Инновационные перспективы Донбасса. Том 3, 2021 г. by Донецкий политехник (Донецкий национальный технический университет)

VI IМЕЖДУНАРОДНЫЙНАУЧНЫЙФОРУМ ДОНЕЦКОЙНАРОДНОЙРЕСПУБЛИКИ

VI I

Международнаянаучнопракт ическаяконференция

ИнновационныеперспективыДонбасса

XVI

Международнаянаучнопракт ическаяконференция

Научнот ехническиеаспектыразвития авт отранспортног окомплекса

XI I

Международнаянаучнопракт ическаяконференция

Информатика, управляющиесист емы, мат ематическое икомпьют ерноемоделирование

XXI

Международнаянаучнот ехническаяконференция

Авт оматизацият ехнолог ических объект овипроцессов. Поискмолодых

VI I

Международнаянаучнот ехническаяконференция

Мет аллург ияXXIст олетияг лазамимолодых

Том 3.Инновационныет ехнолог иипроект ирования, изг от овленияиэксплуатациипромышленныхмашиниаг рег ат ов

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ДОНЕЦКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ ГОУВПО "ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" (ДОННТУ) СОВЕТ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ ДОННТУ ГОУ ВО ЛНР «ЛУГАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. В. ДАЛЯ» ДОНЕЦКАЯ РЕСПУБЛИКАНСКАЯ МАЛАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

ИННОВАЦИОННЫЕ ПЕРСПЕКТИВЫ ДОНБАССА Материалы 7-й Международной научно-практической конференции Том 3. Инновационные технологии проектирования, изготовления и эксплуатации промышленных машин и агрегатов.

г. Донецк 24-26 мая 2021 года

Донецк – 2021

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ ББК 65.30 УДК 330.341 (477.61/62)

И 66

Инновационные перспективы Донбасса, г. Донецк, 24-26 мая 2021 г. – Донецк: ДОННТУ, 2021. Т. 3: 5.Инновационные технологии проектирования, изготовления и эксплуатации промышленных машин и агрегатов. . – 2021. – 153 с.

Представлены материалы 7-й Международной научно-практической конференции ―Инновационные перспективы Донбасса‖, состоявшейся 24-26 мая 2021 г. в Донецке на базе ГОУВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ», включающие доклады ученых и специалистов по вопросам приоритетных направлений научно-технического обеспечения инновационного развития Донбасса и формирования механизмов повышения социально-экономической эффективности развития региона. Материалы предназначены для специалистов народного хозяйства, ученых, преподавателей, аспирантов и студентов высших учебных заведений.

Редакционная коллегия Министр образования и науки ДНР М.Н. Кушаков, ректор ДОННТУ А.Я. Аноприенко, канд. наук по гос. упр. А.Е. Пожидаев, д-р техн. наук Г. Г. Литвинский, канд. техн. наук А.А. Каракозов, канд. техн. наук А.Н. Корчевский, д-р техн. наук Э.Г. Куренный, д-р техн. наук С. П. Еронько, канд. техн. наук С.В. Горбатко, д-р экон. наук Я.В. Хоменко, канд. техн. наук И.В. Филатова, председатель Совета молодых ученых ДОННТУ Е.С. Дубинка. Под общей редакцией Шамрай Юлии Александровны ученым советом ГОУВПО «Донецкий национальный технический университет» Министерства образования и науки ДНР. Протокол № __ от __ _______ 20__ г. Контактный адрес редакции НИЧ ДонНТУ, ул. Артема, 58, Донецк, 283001 Тел.: +380 (62) 305-35-67. Эл. почта: ipd.donntu.org@gmail.com Интернет: http://ipd.donntu.org

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

СОДЕРЖАНИЕ

А.Ю. Довгань,О.Е. Шабаев Влияние смещения проходческого комбайна относительно оси выработки на его производительность и энергоэффективность………………………….. 6 М.Ю. Ткачев, И.О. Грецкий Обоснование аэродинамических характеристик узла безлопастного вентилятора……………………………………………………………………….

А.В. Пичахчи, В.А. Сидоров Этапы решения задачи прогнозирования ресурса подшипников качения в составе комбинированных редукторов непрерывных прокатных станов………………………………………………………………………………. 21 Ю.А. Шамрай, Е.В. Ошовская, В.А. Сидоров Внешний визуальный осмотр для оценки технического состояния элементов гидропривода………………………………………………………… 26 С.П. Еронько, Д.А.Вишневский, А.А.Орлов, Д.А.Аниченко Моделирование двухстадийного процесса приготовления пылеугольного топлива………………………………………………………................................. 30 О.И. Павлиненко, Э.П. Левченко, О.А, Левченко Физическое моделирование ударно-роторного измельчителя……………… 37 С.П. Еронько, Е.С.Цыхмистро, Е.А.Понамарева, Д.В.Попов Разработка системы вибрационного воздействия на разливочный узел разливочного ковша МНЛЗ…………………………………………................... 42 Р.Ю. Ткачев, В.С. Овдей Диагностика технического состояния объемного гидропривода на основе дискретных данных при изменении нагружающего воздействия…………... 48 О. В. Федоров, А. С. Деркач Определение характеристики усовершенствованного клапана гидроблока высоконапорной насосной установки………………………………………………... 53 С.П. Еронько, Е.В. Ошовская, О.А. Ковалева Моделирование напряженно-деформированного состояния ножей для поперечной резки тонкостенных труб………………………………………... 57 3

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

В.С. Полищук, В.В. Афанасьев, В.Г. Аленин,А.Г. Мищенко, А.Н. Шавшина Экспериментальная установка для исследования электрофизических свойств скользящих электроконтактов и антифрикционных материалов….. 63 С.П. Еронько, Е.С.Цыхмистро, А.О.Майстренко Лабораторные исследования процесса получения топливных древесноугольных брикетов……………………………………………………………… 66 А.В. Ерешко, В.И. Малярчик,В.А. Сидоров Восстановление работоспособного состояния нагнетателей косового газа……………………………………………………… 72 В.Ф.Раков, Н.А.Спиридонов, И.Л. Сидак Основные требования к конструкции устройств фотокаталитической очистки питьевой воды ………………………………………………………... 77 В.С. Полищук, А.Н. Пересадченко, Ю.А. Алехов, И.Н. Волошанович, Ф.Н.Сагдеева Влияние геометрии магнитно-абразивных порошков на магнитно-абразивную обработку……………………………………………... 82 В.П. Кондрахин, В.Э. Кошелев, А.В. Беличенко Математическая модель вертикальных и поперечных колебаний груза кранов с подвижной кареткой…………………………………………………. 87 Р.С. Мележик, Д.А. Власенко Обоснование использования муфт упругих пальцевых с эластичным элементом дискового типа в дробильных машинах………………………… 91 П.А. Петров, Д.А. Вишневский, В.А. Козачишен, В.Ю. Подгорный Способ определения максимальной силы резки металлопроката сортовыми ножницами………………………………………………………… 95 Д.А. Власенко, Э.П. Левченко К вопросу уточнения систематизации валковых и роторных зубчатых дробилок………………………………………………………………………… 100 Е. А. Буленков, М. К. Кузнецов, Т. А. Газе Применение облачных технологий при проектировании технологий изготовления деталей угольного машиностроения………………………………………………………………... 104

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Д.А. Вишневский, А.Л. Сотников, Н.А. Бондарь Математическое моделирование взаимосвязи работоспособности, утомляемости и ошибаемости человека-оператора при эксплуатации металлургических машин и агрегатов……………………………………….. 107 В.В. Малашенко, А.Д. Гладкая Применение сплавов с гигантской магнитострикцией………………………. 113 В. А. Панов Визуализация программы одномерного нестационарного пульсирующего течения………………………………………………………………………….. 116 В.В. Малашенко, Т. И. Малашенко Особенности механического поведения сплавов в условиях интенсивных внешних воздействий…………………………………………………………... 121 Т.П. Мищенко Проблемы нагрева ленты при эксплуатации шахтного ленточного конвейера……………………………………………………………………….. 124 Р.И. Божко, А.П. Кононенко Нагнетательная эрлифтная установка для чистки подземных технологических емкостей…………………………………………………….. 129 В.Г. Нечапаев Модель формирования объема рабочей камеры шнекового исполнительного органа очистного комбайна для выемки тонких пологих пластов……………………………………………………………………………. 134

А.О. Смоляков, А.В. Братюкова, Л.В. Павленко, В.Н. Мандриченко, В.В. Ошовский Создание прототипа установки для культивирования микроводорослей chlorella vulgaris на основе инновационных подходов к технологическим и техническим решениям………………………………………………………… 140 В.Г. Нечапаев Обоснование направлений совершенствования шнековых исполнительных органов очистных комбайнов для выемки тонких пологих пластов…………

144

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 622.232.7

А.Ю. Довгань ГУ «Автоматгормаш им. В.А. Антипова» О.Е. Шабаев /д.т.н./ ГОУ ВПО «Донецкий национальный технический университет» ВЛИЯНИЕ СМЕЩЕНИЯ ПРОХОДЧЕСКОГО КОМБАЙНА ОТНОСИТЕЛЬНО ОСИ ВЫРАБОТКИ НА ЕГО ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ И ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ Аннотация. Путем имитационного моделирования рабочего процесса комбайна КСП-35 установлено, что смещение относительно продольной оси выработки на величину более 0,1 м приводит к снижению его эффективности при любом сочетании сечения выработки и шага фрезерования, что требует разработки способа и средств обеспечения требуемой точности позиционирования. Annotation. By means of simulation modelling of the KSP-35 road header work process it was ascertained that the displacement of more than 0.1 m away from the road central line results in reduction of its effectiveness at any combination of profile guidance and step of milling, which determines the necessity for development of ways and means of control to ensure the required positioning accuracy. Ключевые слова: проходческий комбайн, производительность, удельные энергозатраты, моделирование. Key words: road header, productivity, specific energy consumption, modelling. При прохождении выработок механизированным способом с использованием проходческих комбайнов повышается роль оператора в обеспечении заданной производительности, требуемой точности позиционирования и отработки схемы разрушения проходческого забоя. При этом также повышается влияние человеческого фактора на равномерность нагрузки, время разрушения и энергоэффективность машины. Актуальным на сегодняшний день является мехатронный подход к проектированию горных машин с роботизированными системами управления и управлением машиной по образцовому циклу [1,2]. При этом необходимо учитывать точность позиционирования

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

проходческой машины в забое и влияние смещения от оси выработки на эффективность разрушения забоя. Моделирование процесса разрушения проходческого забоя позволяет получить данные для выявления наиболее неблагоприятного сочетания факторов – сечения выработки, шага фрезерования и бокового смещения, влияющих на основные энергетические показатели проходческого комбайна. Целью исследования является определение влияния смещения проходческого комбайна от оси выработки на его производительность и энергоэффективность. Объектом исследования является проходческий комбайн избирательного действия с осевой коронкой типа КСП-35. Основными факторами, влияющими на эффективность процесса разрушения являются площадь сечения разрушаемого забоя S, контактная прочность породы pK, а также параметры разрушения: скорость подачи Vп и вращения коронки ω, шаг фрезерования ΔН, глубина зарубки В. Для оценки влияния смещения проходческого комбайна относительно оси выработки на его основные показатели – производительность и энергоэффективность была использована разработанная модель рабочего процесса проходческого комбайна [3], позволяющая определять силовую нагруженность исполнительного органа и длительность рабочего процесса обработки забоя. Для оценки объема горной массы, разрушаемой за цикл обработки забоя, разработана объемная модель в среде «Компас-3D», представленная на рисунке 1. Объемная модель учитывает форму проходческого забоя, площадь сечения выработки и шаг фрезерования и позволяет определить объем разрушаемого массива.

а) б) в) Рис. 1 – Объемная модель разрушаемого пространства забоя без смещения (а) при смещении комбайна влево от оси выработки на 250 мм (б) и при смещении вправо на 250 мм (в)

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

При смещении комбайна влево (рис. 1б) уменьшается глубина зарубки справа и увеличивается слева, что вносит неравномерность в нагрузку на электродвигатель и трансмиссию, влияет на время цикла и скорость подачи. На рис. 1в показано повторное смещение вправо на 250 мм. При этом глубина зарубки в процессе горизонтального реза по ширине выработки отличается в шесть раз. Для оценки теоретической производительности использован объем разрушаемой породы и модельное время обработки забоя. При моделировании скорость подачи определялась из условия постоянной оптимальной загрузки двигателя ИО на уровне 95 кВт, а также из условия обеспечения номинального значения давления в гидроцилиндре поворота, не превышающего настройки предохранительного клапана. Скорость подачи ограничена конструктивно на уровне 2,8 м/мин. Боковое смещение ±0,25 м позволяет обработать проходческий забой сечением 20,2 м2 с одной установки. С учетом вышеизложенного разработан план проведения вычислительного эксперимента. Эксперимент реализовывался как полнофакторный с перебором всех возможных вариантов сочетания площади сечения выработки S, шага фрезерования ΔН, глубины зарубки В и контактной прочности породы рк. Выходными величинами являлись мгновенные значения крутящего момента M на коронке и мощности привода исполнительного органа Р, а также время tц и объем разрушенного горного массива Vц за полный цикл обработки забоя. При этом расчет производился для площади сечения выработки S = 20,2 м2 и 13 м2, шага передвижки – 400 мм, ΔН = 0,4 м и 0,2м, рк = 320 МПа и 600 МПа. Смещение проходческого комбайна относительно оси выработки принималось равным + 100, + 200, + 250 мм; - 100, - 200, - 250 мм (плюс – смещение влево, минус - вправо). Для модельных исследований были приняты представительные условия эксплуатации проходческого комбайна КСП-35, описанные в работе [4] В процессе моделирования, с учетом принятой схемы обработки, грудь забоя разрушалась горизонтальными резами с принятым шагом фрезерования. При этом каждый горизонтальный рез разбивался на равные секторы, в пределах которых глубина зарубки практически постоянна. Для каждого сектора смоделирован рабочий процесс разрушения забоя. Получены значения момента сопротивления, эффективной мощности, усилий резания и подачи на коронке.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Производительность проходческого комбайна за цикл обработки забоя Qц и удельные энергозатраты Wц определялись по зависимостям: Qц 

Vц

, Wц  tц

Рсрвц Qц

где Vц – объем разрушаемой породы за цикл работы проходческого комбайна, определенный из объемной модели разрушаемого пространства (рис. 1); tц – время цикла; Qц – производительность проходческого комбайна за цикл разрушения; – Pсрв средневзвешенная чистая мощность (без ХХ) на один цикл. Полученные данные изменения производительности ΔQ и удельных энергозатрат ΔW в соответствии с планом вычислительного эксперимента сведены в табл. 1. В табл. 1 приведены результаты обработки данных модельного эксперимента для сечения выработки S = 20,2 м2 и 13 м2, глубины зарубки В = 0,4 м, шага фрезерования ΔН = 0,4 м и 0,2 м, контактной прочности породы рк = 320 МПа. Знак « - » перед значением ΔQ и ΔW означает снижение производительности и удельных энергозатрат соответственно. ц

Таблица 1 – Изменение производительности и удельных энергозатрат в зависимости от смещения комбайна относительно оси выработки ПокаПоложение проходческого комбайна затель +100мм +200мм +250мм -100мм -200мм -250мм ΔН = 200 мм, S = 13 м2 ΔQ, % 10,7 9,5 9,5 -25,4 -32,3 -37,04 ΔW, % -9,6 -11,5 -13,7 31,51 42,8 52,0 2 ΔН = 200 мм, S = 20,2 м ΔQ, % 0,72 -2,69 -3,7 -31,7 -33,4 -43,7 ΔW, % -2,1 -3,5 -5,3 39,3 50,0 64,1 2 ΔН = 400 мм, S = 13 м ΔQ, % 1,3 5,5 6,0 -27,2 -35,8 -38,4 ΔW, % -1,3 -6,6 -8,7 36,0 52,1 57,7 2 ΔН = 400 мм, S = 20,2 м ΔQ, % 1,2 -2,4 -4,5 -24,2 -29,8 -36,7 ΔW, % -1,6 -1,4 -1,1 27,3 40,0 47,7 Анализ таблицы 1 показывает, что при первом смещении проходческого комбайна относительно продольной оси выработки (положение +100, +200, +250 мм) наблюдается незначительное изменение (±10%) производительности и удельных энергозатрат по разрушению забоя, при этом с увеличением площади сечения

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

выработки и шага фрезерования влияние положения комбайна на показатели эффективности использования машины снижается. При последующем смещении проходческого комбайна относительно продольной оси выработки в противоположную сторону (положение -100, -200, -250 мм) для всех сочетаний шага фрезерования и площади сечения выработки наблюдается резкое снижение производительности и повышение удельных энергозатрат (соответственно 40 и 60%). При этом для меньшего сечения (S=13 м2) повышение шага фрезерования до 0,4 м приводит к большему снижению производительности и увеличению удельных энергозатрат, а при сечении S = 20,2 м2 наблюдается обратный эффект. По результатам анализа можно сделать вывод, что наиболее неблагоприятное сочетание параметров обработки проходческого забоя комбайном КСП-35 является малое сечение выработки S = 13 м2 при большем шаге фрезерования ΔН = 0,4 м и сдвиге вправо на 250 мм от оси выработки. При этом наблюдается наихудшее наложение негативных факторов: снижение производительности и повышение удельных энергозатрат. Таким образом, смещение проходческого комбайна относительно продольной оси выработки, обусловленное человеческим фактором, на величину более 0,1 м приводит к существенному снижению эффективности функционирования комбайна при любом сочетании сечения выработки и шага фрезерования. Для устранения указанного эффекта необходима разработка и обоснование способов и средств обеспечения точности позиционирования проходческого комбайна в выработке. Выводы: 1. На основе модельных исследований рабочего процесса разрушения забоя проходческим комбайном КСП-35 теоретически установлено, что смещение комбайна относительно продольной оси выработки влево и вправо, обусловленное ручным принципом управления, на величину более 0,1 м приводит к существенному снижению эффективности проходческого комбайна при любом сочетании сечения выработки и шага фрезерования. 2. В результате смещения проходческого комбайна от оси выработки происходит существенное изменение глубины зарубки в процессе обработки забоя с явным смещением максимума в одну сторону. При этом глубина зарубки изменяется в шесть раз (для выработки сечением 20,2 м2 и величины смещения 0,25м). Это обуславливает снижение теоретической производительности проходческого комбайна до 43,7% и повышение удельных энергозатрат на разрушение до 64,1%. 3. Повышение эффективности работы проходческих комбайнов избирательного действия может быть достигнуто путем увеличения точности позиционирования проходческого комбайна в выработке при помощи 10

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

автоматизированной системы позиционирования на основе перманентного анализа информации от датчиков о параметрах рабочего процесса, обеспечивающей оптимальные параметры обработки забоя. Перечень ссылок 1. Курносов В.Г. О стратегии создания интеллектуальных роботизированных систем управления горношахтным оборудованием / В.Г. Курносов, В.В. Синенко, В.Н. Сирченко, А.А. Винарик // Уголь Украины, январь, 2014. 2. Семыкина И.Ю. Подходы к созданию роботизированного проходческого комбайна в условиях безлюдной шахты / И.Ю. Семыкина, А.В. Григорьев, А.Н. Гаргаев // Инновации и перспективы развития горного машиностроения и электромеханики: IPDME-2017. Сборник научных трудов международной научнотехнической конференции. Санкт-Петербургский горный университет, СанктПетербург, 2017. 3. Шабаев, О.Е. Техническая диагностика резцового исполнительного органа проходческого комбайна / О.Е. Шабаев, И.И. Бридун, Н.В. Хиценко; под общ. ред. О.Е. Шабаева. – Донецк: ООО «Технопарк ДонГТУ «УНИТЕХ», 2015. – 200 с. 4. Шабаев О.Е. Экспериментальные исследования нагрузочных характеристик двигателя привода исполнительного органа проходческого комбайна ксп-35 в представительных условиях его эксплуатации / О.Е. Шабаев, А.Ю. Довгань // Вестник ДонНТУ, Донецк, 2018.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 669.184, 629.7.015:533.6 ОБОСНОВАНИЕ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК УЗЛА БЕЗЛОПАСТНОГО ВЕНТИЛЯТОРА М.Ю. Ткачев, И.О. Грецкий АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ ГОУВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ», г. Горловка, ДНР Представлена методика расчета аэродинамических характеристик узла безлопастного вентилятора и параметров генерируемого им вихря, взаимодействующего с источником пылегазовых образований. При этом производится учет влияния скорости, индуцированной замкнутым вихревым кольцом, на его характеристики. Разработка методики осуществлялась с учетом положений теории вихревого движения. A method for calculating the aerodynamic characteristics of the bladeless fan assembly and the parameters of the vortex generated by it interacting with the source of dust and gas formations is presented. In this case, the effect of the velocity induced by a closed vortex ring on its characteristics is taken into account. The development of the technique was carried out taking into account the provisions of the theory of vortex motion. Ключевые слова: безлопастной вентилятор, эффект Коанда, вихрь Рэнкина, скорость, давление, расход. Key words: bladeless fan, Coanda effect, Rankine vortex, speed, pressure, flow rate. Работа машин и механизмов, реализующих современные производственные процессы, протекает в интенсивных режимах и сопровождается выделением значительного количества вредных веществ в виде паров, пылевидных частиц и различных газов от них. Данные вещества, в частности оксиды азота, углерода, серы и т.п., распространяясь в объеме помещения, вызывают изменение состава воздушной среды и тем самым представляют опасность для здоровья человека, а также оказывают отрицательное влияние на производительность его труда. Для исключения вредного воздействия

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

на атмосферу производственных помещений и создания благоприятных условий труда, которые соответствовали бы санитарно-гигиеническим нормативам, на рабочих местах внутри них используют вентиляцию. Создание высокоэффективного с энергетической точки зрения оборудования в этой области является актуальной задачей, решение которой было достигнуто в частности при разработке узла безлопастного вентилятора, предназначенного для эвакуации пылегазовых образований от источников их происхождения [1-3]. В основе принципа действия узла лежат аэродинамические эффекты Коанда и торнадо. Проведенные эмпирические исследования [2, 5] на его модели, выполненной в масштабе 1:48, позволили зафиксировать картины образования генерируемого устойчивого вихря (рис. 1), а также распределение горизонтальной и вертикальной компонент скорости течения газовоздушных потоков (рис. 2-4). Эксперименты проводились с соблюдением геометрического и динамического подобия, что подтверждалось равенством критериев Ньютона, Фруда и Струхаля для натурного образца и его модели, при давлении в узле вентилятора, равном Р = 0,1 МПа, площади щелей сегментов подсистем вытяжки и завихрения соответственно составляющих 6·10-6 м2 и 9·10-6 м2. При этом расход сжатого воздуха, подводимого к   указанным подсистемам, составлял Qисх = 8,3·10-4 м3/с и Qисх = = -4 3 5·10 м /с соответственно. Анализ полученных данных позволил сделать вывод о соответствии параметров полученного газовоздушного потока основным положениям теоретического описания комбинированного вихря, примыкающего к свободной поверхности (вихря Рэнкина). Обоснование аэродинамических характеристик узла безлопастного вентилятора проводится при рассмотрении вихря как совокупности частиц, вращающихся по закону твердого тела с угловой скоростью ω [3]. Вне окружности r0 (ядра вихря) завихренность равна нулю и вихрь называется свободным (при r1 < r0 вихрь называется вынужденным). Описание параметров вихря производится в соответствии с классическими положениями аэрогидромеханики с использованием теории Стокса (при определении влияния вихря на окружающую среду), уравнений

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Рисунок 1 - Характерные картины образования устойчивого вихря, генерируемого узлом безлопастного вентилятора

Рисунок 2 – Схема распределения скоростей течения исходного и индуцированного газовоздушных потоков в узле безлопастного вентилятора

Эйлера (при установлении распределения значений давления внутри и вне его сечения), обобщенной формулы Био-Савара (для определения индуцируемой вихрем скорости). При расчете распределения давления внутри и вне плоского вихря, генерируемого подсистемой завихрения узла (рис. 5), принимаются допущения, что он находится в первоначально

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Рисунок 3 – Распределение горизонтальной компоненты скорости течения газовоздушных потоков в модели узла безлопастного вентилятора

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Рисунок 4 – Распределение вертикальной компоненты скорости течения газовоздушных потоков в модели узла безлопастного вентилятора 16

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Рисунок 5 – Распределение давления внутри и вне сечения цилиндрического вихря

невозмущенной среде. На границе ядра вихря при ri=r0 давление внутри равно давлению снаружи. При ri > r0 поток является потенциальным:

 2 r04 r02  р , (r0<ri<∞), Vi  , рi   ri 2ri2 где Vi , рi – значение скорости и давления соответственно на заданном от оси расстоянии ri ; ρ – плотность газовоздушной смеси; р – давление на бесконечности, принимаемое в расчетах равным атмосферному р = р атм . Отсюда следует, что при приближении к вихрю (при уменьшении величины ri) давление непрерывно убывает и всюду вне вихря меньше давления р в свободной окружающей среде. При ri<r0 внутри ядра вихря поток непотенциальный. Изменение давления при этом описывается уравнением:





 2 2 рi  ri  2r02  р . 2 Таким образом, в поле вихря давление убывает при приближении к оси вихря, причем наиболее сильно в его ядре. В соответствии с формулой Био-Савара скорость, индуцируемая вихревым кольцом, имеющего радиус ri, в вертикальной плоскости 17

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Винд





Г i ri2



3/ 2 zi2

2 ri  где z i – координата течения газовоздушного потока; Гi – циркуляция вихря,

Гi 

V1iГ 2r02 (при ri < r0 ); ri

Г i  V2Гi 2ri (при ri > r0 ). Таким образом, при ri < r0 V1iВинд

V1iГ 2ri2 r02



2ri

r



;



3 zi2

при ri > r0 V2Вi инд

V2Гi 2ri3





2 ri  2



3 zi2

Результирующее значение скорости на уровне подсистемы завихрения узла определяется из выражения

Vi I



V   V  Винд 2

Г 2

Расход газовоздушной смеси в зоне индуцированного узлом вентилятора вихревого потока составляет QiI  Si Vi I , где

Si –площадь сечения узла, на котором действует значение Vi I . Учет дополнительно инжектируемых в узел вентилятора за счет эффекта Коанда подсистемой вытяжки объемов Q II учитывается так называемым «умножающим эффектом» k. Его значение варьируется от 6,5 при Р=0,1 МПа до 15 при Р=0,7 МПа. Таким образом,  Q II = Qисх k.

Результирующее значение скорости Vi II на выходе из подсистемы вытяжки узла вентилятора определяется с учетом 18

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

скорости, индуцируемой вихревым кольцом V1iВинд при z = 65  10 3 м (для его физической модели), а также осредненного значения ____

вертикальной компоненты скорости V В истекающего из соответствующих сегментов: 2

Vi II

 ____    V В   V1iВинд  



воздушного



потока,

Значение динамического давления, генерируемого каждой из подсистем вентилятора, составляет j Рдин



 Vi j  2



При обосновании энергосиловых параметров узла безлопастного вентилятора по выше изложенной методике и использовании данных, полученных эмпирическим путем, необходимо применять масштабные множители линейных размеров (аl = 48) и скорости (аv = аl 0,5 = 6,93), значения которых получены в соответствии с критериями подобия [6]. По разработанной методике были рассчитаны параметры опытно-промышленного образца узла безлопастного вентилятора, для обеспечения сжатым воздухом которого предусмотрен центробежный турбогенератор серии TRX 180 со следующими характеристиками: мощность N = 1800 кВт, обеспечиваемый расход Q = 5,55 м3/с   ( Qисх =3,33 м3/с и Qисх = 2,22 м3/с), давление Р = 0,69 МПа [7]. Узел безлопастного вентилятора, имеющего диаметр горловины, образованной сегментами подсистемы вытяжки, равный 3,6 м, обеспечивает на выходе движение потока со скоростью 85 м/с, расходом 455 м3/с и динамическим давлением 2805 Па. При этом глубина рабочей зоны узла по оси z с учетом [5] составляет + 70 м, а ее суммарный объем 1425 м3. Вывод. Таким образом, разработанная методика позволяет обосновать аэродинамические характеристики и энергосиловые параметры узла безлопастного вентилятора, в основе принципа действия которого лежат эффекты Коанда и торнадо. При этом обеспечивается качественная эвакуация пылегазовых образований от источника их происхождения.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Список литературы 1. Пат. 2630443 РФ, МПК F24F7/00, F04D25/00, F04D29/00. Узел безлопастного вентилятора для эвакуации газопылевых выбросов из промышленных агрегатов / Е.Н. Смирнов, С.П. Еронько, М.Ю. Ткачев [и др.]; заявл. 23.05.2016, опубл. 07.09.2017. Бюл. № 25. 2. Исследование на физической модели возможности использования принципа вентилятора Дайсона в системах газоотсоса металлургических агрегатов / С.П. Еронько, М.Ю. Ткачев, А.С. Сосонкин [и др.] // Металлургические процессы и оборудование. – 2014. – № 2(36). – С. 51-59. 3. Аэрогидромеханика / Е.Н. Бондарев, В.Т. Дубасов, Ю.А. Рыжов [и др.]. – М.: Машиностроение, 1993. – 608 с. 4. Торнадо / А.Ю. Вараксин, М.Э. Ромаш, В.Н. Копейцев. – Москва: ФИЗМАТЛИТ, 2011. – 344 с. 5. Разработка конструкции и модельные исследования новой вентиляторной системы проветривания карьеров / С.П. Еронько, М.Ю. Ткачев, Е.Н. Смирнов [и др.] // Бюллетень научно-технической и экономической информации «Черная металлургия». – 2018. – № 1. – С. 2633. 6. Физическое моделирование технических систем / С.П. Еронько, Е.В. Ошовская, М.Ю. Ткачев [и др.]. – Донецк: ДОННТУ, 2020. – 259 с. 7. Каталог центробежных компрессоров предприятия «DALGAKIRAN KOMPRESÖR» // Режим доступа – https://www.dalgakiran.ru/product/ centrobezhnyj-kompressor-trx-180-turbokompressor (по состоянию на 11.04.2021).

