CC BY
32
5. Фаробин Я.Е., Овчаров В.А., Кравцева В.А. Теория движения специализированного подвижного состава. - Воронеж: Изд-во ВГУ, 1981. -160 с.
6. Савушкин Е.С., Курылев В.Ф. Собственные колебания в продольной плоскости тягач - полуприцеп// Автомобильная промышленность. - 1963, № 9, - С. 14-15.
7. Кондрашкин С.И., Контанистов С.П., Семенов В.М. Принципы построения математических моделей динамики движения автомобиля// Автомобильная промышленность. -1979, № 7, - С. 24-27.
8. Хачатуров А. А. Динамика системы "дорога - шина - автомобиль - водитель ". - М.: Машиностроение, 1976. - 535 с.
9. Барбашин Е.А. Введение в теорию устойчивости. - М.: Наука, 1967. - 223 с.
10. Дербаремдикер А.Д. Амортизаторы транспортных машин. - 2-е изд. перераб. и доп. -М.: Машиностроение, 1985. - 206 с._
УДК 621 Проф. €.В. Харченко, д-р техн. наук; Л.В. Семчук -
НУ "Львiвська полiтехнiка"
МЕТОДИ КОНТРОЛЮ СТАНУ ШАХТНИХ ШДШМАЛЬНИХ
КАНАТ1В
Охарактеризовано pi3Hi методи контролю стану шахтних тдшмальних канатсв: вiзуальний, мехашчний, електромагштний. Наведено результати експериментально-го i теоретичного дослщження динамiчних навантажень у пружних ланках моделi шахтно! пщшмально! установки i розглянуто порiвняльний аналiз.
Ключов1 слова: Методи, контроль, шахтш пщшмальш канати, експериментальш, теоретичш, дослщження.
Prof. E.V. Kharchenko; L.V. Semchuk - NU "L'vivs'ka Politekhnika" Control methods of mining elevating ropes state
The characteristics of different control methods of mining elevating ropes state: visual, mechanical, electromagnetic is given. The results of experimental and theoretical research of dynamic loading resilient sections of mining elevating plant model are provided and comparative analysis is given.
Keywords: Methods, control, mining elevating ropes, experimental, theoretical, research.
Загальна характеристика проблеми. У шахтних тдшмальних установках, яю споруджуються для транспортування на поверхню корисних ко-палин, опускання i тдшмання людей та шахтного обладнання, одним з найбшьш вщповщальних елемеш!в е канат.
Канати, яю використовуються на шахтах, мають складш конструкци. У сучасних умовах використовують велику юльюсть р1зномаштних тишв ка-нат1в, виготовлених з1 стальних дротин. Таю канати набули широкого засто-сування завдяки велиюй довжиш, гнучкост i пор1вняно малш погоннш маЫ.
Однак доволi часто канати мають низький коефщент надiйностi. У процес експлуатаци канат зношуються, внаслщок чого коефiцiент надiйностi ще бшьше знижуеться. Крiм цього, на мщшсть каната iстотне значення мають коливальш явища у механiчнiй системi, яю виникають пiд час встановлення кшток на посадочнi кулаки, входження i виходу скiпа з розвантажувальних кривих, пуску та гальмування приводу, електромагштш явища в асинхронному двигуш тощо.
Точнiсть i доступнiсть методiв контролю стану канатiв мае дуже важ-ливе значення з точки зору безпеки й економiчностi використання. Несвоечас-
на замша каната може призвести до аваршного обриву, а передчасна замша до збшьшення експлуатацшних затрат.
Своечасний i якiсний контроль стану канатiв дасть змогу рацюнально добирати 1х конструктивы параметри, а також режими роботи шахтно! ш-дшмально1 i шдвищити термiн експлуатаци.
Аналiз вiдомих дослвджень. Контроль стану шахтних пiдiймальних установок, як мають складнi конструкци [3, 10], е одним з основних завдань 1х рацюнального проектування i техтчно1 дiагностики [2, 4, 6, 8]. Одним з найважливших елемент1в цих установок е пiдiймальнi канати [9], як потре-бують постшного контролю. Застосовують вiзуальний огляд, мехашчш вип-робовування, електромагнiтнi дослiдження [2, 8, 9].
