Анотація до роботи:

Савенко Е. С. “Обґрунтування силових параметрів трансмісії в нестаціонарних режимах роботи шахтних підйомних машин”. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.06 – «Гірничі машини». Донецький національний технічний університет, Донецьк – 2004.

Дисертація присвячена питанням підвищення технічного рівня шахтних підйомних машин у результаті створення методу одержання науково обґрунтованих розрахункових величин силових факторів трансмісії підйомних машин у найбільш важких періодах роботи, якими є нестаціонарні і перехідні режими.

У роботі обґрунтована розрахункова схематизація підйомної установки, виведені диференціальні рівняння динамічного стану підйомної установки в нестаціонарних режимах роботи машини як системи дискретних тіл. Уперше введене поняття динамічних жорсткостей стосовно до підйомної машини з трансмісією, які обумовлені спеціальними співвідношеннями. У роботі розроблено математичну модель, що описує динамічний стан підйомної установки в різних режимах експлуатації, що дозволить на стадії проектування застосовувати створений алгоритм чисельного моделювання нестаціонарних процесів у канатах і трансмісії і дозволяє одержати вичерпне уявлення про динамічні стани підйомної установки в основних режимах руху – пуску і розгону, уповільнення і стопоріння, запобіжного гальмування й ін. Впровадження спеціального програмного модуля дасть соціальний ефект з підвищенням експлуатаційного рівня і безпеки шахтних підйомних установок.

У дисертації дане нове розв’язання актуальної наукової задачі дослідження нестаціонарних процесів в елементах трансмісії шахтних підйомних машин, що полягає в розробці математичної моделі динамічних станів трансмісії в режимах пуску двигуна, розгону і гальмування при нерегульованому і регульованому електроприводі, стопоріння і запобіжного гальмування, у встановленні й обґрунтуванні методів і способів визначення силових факторів в елементах валопроводу трансмісії з метою наступного їхнього розрахунку на міцність і довговічність, спрямованих на підвищення експлуатаційного рівня сучасних підйомних машин і прогнозування науково обґрунтованих ресурсів довговічності.

Використання результатів роботи дозволяє на стадії виготовлення піднімальної машини моделювати перехідні експлуатаційні режими гальмування з метою встановлення раціональних параметрів трансмісії в конкретних умовах експлуатації. Для підйомних машин, що знаходяться в тривалій експлуатації, результати роботи дають можливість установлювати науково обґрунтований залишковий ресурс.

Основні висновки, наукові і практичні результати роботи:

1. Уведені координатні системи і запис у функціональній формі зовнішніх силових факторів, що діють на елементи підйомної установки в прийнятій схематизації й у рамках сформульованих робочих гіпотез, дозволяють поставити коректну задачу про динамічний стан трансмісії як складової частини загальної механічної системи, органічно зв'язаної з приводом, канатами і піднімальними посудинами.

2. Уперше введене в теорії шахтного підйому поняття динамічної жорсткості канатів стосовно до трансмісії машини дозволило одержати диференціальні рівняння взаємодії елементів системи в цілому у формі кінцевомірного матричного рівняння.

3. Розроблений алгоритм побудови власних форм і частот для загальної механічної системи з двоступеневим редуктором дозволяє поширити отримані результати на так звані скорочені механічні системи – на трансмісію з одноступеневим редуктором, на безредукторний привод, на однокінцеві підйомні установки й ін. Особливе місце в скорочених системах займають уперше введені в розгляд вироджені системи, що є природним станом підйомної установки, починаючи з моменту зупинки барабана машини.

4. Уперше створений алгоритм чисельного моделювання перехідних і нестаціонарних процесів у канатах і трансмісії дозволяє одержати вичерпне представлення про динамічні стани підйомної установки в основних режимах руху – пуску і розгону, уповільнення і стопоріння, запобіжного гальмування й ін. Алгоритм дозволяє моделювати процеси із системою керування електроприводом з обмеженням ривка, що дає можливість у кожному конкретному випадку знайти раціональну форму діаграми швидкості, що забезпечує мінімальні динамічні навантаження в елементах трансмісії.

5. Уведена класифікація динамічних перехідних станів підйомної установки з двоступеневим редуктором при наявності бічних зазорів у зубчатих зачепленнях дозволяє одержати коректні розв’язання рівнянь взаємодії в режимі перекладання зазорів, що є характерним в експлуатації і регулярно повторюється в кожнім циклі підйомних операцій.

6. Встановлені аналітичні критерії розмикання і замикання контактів у зубчатих парах дозволяють з великою точністю визначити моменти часу цих подій. Цим самим забезпечується необхідна точність обчислень динамічних перемінних при сполученні розв’язань, що належать різним біфуркаційним станам нелінійної системи.