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 658.58

ЭТАПЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РЕСУРСА ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ В СОСТАВЕ КОМБИНИРОВАННЫХ РЕДУКТОРОВ НЕПРЕРЫВНЫХ ПРОКАТНЫХ СТАНОВ А.В. Пичахчи, В.А. Сидоров ГОУ ВПО «ДОНБАССКАЯ НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ» г. Макеевка, ДНР Аннотация. Решение задачи прогнозирования ресурса подшипников качения в составе комбинированных редукторов непрерывных прокатных станов предполагается выполнить с учѐтом индивидуальных особенностей силового нагружения по параметрам вибрации как отклика технического состояния. Annotation. The solution of the problem of predicting the resource of rolling bearings as part of combined gearboxes of continuous rolling mills is supposed to be performed taking into account the individual characteristics of the force loading in terms of vibration parameters as a response of the technical state. Ключевые слова: комбинированный редуктор, подшипники качения, параметры вибрации, прогнозирование. Key words: combined gearbox, rolling bearings, vibration parameters, forecasting. Целью работы является рассмотрение последовательности решения задачи прогнозирования ресурса подшипников качения в составе комбинированных редукторов непрерывных прокатных станов на основе параметров вибрации, с учѐтом возможностей современных систем стационарного контроля. Развитие электронных и компьютерных технологий, в 90-х годах прошлого века привело к появлению новых возможностей в области виброметрии, что выразилось в появлении сборщиков информации и стационарных систем. Являясь основным источником информации о состоянии механического оборудования виброметрия как метод технической диагностики обеспечивала переход на проведение технического обслуживания по состоянию, что предполагало значительное снижение ремонтных затрат. Однако, подшипники качения комбинированных редукторов имеют индивидуальные

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

особенности конструкционного расположения, нагружения и эксплуатации [1], в отличии от подшипников энергетических машин, относительно которых задачи виброметрии были решены и оформлены в виде стандартов. Частота вращения по валам редуктора подшипников качения различная, различные и размеры подшипников. Частота вращения входного и соответственно выходного валов может меняться в соответствии с технологией прокатки. Смазка подшипников осуществляется при помощи форсунок или разбрызгиванием. Известно, что качество смазывания определяется частотой вращения, температурой и вязкостью смазочного материала. Температура в жѐстком литом или сварном корпусе комбинированного редуктора может повышаться локально, при возникновении повреждений подшипников качения. Различная частота вращения определяет отклонения в режиме смазывания для различных частот вращения подшипников. Эти отклонения приводят к возникновению повреждений для подшипников с наибольшими отклонениями от идеального режима смазывания. При этом следует учитывать изменение свойств смазочного материала в процессе эксплуатации. Частота вращения прокатных валков клетей стана увеличивается. Корпуса первых клетей выполняются более жѐсткими. Это приводит к различиям в характере нагружения подшипников - однотипные подшипники на разных клетях будут иметь различный срок службы. Комбинированные клети прокатных клетей являются нереверсивными механизмами, поэтому зоны нагружения подшипников качения должны оставаться неизменными. Однако при приложении динамической (близкой к ударной) нагрузки при захвате слитка (рисунок 1) происходит изменение положения зон нагружения подшипников шестерѐнных валков и промежуточных валов редуктора в зависимости от их расположения. Выход заготовки из клети также приводит к появлению динамических колебаний. Значения колебаний зависит от технического состояния сопрягаемых элементов и комплекса прокатной клети в целом. Иногда подшипники расположены в стаканах для возможности проведения восстановления посадочных мест. Это затрудняет точную идентификацию фактического состояния по параметрам вибрации изза ослабления части механических колебаний. При наклонном расположении валов наиболее нагруженный – подшипник верхнего вала со стороны клети, испытывающий воздействие двусторонней осевой нагрузки во время перехода от холостого хода к прокатке.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Рисунок 1 – Изменение значения виброускорения шестерѐнной клети при захвате слитка

В процессе эксплуатации доступ к подшипникам затруднѐн, что не позволяет использовать переносные приборы для сбора диагностической информации. Некоторые подшипники расположены внутри редуктора, что требует установки датчиков внутри, либо учѐта упругодемпфирующих свойств корпусных деталей при измерении параметров вибрации. Конструкция редукторов универсальных прокатных клетей отличается наличием большого количества узлов трения, для работы которых, в частности механизма переключения, необходима система смазки, обеспечивающая надѐжное смазывание данного узла. Нарушение данного условия приводит к ускоренному износу подшипников и переключающей муфты (рисунок 2). Несмотря на сложность конструкции уровень эксплуатационной надѐжности редуктора привода горизонтальных валков высок.

а)

б)

Рисунок 2 – Износ переключающей муфты (а) и беговых дорожек внутренних колец подшипников (б) при нарушении режима смазывания

Время

ускоренного

осповидного 23

выкрашивания

может

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

исчисляться месяцами, что требует оценки возможного риска развития повреждения. Разрушения сепаратора, традиционно рассматриваются как наиболее опасные (рисунок 3).

а)

б)

Рисунок 3 – Разрушение сепаратора (а) и осповидное выкрашивание наружного кольца (б) подшипника качения

Методы диагностирования повреждений подшипников качения рассмотрены в работе [2], ставшей классической и основаны на идентификации повреждений по информативным частотам и по высокочастотным составляющим виброускорения. Жѐсткий корпус редуктора выравнивает значения виброскорости в частотном диапазоне 10…1000 Гц, измеренные в трѐх направлениях по входному, промежуточным и выходному (выходным) валам [3]. Характерной особенностью спектров подшипников качения являются низкие амплитуды вибрации на ранней стадии развития дефекта, а при его развитии – появление широкополосных энергетических горбов [4, 5]. По мере износа подшипников возрастают вибрации с оборотной частотой. На ранней стадии развития дефектов подшипника появляются признаки дефектов одного из колец. В спектре частотные составляющие дефектов колец, модулируются частотой вращения ротора, приводя к появлению боковых полос. По мере износа подшипника появляются дефекты тел качения и сепаратора. При этом меняется силовое нагружение элементов подшипника, что следует учесть в формировании решающих правил для принятия решений о состоянии подшипника. Предполагается возможным определить закономерности изменения спектрального состава вибрационного сигнала на различны стадиях развития повреждения подшипника качения и оценить возникающие динамические силы. Вывод. Анализ указанных работ показывает, что в каждом 24

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

конкретном случае при прогнозировании ищется индивидуальное решение, учитывающее особенности нагружения и эксплуатации подшипникового узла. Для подшипников качения комбинированных редукторов прокатных станов потребуется проведение аналогичных исследований на протяжении 2…5-ти ресурсов по каждому объекту. Учитывая индивидуальность каждого подшипника в комбинированном редукторе предлагается разработать ряд решающих правил для длительного, среднесрочного и краткосрочного прогнозирования на основе изменения спектров виброускорения при различной частоте вращения, например, при разгоне или выполнения сравнения холостой – рабочий ход с учѐтом динамических явлений при захвате слитка. Эти правила послужат основанием при работе экспертных систем контроля состояния. Список литературы 1. Сидоров В.А. Комбинированные редукторы прокатных клетей / Сидоров В.А., Подоприхин Д.Ю. // Вестник Донецкого национального технического университета, 2016, №2(2) С. 29-37. 2. Вибродиагностика. Монография / Г.Ш. Розенберг, Е.3. Мадорский, Е.С. Голуб и др. СПб.: ПЭИПК, 2003. – 284 с. 3. Сидоров, В.А. Особенности стационарных систем вибрационного контроля металлургических машин / В.А. Сидоров // Бюллетень научно-технической и экономической информации. «Чѐрная металлургия» выпуск 12 (1416), 2017 - С. 73-84. 4. Ширман, А.Р. Практическая вибродиагностика и мониторинг состояния механического оборудования. Текст. / А.Р. Ширман, А.Д. Соловьев. Москва, 1996. – 276 с. 5. Сидоров, В.А. Информационные основы виброметрии / Мир техники и технологий. Международный промышленный журнал. №1 2013 г. С. 46 -54.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 658. 58 ВНЕШНИЙ ВИЗУАЛЬНЫЙ ОСМОТР ДЛЯ ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ГИДРОПРИВОДА Ю.А. Шамрай1, Е.В. Ошовская1, В.А. Сидоров1 Б.А. Кущ2 1

Донецкий национальный технический университет,ДНР (ул. Артема, 58, г. Донецк), 2 Донбасская национальная академия строительства и архитектуры joukserin@gmail.com Аннотация. В статье рассмотрено техническое диагностирование как основа для определения оценки текущего состояния и прогнозирования изменения неработоспособного состояния оборудования при помощи визуального осмотра, также возможного определения причин повреждений отказов. Рассмотрены градации наиболее распространенных видов износа. Abstract. The article discusses technical diagnostics as the basis for determining the assessment of the current state and predicting changes in the inoperative state of equipment, as well as the possible determination of the causes of damage and failures. Grades of the most common types of wear are considered. Ключевые слова: диагностика, гидропривод, техническое обслуживание, повреждения, ремонт Keywords: diagnostics, hydraulic drive, maintenance, damage, repair Среди методов технического диагностирования визуальный осмотр занимает особое положение. Практически каждый ремонт начинается после замеченных при визуальном осмотре отклонений в работе механизма и заканчивается идентификацией видов повреждений для определения их причины. В тоже время, являясь субъективным методом визуальный осмотр трудно формализуем, что снижает его эффективность в условиях цифровизации [1, 2] четвѐртой промышленной революции [3, 4]. Наибольшее распространение сейчас находит гидравлический привод, например, в металлургических, строительных, дорожных машинах и др.[5, 6]. В работе поставлена цель сформировать уровни визуального осмотра относительно признаков повреждения гидропривода холодильника МНЛЗ, как наиболее характерного примера машины с гидравлическим приводом, реализуемым при использовании гидроцилиндров, работающих в повторно-кратковременном режиме 26

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

постоянного силового нагружения. Признаки проявления технического состояния механического оборудования и гидравлического в частности, при техническом диагностировании используются для решения следующих задач: оценка текущего состояния; прогнозирование изменения состояния; определение причин повреждения. Можно выделить ряд распространенных неисправностей которые можно выявить при визуальном осмотре: утечки, ослабление креплений резьбовых соединений, трещины, излом, абразивный износ. Внешние утечки являются наиболее распространѐнным видом повреждений систем с гидравлическим приводом. Обнаруживаются по тѐмным пятнам рабочей жидкости на сером фоне. Различают мокрение, образование капли и капель. Устраняются – затяжкой фитингов, заменой уплотнений или гибких рукавов, восстановлением жѐстких трубопроводов. Часто причиной появления течи является износ уплотнений. Пятна рабочей жидкости, пластичных смазок, устраняются смыванием при отключенном оборудовании растворителем, на бетонных элементах устраняются засыпкой песка или окалины с последующим удалением загрязнѐнного слоя и подливкой.

Рисунок 1 – Примеры использования смартфонов и планшетов для получения данных при визуальном осмотре оборудования Ослабления крепления трубопроводов и резьбовых соединений обнаруживается по наличию чѐтких линий по сопряжению деталей, потѐртостей или наличию порошка красного цвета. Дополнительно, ослабление резьбовых соединений проверяется простукиванием. Внутренние усталостные трещины визуальным осмотром не обнаруживаются. Затяжка болтов должна проводиться при проведении профилактических работ во время технологической 27

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

паузы, а не при осмотре. Возможное разрушение болтов при этом, может быть причиной остановки агрегата. Трещины в элементах металлоконструкций фиксируются после выхода их на поверхность и контролируются по длине (скорости развития). Различаются трещины подвижных и неподвижных балок, кронштейнов, элементов металлоконструкций, фундаментных элементов и др. Подвержены появлению трещин трубные разводки, точки врезки и привязки элементов трубопроводов. В местах контакта с раскалѐнным металлом возможно возникновение термических трещин. Восстановление металлических элементов возможно после засверливания разрушающего клина трещины, разделки краѐв и заварки. Вид износа трущихся поверхностей фиксируется на плитах трения, поверхностей балок, контактирующих с заготовками. Различают места пластической деформации, абразивного износа, схватывания первого рода. Одновременно фиксируется значение (скорость) износа. Проверка сварных швов проводится для подтверждения их целостности, особенно в местах подверженных повышенным воздействиям динамических нагрузок. Возникновению трещин на фланцевых соединениях трубопроводов способствуют вибрации рабочей жидкости при повышении давления. Ударные нагрузки при кантовке слитков приводят к появлению трещин на элементах несущих конструкций, защитных и оградительных элементах. Дополнительно, на баке с рабочей жидкостью фиксируется уровень, наличие пены и оценивается цвет. Несмотря на работу при повышенной температуре, наличию раскалѐнного металла в некоторых случая на элементах механизмов, металлоконструкций, трубопроводов возможно образование коррозии. Оценка степени коррозии проводится подсчѐтом числа пятен коррозии на единицу площади. Выводы. Результаты плановых и неплановых осмотров, а также обнаружение неисправностей технологическим или дежурным персоналом формирует сообщение. Повторное сообщение, возникающие при отсутствии положительного результата по устранению неисправности приводит к возникновению ситуации, которая разрешается путѐм трансформации после проведения ремонтных операций во время технологических пауз или планового времени ремонта. Качество проведенной трансформации подтверждается последующим сообщением. Повторное сообщение о неисправности передаѐтся в разряд нерешѐнных задач, требующих не традиционного инженерного решения.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Список используемой литературы 1. Липкин, Е.Б. Индустрия 4.0: Умные технологии – ключевой элемент в 2. Галдин, Н.С. Гидравлические схемы мобильных машин: учеб. пособие./Н.С. Галдин, И.А. Семенова. – Омск: СибАДИ, 2009. – 203 с. 3. Кирносов А.М. Гидропривод металлургических машин: учеб. пособие / А.М. Кирносов, М.Л. Босняк. СибГИУ. – Новокузнецк, 2008. – 84 с. 4. Ефременков А.Б. Горные машины и оборудование. Введение в специальность. Часть 1: учебное пособие / А.Б. Ефременков, А.А. Казанцев, М.Ю. Блащук. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009. – 152 с. 5. Галдин Н.С. Элементы объемных гидроприводов мобильных машин. Справочные материалы: Учеб. пособие. – Омск: Изд-во СибАДИ, 2005. – 127 с. 6. Сидоров В.А. Эксплуатация гидропривода металлургических машин [Электронный ресурс]: учебное пособие для вузов / В.А. Сидоров, Е.В. Ошовская, С.А. Бедарев ; ГВУЗ "ДонНТУ". 14 Мб. - Донецк: [б.и.], 2015.– 252 с.1 файл. Систем. требования: Acrobat Reader. ISBN 978-966-374-255-7. http://ed.donntu.org/books/cd3154.pdf

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 669.162.2 МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВУХСТАДИЙНОГО ПРОЦЕССА ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПЫЛЕУГОЛЬНОГО ТОПЛИВА 1

Еронько С.П., 2 Вишневский Д.А., 2 Орлов А.А., 2 Аниченко Д.А. 1

ГОУВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ», г. Донецк, ДНР 2 ГОУ ВПО «Донбасский государственный технический институт», г. Алчевск, ЛНР Представлены методика и результаты физического моделирования двухстадийного процесса приготовления пылеугольного топлива, реализуемого посредством применения работающих в связке молотковой дробилки и вертикального роторного измельчителя. Данные модельных исследований подтверждают возможность получения угольной пыли требуемого фракционного состава при комплексном использовании указанных механических систем измельчения кускового угля. The technique and results of physical modeling of a two-stage pulverized coal fuel preparation process, implemented by using a hammer crusher and a vertical rotary grinder working in combination, are presented. The data of model studies confirm the possibility of obtaining coal dust of the required fractional composition with the integrated use of these mechanical systems for crushing lump coal. Ключевые слова: модельный комплекс, кусковый уголь, дробление, измельчение, угольная пыль Key words: model complex, lump coal, crushing, grinding, coal dust Частичная замена дорогостоящего кокса относительно дешевым пылеугольным топливом (ПУТ) при выплавке чугуна является достаточно эффективным способом энергосбережения во время реализации доменного процесса [1]. Достигаемые показатели снижения потребления кокса в значительной мере определяются полнотой сгорания угольной пыли, подаваемой в струе транспортирующего газа в фурменную зону печи. В свою очередь интенсивность горения ПУТ зависит от формы и размеров частиц угля, их пористости, порозности и химического состава [2]. 30

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Указанные параметры мелкодисперсного топлива регламентируются способом его приготовления. Такой вид альтернативного топлива получают на специальных установках, включающих систему питающих бункеров и мельниц различного конструктивного исполнения [3]. В последние годы активно ведутся работы по совершенствованию главных структурных элементов механических систем, предназначенных для производства качественного пылеугольного топлива с оптимальными размерами частиц, находящимися в пределах 35 – 100 мкм. Одним из возможных вариантов модернизации оборудования данного класса является комплексное использование спаренных дробильных систем, позволяющих последовательно в два приема перевести уголь из кускового состояния в пылеобразное. Отсутствие опыта проектирования таких установок предопределяет необходимость получения исходной информации об особенностях протекания двухстадийного процесса измельчения кускового угля, которая будет основополагающей при принятии новых конструктивных решений. Для предварительной оценки их правильности экономически целесообразно использовать метод физического моделирования, позволяющий еще на стадии проработки конструктивного исполнения опытного образца установки исключить из рассмотрения ошибочные варианты и тем самым достичь поставленной цели с минимальными временными и материальными затратами. Для проведения модельных исследований процесса приготовления пылеугольного топлива по предлагаемой технологической схеме использовали лабораторную установку (рис. 1), конструктивная схема которой подробно описана в ранее опубликованной работе [4]. Она включала бункерпитатель 4, имеющий в верхней своей части загрузочный люк, герметично закрываемый крышкой 5. Внутри бункера в двух подшипниковых опорах установлен вертикально расположенный вал 7, нижний хвостовик которого несет шнек 3, а верхний хвостовик связан с тихоходным валом червячного мотора-редуктора 6. При этом часть витков шнека, являющихся заборными, находится в полости бункера, а остальные размещены соосно в цилиндрической камере, соединяющей его с моделью молотковой дробилки 2, которая в свою очередь герметично соединена с моделью вертикального роторного измельчителя 1.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

а б Рисунок 1 – Конструктивная схема (а) и общий вид (б) лабораторного комплекса для моделирования процесса приготовления пылеугольного топлива

включала бункер-питатель 4, имеющий в верхней своей части загрузочный люк, герметично закрываемый крышкой 5. Внутри бункера в двух подшипниковых опорах установлен вертикально расположенный вал 7, нижний хвостовик которого несет шнек 3, а верхний хвостовик связан с тихоходным валом червячного мотораредуктора 6. При этом часть витков шнека, являющихся заборными, находится в полости бункера, а остальные размещены соосно в цилиндрической камере, соединяющей его с моделью молотковой дробилки 2, которая в свою очередь герметично соединена с моделью вертикального роторного измельчителя 1. На первом этапе модельных исследований с помощью контрольно измерительного комплекса (рис. 2) фиксировали интенсивность выдачи материала из бункера-питателя 1 в приемную емкость 2, установленную на месдозу 3, снабженную тензорезисторным преобразователем. Электрический сигнал, пропорциональный массе материала в емкости, подавался на вход усилителя переменного тока 4, а затем после преобразования аналогоцифровым преобразователем 5 в цифровой код поступал для 32

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

обработки в системный блок ЭВМ 6, после чего отображался на экране монитора 7 (рис. 2 в). Результаты серии измерений подтвердили достаточно высокую степень равномерности выдачи из бункера-питателя зернистого материала крупностью 5 – 8 мм.

Рисунок 2 – Схема (а), конструктивное исполнение (б) и вид выходного сигнала (в) системы контроля интенсивности выдачи зернистого материала из модели питающего бункера

Второй этап проводимых экспериментов был связан с изучением параметров работы модели молотковой дробилки. Требуемую эффективность функционирования молотковой дробилки можно обеспечить при рациональном сочетании масс ударных элементов и скорости вращения несущего их ротора, поскольку в этом случае не только генерируется необходимая для измельчения кускового материала кинетическая энергия молотков, но и снижается уровень возникающей вибрации дробильной системы в целом [5]. В первую очередь изучили условия динамического взаимодействия шарнирно закреплѐнных на роторе молотков с кусочками угля, имеющими разную массу. Главной задачей на этом этапе являлось установление минимальных значений частоты вращения ротора, достаточных для обеспечения установившегося процесса дробления при задаваемом соотношении масс молотков модели дробилки и разбиваемых кусочков угля. С этой целью с помощью реостата блока питания плавно изменяли напряжение в сети электродвигателя, вращающего ротор с молотками, и фиксировали момент начала стабилизации режима работы модели дробилки при соответствующем фракционном составе подаваемых в еѐ полость угольных кусочков. Снимая показания вольтметра и амперметра блока питания для каждого из реализуемых режимов функционирования модели дробилки, определили потребляемую 33

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

электрическую мощность еѐ привода при соответствующей производительности (данные табл. 1). При этом следует отметить увеличение требуемой электрической мощности и удельных энергетических затрат для достижения большей степени измельчения частичек угля. Таблица 1 Параметры функционирования модели молотковой дробилки Масса Масса кусочмолот- ка ка, г угля, г

0,15

0,10

0,05

Частота вращения ротора, об/мин

750 1000 1250 750 1000 1250 750 1000 1250

ПотребляеПроизводиНапряжемая Ток тельность ние электрипитания, модели питания, ческая А дробилки, В мощность, г/с Вт

8 10 12 8 10 12 8 10 12

2 2,5 3 2 2,5 3 2 2,5 3

16 25 36 16 25 36 16 25 36

3 4 5 4 6 8 6 8 10

Удельные затраты энергии, (Вт·с)/г

5,3 6,3 7,2 4,1 4,2 4,5 2,7 3,1 3,6

Контроль фракционного состава частиц на выходе из модели

молотковой дробилки показал, что процентное соотношение частиц различного размера зависит как от крупности кусочков исходного материала, так и от частоты вращения ротора с молотками (данные табл. 2). Заключительный – третий этап модельных исследований предполагал изучение особенностей процесса измельчения частиц угля, получаемых на выходе из модели молотковой дробилки и имеющих размер 0,5 – 2,5 мм и поступающих с различной интенсивностью в рабочую камеру вертикального роторного измельчителя. Прежде всего, было необходимо установить частоту вращения вертикального ротора модели измельчителя, которая при заданных его параметрах гарантировала получение пылевидных частиц размерами до 100 мкм. Для этого провели серию опытов с варьированием угловой скорости ротора и интенсивности подачи на его рабочие элементы угольных частиц.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Таблица 2 Доля различных фракций угля на выходе из модели молотковой дробилки, % Частота вращения ротора, об/мин 750 1000 1250

Исходный размер кусочков угля, мм 8 5 8 5 8 5

Размеры частиц угля после дробления, мм 0,5 – 0,9 1,0 – 1,5 1,6 – 2,0 2,1 – 2,5 30 35 35 40 50 60

35 45 40 40 25 20

22 9 14 11 16 15

13 10 11 9 9 5

Визуальные наблюдения с использованием видеосъѐмки за движением в камере измельчителя частиц, инициируемым группами стержней, вращающимися в нескольких горизонтальных плоскостях, равномерно рассредоточенных вдоль вертикального ротора, свидетельствовали о том, что образование пылеобразной фракции происходит одновременно во всѐм рабочем пространстве исследуемой механической системы. Такой режим функционирования измельчителя обеспечивается при частоте вращения его ротора не ниже 1500 об/мин и соответствующей объѐмной подаче угольных частиц. Данные эксперимента дают основание считать рациональным секундный объѐм мелкозернистой угольной массы, поступающий в камеру измельчителя, равный 15 - 25 % еѐ полезного объѐма. При этом достигается четкая градация размеров частиц угля после каждой стадии измельчения. Если интенсивность подачи измельчаемой массы будет меньше нижнего рекомендуемого предела, резко снизится производительность роторного измельчителя. Превышение верхнего установленного предела интенсивности ввода угольных частиц влечет за собой появление на выходе из измельчителя фракций материала более 100 мкм, что отрицательно скажется на показателях качества приготавливаемого пылеугольного топлива. На рис. 3 приведены фотографии исходного материала, выдававшегося из бункера-питателя, а также получаемого на выходе

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

а б в Рисунок 3 – Фракционный состав исходного материала (а), а также на выходе из моделей молотковой дробилки (б) и роторного измельчителя (в)

моделей молотковой измельчителя.

дробилки

вертикального

роторного

Выводы. Результаты проведенных модельных экспериментов позволяют сделать заключение о перспективности дальнейших исследований предлагаемого двухстадийного процесса приготовления пылеугольного топлива и механического оборудования для его реализации. Список литературы 1. Бирюков, А.Б. Сжигание и термическая переработка органических топлив. Твердое топливо. / А.Б. Бирюков, И.П. Дробышевская, Ю.Е. Рубан.- Донецк: Издательство «Ноулидж» Донецкое отделение, 2014.- 231 с. 2. Кочура, В.В. Исследование и оптимизация фракционного состава пылеугольного топлива, вдуваемого в горн доменных печей ПрАО «Донецксталь» – металлургический завод» / В.В. Кочура, С.Л. Ярошевский, В.В. Брага // Научные труды ДонНТУ, Металлургия. – 2011. – № 13. – С. 44–53. 3. Ульяницкий, В.Н. Анализ конструктивных особенностей и функциональных возможностей мельниц для приготовления пылеугольного топлива / В.Н. Ульяницкий, А.М. Новохатский, П.А. Петров // Сб. науч. трудов ДонГТУ.- Алчевск: ГОУ ВПО ЛНР «ДонГТУ», 2018.- № 9 (52).- С. 105 – 114 4. Лабораторный комплекс для моделирования процесса приготовления пылеугольного топлива / С.П. Еронько [и др.] // Материалы 6-й Международной научно-практической конференции «Инновационные перспективы Донбасса»».Донецк 26 – 28 мая 2020.- Т. 3 Инновационные технологии проектирования, изготовления и эксплуатации промышленных машин и агрегатов.- С. 27 – 32. 5. Власенко, Д.А. Энергозатраты ударных дробилок с жестким и шарнирным креплением бил к ротору / Д.А. Власенко, О.И. Павлиенко, Э.П. Левченко // Вестник ДонНТУ.- Донецк : 2016.-№ 3 (3).-С. 21 – 27.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 621.92

ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ УДАРНО-РОТОРНОГО ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЯ О.И. Павлиненко, Э.П. Левченко, О.А, Левченко ГОУ ВПО ЛНР «ДОНБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ», г. Алчевск, ЛНР Выявлены основные технологические параметры процесса работы ударно-роторного измельчителя при прямом ударном контакте рабочих элементов, получены зависимости влияния мощности и частоты вращения ротора от величины массы ударного элемента. Предложены конструктивно-технологические параметры и приборная база для поисковых экспериментов изучения работы ударного-роторного измельчителя с целью его применения для приготовления стальной остроугольной (колотой) дроби. Annotation. The main technological parameters of the process of operation of the impact rotor grinder with direct impact contact of the working elements are revealed, the dependences of the influence of the power and the rotor speed on the value of the mass of the impact element are obtained. Constructive and technological parameters and instrumental base are proposed for exploratory experiments to study the operation of an impactrotor grinder with the aim of using it for preparing sharp-angled steel (chipped) shot. Ключевые слова: ударно-роторный измельчитель, остроугольная дробь, прямой стесненный удар, частота вращения, масса ударных элементов, мощность. Key words: impact rotor grinder, sharp-angle shot, straight constrained impact, rotation frequency, mass of impact elements, power С целью гарантированного получения материалов заданной крупности традиционно в промышленности нашли свое применение мельницы барабанного типа, обычно заполняемые шаровой мелющей загрузкой, стержнями или цильпебсами [Ошибка! Источник ссылки не найден.].Основным преимуществом таких машин является гарантированная крупность тонкоизмельченного материала. Однако

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

зачастую коэффициент полезного действия может доходить до 7-10 %, при наилучших показателях около 20-25 %. Такое низкие перераспределение затрачиваемой на измельчение энергии в работу разрушения сырья, в первую очередь, обусловлена неэффективным воздействием на материал внутри рабочей камеры, когда рациональные условия взаимосоударения мелющих тел и материала получить не удается. Это связано с тем, что ввиду особенностей конструктивного строения и кинематики своей работы достичь прямого стесненного удара между материалом и округлыми мелющими телами практически невозможно ввиду точечного контакта и закручивания мелющих тел при вращении барабана. Не исключением является и производство дроби остроугольной формы (колотой дроби), применяемой в виде стального абразива в машиностроительной отрасли, особенно при подготовке поверхностей отливок [1]. Так на Алчевском заводе стальной дроби приготовление е остроугольных частиц достигается перекаливанием стальной дроби округлой формы в шаровых мельницах, которые хоть и показывают стабильные результаты работы, однако обеспечивают невысокий выход готового продукта при значительных энергозатратах. Авторами предлагается принципиальные изменения условий раскалывания дроби округлой формы на основе создания преимущественно прямого стесненного удара, обеспечивающего максимальное перераспределение энергии, подводимой к измельчителю в энергию разрушения. Для этого на основе патента на изобретение [1] разработана и создана физическая модель ударнороторного измельчителя, показанного на рисунке 1. Ввиду отсутствия аналогов подобных измельчителей в современной технике в настоящее время проводятся поисковые эксперименты по изучению особенностей, влияющих на работу данного устройства. Физическая модель изготовлена в металле в масштабе 1:10 от реальных предполагаемых размеров [3]. Вращение от трехфазного асинхронного электродвигателя мощностью 1,1 кВт через одноступенчатый червячный редуктор с передаточным числом 40 передается на рабочий вал измельчителя. При этом обеспечивается эффективное преобразование кинетической энергии вращения ротора в потенциальную энергию падающих мелющих тел [4]. Изучалось влияние частоты вращения ротора на энергозатраты при различной массе рабочих ударных элементов. Для бесступенчатого варьирования частоты вращения ротора ударно-роторного измельчителя применялся частотный

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

преобразователь электрического тока в виде инвертора серии А2 [5], выпускаемого в Китае по аналогии подобных устройств фирмы Филипс.

Рисунок 1. Физическая модель измельчителя с частотным преобразователем

Отличительной положительной особенностью данного инвентора является возможность его питания от к бытовой однофазной сети переменного тока напряжением 220 при получении на выходе 3-х фазного напряжения потенциалом 220 В. При этом обмотки ассинхронного электродвигателя подключаются в треугольник. Наличие регулирумого векторного режима позволяет обеспечивать крутящий момент необходимой устойчивой величины. Ввиду высокой редукционной способности применяемого привода стандартный диапазон частоты был перенастроен с максимального значения 50 Гц в требуемое значение 100 Гц. Предварительное опробование в таком режиме показало, что на работоспособность и температурный режим работы электродвигатель ощутимого влияния не выявлено. Для защиты от перегрузок, а также визуализации параметров питающего электрического тока применено цифровое

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

многофункциональное реле МР63 [6], снабженное индикацией показателей напряжения, силы потребляемого тока и мощности. Контроль частоты вращения ротора вала ударно-роторного измельчителя осуществлялся тахометром часового типа ИО-10, обладающего возможностями перенастройки шкал на разные скоростные характеристики [7]. При экспериментальных опробованиях частота вращения ротора задавалась в диапазонах, когда обеспечивается падение мелющих элементов близкое к вертикальной плоскости, что характеризуется максимальным использованием потенциальной энергии поднятых грузов. Результаты исследований показаны в таблице 1. Таблица 1. Результаты поисковых экспериментов Частота электрическог о тока на инверторе серии А2, Гц

78,4 80 83 72 74,6 77 80 83 65,4 69,2 74,7 77,1 80,1 85 59,8 62,9 65,2 70,3 74,8

Показания цифрового многофункционального реле МР63 Сила тока в Потребляема Напряжени цепи я мощность е U, В нагрузк P, кВт и I, А Масса ударников 1215 грамм 204…205 0,6…0,7 0,1 (0,13) 211 0,6…0,7 0,1 (0,14) 210…211 0,7…0,8 0,1 (0,16) зазор на сторону 0,5 мм, масса 1287 221…222 0,6 0,1 (0,13) 222…223 0,6 0,1 (0,13) 222…223 0,6 0,1 (0,13) 223…224 0,6 0,1 (0,13) 223 0,7 0,1 (0,16) Масса 1367 грамм 219…221 0,4…0,5 0,1 (0,10) 219…220 0,5 0,1 (0,11) 220…221 0,5 0,1 (0,11) 220…221 0,5…0,6 0,1 (0,12) 220…221 0,6 0,1 (0,13) 220…221 0,6 0,1 (0,13) Масса ударников 1418 грамм 219…221 0,4 0,0 (0,09) 220…221 0,4 0,0 (0,09) 219…220 0,4…0,5 0,0…0,1 (0,1) 220 0,5 0,1 (0,11) 220..221 0,5 0,1 (0,11)

Частота вращени я на тахометр е типа ИО-10, n, об/мин 56 (56,1) 58 (57,2) 60 (59,3) грамм 52 (51,5) 53 (53,3) 55 (55,1) 57 (57,2) 60 (59,3)

Материал направляющи х втулок

капролон

47 (46,8) 50 (49,5) 53 (53,4) 55 (55,1) 57 (57,3) 60 (60,8)

капролон

43 (42,8) 45 (45) 47 (46,6) 50 (50,3) 54 (53,5)

капролон

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Для дополнительного дублирующего контроля частота вращения ротора измельчителя пересчитывалась по номинальной частоте вращения вала электродвигателя (1430 об/мин) с учетом передаточного числа привода пропорционально задаваемой частоте переменного 3-х фазного напряжения (в таблице 1 указана в скобках). Выводы. При организации преимущественно вертикального падения мелющих тел в ударно-роторном измельчителе с увеличением их массы частота вращения уменьшается при незначительном снижении затрат мощности (крутящего момента) Список литературы 1. Павлиненко, О.И. Некоторые особенности ударного раскалывания стальной дроби / О.И. Павлиненко, В.П. Долгих, Э.П. Левченко // Инновационные перспективы Донбасса: сборник трудов конференции. Материалы 4-й Международной научно-практической конференции. Т. 3: Инновационные технологии проектирования, изготовления и эксплуатации промышленных машин и агрегатов. – Донецк: ДонНТУ, 2018. – С. 76 –80. 2. Пат. 2729155 Российская Федерация, МПК13 В 02 С 17/00. Способ разрушения материалов свободным ударом / О. И. Павлиненко, А. П. Жильцов, В. Г. Чебан, Э. П. Левченко, Д. А. Власенко, О. А. Левченко; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Липекий государстсвенный технический университет". — № 1019127706 ; заявл. 02.09.19 ; опубл. 04.08.20, Бюл. № 2. — 2 с. : ил.

