Анотація до роботи:

Давидкова Н.С. Обґрунтування параметрів буферів ківшової навантажувальної машини, що підвищують продуктивність її роботи з вологою породою. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.06 – “Гірничі машини”. – Донецький національний технічний університет, Донецьк, 2003.

Дисертація присвячена встановленню закономірностей, що мають місце при роботі ковшевих навантажувальних машин з вологою гірничою породою, схильною до налипання на робочі органи, і обгрунтуванню параметрів буферів машини, що підвищують продуктивність її роботи в цих умовах.

Експериментальними дослідженнями встановлено, що величина липкості визначається зусиллям і часом контакту вологої породи з робочими органами устаткування, а також шорсткістю контактуючих поверхонь, а для ефективного подолання сил липкості при розвантаженні ковша необхідно враховувати не тільки величину, але і час дії відриваючого зусилля. Така залежність обумовила введення узагальненого критерію липкості – імпульсу сили, необхідного для розриву зв'язків, що утворилися при контакті. Розроблена методика визначення узагальненого критерію липкості в залежності від умов контакту вологої породи з робочими поверхнями ковша.

Розроблена математична модель процесу вивантаження вологої породи, в якій визначальним чинником є закон зміни маси породи при її висипанні із ковша з урахуванням налипання. Залежність зміни маси породи в ковші за час вивантаження визначена експериментально за допомогою теорії подібності і розмірності.

Внаслідок проведених теоретичних і експериментальних досліджень створений буфер на основі стержневих канатних віброізоляторів з перетворенням рушення (СКВ-П) з керованими параметрами пружнодемпфірувальної характеристики, який дозволяє ефективно провести вивантаження як сухої, так і вологої породи під час одного удару стріли об буфер. Розроблена методика розрахунку параметрів такого буфера.

У дисертаційній роботі отримане нове вирішення актуальної науково-технічної задачі, що полягає в удосконаленні ківшових навантажувальних машин для навантажування вологої гірничої породи, схильної до налипання, на основі розкриття закономірностей, що мають місце при вивантаженні вологої, схильної до налипання гірничої породи з ковша навантажувальної машини при ударі стріли об буфери, і обгрунтуванні параметрів пружнодемпфірувального буфера, що забезпечують повний викид породи з ковша машини при однократному ударі.

Реалізація рекомендацій дисертаційної роботи дозволяє підвищити продуктивність роботи навантажувальних машин в умовах, що розглядаються, в 1,35 рази.

Основні висновки, наукові і практичні результати, отримані в роботі:

1. Критерієм якості ківшевої навантажувальної машини, що найбільш повно відображає всі стадії зачерпування і викиду гірничої породи, є величина технічної операційної потужності l_т, що враховує всі взаємодії в технологічних, робочих і аварійних ударних парах. На відміну від критеріїв, що застосовуються, l_т розширює область параметрів, що підлягають обліку, і на обставини, що звичайно не враховуються при нормальному режимі роботи.

2. Основні чинники і кількісні значення їх параметрів, що впливають на величину сил липкості:

- питомі зусилля, що діють на робочі поверхні ковша (0,5 - 0,1 МПа);

- сумарний час знаходження породи в ковші (0,8 - 1,5 с);

- шорсткість робочих поверхонь ковшів (75 - 30 мкм);

- амплітуда і тривалість сформованого імпульсу викиду (4 6 кНс; 0,2 - 0,35 с ).

3. Як узагальнений критерій липкості породи уперше прийняте значення імпульсу сили, який необхідно сформувати, щоб відірвати породу, що налипнула на ківш. Розроблена математична модель опису процесу налипання на базі основних положень теорій адгезії і хімічної кінетики, в рамках якої отримані залежності для визначення узагальненого критерію липкості породи, що було відправною точкою для формування структури і параметрів буфера. Знайдені чисельні значення узагальненого критерію липкості для ряду гірничих порід. Проведена експериментальна перевірка отриманих залежностей і доведена їх хороша збіжність (погрішність 8 - 10%) з розрахунком. Досліджений характер процесів налипання і розриву зв'язків в залежності від величини діючої сили, швидкості навантаження і часу дії сили.

4. У рамках уявлення про ударні пари в машині виявлені визначальні і лімітуючі параметри, для знаходження яких розроблена математична модель вивантаження вологої породи на базі загального рівняння динаміки в нелінійній постановці, відмінна від існуючих тим, що визначальним в ній є закон зміни маси породи при її висипанні з ковша з урахуванням налипання і пружної характеристики буфера. Залежність зміни маси у часі визначена за допомогою теорії подібності і розмірності. У результаті отримані критерії і коефіцієнти подібності, необхідні для переходу від моделі до натури. Розроблений програмний продукт, що дозволяє провести інженерні розрахунки і обчислювальні експерименти.

5. Теоретичними дослідженнями обгрунтовано, що ударний імпульс, який формується пружинним буфером, забезпечує вивантаження вологої породи на 60 - 70%, і цей процес триває 500 - 600 мс, що порівнюється з періодом загасання вільних коливань стріли з ковшом, і вимагає додаткових співударень. Пружна характеристика м'якого типу, характерна для канатних віброізоляторів, дозволяє збільшити тривалість імпульсу приблизно в 6 раз і забезпечити повне вивантаження вологої породи за 300 мс.