7. Отримане при моделюванні відношення максимальної величини моменту до статичного практично збігається з експериментальними даними. Відношення мінімальної величини моменту до статичного відрізняється від експериментального не більш, ніж на 16%. Час гальмування машини відрізняється від отриманого в експерименті не більш, ніж на 5%. Як і в експерименті, кількість періодів основного тону, «що укладаються» за час руху до повної зупинки двигуна, виявляється приблизно рівним. Проведені порівняння теорії й експерименту свідчать про те, що розроблена математична модель у якісному і кількісному відношенні правильно відбиває реальні процеси.

8. Результати досліджень і розроблений програмний модуль обчислення силових факторів у трансмісії підйомних машини передані “Донецькгірмаш” і ВАТ “НКМЗ” для використання при проектуванні підйомних машин. Упровадження результатів роботи дає соціальний ефект, підвищуючи надійність і безпеку експлуатації шахтних підйомних установок. Результати дисертації використовуються також у ВАТ “Науково-дослідний інститут гірничої механіки ім. М. М. Федорова” при проведенні експертних оцінок залишкового ресурсу підйомних машин, що знаходяться в тривалій експлуатації. Програмний модуль використовується в навчальному процесі при підготовці фахівців інженерів-механіків у Донбаській державній академії будівництва й архітектури.

Публікації автора:

1. Дворников В. И., Савенко Э. С. Динамика зубчатых зацеплений. // Зб. наук. праць. Національної гірничої академії України. “Гірнича електромеханіка та автоматика”. Спеціальній випуск 2(61). - Дніпропетровськ: - 1999. – С. 16 – 23.

2. Дворников В. И., Савенко Э. С. Динамика трансмиссии шахтных подъемных машин. // “Стальные канаты” Сб. науч. трудов Вип.2. - Одесса: «АстроПринт». – 1999. – С. 124 - 129.

3. Дворников В. И., Савенко Э. С., Кърцелин Е. Р. Динамика переходных и нестационарных состояний трансмиссии шахтных подъемных машин // Сб. научных трудов Национальной горной академии Украины - №13, том. 2. – Днепропетровск. - 2002. – С. 59 - 68.

4. Дворников В. И., Савенко Э. С., Кърцелин Е. Р. Переходные и нестационарные динамические процессы в подъемно-транспортных машинах // Вісник Донбаської державної академії будівництва і архітектури. – “Будівельні, дорожні машини та обладнання” випуск 2000-5(25) - Макіївка. – 2002. - С. 35 - 38.

5. Савенко Э. С. Уравнение динамического состояния главного вала шахтных подъемных машин. // Вісник Донбаської державної академії будівництва і архітектури. – Макіївка. – 1998. - № 6(14). - С. 140 - 147.

6. Дворников В. И., Савенко Э. С., Манакин А. П., Гаркуша Н. Г. О динамическом состоянии зубчатых зацеплений редукторов подъемно – транспортных машин. // Вісник Донбаської державної академії будівництва і архітектури. – Макіївка. – 1998. - № 6(14). - С. 147 - 155.

7. Дворников В. И., Савенко Э. С. О методологическом подходе к расчету на долговечность коренного вала грузоподъемной машины // Вісник Донбаської державної академії будівництва і архітектури. – Макіївка. – 1998. - № 6(14). - С. 166 - 169.

8. Дворников В. И., Савенко Э. С., Манакин А. П. О силовых факторах для расчета на долговечность главного вала шахтной подъемной машины. // Сб. трудов. Международной конференции «Прогрессивные технологи машиностроения и современность». – Донецк. - 1997. – С. 81 - 82.

9. Дворников В. И., Савенко Э. С., Кърцелин Е. Р. Саравски Н. С. Программное управление скоростью в системах подчиненного регулирования приводом шахтных подъемных машин. // Сб. докладов национальной конференции «Автоматика и информатика 99», том. 5. - София. – 1999. – С. 6 - 11.

10. Дворников В. И., Савенко Э. С., Яценко А. Ф. Спектральные свойства системы «подъемные сосуды – канаты – машина – трансмиссия – привод». // Труды международной научно-технической конференции «Горная электромеханика и автоматика».-Донецк ДонГТУ, - 2003. – С. 80 – 85.

Особистий внесок здобувача: [1] – побудова математичної моделі при перекладанні зазорів у редукторних парах; [2] – побудова математичної моделі динаміки трансмісії підйомої установки; [3] – динамічні стани трансмісії шахтних підйомних машин у нестаціонарних режимах руху; [5] – силові фактори для розрахунку на довговічність головного валу [6] – класифікація динамічних перехідних станів підйомної установки з двоступеневим редуктором при наявності бічних зазорів у зубчатих зачепленнях; [9] – програмне керування швидкістю в системах підлеглого регулювання приводом шахтних підйомних машин; [10] – динамічний стан системи трансмісії у власних частотах коливань залежно від положення посудин у стволі при різних ступенях редукції трансмісії шахтних підйомних установок.