3. Павлиненко, О.И.jОбоснование основных параметров роторно-ударного измельчителя, реализующего условия стеснѐнного удара / О.И. Павлиненко, Левченко Э.П., Чебан В.Г., Левченко О.А., Куценко Е.В. // Сборник научных трудов ДонГТИ – Алчевск: ГОУ ВО ЛНР «ДонГТИ», 2021. – № 22 (65). – С. 100–105. 4. Левченко, Э.П. Основные направления использования накопительного энергетического эффекта при диспергировании материалов / Э.П. Левченко // Пути совершенствования технологических процессов и оборудования промышленного производства: сб. тезисов докл. V Междунар. Науч.-тех. конф. – Алчевск: ГОУ ВО ЛНР ДонГТИ, 2020. – С. 26-30. 5. VFD ASKPOWER A131 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://cdn.hackaday.io/files/255641093730176/VFD%20ASKPOWER%20A 131%20UserGuide.pdf. 6. Цифровое многофункциональное реле МР63. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://electrica-shop.com.ua/files/DigiTop/Instruktsiya-krele-mnogofunktsionalnomu-napryazheniya-MR-63A.pdf. 7. ИО-10 тахометр [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://standartpribor.com.ua/product/io-10-takhometr//.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 669.18: 621.746.27 РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ВИБРАЦИОННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА РАЗЛИВОЧНЫЙ УЗЕЛ РАЗЛИВОЧНОГО КОВША МНЛЗ Еронько С.П., Цыхмистро Е.С., Понамарева Е.А., Попов Д.В. ГОУВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» г. Донецк, ДНР Представлено структурное построение системы вибрационного воздействия на разливочный узел основного ковша МНЛЗ для снижения интенсивности процесса затягивания его сталевыпускного канала в условиях применения защитной огнеупорной трубы, экранирующей струю стали, истекающей в промежуточный ковш. The structural construction of the system of vibration impact on the casting unit of the main ladle of the continuous casting machine is presented to reduce the intensity of the process of tightening its steel outlet channel under the conditions of using a protective refractory pipe screening the stream of steel flowing into the tundish. Ключевые слова: вторичное окисление, защитная труба, сталевыпускной канал, затягивание канала, вибрационное воздействие Key words: secondary oxidation, protective tube, steel outlet channel, channel tightening, vibration action Во время непрерывной разливки стали на всех современных МНЛЗ обеспечивают экранирование струи стали от окружающей атмосферы на участке разливочный ковш – промежуточный ковш. Для этой цели применяют защитную огнеупорную трубу, пристыкованную своей верхней частью к стакану-коллектору ковшового затвора и удерживаемую специальным манипулятором. С помощью данного манипулятора периодически осуществляют замену вышедшего из строя огнеупорного изделия по причине эррозионного износа или резкого уменьшения проходного сечения канала, вызванного налипанием неметаллических частиц на поверхности его 42

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

стенок [1]. В случае высокой интенсивности процесса затягивания сталевыпускного канала приходится не только преждевременно заменять защитную трубу, но и прибегать к использованию кислорода для промывки канала ковшового затвора, что в итоге приводит к повышенному расходу огнеупорных изделий. Одним из способов активного влияния на снижение интенсивности отложений неметаллических частиц на стенки огнеупоров, формирующих сталевыпускной канал разливочного ковша, является использование вибрационного воздействия с помощью специальных устройств [2, 3]. С учетом особенностей эксплуатации манипулятора, предназначенного для выполнения операции по замене отработанной огнеупорной защитной трубы, сотрудниками кафедры механического оборудования заводов черной металлургии Донецкого национального технического университета разработан его модернизированный вариант, конструктивная схема которого показана на рис. 1 а . В соответствии с нею, опорный узел

а б Рисунок 1 - Конструктивная схема (а) и натурный образец (б) усовершенствованного опорного узла манипулятора для замены защитных огнеупорных труб

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

манипулятора включает хвостовик 7, закрепленный на конце полой штанги 6 и жестко связанный с вилкой 8, удерживающей на цапфах 10 наружное несущее кольцо 1, имеющее возможность относительного поворота на заданный угол. Внутри этого кольца на цапфах 12 закреплено с возможностью относительного поворота опорное кольцо 11. Причем оси поворота указанных колец лежат в одной плоскости и пересекаются под углом 90 о. Вторым отличительным признаком опорного узла является то, что он снабжен пневматическим вибратором 4 направленного действия, жестко закрепленным посредством резьбового соединения на вилке 8. С учетом того, что в настоящее время получила распространение подача инертного газа между стыкующимися поверхностями стакана-коллектора затвора и защитной трубы, было принято техническое решение, предполагающее одновременное использование этого газа в качестве энергоносителя для пневматического вибратора. Подаваемый по трубопроводу 5 под избыточным давлением аргон, проходя через рабочую камеру пневмовибратора 4, возбуждает в ней колебательный процесс и затем по гибкому рукаву 3 поступает в разделительную канавку, выполненную на внутренней поверхности защитной огнеупорной трубы 9 в зоне ее стыка со стаканом-коллектором 2 ковшового затвора, и препятствует проходу воздуха. Для реализации предложенного технического решения спроектировали и изготовили пневматический вибратор направленного действия, схема и внешний вид которого показаны на рис. 2. Вибратор включает пустотелый цилиндрический корпус 8 с ввинченной в него крышкой 1 и резьбовым хвостовиком. Внутри корпуса размещен с возможностью относительного продольного перемещения сдвоенный поршень 4, удерживаемый в среднем положении частично сжатыми пружинами 7 и 3. В стенке пустотелого цилиндрического корпуса имеются два перепускных канала 10 и 2, а также два выпускных отверстия 9 и 6. При подаче сжатого газа по трубопроводу 5 в среднюю часть рабочей полости он по каналу 10 поступает под сдвоенный поршень 4, который под воздействием давления перемещается вверх, сжимая пружину 3 и вытесняя находящийся под ним воздух через отверстие 9 44

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

в атмосферу. Вблизи своего крайнего положения сдвоенный поршень 4 одновременно перекрывает выпускное отверстие 9 и перепускной

Рисунок 2 - Конструктивная схема (а) и изготовленный пневматический вибратор (б)

канал 10, а также одновременно открывает выпускное отверстие 6 и перепускной канал 2, в результате чего происходит реверсирование движения самого поршня. Под действием давления воздуха теперь уже на верхнюю часть поршня он перемещается вниз, сжимая пружину 7 и вытесняя воздух через отверстие 6 из полости в атмосферу. Достигнув своего нижнего положения, поршень открывает выпускное отверстие 9 и перепускной канал 10, т.е. начинает совершать колебания, частота и амплитуда которых зависит от давления газа и жесткости пружин 7 и 3. Управление режимом функционирования вибрационной системы осуществляется с помощью специального блока управления (рис. 3), в состав которого входят показывающий и регистрирующий приборы, а также регулирующий вентиль. Данный блок позволяет настраивать интенсивность вибрационного воздействия на огнеупорные элементы разливочного узла основного ковша, при которой обеспечивается устойчивый режим истечения из него стали в промежуточный ковш, благодаря исключению налипания неметаллических частиц на стенки сталевыпускного канала. 45

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Рисунок 3 - Лабораторный образец блока контроля функционирования системы вибрационного воздействия разливочного узла промежуточного ковша МНЛЗ

В качестве примера на рис. 4 показан характер изменения вибрационного ускорения при двух расходах аргона, подаваемого в полость пневматического вибратора [5].

Рисунок 4 - Значения виброускорения, возбуждаемого пневмовибратором в месте контакта с нижней торцевой поверхностью стакана-коллектора (а, б), и измеренное на верхней торцевой поверхности ковшового стакана (в, г) при двух интенсивностях подачи аргона

Сопоставление значений общих коэффициентов затухания вибрационного сигнала при прохождении упругой волны вдоль 46

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

сталевыпускного тракта позволяет сделать заключение о том, что интенсивность процесса колебаний, возбуждаемых вибратором в керамической части разливочного узла, практически не влияет на показатель ослабления энергии упругой волны. Сравнив значения виброускорений, зафиксиолванных на записях зарегистрированных сигналов, показанных на рис. 4, можно установить, что в рассмотренных случаях при изменении интенсивности колебаний более чем в два раза, значения общего коэффициента затухания вибросигнала находились в пределах 10 – 11, т.е. практически были одинаковыми. Результаты проведенных экспериментальных исследований учтены при разработке технической документации, переданной Горловскому энергомеханическому заводу для освоения выпуска модернизированного сменного опорного узла манипулятора, который может быть использован без существенных конструктивных доработок на любой из манипуляционных систем, эксплуатируемых в настоящее время на машинах непрерывного литья заготовок металлургических предприятий Донецкого региона. Заключение. Использование усовершенствованного манипулятора позволит повысить показатели технико-экономической эффективности применения огнеупорных труб в условиях реализации защиты стали от вторичного окисления при ее технологическом переливе из разливочного ковша в промежуточный ковш машины непрерывного литья заготовок. Список литературы 1. Гидродинамические и физико-химические процессы в промежуточных ковшах для непрерывного литья стали / В.И. Дубоделов [и др.] .- Киев: Наукова думка, 2018.- 263 с. 2. Еронько, С.П. Модельные исследования влияния вибрационного воздействия на процесс зарастания канала ковшового затвора / С.П. Еронько, М.Ю. Ткачев, Е.А. Понамарева // Черная металлургия: Бюллетень научно-технической и экономической информации.- 2018.- № 11.- С. 51 – 58. 3. Модельные исследования параметров работы вибрационных устройств для систем ковшовых затворов С.П. Еронько [и др.] // Сб. научн. тр. ГОУ ВПО ЛНР «ДонГТУ».- 2018. - № 11 (54).- С. 119 – 128. 4. Оценка интенсивности поглощения упругих волн огнеупорами ковшового затвора в процессе вибрационного воздействия / С.П. Еронько [и др.] // Сб. научн. тр. ГОУ ВПО ЛНР «ДонГТУ».- 2019. - № 16 (59).- С. 69 – 77. 5. Модернизация и модельные исследования манипулятора для замены защитной огнеупорной трубы при непрерывной разливке стали / С.П. Еронько [и др.] // Металлург.- 2020.- № 4.- С. 30 – 35.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 681.5.015:681.518.5 ДИАГНОСТИКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ОБЪЕМНОГО ГИДРОПРИВОДА НА ОСНОВЕ ДИСКРЕТНЫХ ДАННЫХ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ НАГРУЖАЮЩЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ Р.Ю. Ткачев, В.С. Овдей ГОУ ВО ЛНР «ДОНБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ» г. Алчевск, ЛНР Аннотация. Представлен метод диагностики технического состояния гидропривода объемного типа действия по его дискретной динамической характеристике. При наличии необходимых априорных данных методика позволяет дополнительно вычислить объемный КПД диагностируемого гидропривода. Abstract. A method for diagnosing the technical state of a volumetric-type hydraulic drive based on its discrete dynamic characteristic is presented. In the presence of the necessary a priori data, the method allows to additionally calculate the volumetric efficiency of the diagnosed hydraulic drive. Ключевые слова: объемный гидропривод, техническая диагностика, дискретная передаточная функция. Keywords: volumetric hydraulic drive, technical diagnostics, discrete transfer function. В настоящее время системы гидропривода и устройства на их основе широко используются в различных областях промышленности. Объемные гидроприводы активно применяются в сельскохозяйственной, горной, строительной, лесозаготовительной технике, а также в авто- и авиастроении. Обширное использование гидравлических систем в различных технических приложениях требует эффективных и точных методик по диагностике состояния элементов и анализа показателей качества работы устройств во время их эксплуатации. В работе [1] предлагается диагностика гидропривода объемного типа с применением параметрической идентификации упрощенной его математической модели. В качестве аппроксимирующей динамической модели выступают непрерывные передаточные функции видов

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

nm ( s ) K m  1  T3  s   , M n ( s) 1  T1  s  T2  s 2 n ( s) Ku Wгп2 ( s)  m  ,  ( s) 1  T1  s  T2  s 2

Wгп1 ( s) 

(1) (2)

где Wгп1 (s) – передаточная функция гидропривода по моменту нагрузки M n на валу гидромотора (по каналу возмущения); Wгп2 ( s) – передаточная функция гидропривода по параметру регулирования  ; nm – частота вращения выходного вала гидромотора, регулируемый параметр. s – оператор Лапласа; K m –коэффициент передачи объекта (по каналу возмущения); Т1 , Т 2 , Т 3 – постоянные времени, связанные с диагностируемыми параметрами гидропривода, с; K u – коэффициент передачи объекта (по каналу управления). В [2] были отмечены недостатки предлагаемого в [1] алгоритма определения параметров динамики, связанные с громоздкими математическими вычислениями, а в [3] предложен альтернативный алгоритм для параметрической идентификации модели (2) с применением аппарата цепных дробей [4]. Данная работа посвящается разработке аналогичного алгоритма диагностики технического состояния гидропривода по возмущающему каналу, которому соответствует модель (1). Шаг 1. Фиксация необходимой априорной информации. В качестве исходных данных для предлагаемого вычислительного алгоритма используются дискретные отсчеты входного X k  Δt  и выходного Y k  Δt  сигналов объемного гидропривода во время проведения эксперимента по реализации динамического перехода от одного установившегося значения управляемой величины к другому,  X k  Δt   x0, x Δt , x2  Δt ,..., xn  Δt , ,   Y k  Δt   y0, y Δt , y2  Δt ,..., yn  Δt 

где Δt – промежуток времени между соседними отсчетами сигналов по временной шкале, с; k  0,1,...n – номер отсчета сигналов. Шаг 2. Расчет элементов идентифицирующей матрицы. С учетом особенностей математической модели (1), исходные данные помещаются в вычислительную матрицу следующим образом

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

x ( 2  Δt ) y ( 2  Δt ) a32 a 42  

 x ( Δt )   y ( Δt )  a  31  a 41  a  51  0 

x(3  Δt ) y (3  Δt ) a32   

x ( 4  Δt )   y ( 4  Δt )    .      

(3)

Для удобства вывода расчетных формул принимаем тождества a1i  x(i  Δt ); ,  a 2i  y (i  Δt );

(4)

а вычислительную матрицу (3) с учетом (4) представляем в форме  a11   a 21 a  31  a 41 a  51  0 

a12 a 22 a32 a 42  

a13 a 23 a32   

a14   a 24    .      

(5)

Матрица (5) называется идентифицирующей и включает в себя два типа строчных записей. Первые две строки являются экспериментальными, а все последующие – расчетными. Для вычисления значений элементов расчетных строк матрицы (5) применяется выражение aij 

ai 2, j 1 ai 2,1



ai 1, j 1 ai 1,1

, для i  3.

Для передаточной функции (1) сходимость расчета матрицы (5) определяется наличием близких к нулю значений всех элементов в шестой ее строке. Шаг 3. Свертка цепной дроби к виду дискретной передаточной функции. Далее производится свертка полученной цепной дроби для модели (1). Приняв обозначения a1  a 21; a 2  a  a  a ;  21 41 51  b1  a31  a 41  a51 ; b 2  a31  a51,

дискретная передаточная функция гидропривода имеет вид Wм м( z) 

a1  z  a 2

z  b1  z  b2 2

где z – оператор z-преобразования.

(6)

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Шаг 4. Перевод нулей, полюсов в s-область. Определение параметров непрерывной математической модели. Для перевода модели (6) в непрерывный аналог (1) необходимо использовать обратное согласованное z-преобразование s  Δt 1  ln  z   j  argz  . (7) С учетом особенностей модели (1) и выражения (7), расчетные формулы для постоянных времени T1 , T2 и T3 выглядят следующим образом Т1  

Т2 

2  ln  z п   Δt

ln 2  z п   arg 2 z п 

Δt 2

ln 2  z п   arg 2 z п  Т3  

Δt , ln  z н 

где zп – комплексно-сопряженный корень в знаменателе (6); z н – вещественный корень в числителе (6). Для определения K m выражения (1) достаточно вычислить соотношение экспериментального значения Y k  Δt  и модельного Yм k  Δt  при K m  1 в установившемся режиме. Шаг 5. Определение диагностируемых параметров объемного гидропривода. После определения постоянных времени T1 и T2 , на основании априорных данных (приведенного момента инерции I и конструктивной постоянной гидропривода ω) определяют диагностируемые параметры, коэффициент утечек С и жесткость θ гидропривода, по известным из [1] соотношениям C

 2  T1

I 2   T2 ,  I

(8)

Наличие знаний о задаваемых расчетных параметрах статического режима работы гидропривода и определенный по (8) коэффициент утечек позволяет оценить объемный КПД гидропривода о

о  1

С  ΔP ,   u 

где ΔP, u,  – расчетные параметры статических режимов работы гидропривода.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Предлагаемый алгоритм диагностики выигрывает по быстродействию и устойчивости решения у [1] за счет использования ограниченного количества первых дискретных отсчетов переходного процесса, что позволяет идентифицировать параметры модели (1) более качественно, без применения интегральных уравнений. Перечень ссылок 1. А.c. SU 1288388. Устройство для диагностики технического состояния объемного гидропривода/ Бабаев О.М., Загашвили Ю.В., Игнатов Л.Н., Маркелов А.С., и др.// МПК F15B 19/00. 1987. Бюл.№5. 2. Пути совершенствования технологических процессов и оборудования промышленного производства: сб. тезисов докл. V междунар. науч.-тех. конф. / Под общ. ред. В.А. Козачишена. – Алчевск: ГОУ ВО ЛНР ДонГТИ, 2020. – С. 210 – 213. 3. Ткачев Р.Ю., Овдей В.С. Применение алгоритма SP-идентификации для диагностики состояния объемного гидропривода // Вестник ЛГУ им. В. Даля. – 2020.№ 11 (41), - с. 195 – 200. 4. Карташов В.Я. Структурно-параметрическая идентификация динамических объектов в режиме реального времени/ В.Я. Карташов, Л.В. Карташова, С.С. Самойленко// Вестник Кемеровского государственного университета. – Кемерово: изд-во КемГУ, 2015. – № 1 – С. 13 – 18.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 622.232.71

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСОВЕРШЕНСТВОВАННОГО КЛАПАНА ГИДРОБЛОКА ВЫСОКОНАПОРНОЙ НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ О. В. Федоров, к.т.н., доцент, А. С. Деркач, магистрант ГОУ ВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ», г. Донецк, ДНР В работе, на основании результатов моделирования течения жидкости через клапаны гидроблока высоконапорной насосной станции, получены расходные характеристики клапанов. The flow characteristics of the valves of a high-pressure pumping unit are obtained, based on the results of modeling the fluid flow through the valves. Ключевые слова: станция насосная высоконапорная, гидроблок, клапан, характеристика расходная Keywords: high-pressure pumping unit, hydraulic unit, valve, flow characteristic Основой современных добычных комплексов служат гидрофицированные крепи, агрегатированные с конвейером, и система их гидропривода с гидроэнергетической установкой (ГЭУ) комплекса. ГЭУ состоит, как правило, из двух высоконапорных насосных агрегатов и подпиточной установки: бака с фильтрами для рабочей жидкости, гидрокоммуникаций и системы управления рабочими режимами. ГЭУ называют также насосными станциями. Необходимо, чтобы рабочие параметры и надежность ГЭУ обеспечивали безопасное и эффективное выполнение крепью всех ее функций. Выполнение эксплуатационных требований к крепи возможно при реализации проектных параметров давления в напорной магистрали и расхода рабочей жидкости, обеспечиваемых насосными агрегатами. Постоянный рост требований к ГЭУ обусловил необходимость разработки высоконапорных насосных агрегатов (ВНА) высокой мощности и производительности: на давление до 32 – 40 МПа, подачу 100 – 150 л/мин, с приводными двигателями мощностью 60 – 120 кВт. Известны также ГЭУ зарубежных фирм, комплектуемые ВНА с более высокими рабочими и энергетическими характеристиками [ 1, 2 ].

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Специфика систем гидропривода механизированных крепей, обусловленная особенностями их структуры и параметров (конструкций секций, гидростоек и гидродомкратов); свойств применяемых рабочих жидкостей, распределительных и управляющих устройств, гидромагистралей и гидрокоммуникаций, и кроме того, технологические особенности работы механизированных крепей и всего оборудования очистного комплекса в сложных горногеологических условиях очистного забоя, обусловили комплекс основных требований к насосным станциям. Важнейшими требованиями являются: обеспечение заданных рабочих параметров (давления и подачи), высокие надежность, долговечность и малошумность в процессе эксплуатации и минимальная трудоемкость работ по ремонту и профилактическому обслуживанию. Высоконапорные насосные станции СНД поставлены на серийное производство в 2003 - 2005г.г., они соответствуют современным требованиям комплексно-механизированных забоев в пластах мощностью от 0,85 до 4,5 м, оснащенных четырехстоечными двухрядными щитовыми крепями типа КД80 и КД90 и двухстоечными однорядными крепями типов ДМ, КДД, ДТ, ДТМ. Станции насосные СНД унифицированного типоразмерного ряда с силовым трехплунжерным насосом предназначены для нагнетания рабочей жидкости в гидравлические системы механизированных крепей, очистных агрегатов и другого горношахтного оборудования в угольных шахтах, опасных по газу или пыли, включая сверхкатегорийные и опасные по внезапным выбросам. Для уменьшения гидравлического сопротивления и увеличения пропускной способности клапанов гидроблока предлагается изменить конструкцию клапанов. Необходимо, чтобы клапаны обеспечивали: – достаточное проходное сечение каналов; – по возможности более плавное движение жидкости, уменьшение закручивания потока, вихреобразования. Математическое моделирование рабочего процесса гидроблока насоса насосной станции СНД с клапанами существующей и усовершенствованной конструкции [ 3 ] показало, что оснащение гидроблока насосной станции клапанами предложенной конструкции позволяет снизить потери давления на впускном клапане в 5 раз, а на выпускном – в 2,5 раза. Предлагаемая конструкция всасывающего и нагнетательного клапанов обеспечивает значительно меньшее закручивание потоков и вихреобразование, в сравнении с существующей конструкцией. Это позволяет снизить максимальную

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

скорость потока во всасывающем клапане до 8 м/с (на 55%) и до 16 м/с (на 20%) в нагнетательном клапане. Потери давления на всасывающем и нагнетательном клапанах существенно снижаются. Для дальнейшего математического моделирования рабочего процесса в гидроблоке насосной станции необходимо знать расходную характеристику клапанов предлагаемой конструкции. Построение характеристик клапанов выполнено способом вычислительного эксперимента. Для этого, используя разработанную модель [ 2 ], произведен расчет скоростей и давлений жидкости при скоростях движения плунжера, равных 0,5 м/с, 0,8 м/с, 1,15 м/с и 1,3 м/с. Таблица 1 – Результаты моделирования движения жидкости через существующие клапаны гидроблока Всасывание Нагнетание V, Q, № м/с л/мин pвс, Па Δpвс, Па pнг, Па Δpнг, Па 1 0,5 47,7 591835 8165 32021887 21887 2 0,8 76,3 579389 20611 32056508 56508 3 1,15 109,7 557963 42037 32115281 115281 4 1,3 124,1 543388 56612 32147785 147785 Для получения аналитической зависимости аппроксимируем полученные данные зависимостью вида

p  a Q 2 ,

(1)

где Δp – потери давления на клапане, Па; Q – расход жидкости через клапан, л/мин; a – гидравлическое сопротивление клапана, Па∙мин2/л2. Обработка результатов математического моделирования с использованием метода наименьших квадратов дала следующие результаты: – aвс = 3,60 Па∙мин2/л2 – для всасывающего клапана; – aнг = 9,60 Па∙мин2/л2 – для нагнетательного клапана. Таким образом, получаем регрессионные зависимости для потерь давления на клапанах гидроблока:

pвс  3,6 Q2 ,

(2)

pнг  9,6 Q 2 ,

(3)

Графики этих зависимостей показаны на рис. 1.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Рисунок 1 – Графики расходных характеристик всасывающего и нагнетательного клапанов предлагаемой конструкции Перечень ссылок 1. Гуляев В.Г. Проектирование и конструирование горных машин и комплексов. Часть 2. Механизированные крепи и насосные станции: учеб. пособие для студентов спец. «Горные машины и комплексы» / В.Г. Гуляев, Н.М. Лысенко; под общ. ред. В.Г. Гуляева. – Донецк: ДонНТУ, 2014. – 184 с. 2. Гуляев В.Г. Виброакустические процессы и надежность гидроэнергетических установок очистных комплексов: монография / В.Г. Гуляев, К.В. Гуляев, С.А. Китаева: под общ. ред. В.Г. Гуляева. – Донецк: ДонНТУ, 2012. – 224 с. 3. Федоров О.В. Усовершенствование клапанов гидроблока высоконапорной насосной установки / О. В. Федоров, А. С. Деркач // Горная энергомеханика и автоматика [Электронный ресурс] : материалы XX Международной научнотехнической конференции, посвященной 100-летию ДонНТУ, 27-29 октября 2020 г., г. Донецк / ГОУВПО "ДОННТУ", Фак. инж. механики и машиностроения, Каф. энергомех. систем ; редкол.: А.П. Кононенко (гл. ред.) и др. - Донецк : ГОУВПО "ДОННТУ" 2020. - С. 86-90.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 621.961.2 МОДЕЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ НОЖЕЙ ДЛЯ ПОПЕРЕЧНОЙ РЕЗКИ ТОНКОСТЕННЫХ ТРУБ С.П. Еронько, Е.В. Ошовская, О.А. Ковалева ГОУВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» г. Донецк, ДНР Представлена методика проведения модельных исследований полей напряжений в режущей части плоских ножей, предназначенных для поперечной резки тонкостенных труб малого диаметра, и приведены рекомендации по выбору рациональной формы их рабочих кромок. The paper presents a technique for carrying out model studies of stress fields in the cutting part of flat knives intended for cross-cutting of thinwalled pipes of small diameter, and gives recommendations for choosing a rational shape of their working edges. Ключевые слова: тонкостенная труба, качественная резка, плоский нож, деформация, поле напряжений Key words: thin-walled pipe, high-quality cutting, flat knife, deformation, stress field Одним из факторов, обусловливающих успешную реализацию на рынке металла продукции трубного производства, считают товарный вид полого круглого профиля, зависящий от состояние его торцевых поверхностей после порезки на мерные длины. С учетом этого до недавнего времени в условиях работы трубосварочных станов разделение на части полых профилей осуществляли с использование дисковых пил или установок абразивной резки. По ряду причин (сравнительно короткий срок службы режущих элементов, значительный шумовой эффект и выброс в окружающее пространство большого количества раскаленных металлических и пылевидных частиц в процессе работы) начаты исследования по изучению возможности применения в качестве альтернативы упомянутым системам летучих ножниц, позволяющих реализовать качественную 57

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

двухстадийную поперечную резку тонкостенных труб малого диаметра. В этом случае на поверхности зафиксированного в двух парах зажимов полого профиля предварительно выполняют надрез горизонтально движущимся ножом, после чего в прослабленном месте второй, вертикально опускающийся нож, осуществляет полное разделение на части сварной трубы [1]. Эффективное функционирование ножниц такого типа зависит не только от кинематической схемы их режущего механизма, обеспечивающего требуемую последовательность движения горизонтального и вертикального ножей, но и формы рабочей кромки последнего из них, поскольку ее геометрия может влиять как на скорость износа самого сменного инструмента, так и на силовые параметры реализуемого процесса. Результаты предварительно выполненного анализа данных, опубликованных в технической литературе по данной тематике [2, 3], свидетельствуют об отсутствии единого мнения относительно рекомендуемых форм и размеров ножей, предназначаемых для поперечной резки тонкостенных труб. Поэтому целью данной работы является комплексное изучение напряженнодеформированного состояния нескольких типов ножей для выдачи практических по выбору их рациональных конструктивных параметров. Для получения качественной картины наиболее деформированных участков вертикального плоского ножа при его силовом взаимодействии с разделяемым на части тонкостенным профилем использовали поляризационно-оптический метод [4]. Как известно, преимущество данного метода состоит в том, что с его помощью можно получить в наглядном виде поля напряжений в зонах их концентраций, возникающих на участках контакта режущей кромки модели ножа с телом тонкостенной трубы. При подготовке лабораторной базы запланированного эксперимента изготовили в масштабе 1:1 прозрачные модели 3-х типов ножей с различной конфигурацией режущих кромок (рис. 1 а). Материалом для моделей ножей служило органическое стекло, имеющее при комнатной температуре следующие характеристики: модуль упругости Е = 3,1.10-3 МПа, коэффициент Пуассона μ = 0,37, 58

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

предел прочности на растяжение σр = 70 МПа. Модели ножей поочередно закрепляли в специальном приспособлении, показанном на рис. 1 б. Оно включало опорную пластину 1, несущую рамку 15,

б Рисунок 1 - Форма моделей плоских ножей (а) и схема приспособления для их силового нагружения (б)

посредством резьбового соединения связанную с нижними концами вертикальных стяжек 8 и 12. Верхние концы этих стяжек жестко соединены со специальной гайкой 10, имеющую трапецеидальную резьбу и находящуюся в зацеплении с нажимным винтом 9. Между самими стяжками размещен с возможностью относительного 59

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

перемещения в вертикальном направлении суппорт 5, удерживающий нож 13 под которым на несущей рамке 15 закреплен трубный элемент 14. На суппорте 5 соосно с клиновым ножом 13 установлена месдоза 6 с компенсирующей медной вставкой 7, имеющей в своей верхней торцевой поверхности углубление в виде полусферы. Такое же углубление имеется на нижнем торце нажимного винта 9, благодаря чему он посредством стального шарика 11 фиксирует соосное положение компенсирующей вставки 7 и обеспечивает равномерную передачу нагрузки на месдозу 6. К стяжке 8 посредством планки 3, имеющей возможность относительного перемещения и фиксации в нужном положении, прикреплен стрелочный индикатор 2, контактирующий своим стержнем 4 с консольной накладкой суппорта 5 и позволяющий при соответствующей настройке контролировать ход клинового ножа 13 относительно трубного элемента 14. В ходе эксперимента данное приспособление размещали между двумя поляроидами поляризационно-оптической установки (фото на рис. 2) и с помощью винтового механизма прижимали модель ножа к трубному элементу обеспечивая силовой контакт ее режущей части при различном относительном положении.

