, все основные его элементы (подводящая и подъемной трубы, смеситель) были выполнены прозрачными (с оргстекла). Диаметр подъемной трубы 3 эрлифты равен 0,14 м, длина – 4,67 м. Для создания погружения эрлифта использовался металлический бак 6. Вода в бак подавалась по трубопроводу O 0,0105 м с помощью насоса 7. Контроль погружения смесителя эр-

151

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

лифта осуществлялся с помощью водомерного стекла 17, установленного на баке. В качестве источника сжатого воздуха была использована турбогазодувка 9 ТГ-50-1,9 с максимальным излишним давлением 9*103 МПа. Регулирование траты сжатого воздуха, который поступает в эрлифт по воздухопроводу (поз. 2) Ø 0,105 м, осуществлялось с помощью задвижки 15, установленной на воздухопроводе, и задвижки 10 для выбрасывания излишка воздуха в атмосферу. Для измерения затраты сжатого воздуха в эрлифте использовалась нормальная диафрагма 12, Ø 67,2 мм с кольцевыми камерами. Измерение перепада давления на диафрагме и давления перед диафрагмой проводилось с помощью U-образных манометров 13, заполненных соответственно водой и ртутью. Гидравлическая схема лабораторной эрлифтной установки замкнута: вода, которая поднимается эрлифтом, после воздухоохладителя 4 направляется в треугольный водослив 5, а потом сбрасывается в бак.

Рисунок 2 – Гидравлическая схема лабораторной эрлифтной установки 152

«Технологические машины и оборудование» Список источников 1. Эрлифтные установки: Учебное пособие / В. Г. Гейер, Л. Н. Козыряцкий, В. С. Пащенко, Я. К. Антонов – Донецк: ДПИ, 1982. -64 с. 2. Энциклопедия эрлифтов / Ф. А. Папаяни, Л. Н. Козыряцкий, В. С. Пащенко, А. П. Кононенко – М.: Информсвязьиздат, 1995. – 592 с. 3. Данилов Е. И. Исследование и разработка эрлифта для гидромеханизированной очистки водоотливных емкостей: Дисс, …канд. техн. наук: 05.05.06 – Донецк: ДПИ, 1979. - 298 с.

153

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции УДК 621.695

Погода С.Р., магистрант, Донецкий национальный технический университет РАБОТА ЭРЛИФТНОЙ УСТАНОВКИ В УСЛОВИЯХ ПЕРЕМЕННЫХ ПРИТОКОВ ЖИДКОСТИ В некоторых случаях эрлифтные установки эксплуатируются в условиях переменных притоков перекачиваемой жидкости или гидросмеси. Это встречается в системах золошлакоудаления тепловых электростанций, работающих на твердом топливе. Если одна эрлифтная установка откачивает золошлаковую гидросмесь от более чем одного энергоблока (котла), то количество поступающей в зумпф эрлифта смеси воды с твердыми золошлаками зависит от числа эксплуатируемых блоков в настоящий момент времени. При переменных притоках жидкости (гидросмеси) в ряде случаев энергетически целесообразно использование эрлифтов с подводом дополнительного притока в промежуточное сечение подъемной трубы. Кроме снижения энергетических затрат при транспортировании переменных во времени притоков, предложенная эрлифтная установка (рис. 1) исключает необходимость использования запорных устройств в потоке абразивной гидросмеси. Базовый приток

Qпр1

подается в эрлифт через подающую трубу

5, а дополнительный приток щий трубопровод 3. Если Qэ  Qпр1

Qпр 2

- через дополнительный подводя-

= 0, то подача эрлифта составляет

и потребный расход воздуха Qв1 подается в смеситель 6 через основной воздухопровод 7. Если приток жидкости (гидросмеси) Q Q

Q

пр1 пр 2 , увеличивается и подача эрлифта составляет величину э расход воздуха может быть увеличен до значения Qв  Qв1  Qв 2 с подводом дополнительного количества сжатого воздуха Qв 2 через дополнительный воздухопровод 9. Также увеличение расхода воздуха в эрлифт возможно за счет обеспечения подвода его большего количества через основной воздухопровод 7 при закрытой задвижке 8 на дополнительном воздухопроводе 9. Выбор варианта воздухоснабжения эрлифта определяется по критерию минимальной энергоемкости газожидкостного подъемника.