Вивчення впливу динамiчних явищ на характеристики каната набувае особливо важливого значення у зв'язку з великими глибинами добування ко-рисних копалин, значною вантажнiстю установок та високими вимогами що-до безпеки експлуатаци технiчних об,ектiв [1, 5, 7, 11]. Рацюнальний добiр параметрiв шахтних пiдiймальних канатiв потребуе систематизаци рiзнома-нiтних методiв контролю, а також дослщжень експлуатацiйних режимiв при-вiдних систем [4, 8, 9].
Постановка задачь Метою статт е проаналiзувати методи контролю стану шахтних каналв, що дасть змогу рацюнально добирати 1х конструктив-т параметри i режими роботи шахтно! шдшмально1 установки, а також тд-вищити термiн експлуатаци.
Пропонована методика грунтуеться на поеднаннi рiзноманiтних мето-дiв контролю: вiзуального, механiчного, електромагштного з урахуванням впливу динамiчних навантажень.
Методи контролю стану каналв. Протягом багатьох десятилггь i до сьогодшшнього дня застосовують вiзуальний спосiб контролю, який ба-зуеться на зовшшньому оглядi канатiв, реестраци розiрваних дротин й шших пошкоджень. Iнодi пошкодження канатiв настiльки очевиднi (рис. 1), що замша каналв не викликае жодних сумнiвiв.
Рис. 1. Зразки пошкоджених канат1в
Пюля огляду замiряють дiаметр каната i крок навивання. Iнодi частко-во розкручують для перевiрки стану його внутршньо1 частини. Недолiками цих перевiрок е необхiднiсть затрати велико1 кшькосп часу, недостатня, а шо-дi i помилкова iнформацiя по стан каната, яка залежить вiд випадкових чинни-кiв i iндивiдуальних здiбностей працiвника, неможливiсть точного встанов-лення степеня корози. Цi недолiки особливо очевидш для канатiв закрито1 конструкци i багатошарових канатiв.
Перiодично (не рiдше 1 раз на швроку) канати направляються на меха-тчт випробовування. Для цього вiдрiзають зразок довжиною не менше 1,5 м.
Перед випробуваннями проводять точний замiр дiаметра каната. Вiд зраз-ка вщдшяють частинку довжиною 350.. .400 мм, розилгтають И по пряжах й окре-мих дротинах. При цьому проводять ретельний огляд з метою виявлення обривiв, деформаци, корози i iнших дефектiв дротин. Пiсля чого !х промивають i просу-шують. Замiряють дiаметр кожно1 дротини i пiдраховують 1хню кшьюсть.
Пiд час випробувань визначають кiлькiсть перегинiв на 90°, а також мак- | симальне розривне зусилля, якi витримуе кожна дротина. Проводили випробу-вання для каната ЛК-РО 6*36 з оргашчним осердям дiаметром 39,5 мм, який застосовуеться на шахтi "Вщродження" ДП мЛьвiввугiллям. Канат мае 6 пряж по 36 дротин у кожиш (1 центральний дiаметром 2,4 мм, 14 - диаметром близько 2,2 мм, 14 - дiаметром близько 1,8 мм i 7 - 1,3 мм). Надаються розривш зусилля для кожно1 групи дротин i для кожно1 пряж1. Пiсля чого визначаеться сумарне розривне зусилля вшх дротин, яке становить 114178 кг = 11189444 Н.
Безпечна робота канапв потребуе постшного контролю змши поперечного перерiзу каната, яке вiдбуваеться внаслщок корози i механiчного зношування.
На шахтах ДП "Львiввугiлля" застосовуються прилади типу ИИСК-5, якi призначенi для визначення вщносних втрат перерiзу металу в межах вiд 5 до 30 % для каналв з оргашчним i металiчним сердечником дiаметром 15.. .65 мм. Маса приладу до 19 кг, датчика - 12 кг. Напруга живлення 15 В.
1ндукцшний датчик (рис. 2) - це двi котушки, намоташ на сердечники з трансформаторного залiза. Котушки включеш так, що !х магнiтнi поля за-микаються через канат в одному напрямку.