Рисунок 2 - Лабораторный стенд для изучения полей напряжений в теле плоского ножа

Применявшиеся схемы нагружений моделей 3-х типов ножей для различных условий их взаимодействия с телом трубы позволили получить картины полей напряжений в режущей части инструмента (фото на рис. 3) в виде изоклин – темных линий, соединяющих точки с одинаковым направлением главных напряжений [5]. Анализ картин изоклин, зафиксированных для различных условий взаимодействия режущей части ножа по мере его

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Рисунок 3 – Поля концентраций напряжений в режущей части моделей плоских ножей при различном их положении относительно поперечного сечения трубы

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

перемещения относительно поперечного сечения трубного элемента, свидетельствуют о том, что в момент контакта инструмента с поверхностью полого профиля наибольшая концентрация напряжений наблюдалась для ножа с выпуклой режущей кромкой, выполненной по радиусу (рис. 3 б). Минимальная концентрация напряжений зафиксирована для клинового ножа (рис. 3 а). По мере опускания ножа, когда одновременно происходило силовое взаимодействие обеих его режущих кромок со стенкой трубного элемента, контактные зоны смещаются по каждой из кромок от нижнего конца ножа к его боковой грани (рис. 3 г – 3 и). В каждой из контактных зон в теле ножа возникают деформации одного порядка вне зависимости от конфигурации его режущей части. В заключительной стадии процесса резки на части полого круглого профиля нагрузка, а значит, и деформация режущих кромок ножей резко возрастают из-за увеличения площади срезаемых слоев стенки трубы при одинаковом вертикальном перемещении инструмента (рис. 3 к – 3 м). В конечном итоге можно сделать вывод о том, что по совокупности признаков для промышленного применения следует рекомендовать 1-й тип ножа с прямыми режущим кромками, у которого в сравнении с остальными двумя в начале внедрения режущей кромки в тело трубы деформация заметно меньше. Это должно положительно сказаться на продолжительности его работы т.е. снизить частоту замены. Заключение. Результаты модельных исследований напряженнодеформированного состояния ножей для поперечной резки тонкостенных труб послужат развитию теории расчета рациональных конструктивных и геометрических параметров режущего инструмента, обеспечивающих требуемый срок его работы. Список литературы. 1. Механические ножницы для качественной резки тонкостенных труб на заготовки / С.П. Еронько [и др.] // Заготовительные производства в машиностроении.- 2019.- Т. 17. № 11.- С. 502 – 507. 2. Лыжников, Е.И. Технологические и силовые параметры резки труб плоским ножом / Е.И. лыжников, Е.К. Дунда // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением.- 2018.- № 1.- С. 3. Лыжников, Е.И. особенности технологического процесса резки труб плоским ножом / Е.И. лыжников Е.К. Дунда // Обработка материалов давлением.- 2013.- № 2.- С. 142 – 146. 4. Александров, А.Я. Поляризационно-оптические методы механики твердого тела / А.Я. Александров, М.Х Ахметзянов.- М.: Наука, 1973.576 с. 5. Пригоровский, Н.И. Методы и средства определения полей деформации и напряжений.- М.: Машиностроение, 1983.- 248 с.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 62-93

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СКОЛЬЗЯЩИХ ЭЛЕКТРОКОНТАКТОВ И АНТИФРИКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ В.С. Полищук, В.В. Афанасьев, В.Г. Аленин, А.Г. Мищенко, А.Н. Шавшина ГУ «Научно-исследовательский институт «Реактивэлектрон», г. Донецк, ДНР В данной работе описан принцип работы усовершенствованной экспериментальной установки для исследования износостойкости, электрического сопротивления и коэффициента трения антифрикционных материалов и скользящих электроконтактов. This paper describes the principle of operation of an advanced experimental setup for studying wear resistance, electrical resistance and coefficient of friction of antifriction materials and sliding electrical contacts. Ключевые слова: износостойкость, коэффициент трения, электрическое сопротивление, антифрикционные материалы, скользящие электроконтакты. Keywords: wear resistance, coefficient of friction, electrical resistance, antifriction materials, sliding electrical contacts. Антифрикционные материалы предназначены для производства изделий с низкими потерями при трении, они должны обладать высокой износостойкостью, хорошей прирабатываемостью и сопротивляемостью схватыванию. Токосъемные материалы, из которых изготавливаются скользящие электроконтакты, наряду с указанными выше требованиями, должны иметь низкое удельное и переходное электрическое сопротивление. Для предотвращения схватывания, контактная пара должна состоять из разнородных материалов [1]. ГУ «НИИ «Реактивэлектрон» более 20 лет занимается вопросами исследования и разработки токосъемных материалов, используемых на железных дорогах. За это время разработаны технологии получения, выполнены комплексные исследования различных типов (порошковых, слоистых) композиционных токосъемных материалов и изучены их электромеханические свойства в зависимости от химического и фазового состава, структуры и технологии получения [2]. Для более детального изучения антифрикционных и электрофизических свойств этих материалов в динамических

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

условиях, была изготовлена экспериментальная установка (рис.1).

Рисунок 1 – Экспериментальная установка (рис. слева) и принципиальная схема (рис. справа) для определения контактного электросопротивления, износа, коэффициента трения, температуры образцов материалов в динамических условиях: 1 – термодатчик, 2 – контактный провод, 3 – испытываемый образец материала, 4 – двигатель, 5 – микрометр индикаторного типа, 6 – стальной диск, 7 – сьемные грузы, 8 – тахометрический датчик. Испытания по изучению износостойкости, электросопротивления и коэффициента трения, проводили на примере трибосистемы контактная вставка (КВ) и контактный провод (КП) для электроподвижного состава городского электротранспорта. Электродвигатель постоянного тока 4, число оборотов которого регулируют трансформатором, вращает стальной диск 6, на котором закреплен кольцевой участок, выполненный из провода контактной сети, закреплен в держателе с водяной «рубашкой» для охлаждения 64

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

КВ. С помощью съемных грузов 7 задают силу прижатия КВ к КП. Для измерения температуры используют термодатчик 1, закрепленный на КВ, результаты измерения выводятся на самопишущий прибор КСП-4. Число оборотов диска, фиксируют счетчиком импульсов, поступающих от тахометрического датчика 8. Частоту вращения диска можно регулировать от 0 до 800 об. /мин., что обеспечивает взаимную скорость контактной пары до 20 м./сек. Постоянное напряжение на контактный провод подают с помощью регулируемого устройства. Пределы регулирования напряжения от 15V до 100V, тока от 6A до 200А. Для расчета электросопротивления контактной пары КВ-КП измеряют ток амперметром типа М906 (рис.1), падение напряжение - вольтметром типа М1106. Для расчета коэффициента трения (Ктр) в токосъемной паре с помощью вольтметра типа М330 и амперметра М4200 определяли энергозатраты электропривода установки. В ходе эксперимента потери на трение и тепловыделение в двигателе не учитывались, поэтому расчетные значение Ктр несколько завышены, но вполне достаточные для сравнения антифрикционных свойств различных материалов и условий их испытания. Износ КВ определяли путем взвешивания на аналитических весах c точностью до 0,0001 г до и после испытания, глубину износа - штангенциркулем с точностью до 0,05 мм. Износ КП измеряли микрометром индикаторного типа 5, путем замера в трех точках с точностью до 0,01 мм до и после испытания. Выводы. Представленная установка по испытанию антифрикционных материалов и скользящих электроконтактов в динамических условиях позволяет изучить влияние свойств материала и условий эксперимента на коэффициент трения в испытываемой контактной паре, а также износостойкость и нагрев материалов при различной динамической и электрической нагрузке в широких пределах. Перечень ссылок 1. Либенсон Г.А. Производство порошковых изделий / Г.А. Либерсон. - М.: «Металлургия», 1990. - 236 с. 2. Полищук В.С. Композиционные токосъемные материалы для подвижных составов железнодорожного транспорта / В.С. Полищук, В.И. Буковский, К.И. Доценко; [Научно-технологический центр «Реактивэлектрон» НАН Украины]. – Донецк : «Вебер» (Донецкое отделение), 2008. – 136 с.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 662.788 ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ТОПЛИВНЫХ ДРЕВЕСНО-УГОЛЬНЫХ БРИКЕТОВ Еронько С.П., Цыхмистро Е.С., Майстренко А.О. ГОУВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ», г. Донецк, ДНР Представлены результаты лабораторных экспериментов, связанных с разработкой технологического процесса производства топливных древесно-угольных брикетов из мелкодисперсных отходов. The results of laboratory experiments related to the development of a technological process for the production of fuel charcoal briquettes from fine waste are presented. Ключевые слова: древесные опилки, угольная пыль, связующий материал, прессование, брикетирование Key words: sawdust, coal dust, binder, pressing, briquetting За последние годы увеличилось количество малых предприятий, на которых отходы производства в виде древесных опилок и угольной пыли из-за отсутствия мест хранения утилизируют путем сжигания, что приводит к выбросу в атмосферу вредных продуктов сгорания. Решением отмеченной проблемы может стать применение систем прессования мелкодисперсных побочных материалов с целью получения из них топливных брикетов для частичной замены угля в системах отопления [1]. Достижение указанной цели предполагает наличие технологии брикетирования смеси горючих материалов с различной долей входящих в ее состав ингредиентов. На кафедре механического оборудования заводов черной металлургии ДонНТУ с учетом равнее накопленного опыта [2, 3] предпринята попытка разработки процесса производства брикетов, которые могли бы составить альтернативу угольному топливу и обеспечить при этом утилизацию накапливаемых отходов деревообрабатывающих и горнорудных предприятий. В соответствии с планом экспериментальных исследований, проводившихся в лаборатории физического моделирования кафедры МОЗЧМ, осуществили подбор комбинированного состава мелкодисперсного материала и рациональной концентрации связующего вещества, при которых достигается требуемая прочность брикетов.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Исходными материалами для получения топливных брикетов служили древесные опилки и угольная пыль (фото на рис 1), а в качестве связующего использовали жидкое стекло.

а б Рисунок 1 - Составляющие компоненты брикетируемого материала: древесные опилки (а) и угольная пыль (б)

Для решения поставленной задачи подготовили несколько порций брикетируемых смесей с разной концентрацией исходных компонентов. Опытную партию брикетов получили методом статического прессования с использованием специально изготовленных матрицы и пуансона (фото на рис. 2).

Рисунок 2 – Конструктивное исполнение матрицы и пуансона для прессования древесно-угольных брикетов

Сформированные брикеты (фото на рис. 3) подвергали сушке в течение 4-х часов на открытом воздухе при температуре окружающей среды 20 о С, после чего осуществляли их обмер и взвешивание на весах с точностью 0,1 г.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Рисунок 3 – Образцы древесно-угольных брикетов, полученные прессованием

Поскольку форма брикета была цилиндрической, то его объем рассчитывали по формуле Vб = (π d2 h) / 4, где d - диаметр поперечного сечения брикета; h – толщина брикета. Плотность ρ материала готового брикета определяли как отношение его массы mб к объему Vб, т.е. ρ = mб / Vб. В качестве результирующей величины в исследованиях принимали силу разрушения брикетов при их раздавливании. Ее значения затем использовали для косвенной характеристики – предела прочности, определяемого как σ = F/ S где F - сила раздавливания брикета; S – площадь поверхности брикета, подвергаемой силовому воздействию. Силу раздавливания брикетов контролировали на испытательном стенде, показанном на рис. 4. Результаты проведенных измерений и соответствующих вычислений приведены в табл. 1. С учетом полученной информации относительно рационального состава исходного материала на лабораторном двухвалковом прессе изготовили две партии брикетов, внешний вид которых показан на рис. 5. Таблица 1 Состав исходного материала и параметры полученных брикетов 68

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

№ Состав материала брибрикета, % кета Уголь ДреСвя-ная весзуюпыль ные щее опилки 1 24 71 5 2 24 71 5 3 24 71 5 4 23 67 10 5 23 67 10 6 23 67 10 7 47 48 5 8 47 48 5 9 47 48 5 10 45 45 10 11 45 45 10 12 45 45 10 13 71 24 5 14 71 24 5 15 71 24 5 16 67 23 10 17 67 23 10 18 67 23 10

Характеристики брикета Диаметр, мм

Высота, мм

Масса, г

33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33

15 18 15 15 15 15 18 18 18 18 18 18 20 20 20 20 20 20

13,2 15,6 13,3 14,1 14,1 14,1 16,8 16,9 16,8 16,6 16,6 16,6 25,9 26,1 26,1 25,5 25,7 25,3

Пло- Сила Прочность, раз- ность, г/см3 руше- МПа ния,. Н 1,03 85,4 0,10 1,01 102,6 0,12 1,04 94,1 0,11 1,1 179,5 0,21 1,1 170,9 0,20 1,1 162,4 0,19 1,31 264,9 0,31 1,32 247,8 0,29 1,31 239,3 0,28 1,3 367,6 0,43 1,3 384,7 0,45 1,3 341,9 0,40 1,52 581,2 0,68 1,53 504,3 0,59 1,53 521,4 0,61 1,49 760,7 0,89 1,5 726,6 0,85 1,48 777,9 0,91

Рисунок 4 – Стенд для испытания брикетов на раздавливание

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Рисунок 5 – Внешний вид брикетов, полученных при различной концентрации угольной пыли и древесных опилок

Одним из важнейших критериев качественных показателей брикетов, как известно, является их механическая прочность, которую оценивают двумя показателями: ударной прочностью и прочностью на раздавливание. Топливные брикеты, начиная с их выдачи из сушилки и заканчивая загрузкой в топливный агрегат, подвергаются неоднократным ударным нагрузкам, в результате чего происходит их частичное разрушение с образованием мелкой фракции. Поэтому объективным показателем механической прочности брикетов считается ударная прочность. Для оценки прочностных свойств брикетов, полученных на 2-х валковом прессе, их подвергали испытанию по стандартной методике. Во время тестирования каждый из брикетов поочередно сбрасывали с высоты 2-х метров на металлическую плиту и после 5, 10, 15 и 20 сбрасываний отбирали и взвешивали отход мелкой фракции. При массе одного брикета mбр ударную его прочность на сбрасывание с учетом массы отсева материала mотс определяли по формуле Упр = 100 – (mотс / mбр) 100 % 70

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Зафиксированные при этом результаты приведены в табл. 2. Таблица 2 – Результаты контроля прочности брикетов Количество отсева мелкой фракции, г № порции материала

1 2 3 4 5 6

Масса брикета, г

Содержание, %

Угольная пыль

72 48 23 67 45 23

Древесные опил ки 23 47 72 23 45 67

СвяЗующее

21 16,6 13 19,5 16,3 13,2

После 5 сбрасываний

После 10 сбрасываний

После 15 сбрасываний

После 20 сбрасываний

mотс

Упр

mотс

Упр

mотс

Упр

mотс

Упр

0,8 3,3 4,5 0,4 2,3 4,4

96 80 65 98 86 67

2,1 4,6 6,8 1,6 4,9 5,5

90 72 48 92 70 58

4 6,1 8,7 2,7 5,4 7,9

81 63 33 86 67 40

5,7 7,3 9,8 3,3 5,9 8,6

73 56 25 83 64 35

Результаты эксперимента свидетельствуют о том, что приемлемая прочность брикетов, превышающая 70 %, обеспечивается при двух комбинациях ингредиентов брикетируемого материала: 67 % угольной пыли, 23 % древесных опилок, 10 % связующего; 72 % угольной пыли, 23 % древесных опилок, 5 % связующего. С учетом стоимости жидкого стекла, применяемого в качестве связующего, при промышленном производстве древесно-угольных брикетов рекомендуется использовать второй вариант процентного соотношения ингредиентов в исходном сырье. Заключение. Экспериментальные данные, полученные в лабораторных условиях, могут быть использованы при отработке промышленной технологии брикетирования топливных брикетов, которая позволит частично заменить уголь при эксплуатации отопительных систем и одновременно с этим обеспечить утилизацию горючих побочных продуктов. Практическую реализацию такой технологии целесообразно осуществлять в условиях функционирования микрозаводов. Список литературы 1. Ожогин, В.В. Основы теории и технологии брикетирования измельченного металлургического сырья: Монография.- Мариуполь: ПГТУ, 2010.- 442 с. 2. Еронько, С.П. Малогабаритный двухвалковый брикетный пресс мобильного базирования [Текст] / С.П. Еронько, А.С. Старостин // Металлургические процессы и оборудование. 2011. № 4 (26). С. 14 – 21. 3. Еронько, С.П. Процесс формообразования качественных брикетов из прокатной окалины / С.П. Еронько, Е.В. Ошовская, К.Ю. Бабак // Металлургические процессы и оборудование. 2013. № 3 (33). С. 61 – 71.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 658.58

ВОССТАНОВЛЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОГО СОСТОЯНИЯ НАГНЕТАТЕЛЕЙ КОСОВОГО ГАЗА А.В. Ерешко ОАО «Енакиевкий коксохимический завод» В.И. Малярчик ОАО «Турборемонт» В.А. Сидоров ГОУВПО «Донецкий национальный технический университет» Аннотация. В работе показана структура технической системы работы нагнетателя коксового газа и на основании проведенного анализа отказов определен комплекс мероприятий по обеспечению работоспособного состояния. Annotation. The paper shows the structure of the technical system of operation of the coke oven gas blower, and on the basis of the analysis of failures, a set of measures is determined to ensure an operable state. Ключевые слова: нагнетатели коксового газа, работоспособное состояние, восстановление. Key words: coke oven gas blowers, working condition, recovery. Одним из факторов, влияющим на срок службы энергетических машин, является количество запусков и стабильность нагрузки. Минимизация количества запусков, стабильная нагрузка, своевременное техническое обслуживание позволяют вентиляторам, дымососам, воздуходувкам работать длительно, безотказно и безаварийно. Техническое диагностирование токовых, вибрационных и тепловых параметров, позволяет реализовать стратегию обслуживания по фактическому состоянию, снизив затраты на поддержание работоспособного состояния агрегата. Стремление к минимизации расходов без учѐта фактического состояния, старения оборудования, реальных условий эксплуатации приводит к внезапным отказам, внеплановым ремонтам, аварийным разрушением требуя значительных затрат для их ликвидации. Нагнетатели коксового газа, предназначенные для перемещения коксового газа из камер коксовых печей и подачи в отделение газоочистки, работают в режиме переменных нагрузок. Газопровод, регулирующая и запорная арматура, расположенные до нагнетателя, находятся под разряжением, а после нагнетателя под избыточным давлением. Количество получаемого газа зависит от: длительности коксования, равномерности выдачи кокса, температуры газа и др.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

факторов и не является постоянным, что определяет нестабильность режима работы и возможность перехода в режим помпажа. Неравномерное отложение смолистых веществ на рабочих колѐсах, скопление конденсата и смолы в нижней части корпуса газодувки приводит к периодическому или постоянному повышению вибрации. Взрывоопасность коксового газа и воздуха при нарушении герметичности может служить причиной взрывов. Безопасность эксплуатации этой сложной технической системы [1, 2, 3], зависит от качества проводимого ремонта, принятой стратегии технического обслуживания, квалификации персонала, условий эксплуатации, что и является темой рассмотрения данной статьи. Конструкция нагнетателя продумана, а качественное изготовление обеспечивает длительную эксплуатацию, на протяжении десятков лет. Сейчас в эксплуатации находятся установки 50-х…80-х годов выпуска. Во многом этому способствует хорошая ремонтопригодность механической части установки. Однако, оборудование не рассчитано на экстремальные нагрузки, поэтому, взрывы газовоздушной смеси, повреждения рабочих колѐс, нарушения технологического режима запуска или остановки приводят к разрушению корпусных деталей. Основой для первоначального анализа отказов послужили данные, приведенные в работах [1, 2, 3] и опыт эксплуатации нагнетателей коксового газа. Отказы классифицируются по функциональному назначению элементов и связаны с износом, постепенным накоплением отклонений и развитием повреждений, проявляющихся постепенно, периодически и внезапно. 1. Отказы электрической части приводного двигателя - связаны с нарушением неподвижности контактов из-за ослабления резьбовых соединений, старением и нарушением структурной целостности изоляции, изменением положения статора и ротора. 2. Отказы механической части, наиболее часто происходящие, связаны с постепенным износом, эрозией и коррозией элементов, ослаблением резьбовых соединений, накоплением усталостных повреждений, внешним воздействием. 3. Отказы системы автоматики, включают суммарные причины возникновения отказов электрической и механической части и проявляются обычно в виде внезапных отказов. 4. Отказы проточной части связаны с нарушением герметичности фланцевых соединений, приводящим к утечкам и опасности возгорания горючих компонентов. Причины нарушения

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

герметичности связаны с изменением свойств уплотняющих материалов, коррозионного, эрозионного воздействия, гидравлического удара, ослабления резьбовых соединений. 5. Ошибки персонала, наиболее часто проявляются во время переходных режимов, запуска, остановки нагнетателя, отсутствия реакции на кратковременные изменения технического состояния – внезапные или постепенные. Исходя, из теории технических систем, работу нагнетателя следует представить, как взаимодействие электрической и механической частей для изменения параметров технологического процесса, под контролем и управлением системы автоматики с приоритетным принятием субъективного решения эксплуатационным персоналом (рисунок). Отказы в каждой из частей технической системы могут происходить при: превышении допустимых значений, износовом накоплении повреждений, ступенчатом изменении параметров. Следует учитывать взаимодействие отдельных элементов и частей, обладающих положительной или отрицательной обратной связью. К этому следует добавить возможные ошибки персонала, связанные с усталостью, уровнем возбуждения, ошибками в идентификации ситуации, особенностями мышления и принятия решения, уровнем квалификации.

Рисунок – Структура технической системы работы нагнетателя коксового газа

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Восстановление работоспособного состояния данной технической системы, состоящей из разноресурсных элементов, происходит периодически при остановках на ремонт. Объѐм ремонтных работ, определяется после остановки на ремонт и разборки нагнетателя. Снижение квалификации ремонтного персонала в 90-х годах прошлого столетия привело к преобладанию стратегии проведения ремонта по состоянию и минимизации объѐма ремонтных работ в предположении снижения ошибок, допущенных при монтаже. Запас прочности конструкций нагнетателей позволял при этом обеспечить безотказную работу агрегата. Техническое состояние определяется: внутренними свойствами элементов механизма, системы, и др.; условиями эксплуатации и качеством технического обслуживания и ремонта. За прошедшие годы внутренние свойства элементов подверглись физическому старению (естественному или ускоренному) [4], условия эксплуатации стали менее постоянными. Следовательно, обеспечить безотказность технической системы, в данных условиях возможно лишь при переходе на стратегию планово-предупредительных ремонтов, выполняемых в полном объѐме в соответствии с технологической инструкцией завода-изготовителя. Основным аргументом, в данном случае, являются внеплановые остановки, связанные с разрушениями рабочих колѐс, состояние подшипников скольжения, работающих длительное время без перезаливки и др. Состояние вкладышей подшипников определяет оценку условий эксплуатации и принятие решения для определения объѐма ремонтных работ. Каждый запуск нагнетателя для подшипника скольжения происходит в режиме граничного трения, изменение частоты вращения, повышение вибрации (даже кратковременное) оставляет след на поверхности. Периодический осмотр подшипников, позволяет воспользоваться данной информацией, а качественная перезаливка и подгонка обеспечить повышенный уровень стабильной работы. Взаимосвязь состояния подшипников и дополнительных нагрузок на лопатки рабочих колѐс, очевидна. При ремонте определяется нарушение факторов, определяющих работоспособное состояние сопрягаемых узлов: неподвижность соединений, качество смазки, взаимное расположение элементов, равномерность действующих сил и появление трещин (используя для этого методы неразрушающего контроля). Качество проведенного ремонта, упреждающего развитие причин внезапных отказов, во многом определяет длительность последующей эксплуатации.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Выводы. Проведению ремонта предшествует процесс накопления информации о фактическом состоянии. В комплексе мероприятий по обеспечению работоспособного состояния нагнетателя коксового газа в период эксплуатации необходима разработка: - алгоритмов действий персонала в штатных и нештатных ситуациях; - разработки моделей взаимного влияния нескольких причин на условия возникновения отказов и обобщения в картах поиска отказов; - последовательности осмотра оборудования (карта осмотра) перед запуском и проверок состояния маслосистемы, качества масла; - алгоритма диагностирования с разработкой нормативов вибрационных, тепловых и токовых параметров работающего агрегата; - последовательности осмотра узлов и деталей нагнетателя при разборке; - проверок работы системы управления перед запуском и в процессе работы; - определения периодичности и объѐмов планово-предупредительных ремонтов и технического обслуживания с учѐтом фактического состояния; - разработки системы анализа и определения причин отказов для определения упреждающих мероприятий; - определения объѐмов информационных данных для анализа общего технологического состояния агрегата, подлежащих цифровизации и накоплению. Литература. 1. Нагнетатели коксового газа [Текст] / Г. М. Ковалев, М. Б. Корон, Л. В. Лившиц. - Москва: Металлургия, 1972. -190 с. 2. Корж В.В. Эксплуатация и ремонт оборудования насосных и компрессорных станций [Текст]: учеб. пособие/ В.В. Корж, А.В. Сальников Ухта: УГТУ, 2010. - 184с. 3. Ведерников, М.И. Машинист компрессорных и насосных установок химической промышленности [Текст]: [учебное пособие для профессиональнотехнических училищ] / М. И. Ведерников, И. В. Рудой. - 2-е изд., испр. - Москва : Высш. школа, 1965. - 387 с. 4. Ловчиновский Э.В., Вагин В.С. Эксплуатационные свойства металлургических машин. – М.: «Металлургия», 1986. – 160 с.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 628.168 + 544.526.5

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К КОНСТРУКЦИИ УСТРОЙСТВ ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ Раков В.Ф., Спиридонов Н.А., Сидак И.Л. ГУ «НИИ «Реактивэлектрон», г. Донецк, ДНР В работе рассмотрены основные конструктивные требования для создания устройств фотокаталитической очистки воды на основе анализа патентов и действующих опытных установок. The paper discusses the main design requirements for the creation of photocatalytic water purification devices based on the analysis of patents and operating pilot plants. Ключевые слова: конструктивные требования, фотокатализатор, очистка воды Key words: design requirements, photocatalyst, water purification, Введение. Применение полупроводниковых фотокатализаторов с целью генерирования свободных радикалов для активации процессов окисления органических соединений является одним из наиболее перспективных методов для реализации недорогостоящей и энергоэффективной методики очистки воды. Разработка и исследование эффективных фотокатализаторов на основе наноструктурированных полупроводниковых материалов является перспективным научным направлением [1]. Перспективным приложением фотокатализа, является доочистка питьевой воды от органических загрязнителей, особенно имеющих низкие значения ПДК (предельно допустимая концентрация) [2]. Основная часть. Существует два основных метода обработки воды с использованием фотокаталитического процесса: введение фотокатализатора в порошкообразной форме в воду (суспензионный метод) и формирование фотокатализатора на поверхностях, контактирующих с водой (система с неподвижным слоем). Сущность этих методов заключается в использовании фотокатализатора на основе диоксида титана и обработке его ультрафиолетовым излучением. Преимуществом суспензионного метода является то, что площадь границы раздела фаз между поверхностью фотокатализатора и жидкостью значительно больше, чем в системе с неподвижным 77

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

слоем и, следовательно, происходит более эффективная генерация радикалов или прямое взаимодействие с загрязняющими веществами. Но иммобилизованный фотокатализатор позволяет избежать дополнительной операции фильтрации очищаемого раствора по окончании фотокатализа и позволяет эффективно организовать проточный процесс очистки. В Белорусском государственном университете информатики и радиоэлектроники (БГУИР) была разработана лабораторная установка для фотокаталитической очистки воды от органических загрязнений, включающая проточный реактор, сменные источники излучения видимого и ультрафиолетового диапазонов, контрольные и управляющие блоки. Установка, представленная на рисунке 1, обеспечивала тестирование при комнатной температуре эффективности фотокатализаторов, нанесенных на сплошные и перфорированные плоские подложки, при скорости потока очищаемой воды 0,2-1,2 л/мин. Эффективность фотокатализатора оценивалась путем контроля скорости разложения в водном растворе, в контролируемых условиях, тестового красителя, обладающего рядом общих свойств какой-либо группы загрязнителей [1].

Рисунок №1. Схема лабораторной установки для фотокаталитической очистки воды в проточном реакторе с замкнутым циклом ее циркулирования В Белорусском государственном технологическом университете (БГТУ) реактор для фотокаталитической обработки воды (см. рис.2) представляет собой вертикальный цилиндр, изготовленный из нержавеющей стали, внутри которого размещается пористый фотокатализатор. Во внутреннем объеме пористого элемента 78

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

расположена кварцевая трубка с ультрафиолетовой лампой ДРШ-500 [3]. Для увеличения времени контакта с катализатором поток жидкости организован таким образом, чтобы он дважды проходил через пористый элемент фотокатализатора.

Рисунок №2. Установка для фотокаталитической обработки воды на пористом материале, обладающем фотокаталитической активностью Фотокаталитический модуль для очистки воды, приведенный в патенте RU 2394772, содержит технологически связанные между собой пористый фотокаталитический реактор, выполненный из кварца, на поверхность которого нанесен нанокристаллический диоксид титана с удельной поверхностью не менее 15 м2/г, и источник ультрафиолетового излучения [4]. При этом поры реактора представляют собой многосвязанные регулярные каналы с эффективным диаметром от 0,05 до 1,5 мм. Способ изготовления фотокаталитических элементов включают спекание стеклянных шариков, модифицирование их поверхности и нанесение порошка диоксида титана на модифицированную поверхность спеченных стеклянных шариков. С использованием фотокаталитического модуля были проведены эксперименты по очистке воды от органического красителя нейтрального красного (C15H17N4Cl) с начальной концентрацией 10 мг/л. Опыты проводились без ультрафиолета, с ультрафиолетом, с ультрафиолетом и аэрацией.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

На рисунке 3 представлена проточная установка для фотокаталитической дезинфекции производительностью 1 м3/ч [5].