154

«Технологические машины и оборудование»

Вертикальная координата j промежуточного сечения подъемной трубы 10, где возможно осуществление подвода дополнительного притока

Qпр 2

, не может превышать уровня точки а (точки пересе-

чения эпюр Б и В), то есть величины z jмакс .

Рис. 1. Схема эрлифтной установки с подводом дополнительного притока жидкости (гидросмеси) в промежуточное сечение подъемной трубы: 1 - приемная емкость; 2 -основной подводящий трубопровод; 3 - дополнительный подводящий трубопровод; 4 - зумпф; 5 подающая труба; 6 - смеситель; 7 - основной воздухопровод; 8 - задвижки; 9 -дополнительный воздухопровод; 10 - подъемная труба; 11 - воздухоотделитель; 12 - запорное устройство; А - эпюра давления жидкости (гидросмеси) в зумпфе 4; Б - эпюра давления газожидкостной смеси (аэрогидросмеси) в подъемной трубе 10; В - эпюра

155

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

давления жидкости (гидросмеси) в дополнительном подводящем трубопроводе 3. Приведенная эрлифтная установка позволяет решить следующие задачи: а) возможность эксплуатации установки в широком диапазоне подач без существенного увеличения потерь давления в подающей трубе; б) возможность эксплуатации воздушного нагнетателя при блочной схеме воздухоснабжения газожидкостного подъемника при давлениях, близких к номинальным, в широком диапазоне изменения подач эрлифта; в) исключение использования запорных устройств в потоке абразивной гидросмеси; г) обеспечение снарядной структуры водовоздушного потока в эрлифте и поддержание ее вида близким к неизменному по всей длине подъемной трубы. Подвод дополнительного количества жидкости (гидросмеси) в промежуточное сечение подъемной трубы будет уменьшать значение истинного газосодержания водовоздушного потока и снижать вероятность перехода снарядной структуры в эмульсионную или кольцевую. А так как энергетические потери газожидкостного потока со снарядной структурой наименьшие в сравнении с эмульсионной и кольцевой, то правомерно предполагать, что высвобожденное количество энергии возможно использовать для транспортирования некоторого дополнительного количества жидкости (гидросмеси) Qпр2. Компенсировать недостающее количество этой энергии возможно дополнительным расходом сжатого воздуха Qв2. Таким образом, предлагаемая эрлифтная установка соответствует требованиям, предъявляемым для работы в условиях переменных притоков жидкости (гидросмеси). Список источников 1. Эрлифтные установки: Учебное пособие / В. Г. Гейер, Л. Н. Козыряцкий, В. С. Пащенко, Я. К. Антонов – Донецк: ДПИ, 1982. -64 с. 2. Энциклопедия эрлифтов / Ф. А. Папаяни, Л. Н. Козыряцкий, В. С. Пащенко, А. П. Кононенко – М.: Информсвязьиздат, 1995. – 592 с. 3. Данилов Е. И. Исследование и разработка эрлифта для гидромеханизированной очистки водоотливных емкостей: Дисс, …канд. техн. наук: 05.05.06 – Донецк: ДПИ, 1979. - 298 с.

«Технологические машины и оборудование»

СОДЕРЖАНИЕ

О.Е. Шабаев, Д.Э. Барков Оценка эффективности межмостового блокируемого дифференциала подьемно-доставочной машины типа ПД-8…………………………….3 А.В. Разувайлов, Р.И. Рыбалко Применение комбинированной технологии производства теплых асфальтобетонных смесей в условиях модернизации оборудования существующих АБЗ………………………………………………………...7 Д.Д. Буйчик, Е.С. Квас, В.П. Кузьменко, С.В. Соленый Проблемы выбора вторичного источника питания для мобильного робота……………………………………………………………………12 А.В. Выграновская, Е.С. Квас, В.П. Кузьменко, С.В. Солёный Анализ движения робота на линии в окрестности опор высоковольтных ЛЭП…………………………………………………………………20 Е.В. Глушко, Р.И. Рыбалко Исследование рабочих процессов и оборудования для классификации сыпучих материалов…………………………………………………….28 А.А. Михалев, Е.С. Квас, В.П. Кузьменко, С.В. Соленый Возможности улучшения системы распознавания дорожных знаков в условиях недостаточной видимости…………………………………...32 К.В. Камынин, Е.С. Квас, В.П. Кузьменко Проблемы пульсаций современных OLED дисплеев и как это вредит органам зрения…………………………………………………………..38 Н.Г. Афендиков, А.М. Забиров Выбрать рациональные параметры и разработать конструкцию манипулятора, обеспечивающего работу бурильной установки с шестью буровыми машинами для бурения шпуров и скважин при проходке вертикальных стволов ………………………………………………….44 Н.Г. Афендиков, И.В. Булатник Разработать усовершенствованную почвоподдирочную машину…..52 157