6. Проведений пошук оптимальних структур канатних буферів. За основу прийняті умови, що дозволяють розв’язати суперечність між прагненням забезпечити викид однократним ударом і знизити передачу ударного імпульсу на елементи конструкції машини. Дослідження показали, що по критерію мінімуму реакції переважна структура СКВ-2П, а по критерію викиду – структура СКВ-2ПС. Це дозволило створити нову структуру, позначену в роботі як СКВ-3ПС.

7. Дослідна перевірка макета буфера, виконаного на основі СКВ-3ПС, підтвердила правильність моделей липкості і ударного вивантаження вологої породи. Розбіжність розрахункових і експериментальних даних 7 - 15%.

8. На основі результатів теоретичних і експериментальних досліджень розроблена методика вибору раціональних конструктивних параметрів буфера відповідно вимог до їх характеристик.

Публікації автора:

1. Резников И.Г., Першикова Н.С. Рациональные условия выгрузки влажной породы ковшовыми машинами // Известия ВУЗов. Горный журнал. — 1997. — № 9-10. — С. 105 - 109.

2. Резников И.Г., Першикова Н.С. Особенности выгрузки влажной породы из ковша погрузочной машины // Сборник научных трудов. — Алчевск: ДГМИ, 1998. — № 7. — С. 7 - 10.

3. Першикова Н.С. Анализ факторов, определяющих величину липкости горной породы // Сборник научных трудов. — Алчевск, ДГМИ, 1998. — № 8. — С. 46 - 50.

4. Першикова Н.С. Оценка факторов, обусловливающих прилипание породы на рабочие органы погрузочной машины // Сборник научных трудов. — Алчевск, ДГМИ, 1999. — № 10. — С. 69 – 73.

5. Давыдкова Н.С. Определение параметров ковша погрузочной машины как звена с переменной массой // Сборник научных трудов. – Алчевск, ДГМИ, 2000. – № 12. – С. 117 – 121.

6. Резников И.Г., Давыдкова Н.С. Математическое моделирование процесса разгрузки ковша погрузочной машины // Зб. наук. пр. ДонНТУ. – Донецьк, 2001. – Вип. 27. Серія: гірничо-електромеханічна. – С. 328-333.

7. Давыдкова Н.С. Исследование процесса налипания влажной породы на рабочие органы погрузочной машины // Сборник научных трудов, посвященный 45-летию ДГМИ, «Перспективы развития угольной промышленности в ХХI веке». – Алчевск, ДГМИ, 2002. – С. 239 – 244.

8. Резников И.Г., Першикова Н.С. Закономерности взаимодействия рабочих органов погрузочных машин с липкой породой // Технология и механизация горнопроходческих работ: Сб. науч. тр. — Новочеркасск: НГТУ, 1997 — С. 89 - 93.

9. Резников И.Г., Першикова Н.С. Системный анализ ударных пар горных машин и оборудования. Деп. рукопись / ГНТБ Украины, 1995, № 2188 - Ук.95 — 18с.

10. Першикова Н.С. Комплексное исследование липкости пород. Деп. рукопись / ГНТБ Украины, 1996, № 2280 - Ук.96 — 12 с.

11. Мочалин Е.В., Першикова Н.С. Математическое моделирование процесса разгрузки липкой породы ковшовой погрузочной машиной. Деп. рукопись / ГНТБ Украины, 1997, № 4598 - Ук.97 — 8 с.

12. Резников И.Г., Першикова Н.С. Факторы, влияющие на энергоемкость стержневых канатных виброизоляторов // Материалы юбилейной конференции ученых и преподавателей Тверского государственного технического университета: Сборник. — Тверь, ТГТУ, 1998. — С. 44.

13. Резников И.Г., Давыдкова Н.С. Энергоемкость структур стержневых канатных виброизоляторов // Перспективы развития угольной промышленности на пороге ХХI века. Материалы научно-практической конференции. – Алчевск: ДГМИ, 2000. – С. 188 – 190.

У публікаціях, написаних в співавторстві, автору належить: [1] - визначені чинники, що впливають на величину липкості і експериментально досліджений характер їх впливу; [2] - досліджена залежність повноти вивантаження від параметрів ударного буфера; [8] - розроблена класифікація ударних пар гірничих машин і визначені їх параметри; [9] - розроблена методика визначення імпульсу відриву прилиплої гірничої породи в залежності від умов формування сил липкості; [11] - складена математична модель вивантаження і розроблена методика визначення констант моделювання; [12] - досліджений вплив на енергоємність віброізоляторів умов тренування канатів і тертя в опорних майданчиках; [13] - проведений порівняльний аналіз структур стержневих канатних віброізоляторів з метою виявлення з них найбільш сприйнятливої до найкращої реалізації своїх пружних властивостей при введенні змінного моменту тертя.