Рисунок №3. Установка для фотокаталитической дезинфекции сточной воды Активная зона реактора фотокаталитического устройства была сконструирована путем установки спиральной несущей направляющей, покрытой TiO2 (Degussa P25), вокруг УФ-лампы в серийном УФ стерилизаторе. Это фотокаталитическое устройство продемонстрировало более высокие возможности дезинфекции по сравнению с другими УФ-технологиями. После того, как водные суспензии патогенов Escherichia coli (E. coli) протекли через фотокаталитическое устройство, их остаточное количество в сточных водах снизилось до 2,16 Ч 103 КОЕ/л, что значительно ниже, чем 6,44 Ч 103 КОЕ/л для процесса только для УФ-стерилизатора. Фотокаталитическая дезинфекция также продемонстрировала заметную способность сдерживать реактивацию E. coli. После 24 часов хранения концентрация E. coli в стоках после фотокаталитического процесса оказалась в 16 раз меньше, чем после процесса только УФ-стерилизации. Из представленнях разработок систем фотокаталитической очистки питьевой воды для массовых применений, например, для района или города в литературе и интернете не обнаружено. Выводы. Основные требования к конструкции устройств фотокаталитической очистки питьевой воды, определенные на основе анализа конструктивных решений в патентах, действующих опытных установках на основе диоксида титана следующие: 1. Устройства фотокаталитической очистки воды работают с ограниченными объемами очищаемой воды, многократно пропуская воду через фотокаталитический

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

реактор. 2. В конструкции устройств необходимо обеспечить максимальный доступ УФ излучения при контакте очищаемой воды с фотокатализатором, а также многократный контакт очищаемой воды с фотокатализатором. 3. Для дезинфекции воды фотокаталитическим способом можно использовать серийно выпускаемые проточные УФ стерилизаторы. Конструкция несущих направляющих, покрытых фотокатализатором, или картриджей, содержащих гранулированный фотокатализатор, должны учитывать требования предыдущего пункта. 4. Фотокаталитическое окисление целесообразно проводить на финальной стадии очистки питьевой воды после предварительного ее отстаивания и фильтрации. 5. В реакционных камерах устройств фотокатализаторы должны иметь оптимальные свойства, обеспечивающие требуемую степень очистки воды, производительность, срок службы, возможность обслуживания, замены и т.д.

Перечень ссылок Установка для фотокаталитической очистки воды от органических загрязнений в проточном реакторе // Доклады БГУИР. – 2018. – № 4 (114) – С. 45-50. 2. Артемьев Ю.М., Рябчук В.К. Введение в гетерогенный фотокатализ. – СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 1999. – C. 283. 1.

Баглов

А.В.,

Радионов

А.А.,

Е.Б.,

Чубенко

ВА.

3. Марцуль В. Н. Фотокаталитическая очистка природных и сточных вод / В.Н. Марцуль, О.А. Самстыко, В.П. Капориков // Новейшие достижения в области импортозамещения в химической промышленности и производстве строительных материалов. – Минск: БГТУ, 2012. – С. 117-121. 4. Патент RU 2 394 772: Институт проблем химической физики Российской академии наук (ИПХФ РАН), Научный центр Российской академии наук в Черноголовке.: Опубликовано 20.07.2010.

5. Yu Hongtao, Song Liang, Hao Yufang, et al. Fabrication of pilot-scale photocatalytic disinfection device by installing TiO2 coated helical support into UV annular reactor for strengthening sterilization // Chemical Engineering Journal. – Volume 283. – January 1st, 2016, Pages 1506-1513.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 621.923

ВЛИЯНИЕ ГЕОМЕТРИИ МАГНИТНО-АБРАЗИВНЫХ ПОРОШКОВ НА МАГНИТНО-АБРАЗИВНУЮ ОБРАБОТКУ. Д.т.н. Полищук В.С., Пересадченко А.Н., Алехов Ю.А., Волошанович И.Н., Сагдеева Ф.Н. ГУ «НИИ «Реактивэлектрон», г. Донецк, ДНР. e-mail :reaktivelektron@mail.ru Аннотация. В работе рассмотрен вопрос о влиянии геометрии частиц магнитно-абразивного порошка на эффективность магнитно-абразивной обработки. Исследованы магнитно-абразивные свойства магнитно-абразивных порошков с заданным коэффициентом формы частиц. Установлено, что с увеличением анизотропии формы частиц производительность растет. Annotation. The paper considers the matter of the influence of the geometry of particles of a magnetic-abrasive powder on the efficiency of the magnetic-abrasive working. The magnetic-abrasive properties of magnetic-abrasive powders with a specified particle shape coefficient have been investigated. It was found that the productivity grows with an increase in the of the particle shape anisotropy. Ключевые слова: Магнитно-абразивный порошок, анизотропия формы частиц. Keywords: Magnetic abrasive powder, particle shape anisotropy. Введение. Способ абразивной обработки, при котором энергия магнитного поля превращается в механическую работу резания непосредственно в зоне обработки без каких-либо промежуточных механизмов преобразователей был назван магнитно-абразивным (МАО). Он позволяет не только интенсифицировать и автоматизировать весь процесс обработки, но и существенно повышать уровень качества и стойкость обрабатываемых изделий. Важнейшим элементом в МАО является своеобразный инструмент композиционный магнитно-абразивный порошок (КМАП), сочетающий в себе магнитные и абразивные свойства Наибольшую эффективность МАО обеспечат КМАП, обладающие лучшими магнитными, режущими свойствами и стойкостью, которые, в свою очередь, зависят от химического и фазового составов зерна МАП, концентрации, формы, размера и расположения абразивных зерен в

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

ферромагнитной матрице, прочности связи зерен абразива с матрицей, пористости частиц, формы, строения и линейно-геометрических размеров КМАП [1]. Вопрос о влияние геометрии КМАП на магнитно-абразивную обработку сравнительно мало изучен. Во многом это связано со сложностью получения порошков заданной формы. [2]. Основная часть. При МАО процесс микрорезания осуществляется ферроабразивными частицами, не закрепленными жестко в связке. Под действием магнитной силы ферроабразивная частица прижимается к обрабатываемой поверхности. В общем случае нормальная составляющая силы резания есть результат совместного действия магнитных и механических сил. Но величина механических составляющих всегда является производной от величины магнитных сил. Влияние формы частиц МАП на магнитные силы проявляется следующим образом [3]. Если зерно порошка имеет удлиненную форму (например, эллипсоида), то на него, кроме силы Fм, действует момент магнитных сил Мм, (рис.1). В этом случае роль Мм будет выражаться в следующем. Каждое зерно вытянутой формы под действием Мм стремится развернуться вдоль силовых линий поля, однако окружающая порошковая среда и сила трения с движущейся поверхностью заготовки препятствуют переориентации зерна. При этом со стороны вытянутого зерна на порошковую среду и поверхность заготовки будет действовать дополнительная магнитная сила.

Рисунок. 1. Магнитные силы, действующие на магнитноабразивное зерно. Для измерения магнитно-абразивных свойств КМАП (величины съема материала при МАО) создана установка на основе постоянных магнитов, позволяющая производить МАО цилиндрических образцов (рис. 2).

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Образцы приводятся во вращение вокруг своей оси, магнитная система с МАП осциллирует вдоль оси образца. Образец (поз. 2) закрепляется в шпинделе сверлильного станка (поз. 3), магнитная система (поз.1) жестко закреплена на подвижной площадке (поз.5) которая осциллирует под действием эксцентрика, приводимого во вращение электродвигателем (поз. 3). Плавная регулировка частоты осцилляции обеспечивается блоком управления (поз. 4).

Рисунок 2- Установка для проведения магнитно-абразивной обработки На установке проводили определение магнитно-абразивной способности порошков путем измерения потери массы (съема-ΔG) материала цилиндрического образца. Образец для магнитноабразивной обработки представлял собой цилиндр диаметром 10 мм из материала Сталь 45 с исходной шероховатостью поверхности Ra=1,6 мкм. МАО проводили при следующих условиях: частота осцилляции магнитной системы - 5 Гц, амплитуда осцилляции - 3 мм, линейная скорость поверхности образца - 1,31 м/сек, время обработки 60 с. Для проведения исследований о влиянии геометрии частиц (Ка) МАП на магнитно-абразивные свойства изготовлены порошки с поверхностным расположением абразива – порошка карбида титана крупностью 5-15 мкм, взятого в количестве 30 % масс., на основе магнитной матрицы пластинчатой формы крупностью 180/200мкм. Магнитная матрица изготовлена методом холодной ковки порошка железного распыленного марки ПЖР 200.28 в вибромельнице М-10 [4]. Геометрию частиц КМАП оценивали по величине коэффициента анизотропии Ка, представляющего собой отношение среднего диаметра частиц к толщине Ка = Dср/L. На рисунке 3 представлены частицы магнитной матрицы с различным коэффициентом анизотропии формы частиц.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Рисунок 3. – Частицы магнитной основы КМАП коэффициентом Ка: 1 -1; 2 – 3,8;3 – 8,8;4 – 14,3. Результаты исследований представлены на рисунке 4.

200 мкм

Рисунок 4. - Зависимость удельного съема материала сталь 45 от коэффициента анизотропии Ка КМАП. Как видно из результатов исследования существует однозначная зависимость удельного съема т.е. производительности МАО от

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

анизотропии формы частиц КМАП. С увеличением анизотропии формы производительность растет. Выводы Разработан и изготовлен ряд модельных магнитно-абразивных порошков с заданным коэффициентом формы частиц. Исследованы магнитноабразивные свойства данных порошков. Установлено, что с увеличением анизотропии формы частиц производительность растет, что открывает перспективы повышения эффективности магнитно-абразивной обработки. Перечень ссылок. 1. Полищук В.С. Интенсификация процессов получения карбидов, нитридов и композиционных материалов на их основе. – Севастополь: Вебер, 2003. – 327 с. 2. Хомич Н.С. Исследование возможности получения ферромагнитных абразивных частиц с заданными линейно-геометрическими характеристиками // Магнитно-абразивные материалы и методы их испытаний. – Киев: ИПМ АН УССР, 1980. – С. 59 - 66. 3. Барон Ю. М. Магнитно-абразивная и магнитная обработка изделий и режущих инструментов. – Л.: Машиностроение. Ленингр. отделение, 1986. – 176 с. 4. Алехов Ю.А. Исследование процесса механической обработки порошка железного распыленного в шаровой вибромельниц / Ю.А. Алехов, И.Н. Волошанович, Ф.Н. Сагдеева // V Международная научная конференция «Донецкие чтения 2020: образование, наука, инновации, культура и вызовы современности», г. Донецк, 17-18 ноября 2020 г. – т.1 , ч.1. – С. 26-29.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 621.874

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВЕРТИКАЛЬНЫХ И ПОПЕРЕЧНЫХ КОЛЕБАНИЙ ГРУЗА КРАНОВ С ПОДВИЖНОЙ КАРЕТКОЙ В.П. Кондрахин, В.Э. Кошелев, А.В. Беличенко ГОУВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» г. Донецк, ДНР Разработана математическая модель колебаний груза крана с подвижной кареткой при заданных режимах разгона и торможения подъемного механизма и каретки. Модель учитывает взаимосвязь вертикальных и поперечных колебаний груза и позволяет выполнить оптимизацию режима работы крана. Ключевые слова: математическая модель, груз, кран, подвижная каретка, колебания A mathematical model of the oscillations of the load of a crane with a movable carriage has been developed for the given modes of acceleration and deceleration of the lifting mechanism and the carriage. The model takes into account the relationship of longitudinal and lateral vibrations of the load and allows you to optimize the operating mode of the crane. Keywords: mathematical model, load, crane, movable carriage, vibrations В промышленности широко используются подъемные краны с подвижной кареткой подъема грузов (башенные, мостовые, полукозловые и козловые). Отличительной особенностью таких кранов является то, что грузовая каретка в общем случае совершает двухмерное движение в горизонтальной плоскости. В связи с этим концевой груз кроме перемещения в вертикальном направлении также перемещается в поперечных направлениях. В работах [1]…[4] рассмотрены вопросы динамики таких кранов, однако в них не учитываются взаимовлияние вертикальных и поперечных колебаний груза, возникающих при переходных режимах. Рассмотрим простейший вариант (см. рис. 1) подъема груза в такого рода кранах, когда каретка совершает одномерное движение вдоль моста или стрелы. Будем считать, что перемещение каретки задано, и при этом скорость V (t )  X (t ) и ускорение a(t )  V (t )  X (t ) каретки изменяются так, как показано на рис. 2 (здесь X (t )  текущая

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

горизонтальная координата каретки, отсчитываемая от ее некоторого первоначального положения).

Рисунок 1.- Расчетная схема крана с подвижной кареткой Задан также угол поворота φб барабана, причем угловая скорость ω и угловое ускорение ε барабана подъемного механизма изменяются по аналогичным законам. Из этого следует, что аналогичным образом изменяется и длина отвеса каната. Таким образом, расчетная схема представляет собой математический маятник на упругой нити переменной длины с подвижной точкой подвеса.

Рисунок 2.- Изменение скорости и ускорений каретки при ее горизонтальном перемещении (i=1) и угловой скорости и углового ускорения барабана подъемного механизма (i=2) Запишем координаты груза в форме 88

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

x0  X (t )  l sin , y0  l0  l cos , где l0  начальная длина отвеса каната, l  текущая его длина,   угол, образуемый отвесом подъемного каната с вертикалью. После дифференцирования по времени получим проекции скорости груза x0  X (t )  lsin  l cos , y 0  lcos  l sin . Отсюда квадрат скорости груза определится в формуле V02  X 2  2 X (lsin  l cos )  l2  l 2 2 , а кинетическая энергия груза массой m будет иметь вид: m T   X (t )2  2 X (t )(lsin  l cos )  l2  l 2 2  , (1) 2 Упругое удлинение качающегося отвеса каната определим как разность намотанной на барабан длины каната Rб  б и фактического сокращения длины каната на величину (l 0  l ) в текущий момент времени:  l  Rб б  (l0  l ) . Тогда общая потенциальная энергия системы представится в форме C 2 П  к  Rбб  (l0  l )  mg (l0  l cos ) , (2) 2 где Cк 

K – коэффициент жесткости отвеса каната, lср

K – коэффициент, зависящий от материала, диаметра и конструкции каната, а также от кратности полиспаста механизма подъема крана; lср = l0 – φбRб – «средняя» длина каната (без учета упругих деформаций). Функция Лагранжа L T  П . (3) Диссипативная функция Рэлея для данной системы  R  ( Rб  l) 2 , (4) 2 В уравнениях Лагранжа d L L R    0 dt  qi  qi qi

(5)

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

в качестве обобщенных целесообразно принять

координат

рассматриваемой

системы

q1  l , q2   , а обобщенные непотенциальные силы: Q1  0, Q2  0 . Теперь определим в соответствии с (1)…(5) частные производные от функции Лагранжа по обобщенным координатам: L  Cк  Rбб  (l0  l )  mg cos  mX cos  ml 2 , l L  mgl sin  mX lcos  mlX sin . 

Далее имеем: L  ml  mX sin ,  l R   к ( Rб  l),  l

L  ml 2  mlX cos , 

и тогда уравнения динамического состояния будут 2    m( X sin  l )   к ( Rб  l )  Cк  Rбб  (l0  l )   mg cos  ml  0,    l  X cos  2l  g sin  0. Вывод: Разработана математическая модель, которая учитывает взаимодействие продольных и поперечных колебаний груза кранов с подвижной кареткой в переходных режимах работы. Модель позволяет определить максимальные поперечные перемещения груза и максимальные динамические усилия в подъемном канате при любом заданном законе перемещения каретки и вращения барабана механизма подъема и может быть использована при оптимизации режима работы крана. Перечень ссылок 1. Комаров, М.С. Динамика грузоподъемных машин / М.С. Комаров. – М.: Машгиз, 1967. – 267 с. 2. Долотов, А. М. Раскачивание груза при пуске и остановке механизма перемещения / А. М. Долотов, С. В. Калашников // Механики XXI веку. – 2008. – № 7. – С. 6-8. 3. Будиков, Л.Я. Многопараметрические исследования динамики мостовых кранов: Учебное пособие / Л.Я. Будиков.- Луганск: изд. Луганского национ.ун-та им. В.Даля, 2017.-236 с. 4. Huasen Liu, Wenming Cheng, Yinqi Li / Dynamic Responses of an Overhead Crane’s Beam Subjected to a Moving Trolley with a Pendulum Payload // Hindawi Shock and Vibration Volume 2019, Article ID 1291652, 14 pages https://doi.org/10.1155/2019/1291652

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 621.825.5/.7

ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МУФТ УПРУГИХ ПАЛЬЦЕВЫХ С ЭЛАСТИЧНЫМ ЭЛЕМЕНТОМ ДИСКОВОГО ТИПА В ДРОБИЛЬНЫХ МАШИНАХ Р.С. Мележик, Д.А. Власенко ГОУ ВО ЛНР «Донбасский государственный технический институт», г. Алчевск, ЛНР Обосновано использование муфты упругой пальцевой с эластичным элементом дискового типа в приводе четырехвалковой дробилки в условиях дробления твердого топлива в агломерационном производстве, получена зависимость суммарной ширины эластичного элемента дискового типа от величины требуемого крутящего момента при определѐнном диаметре центров отверстий под пальцы. The use of an elastic pin coupling with an elastic disc-type element in the drive of a four-roll crusher under conditions of solid fuel crushing in agglomeration production is justified, and the dependence of the total width of the elastic disc-type element on the required torque at a certain diameter of the centers of the holes for the pins is obtained. Ключевые слова: муфта упругая пальцевая с эластичным элементом дискового типа, ударные нагрузки, демпфирование, четырехвалковая дробилка, эластичная муфта Key words: elastic pin coupling with elastic disc element, shock loads, damping, four-roll crusher, elastic coupling В процессе работы механического оборудования возникают динамические нагрузки, негативно влияющие на его эксплуатационные показатели. Эти нагрузки зарождаются под действием неуравновешенных сил и моментов, возникающих при неустановившемся движении масс. Динамические нагрузки приводят к выходу из строя деталей, узлов и механизмов, при этом снижается долговечность и эксплуатационная надежность машины. В агломерационных цехах металлургических предприятий для измельчения твердого топлива зачастую используются четырехвалковые дробилки ДЧГ 900×700 [1]. Их достоинствами являются достаточно высокая однородность фракционного состава готового продукта и относительная простота конструкции и 91

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

технического обслуживания. Однако одним из главных недостатков этих дробильных машин является относительно быстрый выход из строя элементов привода вследствие динамических нагрузок, возникающих при разрушении материала между рабочими поверхностями валков [2, 3]. Зубчатые муфты, зачастую применяемые в приводе дробилок такого типа, не обладают существенными демпфирующими свойствами и плохо переносят ударно-переменные нагрузки, вследствие чего обладают невысоким сроком службы. Вследствие вышеперечисленного возникает необходимость в поиске решений, связанных с повышением срока службы элементов привода и снижением негативного влияния динамических нагрузок на оборудование. Одним из таких решений является применение компенсирующих муфт различного типа [4]. Предлагается использовать муфту пальцевую с эластичным элементом дискового типа, изготовленным из резинокордного материала, в котором кордные диски чередуются с резиновыми. Достоинством данной муфты является передача сравнительно больших крутящих моментов с возможностью эффективно компенсировать значительные ударные нагрузки, возникающие в результате работы дробилки. Демпфирующие свойства данной муфты выше, чем у зубчатой, втулочно-пальцевой, цепной и муфты с упругой звездочкой. При этом значение передаваемого крутящего момента существенно больше, чем у лепестковой муфты. В свою очередь, торообразные муфты способны передавать крутящие моменты одного порядка с муфтами упругими пальцевыми с эластичным элементом дискового типа, но гораздо сложнее в эксплуатации. В данное время типоразмер муфты определяется на основании производственного опыта эксплуатации оборудования методом проб и ошибок, так как не существует разработанной методики, позволяющей рассчитать конструктивно-технологические параметры исходя из заданной величины передаваемого крутящего момента. Это обстоятельство ограничивает возможность применения данного типа муфт, так как процедура ее внедрения в каждое новое оборудование займет значительное время наработки информации, необходимой для нахождения подходящих конструктивно-технологических параметров, а также будет связана с неизбежным возникновением аварийных ситуаций и увеличением времени простоев на техническое обслуживание. В связи с этим для обоснования конструктивно-технологических параметров пальцевой муфты с эластичным элементом дискового

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

типа использовался конечно-элементный метод расчета напряжений с применением программного комплекса SolidWorks. Для определения регрессионной зависимости основных конструктивных параметров от крутящего момента и суммарной ширины эластичного элемента дискового типа выполнено исследование нагружения муфты, которое основывается на методе с использованием центрального композиционного ротатабельного униформпланирования второго порядка. Для проведения испытаний использовался ряд муфт с заданными конструктивно-технологическими параметрами эластичных элементов дискового типа. На первом этапе создавались твердотельные модели муфт типоразмерного ряда. Затем было выполнено разделение модели на дискретные связанные между собой элементы (наложение «сетки») с осуществлением креплений и приложением крутящего момента. При моделировании нагружения одна из полумуфт жестко закреплена, второй задана одна степень свободы — возможность вращения вокруг своей оси симметрии. В процессе моделирования в зависимости от типоразмера муфты нагружались различными крутящими моментами. Максимальный крутящий момент, прилагаемый к полумуфтам с возможностью вращения одной из них вокруг своей оси, определялся из условия, при котором средняя величина напряжений, возникающих в эластичном элементе, не превышала значений, при которых происходит разрушение кордовой ткани с учетом заложенного коэффициента запаса прочности. На следующем этапе выполнялось определение крутящего момента, отвечающего вышеописанным требованиям, для муфты с минимально допустимой шириной эластичного элемента. В дальнейшем при моделировании ширина эластичного элемента поэтапно увеличивалась, и крутящий момент определялся снова. В результате были получены зависимости значений напряжений, возникающих на каждом из упругих элементов в зоне контакта с пальцами муфт с различной шириной эластичного элемента, для каждого типоразмера муфт. В ходе обработки данных получена зависимость суммарной ширины эластичного элемента дискового типа для передачи требуемого крутящего момента от определѐнного диаметра центров отверстий под пальцы: B  0,3039  D  0,0456  7,5415  10 8   3,0456  1013  D 2  1,4291  1013  D  2,652  10 7  M  1,989  1012 ,

(1)

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

где D – диаметр центров отверстий под пальцы, м; M – требуемый крутящий момент, Нм. Выводы. Обосновано использование муфты упругой пальцевой с эластичным элементом дискового типа в приводе четырехвалковой дробилки в условиях дробления твердого топлива в агломерационном производстве для компенсирования значительных ударных нагрузок, возникающих в процессе работы. На основании центрального композиционного ротатабельного униформпланирования второго порядка и конечно-элементного метода расчета напряжений с применением системы автоматизированного проектирования получена зависимость суммарной ширины эластичного элемента дискового типа от величины требуемого крутящего момента при определѐнном диаметре центров отверстий под пальцы. Список литературы 1. Власенко, Д. А. Технические решения в области проектирования и повышения эффективности дробильно-измельчительных машин / Д. А. Власенко // Инновационные перспективы Донбасса. Инновационные технологии проектирования, изготовления и эксплуатации промышленных машин и агрегатов, Донецк, 26-28 мая 2020 года. – Донецк: ДонНТУ, 2020. – Т. 3 – С. 88–92. 2. Власенко, Д. А. Математическое моделирование процесса захвата материала рифлеными валками в валковых дробилках / Д. А. Власенко // Сборник научных трудов Донбасского государственного технического университета. Выпуск 18(61). – Алчевск: ГОУ ВПО ЛНР «ДонГТУ», 2020. – С. 122–130. 3. Мележик, Р. С. Исследование динамики валковой дробилки в процессе дробления материала / Р. С. Мележик, Д. А. Власенко // Сборник научных трудов Донбасского государственного технического института. Выпуск 21(64). – Алчевск: ГОУ ВО ЛНР «ДонГТИ», 2020. – С. 94–100. 4. Мележик, Р. С. Анализ эксплуатационных параметров компенсирующих муфт и перспективы их использования в условиях динамических нагрузок в валковых дробилках / Р. С. Мележик, Д. А. Власенко // Инновационные перспективы Донбасса. Инновационные технологии проектирования, изготовления и эксплуатации промышленных машин и агрегатов, Донецк, 26-28 мая 2020 года. – Донецк: ДонНТУ, 2020. – Т. 3 – С. 116–119.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 621.967.1

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОЙ СИЛЫ РЕЗКИ МЕТАЛЛОПРОКАТА СОРТОВЫМИ НОЖНИЦАМИ П.А. Петров, Д.А. Вишневский, В.А. Козачишен, В.Ю. Подгорный ГОУ ВО ЛНР «ДОНБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ», г. Алчевск, ЛНР Проанализированы особенности экспериментально-аналитических методов исследования процесса поперечной резки металлопроката сортовыми ножницами. Представлены результаты определения максимальной силы резки простых сортовых и фасонных профилей в холодном состоянии, которые могут быть использованы в инженерных задачах при обосновании конструктивнотехнологических параметров действующего и вновь проектируемого разделительного оборудования. Annotation. The features of experimental and analytical methods for studying the process of cross-cutting of rolled metal with section shears are analyzed. The results of determining the cutting force of simple section and structural shape rolling in the cold state, which can be used in engineering problems when substantiating the design and technological parameters of the existing and newly designed cutting equipment, are presented. Ключевые слова: поперечная резка, сила резки, сортовые ножницы, простой сортовой и фасонный металлопрокат, коэффициент формы профиля. Key words: cross cutting, cutting force, section shears, simple section and structural shape rolling, profile shape factor. В практике проектирования и эксплуатации сортовых ножниц поперечной резки возникают задачи связанные с необходимостью уточнения параметров и расширением технологических возможностей разделительной установки. Проектирование оборудования на предельные нагрузки обуславливает необходимость вычисления максимальной силы резки Pmax, определение которой, ввиду сложного характера ее распределения, может вызывать затруднения при проведении инженерных расчетов. Экспериментальные методы действенны, но сопряжены со значительными финансовыми 95

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

вложениями, временными и материальными затратами. В этой связи предпочтительными оказываются аналитические исследования, сложность реализации которых сопряжена с необходимостью учета значительного количества факторов: способа резки заготовки, конструктивного исполнения ножниц, характеристик режущего инструмента, типа (формы) разрезаемого профиля и температурноскоростных параметров процесса. Основными из которых следует считать: механические свойства разрезаемого материала, геометрические размеры поперечного сечения заготовки, схему резки и скорость деформации [1–3]. В таблице 1 представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований определения силовых параметров процесса поперечной резки сортовых профилей из алюминиевого сплава следующей формы и типоразмера: квадрат 10×10 мм, круг диаметром 12 мм, профиль угловой равнобокий 25×25×1,5 мм, профиль U–образный (швеллер) 10×20×10×1,5 мм. Эксперименты проводились на лабораторной установке гильотинных ножниц кафедры машин металлургического комплекса ГОУ ВО ЛНР «ДонГТИ» [4]. Таблица Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..1. Максимальные значения экспериментальной и теоретической силы резки профилей плоскими и фасонными ножами

1 2 3 1 Квадрат 10×10 мм* 27,9 2 Квадрат 10×10 мм по диагонали 29,3 3 Круг Ø12 мм 30,4 Швеллер (U–образный профиль 4 16,75 10×20×10×1,5 мм) Уголок 25×25×1,5 мм при 5 23,5 симметричном расположении Уголок 25×25×1,5 мм при 6 23,3 несимметричном расположении * плоские (параллельные) ножи; 96

Погрешность, %

Разработанной методики [4], кН

Погрешность, %

По методике [3]**, кН

Погрешность, %

Разрезаемый профиль

По методике [2]**, кН

№ п/п

Экспериментальные данные, кН

Расчетные параметры

4 5 6 7 8 9 23,21 –16,8 25,46 –8,7 26,09 –6,5 23,21 –20,8 24,53 –16,3 30,15 +2,9 26,22 –13,8 28,77 –5,4 31,50 +3,6 17,28 +2,9 18,96 +12,9 16,45 –1,7 17,97 –23,5 19,72 –16,1 25,57 +8,8 17,97 –22,9 19,72 –15,4 25,48 +9,4

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

** площадь сечения фасонных профилей и круга заменялась равным по площади (эквивалентным) квадратом

Вычисление максимальной силы резки Pmax при обработке простых сортовых профилей (квадрат, круг) может быть проведено классическими методами [1–3] и скорректировано на основании расширенных представлений о процессе [4]. Однако, ввиду невозможности учета в известных зависимостях определения силы резки формы разрезаемого профиля, результаты для случая разделения фасонного металлопроката (уголок, швеллер) и квадратных заготовок по диагонали фигурными (угловыми) ножами, имеют значительную погрешность (таблица 1). Отклонение от экспериментальных данных расчетных значений Pmax, полученных на основании известных решений составляет в среднем 15÷20% (табл. 1, столбцы 5 и 7). В свою очередь, применение уточненной методики [4] дает меньшую погрешность. Так, максимальная сила резки швеллера, полученная эмпирически составила 16,75 кН, рассчитанная аналитически 16,45 кН (погрешность 1,7%); уголка при симметричном расположении соответственно 23,50 кН и 25,57 кН (погрешность 8,8%). Таким образом, предложенная методика может быть рекомендована для использования в практике моделирования подобных разделительных процессов, но требует применения достаточно сложного математического аппарата, что также затрудняет проведение инженерных расчетов. Основную сложность вычисления максимальной силы резки фасонных заготовок представляет учет формы разрезаемого сечения, особенно в случае расположения разрезаемого профиля под углом к стеллажу резки (например, квадрат при диагональном расположении). Установлено, что распределение максимальной силы резки при разделении фланцевых заготовок имеет линейный характер, зависящий, в основном, от ширины разрезаемого профиля. Работа, затрачиваемая на разделительную операцию, зависит от высоты разрезаемого профиля (хода ножей через заготовку) [5]. Поэтому предлагается упростить определение максимальной силы резки Pmax путем использования семейства графиков Pmax · kф = f(b), представленных на рисунке 1. Задавшись геометрическими параметрами сечения профиля: шириной b, высотой h (в случае ортогонального расположения заготовки на стеллаже) или шириной горизонтальной проекции сечения b и суммарным ходом ножей через заготовку h (в случае расположения профиля под углом относительно линии движения инструмента); площадью поперечного сечения S и коэффициентом 97

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

формы профиля k (для квадратной заготовки 1,5, квадрат по диагонали 1,0, круг 1,33, уголок 0,99, швеллер 1,12 [6]) вычисляем поправочный коэффициент kф = k(h/b). Выбрав соответствующую площади S кривую при требуемой ширине сечения заготовки b по рисунку 1 графически определяем произведение Pmax · kф, откуда выразить максимальную силу резки Pmax не вызывает затруднений. Аналогично графическим зависимостям, полученным для случая резки фасонных заготовок из алюминиевого сплава в холодном состоянии (рисунок 1) для расширения области применения методики необходимо построение подобных аппроксимирующих зависимостей для других материалов и сплавов.