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

Е.Н. Бойко, Н.В. Захаров Вопросы формирования гранулометрического состава угля………...58 Т.Р. Шамсетдинов, И.И. Бридун, П.П. Зинченко К вопросу снижения присечки боковых пород при добыче угля из тонких пологонаклонных пластов……………………………………..64 А.А. Корепанов, Е.Ю. Степаненко Влияние горно-геологических условий на режимные параметры крепления очистного забоя……………………………………………..69 В.Г. Гуляев, М.В. Стасюк Динамика привода механизма поворота экскаватора ЭКГ-5а с системой управления ТП-Д………………………………………………......74 В.С. Вожжов, М.С. Котков, Е.В. Ошовская, В.А. Сидоров Анализ отказов механизмов разливочных кранов……………………85 А.И. Свичканев, Е.В. Ошовская, В.А. Сидоров Моделирование напряженно-деформированного состояния наклонного моста скипового подъемника доменной печи…………….………. 93 В.М. Моргунов, Р.В. Денисюк К обоснованию параметров манипулятора подачи заготовок в зону обрабатывающего станка…………………………………………….....99 Е.Н. Бойко, К.Д. Вранчан Влияние погрузки и циркуляции угля на его сортовой состав……..106 В.Н. Дорожкин, Е.А. Понамарева, Е.В. Ошовская Алгоритм расчета параметров шиберного затвора сталеразливочного ковша…………………………………………………………………...112 А.А. Ракович, В.В. Гулин, А. П. Кононенко Трехступенчатый диффузор струйного насоса …………………….118 О.А. Геммерлинг, Ю.А. Котов Обоснование параметров гидроимпульсной установки с учетом потерь энергии ………………………………………………………123 158

«Технологические машины и оборудование»

Крайний П.В., Мизерный В.И., Выбор способа гидромеханизированной очистки предварительного отстойника главной водоотливной установки ПАО “Шахта им. А.Ф. Засядько” ……………………………………………………………..129 Д.И. Максименко, В.В. Гулин, В.В. Варакута, М.С. Черевко Перевод нефтегазовых скважин, выводимых из эксплуатации, в геотермальный режим ……………………………………………………135 Н.Р. Мелан, В.И. Мизерный Усовершенствование главного водоотлива ОП «Шахта им. Челюскинцев» «ГП ДУЭК» …………………………………………………138 Н.Н. Мустаев, В.М. Моргунов К обоснованию параметров системы приводов подачи и загрузки в конвертер сыпучих материалов………………………………………142 А.Г. Волобуев Гидравлическая схема эрлифта и его обслуживание при аварийных режимах…………………………………………………………...……149 С.Р. Погода Работа эрлифтной установки в условиях переменных притоков жидкости……………………………………………………………………154 Содержание ............................................................................................. 157

159

Материалы XVIIІ Республиканской научно-технической студенческой конференции

Технологические машины и оборудование: материалы XVIІI Республиканской научно-технической студенческой конференции, посвященной 90-летию кафедры «Энергомеханические системы»,

26-28 ноября 2019г., Донецк Ответственный за выпуск: докт. техн. наук, проф. А.П. Кононенко Ответственный секретарь выпуска: канд. техн. наук, доцент О.А. Геммерлинг Адрес редакционной коллегии: г. Донецк, ул. Артема 58, ДонНТУ, каф. «Энергомеханические системы». Подготовлено в печать: г. Донецк, ул. Артема 58, ДонНТУ, 1-ый учебный корпус, ауд. 1.119, тел. (062) 301-07-24 E-mail: ems@fimm.donntu.org

160