Рисунок 1. Аппроксимирующие кривые для определения максимальной силы резки Pmax сортовой заготовки из алюминиевого сплава АА6066 в холодном состоянии в зависимости от площади S поперечного сечения, горизонтальной проекции b и коэффициента формы kф

Представленное решение определения максимальной силы резки позволяет сопоставлять результаты разделения равных по площади, но различных по форме заготовок, что расширяет классические методы расчета силы реза, учитывающие только площадь поперечного сечения.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Выводы. Результаты работы могут быть использованы в расчетах энергосиловых параметров процесса поперечной резки простых сортовых и фасонных профилей, при обосновании конструктивно-технологических параметров действующего и вновь проектируемого разделительного оборудования, а также в дальнейших исследованиях разделительных операций сложнопрофильного металлопроката сортовыми ножницами. Список литературы 1. Машины и агрегаты металлургических заводов. В 3-х томах. Т. 3. Машины и агрегаты для производства и отделки проката. Учебник для вузов / А. И. Целиков [и др.]. – 2-е изд., перераб. и доп. – М. : Металлургия, 1988. – 680 с. 2. Королев, А. А. Механическое оборудование прокатных и трубных цехов: учебник для вузов. – 4-е изд. перераб. и доп. – М. : Металлургия, 1987. – 480 с. 3. Іванченко, Ф. К. Розрахунок машин і механізмів прокатних цехів. Навч. посіб. / Ф. К. Іванченко, В. М. Гребеник, В. І. Ширяєв – К. : Вища шк., 1995. – 455с.: іл. 4. Петров, П. А. Обоснование параметров и совершенствование конструкции ножей поперечной резки сортового проката : автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.02.13 / Петров Павел Александрович ; ГОУ ВПО «ДонНТУ» - Донецк, 2017. - 22 с. 5. Ульяницкий, В. Н. Влияние формы сечения и расположения сортового металлопроката на энергосиловые параметры резки фасонными ножами / В. Н. Ульяницкий, П. А. Петров // Вестник ДонНТУ. Специальный выпуск «Металлургические процессы и оборудование». – 2016. – № 4 (4). – С. 45–49. 6. Беляев, Н. М. Сопротивление материалов / Главная редакция физикоматематической литературы. – М. : Наука. – 1976. – 608 с.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 621.926 К ВОПРОСУ УТОЧНЕНИЯ СИСТЕМАТИЗАЦИИ ВАЛКОВЫХ И РОТОРНЫХ ЗУБЧАТЫХ ДРОБИЛОК Д.А. Власенко, Э.П. Левченко ГОУ ВО ЛНР «ДОНБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ», г. Алчевск, ЛНР На основании анализа конструктивных и технологических различий современных валковых и зубчатых роторных дробилок предложены уточнения в классификации дробильно-измельчительных машин, согласно которым данные дробилки рассматриваются в качестве отельных типов. Рассмотрены и систематизированы согласно группам подобия и различия основные конструкции зубчатых роторных дробилок. Based on the analysis of structural and technological differences between modern roller and gear rotary crushers, clarifications are proposed in the classification of crushing and grinding machines, according to which these crushers are considered as separate types. Considered and systematized according to the groups of similarities and differences, the basic designs of toothed rotary crushers. Ключевые слова: дробление, дробильные машины, валковая дробилка, однороторная зубчатая дробилка, классификация. Key words: crushing, crushing machines, single rotor gear crusher, classification. В общепринятой классической классификации дробильного оборудования [1, 2] длиннозубчатые дробилки [3, 4] относятся к классу валковых дробильно-измельчительных машин, что, по мнению авторов, является в корне неверным, ибо механизм разрушения материалов здесь носит совершенно иной характер. Так, в валковой дробилке процесс разрушения материала протекает при раздавливании куска дробимого материала между поверхностями вращающихся навстречу друг другу валков. При этом в роторных машинах с рабочими органами зубчатого типа (звездочками) роль раздавливания материала в рабочем пространстве дробилки сведена к

100

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

минимуму за счет реализации условий преимущественного разрушения материала срезом (изломом) или разламыванием куска дробимого материала о неподвижные опоры приемного стола или колосников [3–6]. Известно, что с точки зрения затрат энергии на дробление наиболее энергоемким является именно процесс раздавливания (сжатия), тогда как разламывание и срез (излом) требуют наложения значительно меньших усилий [5, 6]. Таким образом, длиннозубчатые (зубчатые) роторные дробилки следует выделять как отдельный класс дробильных машин (по способу наложения нагрузки на дробимый материал). При этом авторами данной работы предлагается следующее определение: зубчатая роторная дробилка — это механическая дробильная машина, применяемая для разрушения крупных кусков или массива дробимого материала путем раздавливания о поверхность приемного устройства (приемного стола), разламывания (излома) относительно его консольной части, а также продавливания кусков зубьями (лопастями) звездочек вращающегося ротора через колосники колосниковой решетки (в условиях использования однороторной дробилки) или между вращающимися навстречу друг другу зубьями звездочек роторов (для двухроторных дробилок). В связи с тем, что зубчатые роторные дробилки необходимо относить к отдельному классу, ниже приводится их классификация, более полно отражающая тенденции современного развития их конструктивных особенностей. Дробилки данного типа, согласно предложенной систематизации, рекомендуется подразделить по нижеперечисленным признакам. По количеству зубчатых роторов: – однороторные; – двухроторные. По размещению зубьев звездочек на роторе (относительно оси вращения): – расположенные в ряд (линейное расположение); –с расположением по винтовой линии (спиральное расположение); – с шевронным расположением лопастей звездочек на роторе. По числу ступеней дробления (наличию колосниковой решетки): – двухступенчатые (многоступенчатые) с колосниковой решеткой; – одноступенчатые с колосниковой решеткой; – одноступенчатые без колосниковой решетки.

101

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

По способу крепления колосниковой решетки: – двухопорная с горизонтальным расположением решетки; – двухопорная с наклонным расположением колосниковой решетки; – консольная. По форме колосниковой решетки: – плоская; – с перепадом поверхности контакта материала с колосниками; – ломаная; – вогнутая. По возможности переустановки колосников: – переворачиваемые обратной стороной (для повторного использования колосник разворачивают неизношенной поверхностью к зубьям ротора); – поворотные (по мере износа одной поверхности колосник поворачивают другой (неизношенной) гранью или сектором. По возможности замены рабочей поверхности зубьев: – цельные не заменяемые; – со сменными накладками. По взаимному расположению колосников и зубьев ротора: – с зубьями ротора, проходящими через колосниковую решетку; – с зубьями ротора, не проходящими через колосники. По возможности охлаждения: – с принудительным охлаждением; – без охлаждения. По расположению рабочей поверхности зубьев: – радиальные; – тангенциальные. По скорости вращения ротора: – тихоходные; – быстроходные. Выводы. На основании конструктивных и технологических отличий валковых и зубчатых роторных дробилок в работе предложены уточнения в классификации дробильно-измельчительных машин, согласно которым данные дробилки рассматриваются в качестве отельных типов. Рассмотрены и систематизированы по разновидностям различные конструкции зубчатых роторных дробилок.

Список литературы Клушанцев, Б.В. Дробилки. Конструкция, расчет, особенности эксплуатации / Б.В. Клушанцев, А.И. Косарев, Ю.А. Муйземнек. – М.: Машиностроение, 1990. – 320 с.

102

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

2 3

Перов, В.А. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых / В.А. Перов, С.Е. Андреев, Л.Ф. Биленко. – М.: Недра, 1990. – 301 с. Власенко, Д.А. Комплексный анализ особенностей эксплуатации дробильно-измельчительного оборудования в агломерационном производстве / Д.А. Власенко // Инновационные перспективы Донбасса: материалы 5-й Международной научно-практической конференции. Т.3. Инновационные технологии проектирования, изготовления и эксплуатации промышленных машин и агрегатов, г. Донецк, 21-23 мая 2019 г. – Донецк, 2019. – С. 150–154. Власенко, Д.А. Технические решения в области проектирования и повышения эффективности дробильно-измельчительных машин / Д.А. Власенко // Инновационные перспективы Донбасса. Инновационные технологии проектирования, изготовления и эксплуатации промышленных машин и агрегатов, Донецк, 26-28 мая 2020 года. – Донецк: ДонНТУ, 2020. – Т. 3 – С. 88–92. Власенко, Д.А. Обоснование конструктивно-технологических параметров одновалковой дробилки железорудного агломерата с шевронным расположением зубьев звѐздочек ротора / Д.А. Власенко // Сборник научных трудов ДонГТУ – Алчевск: ГОУ ВПО ЛНР «ДонГТУ», 2020. – № 19 (62). – С. 69–79. Власенко, Д.А. Аналитический способ определения мощности привода зубчатой роторной дробилки / Д.А. Власенко // Сборник научных трудов ДонГТИ – Алчевск: ГОУ ВО ЛНР «ДонГТИ», 2021. – № 22 (65). – С. 90–99.

103

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 64.012.42

ПРИМЕНЕНИЕ ОБЛАЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ТЕХНОЛОГИЙ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ УГОЛЬНОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ Е. А. Буленков, М. К. Кузнецов, Т. А. Газе ГОУВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ», г. Донецк, ДНР В данной работе рассмотрены особенности применения облачного приложения при проектировании технологических процессов изготовления деталей угольного машиностроения. Рассмотрена последовательность работ и основные возможности приложения. Оценивается возможность применения облачных приложений на современном уровне машиностроительного производства. This paper discusses the features of the cloud application in the design of the technological process for the manufacture of parts for coal engineering. The sequence of works and the main features of the application are considered. The possibility of using cloud applications at the modern level of mechanical engineering is assessed. Ключевые слова: облачное производство, технологический процесс, Индустрия 4.0. Keywords: cloud production, technological process, Industry 4.0. На данном этапе повсеместного внедрения Индустрии 4.0 предстоит максимальная информатизация и компьютеризация всех сфер производства, а также внедрение автоматизированного промышленного оборудования, подключенного к сети предприятия и Интернет, с возможностью удаленного управления и контроля над ходом технологического процесса [1]. Между тем, на текущем этапе машиностроительная отрасль, в частности угольное машиностроение, остро нуждается в разработке технологического обеспечения на базе облачных технологий и современных информационных технологий, присущих поколению Индустрии 4.0 [2, 3]. Это позволит в дальнейшем значительно увеличить сроки подготовки производства, снизить себестоимость продукции, и гибко реагировать на различные неполадки и нарушения хода технологического процесса, в том числе в удаленном режиме.

104

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

На основании вышесказанного, целью данной работы является повышение эффективности производства изделий угольного машиностроения путем горизонтальной интеграции производства за счет использования облачных технологий Индустрии 4.0. Среди облачных систем для машиностроительного производства типа SaaS особое место занимает компания Autodesktm. Ее облачный программный продукт Fusion 360 обладает полным комплексом программных продуктов как для проектирования изделий (CAD), так и для моделирования технологических процессов и создания и вывода управляющих программ для станков с ЧПУ (CAM). AutodeskFusion 360 CAM имеет следующие возможности: - подготовка управляющих программ для станков с ЧПУ. Данный программный комплекс отрабатывает оптимальные траектории движения инструмента, позволяет повысить производительность обработки и снизить износ инструмента; -подготовка твердотельной модели для 3D-печати; -выпуск двумерного чертежа детали с расстановкой размеров, настройкой всех необходимых видов и экспортом данных в формат DWG или PDF. При необходимости чертеж можно доработать в Autocad. В Fusion 360 представлено большинство видов обработки на станках ЧПУ. Предусмотрена широкая палитра стратегий обработки для токарных, двух и трехмерных фрезерных операций, а также обработки отверстий осевым инструментом. В ходе выполнения работы, рассматривалась технология обработки детали «Вал шестерня». Согласно структуры технологического процесса, деталь подвергается обработке на различных станках с ЧПУ. Для всех операций средствами Fusion360 были разработаны управляющие программы. При работе в облачном приложении в модуле Manufacture в дереве модели с правой кнопки мыши выбирается вкладка установка (setup), и выбирается NewSetup. При этом открывается диалоговое окно, в которое необходимо внести модель станка (раздел Mashine), тип операции и количество шпинделей, координаты базовых точек и расположение координатных осей (work coordinate system), положение плоскости безопасности (SafeZ). Далее добавляются все требуемые переходы. Режимы обработки выбираются автоматически, в случае необходимости их можно корректировать. После задания всех параметров нажимается кнопка ОК, и система формирует переход (рис. 1).

105

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

После задания всех параметров каждого перехода, формируется G-код программы. Для этого в дереве модели выделятся установ, на котором производится обработка, и выбирается пункт PostProcess на панели ACTIONS. В появившемся окне выбирается тип обработки, производитель постпроцессора и сам постпроцессор. Далее по нажатию на кнопку Post генерируется управляющая программа для станка с ЧПУ, которая может быть выведена на соответствующее устройство.

Рисунок 1. Параметры чистового перехода при точении. Процесс обработки может быть визуализирован с помощью команды Simulate на панели ACTION. Таким образом, была составлены программы для обработки вала-шестерни на станках с ЧПУ. Результат показал, что данный процесс в облачной системе Fusion 360 позволяет значительно сократить трудоемкость технологической подготовки производства за счет совмещения процесса разработки управляющих программ с разработкой технологии изготовления детали, а также параллельной работы конструктора и технолога. Кроме того, облачное приложение позволяет разрабатывать эскизы и наладки непосредственно при разработке технологии, что также позволяет сократить время на технологическую подготовку производства. Перечень ссылок 1. Xi Vincent Wang, Mohammad Givehchi, Lihui Wang (2017) Manufacturing system on the cloud: a case study on cloud-based process planning // Procedia CIRP vol. 63 P.: 39 – 45. 2. J. Xie et al. (2019) Integrated Cloud CAE Simulation System for Industrial Service Applications // IEEE Access. Vol. 7. P.: 2169-3536. DOI: 10.1109/ACCESS.2019.2895956. 3. Wang, X.; Wan, J. (2021) Cloud-Edge Collaboration-Based Knowledge Sharing Mechanism for Manufacturing Resources // Appl. Sci., 11, 3188. DOI: 10.3390/app11073188.

106

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 669.02/.09:004.422.422:612.821.1

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОСВЯЗИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ, УТОМЛЯЕМОСТИ И ОШИБАЕМОСТИ ЧЕЛОВЕКА-ОПЕРАТОРА ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ МАШИН И АГРЕГАТОВ Д.А. Вишневский1, А.Л. Сотников2, Н.А. Бондарь1 1 ГОУ ВО ЛНР «ДОНБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ», г. Алчевск, ЛНР 2 ГОУ ВПО ДНР «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ», г. Донецк, ДНР Представлена математическая модель прогноза динамики изменения факторов, влияющих на функциональные характеристики оператора металлургического оборудования. В качестве таких функциональных характеристик выбраны факторы: работоспособность (X), утомляемость (Y), ошибаемость (Z) оператора в течение рабочей смены. Annotation. A mathematical model for forecasting the dynamics of changes in factors affecting the functional characteristics of an operator of metallurgical equipment is presented. The following factors were selected as such functional characteristics: working capacity (X), fatigue (Y) and operator error (Z) during the work shift. Ключевые слова: система человек-машина, работоспособность, утомляемость, ошибаемость, оператор металлургического оборудования. Key words: man-machine system, efficiency, fatigue, error, operator of metallurgical equipment. Сложные технические системы не могут нормально функционировать без такого важного звена как человек. Согласно изученной литературы около 40 % отказов различных технических систем прямо или косвенно связаны человеческим фактором (ЧФ), а 20 % – напрямую с человеком [1, 2]. В этой связи актуально создание модели прогноза динамики изменения факторов, влияющих на функциональные характеристики оператора металлургического оборудования (МО). В качестве таких функциональных характеристик

107

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

нами выбраны факторы: работоспособность (X), утомляемость (Y), ошибаемость (Z) оператора в течение рабочего дня. Выбранные показатели X, Y и Z в модели берутся в унифицированном виде с интервалом значений для каждого [0, 1]. Крайние значения интервала являются маркерами для переменных и имеют однозначную и понятную интерпретацию: значение 0 обозначает, что описанное термином качество отсутствует; значение 1 – напротив, соответствует максимально возможному состоянию описанного качества. Кроме этого, мы предлагаем шкалу [0, 1] классифицировать по трем градациям качественными категориями А, В и С (табл.1). Таблица 1. Шкалы оценки функциональных характеристик оператора в системе человек-машина Интервал Классы интервалов разбиения всех Класс С Класс В Класс А значений [0, 1] [0, 0.3] (0.3, 0.7] (0.7, 1] Показатели Описание классов для данного показателя Низкая Средняя Высокая Х работоспособность работоспособность работоспособность Средняя Высокая Низкая утомляемость У утомляемость утомляемость оператора оператора оператора Низкая степень Средняя степень Высокая степень Z ошибаемости ошибаемости ошибаемость оператора оператора оператора

Данные шкалы используются на различных этапах создания модели и ее решения для диагностики текущего состояния системы по результатам решения соответствующей системы уравнений. Модель строится на общих допущениях о характере изменения факторов со временем и по отношению друг с другом [3]: - повышение интенсивности работы приводит к увеличению утомляемости сотрудника; - увеличение утомляемости оператора приводит к снижению работоспособности; - ошибаемость оператора во время работы увеличивается при увеличении степени его утомляемости; - изменения X , Y и Z во времени без учета ограничений, накладываемых другими факторами, (внутреннее саморазвитие) подчиняется логистическому закону. Аналог такой модели в биологии - модель Ферхюльста [4]:

108

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

dx x   ax  1   , dt  K

(1)

где: K – емкость популяции, в нашем случае – параметр, регулирующий верхнюю границу показателя, a – характеризует процесс саморазвития при отсутствии сдерживающих факторов. В настоящее время имеются уточняющие модели [4], использующие нелинейную форму первого сомножителя формулы (1):

dx ax  dt x  

x   1   ,  K

(2)

которые регулируют процесс при малых значениях Х. Схема взаимосвязей показателей X, Y, Z, внешних и внутренних влияющих факторов показана на рис.1.

+ ь ст о н X соб о сп о от аб

Ут ом Y ля ем ос ть

+ Z Ошибаемость

Рисунок 1 – Граф связей функциональных характеристик человека-оператора

На рис.1 отражено взаимовлияние показателей-переменных X, Y, Z. Схема организована в виде ориентированного графа, где вершинами являются показатели X, Y, Z, направление дуг указывает в сторону показателя, на который оказывается влияние, а знак дуги отражает прямую (+) или обратную (–) связь. Модель, удовлетворяющая описанным выше допущениям, может быть представлена в непрерывной форме в виде систем дифференциальных уравнений (3), либо в дискретной форме рекуррентных соотношений (5).

109

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

 dx x x  dt  a1 d x  с  (1  k )  b1 xy  h1 xz 1 1 1   y y  dy  (1  )  b2 xy (3)   a2 d 2 y  с2 k2  dt  z z  dz  a  (1  )  b3 yz 3  dt d 3 z  с3 k3 Начальные условия системы (3) имеют вид: x0  x(0), y0  y(0), z0  z(0) . (4) Параметры ai, bi, ki, h1 определяются в результате предварительного тестирования работника, а в дальнейшем корректируются дополнительными коэффициентами, соответствующими изменениям ограничивающих факторов, параметры ci и di являются параметрами формы нелинейности, используемой в правой части системы (3). Для выполнения расчета приведем систему (3) к рекуррентной форме, используя шаг дискретизации по времени t  1 мин :  xi xi  xi 1  xi  a1 d x  c  (1  k )  b1 xi yi  h1 xi zi 1 i 1 1   yi y   (1  i )  b2 xi yi  yi 1  yi  a2 d 2 yi  c2 k2   zi z z  z  a  (1  i )  b3 yi zi i 1 i 3  d 3 zi  c3 k3

(5)

Система (5) решается следующим образом: – задаются начальные условия переменных: x0 , y0 , z0 – нулевая итерация системы, соответствует началу работы оператора; – вычисляются правые части системы (4) при нулевой итерации и получают: – x1, y1, z1 – первая итерация системы, соответствует моменту времени t=1 мин; – вычисляются правые части системы (4) при первой итерации: x2 , y2 , z2 – вторая итерация системы, соответствует моменту времени t=2 мин; – и т.д.

110

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Одной из вычислительных программ для решения системы (5) является табличный процессор Microsoft Excel, который представляет собой пакет электронных таблиц, позволяющий реализовать алгоритм последовательного расчета рекуррентных уравнений. Данное программное средство используется на первом этапе решения системы, его преимущество – в возможностях составлять и оценивать разные сценарии связей показателей, в возможности варьировать и подбирать входные параметры. Особенно это важно в начальной стадии моделирования в условиях выбора начальных приближений основных параметров модели. Решением системы (5) являются три сопряженных временных ряда значений показателей X, Y, Z, которые могут быть проиллюстрированы в графической форме на рисунке (а и б – разные ситуации). Исследование поведения переменных X, Y, Z в зависимости от параметров системы, от начальных данных, от корректирующих коэффициентов поможет лучше понять их взаимовлияние и затем подобрать наиболее оптимальный режим работы оператора.

Рисунок 2 – Изменение показателей работы оператора МО Представляет интерес протестировать с помощью представленной модели влияние краткосрочных перерывов на уменьшение уровня ошибаемости оператора, что позволит повысить надежность работы оператора. Важной частью данного этапа моделирования является проверка модели на адекватность. Параметры модели подбираются на основе экспериментальных данных, затем решение систем (3) или (5) сравниваются с фактическими результатами. Качество модели оценивается количественно с помощью средней квадратической

111

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

ошибки уравнения, относительной подтвержденными исследованиями [5].

погрешности

уравнения,

Выводы. В процессе выполнения работы оператором может быть совершена ошибка преднамеренно или непреднамеренно, что может привести к выходу из строя всей системы. Разработанная математическая модель прогнозирует динамику изменения факторов, влияющих на функциональные характеристики оператора МО. В качестве таких функциональных характеристик выбраны факторы: работоспособность (X), утомляемость (Y), ошибаемость (Z) оператора в течение рабочей смены. Список литературы 1. Сулейманов, М.Г. Оценка надежности персонала при профессиональном отборе кадров в металлургии [Текст] / Сулейманов М.Г., Абдуллина Л.Ш. // Весник МГТУ им. Г.И. Носова, 2014. №3. - С. 73-78. 2. Вишневский, Д.А. Влияние организационных факторов на надежность металлургического оборудования. [Текст] / Д.А. Вишневский, Р.Ю. Коробов // Сборник научных трудов 4-й Международной молодежной научно-практической конференции. Россия, Курск, 2017 г., С 146-149. 3. Виноградова, О. В. К физиолого-гигиенической характеристике ночного труда при погрузо-разгрузочных работах /О.В. Виноградова, Г.А. Сорокин, Н.Н. Хавкина // Гигиена труда и профзаболевания. – 1975. – № 2. – С.5-8. 4. Вольтерра, В. Математическая теория борьбы за существование / В. Вольтерра, М.: Наука, 2004. 288 c. 5. Вишневский, Д.А. Повышения безотказности металлургического оборудования методами контроля психофизиологических параметров работника в режиме реального времени. / Д.А. Вишневский, А.П. Жильцов, А.Л. Сотников, Н.А. Бондарь // Современная металлургия нового тысячелетия, посвящается 10-летию Металлургического института ЛГТУ : сб. науч. тр. III Всеросс. (с международным участием) науч.-практ. конф., 21-23 октября 2020 г., Липецк. – Липецк : Изд-во Липецкого государственного технического университета, 2020. С. 45-51.

112

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 539.5 ПРИМЕНЕНИЕ СПЛАВОВ С ГИГАНТСКОЙ МАГНИТОСТРИКЦИЕЙ В.В. Малашенко, А.Д. Гладкая ГУ «Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина», г. Донецк, ДНР ГОУ ВПО «Донецкий национальный университет», г. Донецк, ДНР г. Донецк, ДНР ГОУ ВПО «Академия управления и государственной службы», г. Донецк, ДНР ГОУ ВПО «Донецкий национальный университет экономики и торговли им. М. Туган-Барановского» г. Донецк, ДНР Аннотация. Получено аналитическое выражение упрочнения сплава с гигантской магнитострикцией дислокационными петлями при высокоскоростной деформации. Показано, что величина упрочнения снижается при увеличении константы магнитострикции. Annotation. An analytical expression for the hardening of an alloy with giant magnetostriction by dislocation loops under high strain rate deformation is obtained. It is shown that the hardening decreases with an increase of the magnetostriction constant. Ключевые слова: сплавы, гигантская магнитострикция, высокоскоростная деформация, упрочнение. Keywords: alloys, giant magnetostriction, high strain rate deformation, hardening. Материалы с гигантской магнитострикцией находят все более широкое промышленное применение, их используют для изготовления антивибрационных систем, датчиков давления, сенсоров. Поскольку эти материалы являются конструкционными, большое значение имеют их механические свойства, которые определяются зарождением и движением дислокаций, а также их взаимодействием с другими дефектами структуры. В условиях высокоэнергетических воздействий реализуется высокоскоростная пластическая деформация, при этом гигантская магнитострикция оказывает существенное влияние на динамику дислокаций, а, следовательно, и на формирование механических свойств материалов, в частности, прочность и пластичность. Высокоскоростная деформация имеет место при ковке, штамповке, резке, высокоскоростной обработке, при использовании

113

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

динамического канально-углового прессования [1]. Дислокации, являющиеся основными носителями пластической деформации, совершают при этом надбарьерное скольжение, а их скорость может составлять тысячи метров в секунду. Весьма эффективным инструментом исследования процессов, происходящих при высокоскоростной деформации, является развитая нами теория динамического взаимодействия структурных дефектов, позволяющая в рамках единого подхода решить аналитически широкий круг задач динамики дислокаций, объяснить ряд имеющихся экспериментальных данных, предсказать новые динамические эффекты, а также выявить общие черты протекания процессов в совершенно разных физических системах [2–5]. Механизм диссипации при высокоскоростной деформации заключается в необратимом переходе кинетической энергии дислокации, совершающей надбарьерное скольжение, в энергию ее поперечных колебаний в плоскости скольжения. Этот механизм весьма чувствителен к условиям возникновения этих колебаний, т.е. зависит от спектра дислокационных колебаний, в первую очередь от наличия в нем щели. Наличие такой щели означает, что дислокация совершает колебания в потенциальной параболической яме, которая перемещается по кристаллу вместе с дислокацией. Такая яма может быть создана коллективным взаимодействием точечных дефектов, коллективным междислокационным взаимодействием, силами изображения в приповерхностном слое, магнитоупругим взаимодействием. В материалах с гигантской магнитострикцией именно магнитоупругое взаимодействие вносит главный вклад в формирование спектральной щели. Наличие щели оказывает существенное влияние на характер и величину динамического торможения дислокации различными структурными дефектами, а, следовательно, и на формирование их механических свойств. Гигантскую магнитострикцию в области низких температур демонстрируют Tb, Dy, Ho, Er и ферриты-гранаты этих металлов (например, Tb3Fe5O12) – на два-три порядка выше, чем магнитострикция в сплавах и ферритах группы Fe [6]. При комнатных температурах такие значения магнитострикции можно получить, используя ферримагнитные соединения DyFe2, HoFe2, DyFe3. Важным типом структурных дефектов, влияющих на свойства материалов, являются дислокационные петли, которые могут возникать при ковке, штамповке, радиационном облучении материалов. В сплавах с гигантской магнитострикцией упрочнение, обусловленное наличием дислокационных петель, имеет свои

114

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

специфические особенности, поскольку в этом случае оно зависит от магнитных характеристик материала. Сила динамического торможения движущейся краевой дислокации дислокационными петлями имеет характер сухого трения, т.е. не зависит от скорости дислокационного скольжения. В этой области скоростей вклад динамического торможения дислокации петлями в упрочнение сплава определяется выражением 4 accs n ; K  K M 0 M  c (1   ) 2 ln  m 0 Здесь  – модуль сдвига,  – коэффициент Пуассона, M0 – намагниченность насыщения,  – константа магнитоупругого взаимодействия, M  gM 0 , g – гиромагнитное отношение, θс – температура Кюри. Параметры  0 и cs определяют спектр магнонов в ферромагнетике с анизотропией типа легкая ось, когда магнитное поле направлено вдоль оси анизотропии:  k   0  cs2k 2 (k – волновой вектор). Из полученного выражения следует, что увеличение константы магнитострикции и намагниченности насыщения приводит к уменьшению величины упрочнения сплава с гигантской магнитострикцией. Выводы. Полученные результаты могут быть полезными при выборе сплава с гигантской магнитострикцией для использования в условиях высокоэнергетических внешних воздействий. Перечень ссылок 1. Smith R. F. High strain-rate plastic flow in Al and Fe Collins / R.F. Smith, J. H. Eggert, Rudd R. E., Swift D. C., Bolme C. A. // Journal of Applied Physics.–2011. –V. 110. – P. 123515(1–11). 2. Malashenko V.V. Dependence of Dynamic Yield Stress of Binary Alloys on the Dislocation Density under High-Energy Impacts / V.V. Malashenko // Physics of the Solid State.- 2020.- Vol. 62, No. 10, pp. 1886–1888. 3. Malashenko V.V. Influence of the Guinier–Preston Zones on the Concentration Dependence of the Yield Point of the Aged Two-Component Alloys in Conditions of High-Speed Deformation / V.V. Malashenko // Physics of the Solid State.- 2019.- Vol. 61, No. 10, pp. 1800–1803. 4. Malashenko V.V. Dynamic drag of dislocation by point defects in near-surface crystal layer / V.V. Malashenko // Modern Рhys. Lett. B. – 2009. – Vol. 23, № 16. – Р. 2041–2047. 5. Malashenko V.V. Dynamic drag of edge dislocation by circular prismatic loops and point defects // Physica B: Phys. Cond. Mat. 2009. V. 404, № 2. Р. 3890–3892. 6. S.-M. Na, J.-J. Park, S. Lee, S.-Y. Jeong, A.B. Flatau. Magnetic and structural anisotropic properties of magnetostrictive Fe-Ga flake particles and their epoxy-bonded composites // Mater. Lett. – 2018. – Vol. 213.– P. 326-330. 115

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 621.69

ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ПРОГРАММЫ ОДНОМЕРНОГО НЕСТАЦИОНАРНОГО ПУЛЬСИРУЮЩЕГО ТЕЧЕНИЯ В. А. Панов ГОУ ВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» г. Донецк, ДНР В статье описаны результаты компьютерной программы по визуализации одномерного течения газа адиабатического без трения процесса при пульсирующей подаче активного потока. Представлены изображения, наглядно показывающие ударно-волновые картины по времени данного процесса. The article describes the results of a computer program for visualizing a one-dimensional gas flow of an adiabatic frictionless process with a pulsating active flow. The images are presented that clearly show the shock-wave patterns in time of this process. Ключевые слова: струйный аппарат, газо(паро)струйный компрессор, пульсирующий, противодавление. Keywords: jet device, gas (steam) jet compressor, pulsating, back pressure. Струйные аппараты широко применяются во многих отраслях промышленности. Это обусловлено простотой конструкции, отсутствием движущихся деталей, удобством эксплуатации. Однако в процессе на производстве присутствует существенный недостаток: низкий КПД. Это вызвано процессом смешения рабочего (активного) и присоединяемого (пассивного) потоков. Кроме того, в случае использования газообразных сред в качестве потоков происходит «запирание» струйного аппарата, что ограничивает его возможности по повышению энергоэффективности (в т. ч. КПД). Второй причиной, снижающей КПД, является работа струйного аппарата на нерасчѐтных режимах работы сопла. Это происходит из-за отсутствия регулирования параметров активного потока. Возникает необходимость добавления системы управления, что существенно усложняет конструкцию устройства. Одним из способов повышения КПД газо-газового струйного аппарата, работающего в режиме инжекции (т. е. повышение давления инжектируемого потока до необходимого уровня противодавления), является замена стационарной подачи одним из видов пульсирующей. Прерывисто-пульсирующий режим (это 1-й вид) рассмотрен в [1 116

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

и 2]. Но это решение является ограниченным, т. к. в первом случае сохраняется процесс поверхностного взаимодействия потоков, основанный на поперечных пульсациях турбулентных струй. Преимущество упомянутого способа обусловлено наличием снижения амплитуды факела струи и заполнением создавшейся области пониженного давления присоединяемым газом. В [2] недостатком является отклонение активного потока от оси аппарата, что увеличивает потери давления, повышение которого и стоит главной задачей в струйных компрессорах. Наиболее подходящим для работы струйного аппарата, работающего в режиме инжекции, есть пульсирующий режим с наличием прерывания подачи потока (это 2-й вид). В этом случае потери давления значительно меньше, чем при стационарном. Вторым условием повышения КПД является отсутствие процесса поверхностного присоединения инжектируемого потока к активному. В тестовом расчѐте рассматривается течение в осесимметричном цилиндрическом канале, без теплообмена через стенку канала. Форма импульса – прямоугольная. В качестве противодавления использовано атмосферное давление. Подача активного потока – центральная. Математическая модель – одномерное течение газа; решение системы уравнений движения – инварианты Римана на характеристиках; метод представления – плавающая сетка. Скачки давления имеют нулевую длину, т. е. рассматриваются как слабые ударные волны. Для визуализации ударно-волнового процесса была разработана компьютерная программа на языке Delphi. Программа на первом уровне состоит из четырѐх частей: 1) задание краевых и начальных условий; 2) визуализация прохождения в рабочей камере простой (в невозмущѐнном потоке) волны; 3) процесса вдува высоконапорного потока; 4) процесса втекания низконапорного потока. Главный модуль

Образование массивов начального приближения

Расчёт волны при вдуве высоконапорного потока

Расчёт параметров низконапорного потока

В свою очередь три последних модуля первого уровня выполняют следующие задачи: № 2) визуализация прохождения в рабочей камере простой волны

117

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Образование массивов начального приближения

Определение термодинамических параметров в узлах сетки при невозму-щённом потоке

Образование массивов следующего временного уровня

Параметры на выходной границе рабочей камеры по условию сохранения инвариант Римана

№ 3) процесса вдува высоконапорного потока

Расчёт волны при вдуве высоконапорного потока

Определение термодинами-ческих параметров в узлах сетки

Образование массивов следующего временного уровня

Местонахожде-ние контактного разрыва внутри рабочей камеры

Параметры на границе слева от контактного разрыва

№ 4) процесса втекания низконапорного потока

Расчёт параметров низконапор-ного потока в рабочей камере

Масса втекаемого низконапорно-го потока

Расчёт параметров на левом конце рабочей камеры

Пересечение волн разрежения с контактным разрывом

Расчёт скачкообразно-го изменения при переходе характеристики по течению

Расчёт параметров на правом конце рабочей камеры

Основным свойством в упомянутых процессах является разделение на две части: первая – прохождение контактного разрыва по рабочей камере и его выход из неѐ; вторая – волновая при свободном движении волн. При расчѐте с наличием контактного разрыва следующая волна начинает своѐ движение при достижении текущей волной следующего 118

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

узла сетки характеристик. Т. е. контактный разрыв в начальный момент находится между двумя волнами. Причѐм следующая волна, как правило, настигает его, т. к. еѐ скорость больше скорости потока на величину скорости возмущения. Т. е. чем медленнее движется поток, тем большее волн пересечѐт контактный разрыв и изменит газодинамические параметры в ячейке между проходимыми узлами сетки. По достижении выхода волна изменяет значения физических величин исходящего потока. Условие окончания процесса расчѐта – по продолжительности периодов вдува и втекания или остановка течения (как вариант, начала движения в обратную сторону). Результаты на каждом из трѐх частей первого уровня: № 2) визуализация прохождения в рабочей камере простой (в невозмущѐнном потоке) волны

; № 3) процесса вдува высоконапорного потока

119

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

; № 4) процесса втекания низконапорного потока. Выводы: 1) программа даѐт возможность наблюдать ударноволновой процесс в рабочей камере; 2) на основании расчѐта потоков можно определить длительности вдува и втекания; 3) предоставляется средство для определения коэффициента инжекции выбранного соотношения периодов при итерационном расчѐте. Перечень ссылок 1. Антонов, В. П. Исследование низконапорного газо-воздушного эжектора при прерывисто-пульсирующем истечении : специальность 05.273 «Промышленная теплоэнергетика»: дис. на соиск. учѐной степени канд. техн. наук / Антонов В. П.; Дальневосточный ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. В.В. Куйбышева.– Владивосток, 1972. – 147 с. 2. А. с. № 1564400 СССР, МПК F04F5/46 (2000.01). Газоструйный аппарат : № 1564400 : заявл. 08.02.1988 : опубл. 15.05. 1990/ Панов В. А. ; заявитель – Панов В. А. – 3 с. 3. Патент № 2097606 Российская Федерация, МПК F04 F5/04 (1995.01). Пульсирующий эжектор : № 2097606 : заявл. 15.03.1994 : опубл. 27.11.1997/ Рудаков А. И., Асадуллин Н. М.; заявитель – авторы. – 3 с.

120

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 539.5 ОСОБЕННОСТИ МЕХАНИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ СПЛАВОВ В УСЛОВИЯХ ИНТЕНСИВНЫХ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ В.В. Малашенко, Т. И. Малашенко ГУ «Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина», г. Донецк, ДНР ГОУ ВПО «Донецкий национальный университет», г. Донецк, ДНР г. Донецк, ДНР ГОУ ВПО «Академия управления и государственной службы», г. Донецк, ДНР ГОУ ВПО «Донецкий национальный технический университет», г. Донецк, ДНР Аннотация. Получена аналитическая зависимость динамического предела текучести состаренного бинарного сплава от плотности дислокаций в условиях высокоскоростной деформации. Получены условия нарушения соотношения Тейлора в состаренных бинарных сплавах. Annotation. An analytical dependence of the dynamic yield stress of an aged binary alloy on the dislocation density under high strain rate deformation is obtained. Conditions for violation of the Taylor relation in aged binary alloys are obtained. Ключевые слова: состаренные бинарные сплавы, высокоскоростная деформация, динамический предел текучести. Keywords: aged binary alloys, high strain rate deformation, dynamic yield stress. Одним из эффективных способов улучшения механических свойств функциональных материалов является деформационное упрочнение. Как известно, основными носителями пластической деформации являются дислокации – линейные дефекты структуры, способные перемещаться под действием внешних нагрузок вдоль плотноупакованных плоскостей. Именно их зарождение, размножение, перемещение по кристаллу и взаимодействие с другими структурными дефектами в значительной степени определяет формирование механических свойств материалов. Структурные дефекты, взаимодействуя с дислокациями и препятствуя их перемещению по кристаллу, способствуют повышению его прочности и увеличению предела текучести, т.е. внешнего механического напряжения, выше которого деформация становится пластической, приобретая необратимый характер. При интенсивной деформации в

121

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

кристалле возникает большое количество закрепленных дислокаций, оказывающих сопротивление скольжению подвижных дислокаций, тем самым приводя к возникновению деформационного упрочнения. Зависимость механических свойств функциональных материалов от плотности дислокаций при квазистатической деформации изучена весьма подробно и может быть удовлетворительно описана соотношением Тейлора, согласно которому, в частности, предел текучести металлов и сплавов пропорционален квадратному корню из плотности дислокаций. Это соотношение является довольно универсальным. Оно удовлетворительно описывает эффекты, обусловленные как дальнодействующими полями дислокаций, так и возникающие при пересечении движущимися дислокациями неподвижных дислокаций леса. Соотношение Тейлора выполняется не только при квазистатической деформации, но и при высокоскоростной, в частности, при деформировании стали и меди. Однако в случае высокоскоростной деформации состаренных бинарных сплавов, содержащих зоны Гинье-Престона, возникает более сложная ситуация. Высокоскоростная деформация реализуется при ковке, штамповке, высокоскоростной обработке функциональных материалов и существенно отличается от квазистатической, прежде всего, изменением механизма диссипации [1, 2]. В случае высокоскоростной деформации кинетическая энергия движущихся дислокаций превосходит энергию их взаимодействия с неподвижными структурными дефектами. Дислокации преодолевают их динамическим образом без помощи тепловых флуктуаций. При этом механизм диссипации заключается в необратимом переходе энергии внешних воздействий в энергию поперечных колебаний дислокаций в плоскости скольжения. Воспользовавшись результатами развитой нами теории динамического взаимодействия структурных дефектов [3–6], получим выражение для динамического предела текучести состаренного бинарного сплава в следующем виде nd  2 nGb 2 R B  b       b    2 2  bc b2 b2  nd  2  c  b  n 





Здесь  – модуль сдвига,  – плотность дислокаций,  – безразмерный коэффициент порядка единицы, В – константа демпфирования, обусловленная фононными, магнонными или электронными механизмами диссипации,  – скорость пластической деформации, nG – объемная концентрация зон Гинье-Престона, nd – 122

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

безразмерная концентрация атомов второго компонента,  – параметр их размерного несоответствия, R средний радиус зоны Гинье-Престона, b – модуль вектора Бюргерса дислокации, c – скорость распространения в кристалле поперечных звуковых волн. При значениях параметров   5 1015 м2 , b  4 1010 м, R  4 109 м, nd  104 ,   101 , с  3 103 м/с, nG  1023 м3 , B  104 Пa  с ,   106 с-1 основной вклад в торможение ансамбля движущихся дислокаций вносят торможение зонами Гинье-Престона и торможение неподвижными дислокациями, определяемое соотношением Тейлора. Зависимость динамического предела текучести состаренного бинарного сплава от плотности дислокаций в этом случае становится немонотонной: корневой рост сменяется спадом. Максимум соответствует значению плотности, при которой дислокации начинают вносить главный вклад в формирование дислокационного спектра. Таким образом, при высоких значениях плотности дислокаций и концентрации зон Гинье-Престона в условиях высокоскоростной деформации возможно нарушение соотношения Тейлора. Учет полученных зависимостей может быть весьма существенным при анализе механического поведения состаренных бинарных сплавов в условиях интенсивных внешних воздействий. Выводы. Полученная аналитическая зависимость позволяет выполнять оценки динамического предела текучести состаренных бинарных сплавов в широком интервале концентраций различных структурных дефектов. Перечень ссылок 1. Tramontina D.R. Simulation of Tantalum Nanocrystals Under Shock-Wave Loading: Dislocations and Twinning / D.R. Tramontina, E.N. Hahn, M.A. Meyers, and E.M. Bringa // AIP Conference Proceedings.- 2017.-1793.- 070002 (1-6). 2. Smith R. F. High strain-rate plastic flow in Al and Fe Collins / R.F. Smith, J. H. Eggert, Rudd R. E., Swift D. C., Bolme C. A. // Journal of Applied Physics.–2011. –V. 110. – P. 123515(1–11). 3. Malashenko V.V. Influence of the Guinier–Preston Zones on the Concentration Dependence of the Yield Point of the Aged Two-Component Alloys in Conditions of High-Speed Deformation / V.V. Malashenko // Physics of the Solid State.- 2019.- Vol. 61, No. 10, pp. 1800–1803. 4. Malashenko V.V. Dynamic drag of dislocation by point defects in near-surface crystal layer / V.V. Malashenko // Modern Рhys. Lett. B. – 2009. – Vol. 23, № 16. – Р. 2041–2047. 5. Malashenko V.V. Dynamic drag of edge dislocation by circular prismatic loops and point defects / V.V. Malashenko // Physica B: Phys. Cond. Mat. 2009. V. 404, № 2. Р. 3890–3892. 6. Malashenko V.V. The Influence of Collective Effects on the Concentration Dependence of the Yield Stress of Alloys under High-Energy Impacts. / V.V. Malashenko // Technical Physics Letters . – 2020. – Vol. 46, No. 9. – Р. 925–927.

123

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 62-78

ПРОБЛЕМЫ НАГРЕВА ЛЕНТЫ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ШАХТНОГО ЛЕНТОЧНОГО КОНВЕЙЕРА Т.П. Мищенко ГОУ ВПО «Донецкий национальный технический университет», г. Донецк, ДНР Рассматриваются существующие методы и средства контроля оборудования шахтного ленточного конвейера (ШЛК) для определения проблем предупреждения нагрева ленты при работе установки. Existing methods and means of monitoring the equipment of the mine belt conveyor (MBC) to identify and solve problems belt heating warning, are considered. Ключевые слова: шахтный ленточный конвейер, элементы конструкции, лента, тяговые параметры, скорость проскальзывания, нагрев. Keywords: mine belt conveyor, design elements, belt, traction parameters, creep speed, heating. В современном мире повсеместно вошло в эксплуатацию перемещение грузов с помощью ленточных конвейеров. Основной отраслью использования данного вида транспорта является горная промышленность. С учетом сложных условий работы даже использование трудногорючих лент не дает гарантии невозникновения аварийной ситуации в процессе эксплуатации шахтного ленточного конвейера (ШЛК). Для устранения проблем нагрева широко применяются различные методы и средства контроля, оценки и диагностики, анализ и классификация которых по трем наиболее актуальным направлениям рассматривалась в [1]. Но необходимость систематизировать и рационально выбирать для использования наиболее безопасный метод или наименее дорогое средство остается актуальной. Вопросами возникновения пожароопасных ситуаций на шахтных ленточных конвейерах, их причинами и последствиями, связанными с нагревом, возгоранием, занимались и занимаются в настоящее время

124

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

многие ученые, исследователи и производственники. Существующие методы испытания лент шахтных конвейеров на пожаробезопасность, конструкцию, аппаратуру управления и измерения конвейерного стенда для контроля температуры нагрева обечайки барабана при его пробуксовке или частичном проскальзывании относительно ленты рассматривают в своих статьях Галушко А.Л и Гребенюк В.В., Грудачев А.Я., Беломестнова Ю.А., Фифиндик В.А., Баштырева В.В. [2]. Целью данного исследования является определение основных проблем и путей их решения для предупреждения нагрева ленты на ШЛК. Возгорание или тление ленты происходит при относительно малой мощности и более низких температурах. Это происходит при увеличении температуры мелкодисперсных частиц, которые образуются при истирании поверхности или бортов ленты. А это чаще всего случается при пробуксовке ленты на барабанах конвейера, при трении ленты о другие элементы конструкции (ролики, став). Пробуксовка ленты может произойти вследствие выработки футеровки приводных и концевых барабанов или ее отсутствия и при недостаточном натяжении ленты. Определяется три основных пожароопасных режима (рис.1)[3]: 1) Пробуксовка ленты на приводном барабане при недостаточном натяжении ее в точке сбегания с привода. 2) Заклинивание на концевом барабане и лента движется по барабану с полной пробуксовкой. 3) Неисправность роликов приводит к их остановке – пробуксовке и силы прижатия ленты к ролику достаточно для возникновения между ними интенсивного трения. Одной из основных причин полной пробуксовки ленты на приводном барабане является ее недостаточное натяжение в точке сбегания с привода. То есть в данном режиме барабан вращается с постоянной скоростью, а лента не движется. Во втором случае у барабана скорость равна нулю, тогда как лента продолжает свое движение. Третий случай наиболее часто возникает из-за тяжелых условий труда: перепад температур, повышенная влажность и загазованность, просыпание и налипание груза и др.

125

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Рисунок 1. – Основные пожароопасные режимы на ШЛК. Параметры: ω – угловая скорость, 1/с; Vл – скорость ленты, м/с; S1 – натяжение в точке набегания ленты на приводной барабан; S2 – натяжение в точке сбегания ленты с приводного барабана; Q - количество тепла, отведенное излучением, Вт; 1

Q2 - количество тепла, отведенное естественной конвекцией, Вт; Q3 - количество тепла, отведенное вынужденной конвекцией, Вт; Q1 - количество тепла, отведенное излучением, Вт;

Q2 - количество тепла, отведенное естественной конвекцией, Вт; Q1 - количество тепла, отведенное излучением, Вт;

Q2  - количество тепла, отведенное естественной конвекцией, Вт; Q3 =0 – количество тепла, уносимое движущейся лентой, Вт.

В области контакта ленты и футеровки барабанов, также как и при трении ленты о заклиненный ролик, происходит усиленное трение и повышение температуры, которое может достигать критических значений (табл.1) [4].

126

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Таблица 1 Температуры воспламенения и тления ленты, футеровки и измельченных частиц ленты и футеровки Наименование образцов Образцы ленты в агрегатном состоянии Измельченные частицы ленты Образцы резиновой футеровки приводного барабана Измельченные частицы футеровки приводного барабана

Температура самовоспламенения,С

Температура тления, С

286-350

185

255

97 не определялась не определялась

294 290

Путем решения проблем предупреждения нагрева ленты на ШЛК может рассматриваться анализ и рациональное использование известных методов и средств контроля, оценки, диагностирования технического состояния основного технологического оборудования конвейера, которые можно разделить на три группы: контроль тяговых параметров конвейера, контроль относительной скорости проскальзывания конвейерной ленты, контроль температуры в зоне контакта ленты и элементов конструкции. Для осуществления контроля тяговых параметров ШЛК необходимо, чтобы расчеты основных параметров конвейер отвечали нормам эксплуатации и безопасности, а также выполнялись с высокой точностью. Это возможно при условии усовершенствования систем расчета и использования прикладных программ и компьютерных технологий. Скорость конвейерной ленты является одним из важнейших базовых параметров ШЛК и влияет на результаты тяговых расчетов установки [5]. Контроль скорость проскальзывания ленты позволяет предупредить возникновение аварийных ситуаций в определенных зонах повышенной опасности на конвейере. Температура в области контакта ленты и элементов конструкции является параметром, контроль которого необходимо производить постоянно путем усовершенствования измерительной и сигнальной аппаратуры, а также соответственно соблюдением правил техники эксплуатации и безопасности. Выводы. Рациональное использование теоретических знаний, повышение компетенции кадрового инженерного состава научно-исследовательских и 127

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

промышленных предприятий, практическое внедрение совместно с развитием электронно-вычислительной и измерительной техники, программного обеспечения и компьютерных технологий позволит на новом, качественном и количественном уровне определить проблему и пути ее решения в анализе одного из направлений по контролю тяговых параметров, скорости проскальзывания ленты и температуры в зоне контакта ленты и элементов конструкции установки. Что в альтернативе даст возможность повысить показатели производительности и обезопасить эксплуатацию оборудования ШЛК. Список литературы 1. Мищенко, Т.П. Предупреждение нагрева ленты на приводном барабане шахтного ленточного конвейера / Т.П. Мищенко. - Инновационные перспективы Донбасса, г. Донецк, 26-28 мая 2020 г. – Донецк: ДонНТУ, 2020. Т. 3: 3. Инновационные технологии проектирования, изготовления и эксплуатации промышленных машин и агрегатов. – 2020. – С. 105-109. 2. Пути увеличения срока службы быстроизнашиваемых поверхностей и конвейерных лент / А.Я. Грудачев [и др.] // Уголь Украины. – 2001. – №4. – С. 3336. 3. Мищенко, Т.П. Исследование процесса нагрева ленты в аварийных режимах шахтного ленточного конвейера / Т.П. Мищенко. - Инновационные перспективы Донбасса, г. Донецк, 21-23 мая 2019 г. – Донецк: ДонНТУ, 2019. Т. 3: 3. Инновационные технологии проектирования, изготовления и эксплуатации промышленных машин и агрегатов. – 2019. – С. 79-85. 4.Ткачук, С.П. Взрывопожаробезопасность горного оборудования / С.П. Ткачук, В.П. Колосюк, С.А. Ихно. – Киев: Основа, 2000. – 590 с. 5. Теоретические основы и расчеты транспорта энергоемких производств: учеб. пособие для вузов / В. А. Будишевский [и др.]; под общ.ред. В. П. Кондрахина. 2-е изд., перераб. - Донецк, 2017. - 216 с.

128

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 621.695

НАГНЕТАТЕЛЬНАЯ ЭРЛИФТНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ЧИСТКИ ПОДЗЕМНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЕМКОСТЕЙ PUMP AIRLIFT INSTALLATION FOR CLEANING UNDERGROUND PROCESS TANKS Р.И. Божко, А.П. Кононенко ГОУВПО «Донецкий национальный технический университет» Обоснована актуальность и возможность напорного транспортирования шахтной воды (гидросмеси) нагнетательными эрлифтными установками, обеспечивающими чистку подземных технологических емкостей. Экспериментально подтверждена адекватность разработанной математической модели рабочего процесса нагнетательного эрлифта, отличающаяся учетом избыточного давления в выходном сечении подъемной трубы. Ключевые слова: нагнетательная эрлифтная установка, технологическая емкость, математическая модель, напорное транспортирование, подача, расход воздуха, утилизация энергии, сжатый воздух, энергоэффективность. The relevance and possibility of pressure transportation of mine water (hydraulic mixture) by pump airlift installations providing cleaning of underground process tanks are proved. The adequacy of the developed mathematical model of the working process of the pump airlift, which is characterized by taking into account the excess pressure in the outlet section of the lifting pipe is experimentally confirmed. Key words: pump airlift installation, process tank, mathematical model, pressure transportation, supply, air consumption, energy utilization, compressed air, energy efficiency. Добыча угля и проведение подготовительных работ в подземных условиях требует удаления из технологических емкостей загрязненных примесями твердых частиц шахтных вод (гидросмесей) [1, 2]. Особую сложность таких операций, зачастую требующих затрат тяжелого неквалифицированного труда в опасных условиях, составляет чистка от частиц горной массы приемных колодцев водоотливных насосов, предварительных отстойников, зумпфов

129

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

скиповых стволов. Гидромеханические средства чистки (шламовые насосы, гидроэлеваторы, эрлифты) обладают рядом преимуществ перед механическими средствами (погрузочными машинами, скреперами). При использовании гидромеханических средств чистка емкостей совмещается с удалением шахтной воды, процессы могут быть автоматизированы, средства откачки более просты в изготовлении и эксплуатации. Известно [1, 2], что в ряде случаев предпочтительно использование эрлифтных установок. Однако существенным недостатком эрлифтных установок традиционной технологической схемы является невозможность напорного транспортирования шахтной воды к потребителю после ее выхода из воздухоотделителя [3]. Потребность в этом может возникнуть в случае геометрических вертикальных ограничений высоты подъемной трубы с воздухоотделителем до требуемого уровня, что ограничивает область применения эрлифтов традиционной конструкции. Обеспечить напорное транспортирование шахтной воды от эрлифта к потребителю с энергетической эффективностью работы не ниже, чем у традиционной технологической схемы [3-5] возможно с помощью нагнетательной эрлифтной установки (рис 1.), за счет обеспечения избыточного давления в воздухоотделителе и утилизации энергии исходящего из воздухоотделителя частично сжатого воздуха во всасывающий тракт источника пневмоэнергии (воздухоструйного компрессора или радиального нагнетателя).

Рисунок 1 − Схема нагнетательной эрлифтной установки: 1 − подъемная труба; 2 − воздухоотделитель; 3 − сливная труба; 4 − воздухоотводящая труба; 5, 8 − регулирующие клапаны; 6 − датчик уровня; 7 − патрубок; 9 − датчик

130

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

давления; 10 – трубопровод рабочего воздушного потока; 11 – задвижка запорнорегулирующая; 12 – компрессор воздухоструйный; 13 − напорный воздухопровод; 14 − пусковой патрубок; 15, 20 − задвижка; 16 − смеситель; 17 − подающая труба; 18 − зумпф; 19 − сбросной трубопровод; 21 − обратный клапан; 22 – отводящий трубопровод; 23 − потребитель жидкости

Как следует из результатов проведенных исследований, для диапазонов значений давлений рабочего воздуха рр = 0,4…0,8 МПа, высот подъема жидкости (гидросмеси) Нн = 1…10 м, геометрических погружений смесителей hн = 10…18 м и высот переподъема нагнетательного эрлифта ΔНн = 0,5…2,5 м удельный расход рабочего воздуха нагнетательного эрлифта qрэн отличается от удельного расхода рабочего воздуха традиционного эрлифта qрэт не более чем на ± 5…10 % при прочих равных условиях (рис. 2) Это позволяет говорить о практически равноценной энергоэффективности работы нагнетательного и традиционного эрлифтов.

Рисунок 2 − Зависимости относительных удельных расходов рабочего воздуха qрэн ̸ qрэт нагнетательного эрлифта от абсолютного давления рабочего воздуха рр при Нн: 1 – 1 м; 2 – 1,5 м; 3 – 2 м

В условиях учебной лабратории разработана и построена экспериментальная нагнетательная эрлифтная установка с воздухоструйным компрессором (рис. 3) с геометрическими параметрами: h = 2 м, H = 3 м, ΔНн = 0,2÷1,0 м, D = 0,068 м, d = 0,050 м, αmax = 0,4. Экспериментально получены расходные характеристики эрлифта в 131

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

традиционном и нагнетательном режимах работы при значениях относительных погружений смесителя α = 0,15; 0,20; 0,25; 0,30; 0,35; 0,40.

Рисунок 3 – Экспериментальная нагнетательная эрлифтная установка

Сопоставление расчетных данных с экспериментальными показало, что средние отклонения значений в точках характеристик полученных аналитически, от значений в точках регрессионных характеристик составили 5÷10,4%, что свидетельствует об адекватности разработанной математической модели нагнетательного эрлифта. Выводы. Обоснована актуальность напорного транспортирования шахтной воды нагнетательными эрлифтными установками для чистки подземных технологических емкостей. Разработана математическая модель рабочего процесса нагнетательного эрлифта, отличающаяся от существующих учетом избыточного давления в выходном сечении подъемной трубы и компьютерная программа для ее численного решения. Адекватность разработанной математической модели подтверждена результатами лабораторных экспериментальных исследований, отклонение расчетных и экспериментальных значений подач составляет 18÷22%. На основе выполненного анализа установлено: - доказана возможность работы нагнетательных эрлифтных установок с воздухоструйными компрессорами без снижения ее энергоэффективности в сравнении с эрлифтными установками традиционной технологической схемы при высотах подъема 1 ≤ Н ≤ 10 м, переподъема 0,5 ≤ ΔНп ≤ 2,5 м, относительных погружениях смесителей 0,2 ≤ α ≤ 0,5 и давлениях рабочего сжатого воздуха рр = 132

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

0,4÷0,8 МПа; - возможно увеличение высоты подъема до 16,5% и подачи до 23% в сравнении с эрлифтными установками традиционной технологической схемы без снижения энергоэффективности работы нагнетательных эрлифтных установок с радиальными нагнетателями ЦНВ 60/1,6, ЦНВ 100/1,6, 360-22-1, ЦНВ 80/3,2, ЦНВ 200/3,0 при высотах подъема 14,7 ≤ Н ≤ 60,7 м, переподъема 0 < ΔНп ≤ 2,42 м, относительных погружениях смесителей 0,15 ≤ α ≤ 0,90. Таким образом доказано, что возможно обеспечить работу нагнетательных эрлифтных установок с энергоэффективностью не ниже, чем у установок традиционной конструкции, однако преимущества нагнетательных эрлифтных установок (использование в стесненных по вертикали условиях, возможность напорного транспортирования жидкости) позволяют расширить область практического применения эрлифтов. Список литературы 1. Папаяни, Ф. А. Энциклопедия эрлифтов / Ф.А. Папаяни, Л.Н. Козыряцкий, В.С. Пащенко, А.П. Кононенко. – М.: Информсвязьиздат, 1995. – 592 с. 2. Козыряцкий, Л.Н. Эрлифты и гидроэлеваторы в горной промышленности: учеб. пособ. / Л.Н. Козыряцкий, В.М. Моргунов, В.М. Яковлев, О.А. Геммерлинг. – Донецк: ГОУВПО «ДонНТУ», 2017. – 160 с. 3. Кононенко, А.П. Рациональная область применения нагнетательных эрлифтных установок с воздухоструйными компрессорами / А.П. Кононенко, Р.И. Божко // Вестник Донецкого национального технического университета. – 2019. – № 3(17) − С. 17-25. 4. Кононенко, А. П. Модель рабочего процесса нагнетательного эрлифта со снарядной структурой водовоздушного потока / А.П. Кононенко, Р.И. Божко, В.А. Панов // Вестник Луганского национального университета имени Владимира Даля № 11 (29) 2019. – С.75-79. 5. Кононенко, А. П. Численное решение математической модели рабочего процесса нагнетательного эрлифта / А. П. Кононенко, Р. И. Божко // Материалы 6-й Международной научно-практической конференции «Инновационные перспективы Донбасса». Донецк: ДонНТУ, 2020. Т. 3: 3. Инновационные технологии проектирования, изготовления и эксплуатации промышленных машин и агрегатов. – 2020. С. – 164-170.

133

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 622.232.72.

МОДЕЛЬ ФОРМИРОВАНИЯ ОБЪЕМА РАБОЧЕЙ КАМЕРЫ ШНЕКОВОГО ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ОРГАНА ОЧИСТНОГО КОМБАЙНА ДЛЯ ВЫЕМКИ ТОНКИХ ПОЛОГИХ ПЛАСТОВ В.Г. Нечепаев ГОУВПО «Донецкий национальный технический университет», г. Донецк, ДНР Разработаны физическая и математическая модели формирования и изменения объема рабочей камеры шнека исполнительного органа очистных комбайнов для выемки тонких пластов в заданных условиях их эксплуатации. Ключевые слова: очистной комбайн, тонкий пласт, шнек, исполнительный орган, рабочая камера, объем . The physical and mathematical models of the formation and change of the volume of the working chamber of the screw of the executive branch of cutter-loaderof thin seams in the given conditions of their operation have been developed. Keywords: cutter-loader, thin seam, screw, executive branch, working chamber, volume. Специфической особенностью очистных комбайнов для тонких пологих пластов является недостаточная эффективность их шнековых исполнительных органов как транспортирующих устройств, во многих случаях ограничивающая производительность выемки [1-4]. Изложенное определяет актуальность поиска направлений совершенствования шнековых исполнительных органов очистных комбайнов как транспортирующих устройств, в первую очередь, для условий выемки тонких пологих пластов. Поиск эффективных направлений совершенствования предполагает анализ закономерностей процесса выгрузки угля такими исполнительными органами на основе моделирования этого процесса [1-4]. Для моделирования рабочего процесса транспортирующих устройств очистных комбайнов для выемки тонких пологих пластов введем понятие ―рабочая камера‖ шнекового исполнительного органа. Под ―рабочей камерой‖ шнекового исполнительного органа понимается часть межлопастного пространства шнека, из которого при соблюдении определенных условий производится выгрузка разрушенного угля на забойный конвейер. Иначе говоря, рабочая 134

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

камера шнекового исполнительного органа – это фактически используемая при выгрузке часть межлопастного пространства шнека. Соответственно, объем угля, выгружаемый одной лопастью шнека за один рабочий цикл, равен объему его рабочей камеры V pк . а)

M Рисунок 1. - К разработке модели формирования и изменения объема рабочей камеры шнека: а) общий вид; б) вид со стороны разгрузочного торца шнека; в) развертки шнеков с постоянным и переменным шагом лопастей

pгд N L K Z A B

0 X

R P СD

рк 

z б)

C CD

рк

W R

S в)

H K

135

 рк

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Для шнекового исполнительного органа системы пассивной выгрузки угля рабочая камера ограничена следующими поверхностями (рис.1): - двумя соосными цилиндрами, диаметр которых соответственно равен диаметру шнека по лопастям и наружному диаметру ступицы шнека; - рабочей (транспортирующей) поверхностью лопасти шнека; - плоскостью, перпендикулярной оси вращения шнека и проходящей через его разгрузочный торец; - радиальной плоскостью (CDGE на рис.1а, CG и CS на рис. 1в), в общем случае не проходящей через конец лопасти шнека. Положение этой плоскости в зависимости от условий выгрузки в общем случае может изменяться от ВQ до CG (CS) (рис.1в). При прохождении этой плоскости через конец лопасти (как это имеет место на рис.1) объем рабочей камеры шнекового исполнительного органа системы пассивной выгрузки угля приобретает теоретически максимально возможное значение. На рис.1а рабочая камера шнекового исполнительного органа системы пассивной выгрузки ограничена объемной фигурой AEGDCB; на рис.1в рабочей камере соответствуют плоская фигура ВGC для шнека с постоянным шагом погрузочных лопастей и плоская фигура ВSC для шнека с переменным шагом лопастей. Из рис.1в следует, что при пассивной выгрузке теоретическая (максимально возможная при оптимальном значении конструктивных и режимных параметров) производительность шнековых исполнительных органов с переменным шагом лопастей выше, чем теоретическая производительность исполнительных органов с постоянным шагом лопастей, поскольку первые имеют больший объем рабочей камеры. Причем в определенном диапазоне геометрических и режимных параметров прирост производительности практически прямо пропорционален приросту объема рабочей камеры. (Однако, дальнейшее - сверх оптимального - увеличение угла подъема лопастей, наряду с увеличением объема рабочей камеры, определяет одновременное возрастание интенсивности вращательного переноса угля в шнеке и соответствующее снижение производительности выгрузки. Поэтому шнеки с переменным шагом лопастей в настоящее время практически исчерпали свои потенциальные возможности применительно к использованию в составе исполнительных органов пассивной выгрузки). Рабочая камера шнекового исполнительного органа системы активной выгрузки угля может при прочих равных условиях (равных

136

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

конструктивных и режимных параметрах) иметь существенно больший, чем в случае системы пассивной выгрузки, объем. Рабочая камера системы активной выгрузки ограничена следующими поверхностями (рис.1): двумя соосными цилиндрами, диаметр которых, соответственно, равен наружному диаметру лопастей шнека и наружному диаметру ступицы шнека; - рабочей (транспортирующей) поверхностью лопасти шнека; - нерабочей поверхностью лопасти шнека; - плоскостью, перпендикулярной оси вращения шнека и проходящей через его разгрузочный торец; - радиальной плоскостью KLMN (рис.1a), KN и HR (рис.1в). Положение этой плоскости в зависимости от интенсивности (силы) дополнительного активирующего воздействия (на рис.1 – гидродинамического воздействия) на выгружаемый уголь и условий выгрузки в общем случае может изменяться от ВQ ( pгд  0 ) до TW ( pгд  max ). На рис.1а рабочая камера шнекового исполнительного органа активной выгрузки ограничена объемной фигурой AGMLPDCBENKR; на рис.1в рабочей камере соответствуют плоская фигура ВGNKC для шнека с постоянным шагом лопастей и плоская фигура ВSRHC для шнека с переменным шагом лопастей. Из приведенного следует, что значение объема рабочей камеры шнекового исполнительного органа системы активной выгрузки может быть (при определенных условиях) больше максимально возможного значения объема рабочей камеры органа системы пассивной выгрузки. Приращение объема соответствует объемной фигуре PRKLMNEG (рис.1а), плоской фигуре СGNK для постоянного и плоской фигуре СSRH для переменного шага лопастей (рис.1в). При этом конкретное значение указанного дополнительного объема при прочих равных условиях определяется интенсивностью (силой) дополнительного активирующего воздействия на выгружаемый уголь. В общем случае фактическое значение угла охвата рабочей камеры шнека  рк и соответствующего ему объема рабочей камеры V pк (рис.1) обуславливается: - конструктивными и режимными параметрами системы выгрузки (в наибольшей мере - значением силы дополнительного активирующего воздействия); - условиями эксплуатации - мощностью вынимаемого пласта, высотой забойного конвейера и др.;

137

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

- физико-механическими свойствами выгружаемого угля. Таким образом, фактическое значение объема рабочей камеры шнекового исполнительного органа - многопараметрическая функция конструктивных и режимных параметров системы выгрузки; параметров, характеризующих условия выгрузки; физикомеханических свойств выгружаемого угля. Для описания V pк как функции угла поворота шнека  введем прямоугольную систему координат OXYZ, начало которой расположено в плоскости разгрузочного торца шнека в точке пересечения его осью вращения шнека (рис.1а,б). Ось Х совпадает с осью вращения шнека, положительные значения координат по оси Х откладываются в направлении от отрезного диска шнека к его разгрузочному торцу. Оси Y и Z расположены в плоскости разгрузочного торца шнека соответственно параллельно и перпендикулярно плоскости разрабатываемого пласта. Положительные значения координат по оси Y откладываются в направлении рабочего перемещения комбайна. Положительные значения координат по оси Z откладываются в направлении от почвы к кровле пласта. За начало отсчета угла поворота шнека примем такое его положение, когда линия, соединяющая концы лопастей на разгрузочном торце шнека, расположена перпендикулярно плоскости залегания пласта; причем лопасть, для которой рассматривается выгрузка, располагается вверху. В принятой системе координат

 рк  2   . Тогда изменение объема рабочей камеры V pк (  ) как функция угла поворота шнека  для шнеков с переменным шагом погрузочных лопастей (шнеки с постоянным шагом погрузочных лопастей рассматриваются как частный случай) может быть представлено в виде  ( 2 k 1 ) 2 k    ( bз  bд )    f (  ) d   f 2 (  )d   1    2 2   ( 2 k 1 ) 2( k 1 )  ( Dл  d c )       ( 2 k  1 ) 8       f1 (  )d   2( k 1 )     V рк     0;    2 k    ( D л2  d c2 )   ( bз  bд )  ( 2     )  f1(  )d   8    2( k 1 )        ; 2 ,  

 





138

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

где Dл и dc - соответственно диаметры лопасти и ступицы шнека; bз - ширина захвата шнека; bд - ширина отрезного диска шнека; f1 ( ) - уравнение винтовой линии лопасти шнека, для которой рассматривается процесс выгрузки угля; f 2 (  ) - уравнение винтовой линии соседней (отстающей по направлению вращения) лопасти шнека; k - конструктивный коэффициент, определяемый по зависимости

k

m b з  bд   cot( н  i  ), i  0,1,...m. (m  1)    d c i 0

Здесь  

k  н , m

где  к и  н - соответственно конечный и начальный углы подъема лопастей шнека по диаметру ступицы шнека; m - количество интервалов разбиения. Выводы. Разработана математическая модель формирования и изменения объема рабочей камеры шнека исполнительных органов очистных комбайнов для выемки тонких пластов, направленная на установление закономерностей процесса выгрузки угля такими исполнительными органами. Перечень ссылок 1.Шабаев О.Е. Методика определения удельных энергозатрат разрушения и погрузки очистных комбайнов для тонких пластов в реальных условиях эксплуатации / О.Е. Шабаев, В.Г. Нечепаев, П.П. Зинченко [и др.] // Международный научно-технический журнал. Вестник Донецкого национального технического университета. – 2017. – №4. – С. 28-33. 2. Шабаев О.Е. Установление зависимости погрузочной способности шнековых очистных комбайнов от их режимных параметров на основе модельных и натурных экспериментов / О.Е. Шабаев, В.Г. Нечепаев, Степаненко [и др.] // Международный научно-технический журнал. Вестник Донецкого национального технического университета. – 2019. – №3(17). – С. 42-51. 3. Шабаев О.Е. Методика определения оптимальной ширины захвата шнекового исполнительного органа очистных комбайнов / О.Е. Шабаев, В.Г. Нечепаев, П.П. Зинченко // Машиностроение и техносфера XXI века. Сборник трудов XXV международной научно-технической конференции в г. Севастополе 10-16 сентября 2018 г. В 2-х томах. – Донецк: ДонНТУ, 2018. Т. 2 –. стр. 237243. 4. Нечепаев В.Г. Развитие и совершенствование структуры систем выгрузки угля шнековых очистных комбайнов/В.Г. Нечепаев// Инновационные перспективы Донбасса : материалы междунар. научн.-практ. конф., 22-25 мая 2018 г. Т. 3 : Инновационные технологии изготовления и эксплуатации промышленных машин и агрегатов - Донецк , 2018. -С.32-36.

139

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 577.115.083

СОЗДАНИЕ ПРОТОТИПА УСТАНОВКИ ДЛЯ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИКРОВОДОРОСЛЕЙ CHLORELLA VULGARIS НА ОСНОВЕ ИННОВАЦИОННЫХ ПОДХОДОВ К ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ И ТЕХНИЧЕСКИМ РЕШЕНИЯМ А.О. Смоляков, А.В. Братюкова, Л.В. Павленко, В.Н. Мандриченко, В.В. Ошовский ГОУВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» г. Донецк, ДНР Приведено описание прототипа лабораторной установки на основе фотобиореактора для культивирования микроводорослей Chlorella Vulgaris, в которой реализованы новые технологические подходы и технические решения. A description of a laboratory device prototype based on a photobioreactor for the cultivation of microalgae Chlorella Vulgaris, which implements the new technological approaches and technical solutions, is given. Ключевые слова: микроводоросль, фотобиореактор, аэрлифт, интенсивность освещения, микроконтроллер. Keywords: microalgae, photobioreactor, airlift, light intensity, microcontroller. Одним их видов биотоплива третьего поколения является биотопливо, получаемое из микроводорослей, в частности Chlorella Vulgaris, к достоинством которой можно отнести неприхотливость к среде произрастания и широкий температурный диапазон культивирования. Первой стадией процесса производства биотоплива выступает получение суспензии микроводоросли для дальнейшей еѐ переработки. Существует два базовых способа выращивания микроводорослей – в открытых водоемах [1] и в установках закрытого типа - фотобиореакторах (ФБР). В первом случае используются естественные или искусственные бассейны промышленного назначения, в которых культура произрастает естественным путем под действием факторов окружающей среды. Такой подход обеспечивает большой выход продукта и характеризуется малыми затратами на обслуживание процесса, поэтому он наиболее распространен в странах с длительным солнечным периодом и теплым климатом - США, Индия, страны Африки. К недостаткам следует отнести зависимость процесса роста 140

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

микроводорослей от сезонной температуры и возможность влияния внешних загрязнений культуральной среды. Данные недостатки устраняются при использовании фотобиореакторов [2], которые позволяют обеспечить высокую производительность, отнесенную к единице объема, независимо от сезонных, погодных или природных условий; компактность размещения; стерильность и непрерывный контроль качества суспензии микроводоросли; комплексную автоматизацию и компьютеризацию технологического процесса. В настоящее время существуют различные виды конструкций ФБР промышленного и лабораторного назначения. В данной статье представлена базовая концепция прототипа установки для культивирования первичной биомассы микроводорослей Chlorella Vulgaris. Целями разработки прототипа выступали апробирование принципа аэрлифта для загрузки и выгрузки суспензии из фотобиореактора, а также поддержания температуры культуральной среды за счет изменения интенсивности освещения. Высокая продуктивность микроводорослей зависит от следующих условий культивирования: световой режим, состав питательной среды, концентрация CO2, особенности конструкции фотобиореактора. Оптимальное сочетание все этих параметров позволяет получить максимальный выход биомассы. Особенностью разработанного прототипа установки является микроконтроллерное управление, которое обеспечивает: возможность ступенчатого изменения интенсивности освещения, создаваемого современными LED-источниками света, а также управление расходом воздуха для перемешивания и одновременного барботажа культуральной среды во всем объеме реактора по заданной программе технологического режима, что позволяет оптимизировать ведение процесса культивирования. Имеются возможности дальнейшего наращивания, как измерительных средств для улучшения ведения самого процесса, так и средств для текущего контроля качества получаемой суспензии микроводорослей. Заложенные в конструкции прототипа принципы дают возможность наращивать производительность по продукту путем каскадирования реакционных емкостей. На рис. 1 приведена схема разработанного прототипа лабораторной установки для культивирования микроводоросли.

141

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Рис. 1. Схема прототипа установки для культивирования микроводоросли Запуск цикла культивирования в фотобиореакторе 1 осуществляется в соответствии с программой управления. По команде от микроконтроллера открывается выходной клапан и через штуцер 10 компрессор выполняет подачу воздуха в ѐмкость 2 с исходной питательной средой, содержащей штамм микроводоросли. Далее с помощью аэрлифта жидкость попадет в цилиндрическую часть 4 фотобиореактора. После чего клапан переключается, и воздух от компрессора через аэратор 9 подается в цилиндрическую часть фотобиореактора. Затем происходит включение светодиодов, установленных на стойках 5, и начнется цикл ферментации, по окончанию которого микроконтроллер получает информацию от фотометрического датчика, размещенного в верхней части 7 установки. Начнется выгрузка полученной суспензии. При этом штуцер сообщения с окружающей средой 8 перекрывается, после чего с помощью аэрлифта суспензия попадет в ѐмкость 3, одновременно отключаются светодиоды, и по окончанию выгрузки прекращает работу компрессор, установленный в нижней части 6 фотобиореактора. Полученная суспензия фильтруется и используется для дальнейшей переработки. Следует отметить, что состояние культивируемой водоросли, а именно ее активное развитие, требует определения текущей концентрации клеток продуцируемой культуры в объеме биореактора. Так как главным отличием суспензии на разных стадиях генезиса является интенсивность еѐ окраски, то для оценки концентрации предложено использовать показатели цветовых составляющих суспензии, определяемые с помощью фотоколориметрического 142

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

метода [3]. Авторами выполнена модификация метода, заключавшаяся в использовании современного электронного сенсора - датчика цвета типа TCS230. Датчик состоит из 64 фотодиодов четырѐх типов: с красным, зелѐным, синим фильтром и без светофильтра. Датчик преобразует показания фотодиодов в квадратную волну с частотой, пропорциональной интенсивности светового потока определенного цвета. В разработанном прототипе установки датчики вмонтированы в стойки 5 фотобиореактора. По команде от микроконтроллера с определенной периодичностью происходит измерение цветовой интенсивности суспензии в реакторе. Полученные от всех датчиков значения усредняются, обрабатываются по специальной программе, которая выдает значение текущей концентрации клеток продуцируемой культуры, и используются для управления технологическим процессом культивирования микроводоросли. Качественное проведение технологического процесса культивирования микроводоросли напрямую зависит от функционирования системы контроля и управления работой фотобиореактора, Для разработанного прототипа установки реализация данной системы выполнена на базе микроконтроллера Arduino. Основными функциями системы являются: управление интенсивностью освещения на основе современных LED–источников света; контроль и поддержание необходимой температуры и pH суспензии для заданных промежутков времени; управление режимами загрузки/выгрузки культуральной среды и еѐ перемешиванием аэратором. Выводы 1. Разработан прототип лабораторной установки для проведения процесса культивировани микроводоросли Chlorella Vulgaris при реализации первой стадии процесса производства биотоплива. 2. Отличительными особенностями данной разработки является применение принципа аэрлифтного транспорта суспензии культурального продукта; поддержания температуры за счет применения светодиодных источников освещения; использование системы управления и контроля на базе микроконтроллера Arduino, обеспечивающей возможность подключения широкого спектра датчиков и имеющей отдельные каналы управления исполнительными устройствами. Перечень ссылок 1. Carvalho, A.P. Microalgal reactors: a review of enclosed system design and performances / A.P. Carvalho, L.A. Meireles, F.X. Malcata // Biotechnology Progress. – 2006. – 22. - P. 1490-1506. 2. Duque, J.R. Hydrodynamic computational evaluation in solar tubular photobioreactors bends / J. R. Duque – CT&F Ciencia: Tecnologia y Futuro, 2011. – 72 p. 3. Иманкулов, Н. Н. Фотоколориметрический метод / Н. Н. Иманкулов, О. С. Балабеков // Материалы научно–практической конференции Нефтехимия и нефтепереработка. – 2008. - С. 78–83. 143

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

УДК 622.232.72.

ОБОСНОВАНИЕ НАПРАВЛЕНИЙ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ШНЕКОВЫХ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ОРГАНОВ ОЧИСТНЫХ КОМБАЙНОВ ДЛЯ ВЫЕМКИ ТОНКИХ ПОЛОГИХ ПЛАСТОВ В.Г. Нечепаев ГОУВПО «Донецкий национальный технический университет», г. Донецк, ДНР Предложены и обоснованы концептуальные направления совершенствования шнековых исполнительных органов очистных комбайнов как транспортирующих устройств. Предложения предусматривают дополнительное силовое воздействие на выгружаемый уголь, находящийся в рабочем пространстве исполнительного органа. Ключевые слова: очистной комбайн, шнек, исполнительный орган, совершенствование, силовое воздействие. Conceptual directions for improving the screw executive branch of cutter-loader as transporting devices are proposed and substantiated. The proposals provide for an additional force effect on the unloaded coal located in the working space of the executive branch. Keywords: cutter-loader, screw, executive branch, improving, additional force. Основным источником энергетических ресурсов в Донецком регионе является уголь, запасы которого оцениваются в 6,84 миллиарда тонн. При этом большинство этих запасов (83,2 %) находятся в пластах малой мощности 0,55-1,2 м [1]. При добыче угля в таких пластах применяются в основном узкозахватные шнековые очистные комбайны [1]. (Современный мировой парк угольных комбайнов более чем на 90% состоит из машин со шнековыми исполнительными органами). Важной особенностью шнековых исполнительных органов является то, что они осуществляют совмещенные во времени процессы разрушение угольного пласта и транспортирование разрушенного угля. Это определяет потенциальную опасность ограничения производительности угольного комбайна как по фактору недостаточной эффективности процесса разрушения угольного массива, так и по фактору недостаточной эффективности процесса транспортирования (выгрузки) разрушенного угля.

144

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Производительность большинства современных шнековых очистных комбайнов, работающих в условиях тонких пологих пластов при ограниченных значениях скорости перемещения (порядка 2-3 м/мин), чаще всего лимитируется ограниченной транспортирующей способностью их исполнительных органов. В первую очередь, это относится к условиям выемки тонких пластов. Однако, в настоящее время, когда основной современной тенденцией совершенствования углевыемочных машин является наращивание их энерговооруженности и увеличение на этой основе скорости перемещения комбайнов до 10-15 м/мин и более, ограниченная транспортирующая способность шнеков становится актуальной проблемой также при выемке пластов средней мощности и мощных [2,3,4]. Изложенное определяет актуальность поиска направлений совершенствования шнековых исполнительных органов очистных комбайнов как транспортирующих устройств, в первую очередь, для условий выемки тонких пологих пластов. Поиск эффективных направлений совершенствования предполагает анализ закономерностей процесса выгрузки угля такими исполнительными органами. Современные очистные комбайны, применяемые в условиях тонких пологих пластов, имеют специфическую компоновочную схему - корпус машины расположен в уступе забоя между шнеками. Особенности компоновочной схемы, а также малая мощность разрабатываемых пластов обуславливают обстоятельства, существенно усложняющие функционирование шнековых исполнительных органов этих комбайнов как транспортирующих устройств: - неблагоприятное соотношение объема угля, разрушаемого за цикл выгрузки, и объема рабочего пространства шнека (примерное равенство или даже превышение первого над вторым); - наличие массива насыпного угля в пространстве между разгрузочным торцом шнека и бортом забойного конвейера (для современных комбайнов это расстояние составляет до 0,4 м и более) в результате задвижки конвейера и протекания процесса выгрузки; - наличие своеобразного погрузочного щита в виде корпуса редуктора привода исполнительного органа, исключающего возможность оставления на почве пласта не выгруженного угля (за исключением небольшого объема угля, попадающего в зазоры между корпусом и почвой пласта) и дальнейшую его погрузку путем задвижки забойного конвейера.

145

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Перечисленные обстоятельства в совокупности определяют особенности физической картины процесса выгрузки угля шнековым исполнительным органом (рис.1, рис.2). В этом случае поток выгружаемого разрушенного угля, перемещаемый лопастями шнека в направлении его разгрузочного торца, в



Vпер Vпер

С С

pос

Рисунок 1.- Схема процесса выгрузки угля шнековым исполнительным органом очистного комбайна для тонких пологих пластов

зоне окна выгрузки встречает значительное сопротивление. Оно обусловливается наличием насыпного угля, расположенного в пространстве между разгрузочным торцом шнека и бортом забойного конвейера и препятствующего перемещению потока выгружаемого угля. Давление в выгружаемом потоке угля p оc , создаваемое лопастями шнека в зоне его разгрузочного торца, в этом случае недостаточно для преодоления сопротивления, формирующегося в окне p ок . Это обусловлено тем, что определение и выбор параметров 146

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

применяемых в настоящее время шнеков (угол подъема лопастей, закон его изменения по ширине захвата шнека и др.) производится без учета значительного сопротивления выгружаемому потоку угля в окне выгрузки. Следует отметить, что возможность повышения давления p оc до уровня, определяющего способность выгружаемого потока угля преодолевать сопротивление в окне выгрузки, принципиально существует - путем уменьшения угла подъема лопастей шнека до соответствующего значения. Однако, уменьшение этого угла влечет за собой уменьшение рабочего пространства шнека (в котором может размещаться выгружаемый уголь), обуславливающее, в свою очередь, снижение производительности выгрузки. Часть объема потока выгружаемого угля, не сумевшая преодолеть сопротивление в окне выгрузки из-за недостаточного значения давления в выгружаемом потоке угля Vпер , перемещается лопастями при их вращательном движении на незабойную сторону шнека. Этот процесс длится в течение значительной части оборота шнека - до того момента времени, когда сопротивление в окне снизится до уровня, при котором выгружаемый поток сможет его преодолеть. Такое уменьшение сопротивления в окне выгрузки наступает тогда, когда разгрузочный торец лопасти шнека (точка В) оказывается в результате вращения шнека выше массива насыпного угля (точка С). Как видно на рис. 1, рис. 2, при выемке в условиях тонких пластов массив насыпного угля, расположенный между разгрузочным торцом шнека и бортом забойного конвейера, перекрывает примерно половину площади окна выгрузки. Следовательно, в первом приближении можно считать, что рассматриваемое перемещение угля на нерабочую сторону шнека продолжается в течение половины цикла выгрузки. В течение оставшейся (второй половины) части цикла выгрузки сопротивление в окне (в зоне, расположенной выше насыпного массива угля – выше точки С) практически отсутствует. Поэтому, на протяжении этой части цикла выгрузки перемещаемый поток пересекает окно выгрузки, а частицы угля, скатываясь по откосу, образованному насыпным массивом угля, оказываются на забойном конвейере.

147

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

С pоc

pок

А (уменьшено)

Hпл

Рисунок 2.- Схема к анализу процесса пассивной

. Hк

выгрузки угля

148

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Часть потока угля, перемещенная на нерабочую сторону шнека вследствие значительного сопротивления в окне выгрузки, разделяется здесь на две части (рис. 3). Первая (большая по объему) часть угля, переброшенного на нерабочую сторону шнека, сжимается в пространстве, образованном перемещающимися в осевом направлении лопастями шнека, корпусом поворотного редуктора привода шнека (качалкой), корпусом комбайна, бортом забойного конвейера, почвой пласта и т.д. Сжатие угля в замкнутом пространстве обуславливает формирование его объемного напряженного состояния, которое характеризуется нормальным давлением на лопасти шнека до 0,12 МПа и более. Уголь, находящийся в объемном напряженном состоянии, перемещается (возвращается) лопастями вновь на рабочую (забойную) сторону Уголь, оставляемый на почве пласта

Циркулирующий уголь (до 50%)

Уголь, перебрасываемый на нерабочую сторону шнека

Разрушенный уголь

Переброшенный уголь, направляемый на выгрузку

Выгруженный уголь

Рисунок 3 - Схематизация перемещения потоков разрушенного угля в рабочем пространстве шнекового исполнительного органа при пассивной выгрузке шнека в результате его вращательного движения, где он смешивается с вновь поступающим разрушенным углем. Вторая (меньшая по объему) часть угля, переброшенного на нерабочую сторону шнека, направляется в зазоры между корпусом комбайна, почвой и забоем пласта.

149

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Описанный процесс циклически повторяется при последующих оборотах шнека. Циклически повторяющееся перемещение угля с рабочей стороны шнека на нерабочую и далее вновь на рабочую, определяет его постоянный вращательный перенос. Постоянный вращательный перенос угля сопровождается затратами энергии, обусловленными моментом сил сопротивления перемещению угля, находящегося в напряженном состоянии. Выполненные экспериментальные исследования показывают, что вращательный перенос угля имеет место практически по всей ширине захвата шнека (рис. 1). При этом объем переносимого во вращательном движении угля составляет до половины общего объема угля, находящегося в шнеке. Вследствие этого, уровень удельных энергозатрат процесса выгрузки значительно возрастает и достигает уровня удельных энергозатрат процесса разрушения. Вращательный перенос, кроме непроизводительных затрат энергии, влечет ряд других негативных последствий – снижение сортности добываемого угля в результате его измельчения, усиленное пылеобразование, ухудшение экологии рабочего пространства и т.д. Приведенный выше анализ процесса выгрузки угля позволяет сформулировать основные закономерности, присущие функционированию шнековых исполнительных органов очистных комбайнов для тонких пластов с пассивной выгрузкой: - рабочее (межлопастное) пространство шнеков исполнительных органов пассивной выгрузки используется нерационально – значительная часть его постоянно занята вращающимся вместе со шнеком углем, находящимся в напряженном состоянии; - энергия, затрачиваемая на реализацию процесса выгрузки, используется нерационально – значительная ее часть непроизводительно расходуется на вращательный перенос угля, находящегося в напряженном состоянии. Приведенный анализ процесса выгрузки угля показывает, что совершенствование шнековых исполнительных органов как транспортирующих устройств возможно только на основе рационального использования рабочего пространства шнеков и энергии, затрачиваемой на реализацию процесса выгрузки. Рациональное же использование рабочего пространства и энергии предопределяет необходимость повышения способности выгружаемого потока угля к преодолению сопротивления окна выгрузки. Поскольку процесс выгрузки протекает в условиях напряженного состояния транспортируемого угля, то очевидно, что повышение 150

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

способности перемещаемого потока угля к преодолению сопротивления окна выгрузки может быть достигнуто только в результате дополнительного силового воздействия на него. Однако, как показано выше, известные возможности силового воздействия на поток выгружаемого угля, на сегодня практически исчерпаны в рамках традиционной структуры шнековых исполнительных органов и известных технических решений. Следовательно, дальнейшее существенное совершенствование шнековых исполнительных органов очистных комбайнов для тонких пластов как транспортирующих устройств определяет необходимость дополнительного, интенсифицирующего процесс выгрузки, силового воздействия на выгружаемый поток. На основании изложенного логичным является совершенствование исполнительных органов на основе активации процесса выгрузки путем осуществления дополнительного силового воздействия на перемещаемый поток угля. Такое дополнительное воздействие должно создаваться при помощи специальных устройств, располагаемых в рабочем пространстве исполнительных органов. Функционирование дополнительных активирующих устройств обусловливает соответствующие энергетические затраты для реализации рабочего процесса. В общем случае, изыскание источников энергии для обеспечения функционирования исполнительных органов активной выгрузки с учетом дефицита (в силу многих причин) мощности электроприводов очистных комбайнов (особенно в условиях тонких пластов) весьма проблематично. Очевидно, что функционирование специальных устройств, оказывающих дополнительное воздействие на выгружаемый уголь в исполнительных органах активной выгрузки, требует некоторых затрат энергии E а . В тоже время, поскольку вращательный перенос угля сопровождается значительными затратами энергии E п , то его устранение позволяет исключить эти затраты. Высвобожденная таким образом энергия может быть направлена для обеспечения функционирования исполнительных органов активной выгрузки и для других целей. Различные соотношения величин E п и E а обуславливает следующие возможные варианты энергетического баланса: E a  E п . Частичное энергетическое самообеспечение дополнительных устройств. Для их функционирования требуются дополнительные затраты энергии Eдоп  E а  E п . Повышение

151

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

производительности выемки угля достигается в результате устранения ограничения производительности по фактору дефицита погрузочной способности; Ea  Eп . Полное энергетическое самообеспечение дополнительных устройств. Для их функционирования не требуется Eдоп  0 . затрат энергии Повышение производительности комбайновой выемки достигается в результате устранения ограничения производительности по фактору дефицита погрузочной способности; - E a  E п . Энергетическое ―донорство― дополнительных устройств. Для их функционирования не требуется затрат энергии, более того, в результате их работы обеспечивается приток дополнительной энергии в систему привода исполнительных органов. Повышение производительности комбайновой выемки достигается в результате устранения ограничения производительности по фактору дефицита погрузочной способности и поступления дополнительной энергии для реализации рабочих процессов (разрушения и выгрузки). Хотя эффект от применения дополнительных устройств в каждом из рассмотренных вариантов различен, тем не менее, во всех случаях имеет место благоприятное перераспределение энергии между процессом вращательного переноса и процессом дополнительного воздействия на выгружаемый поток, обеспечивающее повышение производительности выемки, повышение качества угля, снижение пылеобразования. Выполненный анализ позволяет предложить 2 основных направления совершенствования исполнительных органов очистных комбайнов для выемки тонких пологих пластов: - повышение способности выгружаемого потока угля к преодолению сопротивления окна выгрузки путем увеличения давления в потоке в зоне разгрузочного торца шнека; уменьшение сопротивления окна выгрузки путем дополнительного силового воздействия на массив угля, расположенный между разгрузочным торцом шнека и бортом забойного конвейера. Очевидно, что максимальный эффект может достигаться при одновременной реализации обоих направлений. Выводы. Предложены и обоснованы концептуальные направления совершенствования шнековых исполнительных органов очистных комбайнов как транспортирующих устройств на основе формирования дополнительного силового воздействия на выгружаемый уголь, находящийся в их рабочем пространстве. 152

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ

Перечень ссылок 1.Шабаев О.Е. Методика определения удельных энергозатрат разрушения и погрузки очистных комбайнов для тонких пластов в реальных условиях эксплуатации / О.Е. Шабаев, В.Г. Нечепаев, П.П. Зинченко [и др.] // Международный научно-технический журнал. Вестник Донецкого национального технического университета. – 2017. – №4. – С. 28-33. 2. Шабаев О.Е. Установление зависимости погрузочной способности шнековых очистных комбайнов от их режимных параметров на основе модельных и натурных экспериментов / О.Е. Шабаев, В.Г. Нечепаев, Степаненко [и др.] // Международный научно-технический журнал. Вестник Донецкого национального технического университета. – 2019. – №3(17). – С. 42-51. 3. Шабаев О.Е. Методика определения оптимальной ширины захвата шнекового исполнительного органа очистных комбайнов / О.Е. Шабаев, В.Г. Нечепаев, П.П. Зинченко // Машиностроение и техносфера XXI века. Сборник трудов XXV международной научно-технической конференции в г. Севастополе 10-16 сентября 2018 г. В 2-х томах. – Донецк: ДонНТУ, 2018. Т. 2 –. стр. 237-243. 4. Нечепаев В.Г. Развитие и совершенствование структуры систем выгрузки угля шнековых очистных комбайнов/В.Г. Нечепаев// Инновационные перспективы Донбасса : материалы междунар. научн.-практ. конф., 22-25 мая 2018 г. Т. 3 : Инновационные технологии изготовления и эксплуатации промышленных машин и агрегатов - Донецк , 2018. -С.32-36.

153