Принцип ди приладу базуеться на вимiрюваннi шдуктивносл котушки, до складу магштопроводу яко! входить канат. Зменшення перерiзу каната призводить до збiльшення магнггного опору магнiтопроводу i зменшенню ш-дуктивностi котушки. Шкала приладу проградуйована у вiдсотках втрати поперечного перерiзу вiдносно нового каната.
Прилад ИИСК-5 складаеться з iндукцiйного датчика, вхщного пристрою, пiдсилювача, випрямляча, вихщного iндикатора i блоку живлення. Вхщний пристрiй i iндукцiйний датчик служать для створення напруги змш-ного струму, ампштуда якого пропорцшна вiдноснiй втратi перерiзу кон-трольованого каната.
Вхщний пристрiй представляе собою два резонансних мости змiнного струму, якi включеш диференцшно. Кожен з мостов живиться вщ самостiйноl обмотки силового трансформатора. За допомогою мшамперметра, який з'едну-ють з апаратом, можна записати дiаграму змiни вiдносноl втрати перерiзу по довжинi каната.
Рис. 2. 1ндук-цшний датчик
Визначення динамiчних зусиль у шдшмальних канатах експеримен-тальним шляхом е непростим завданням. Максимальш значення зусиль вини-кають у верхнiх перерiзах каната при шдшманш вантажу. Але розмiщення вимiрювальних приладiв у реальних умовах у цих мюцях викликае труднощi внаслщок намотування каната на напрямний шюв. Тому на реальних установках таю експерименти не проводять.
Для вимiрювання динамiчних зусиль у нижньому перерiзi каната ви-користовують установку, яка складаеться з двох динамометрiв, пiдсилювача, осцилографа i джерела живлення. Ящик з апаратурою шдвшують у кштщ на амортизаторах, щоби унеможливити вплив поштовхiв, якi можуть виникнути шд час руху клiтки вздовж ствола. Динамометри встановлюють вище мюця крiплення каната i з'еднують кабелями з вимiрювальною апаратурою.
Для визначення зусиль у канат використовували модель одноканатно! шдшмально! установки (рис. 3), яка складаеться з електродвигуна потужшстю 0,25 кВт, частотою обертання ротора ю0 = 78,4 рад/с, момент шерцп якого до-рiвнюе 0,001 кг-м . Параметри двигуна: амплггуда напруги мережi живлення ит = 310,5 В, активнi опори фаз г3 = 0,00825 Ом, тк = 0,0107 Ом, шдуктивносл розсiяння = 1,22 -10-4 Г, Ьк = 1,22-10-4 Г, робоча шдукгившсть Ьт = 4,47-10-3 Г, число пар магштних полюсiв р0 = 4.
Електродвигун з'еднано за допомогою муфти з двостушнчастим редуктором зi цилiндричними шевронними колесами. Передаточне число редуктора и = 56, момент шерцп, приведений до вала барабана, становить 0,2 кг-м . Ви-хщний вал редуктора за допомогою муфти з'еднуеться з привщним барабаном дiаметром 300 мм i шириною 140 мм, момент шерцп 0,3 кг-м . При обертанш барабана один канат намотуеться на нього, а шший розмотуеться. Канати перекинув через 2 напрямш шюви, якi розмiщенi на копрь У нижнiй частинi копра розмщено блок, через який перекинуто канат. У нижнш частинi каната нижче мюця крiплення датчикiв прикршлено вантажi масою т1 = т2 = 2 кг. Дiаметри шкiвiв - 300 мм. Довжина вертикальних вiток каната вiд напрямних шкiвiв до нижнього шк1ва - 3 м. Площа поперечного перерiзу А = 14 мм , дь аметр 4,5 мм, модуль пружност каната Е = 150000 МПа.
Рис. 3. Модель одноканатно'1 тдшмальноХ установки
На розрахунковш cxeMi експериментально! установки (рис. 4, а) та cxeMi приводу (рис. 4, б) введено таю позначення: 1 - електродвигун, 2 - редуктор, 3 - привщний барабан, момент шерци якого дорiвнюе 13, 4 - напрям-m шкiви, 5 - нижнш напрямний шкiв, l1 i l2 - довжини вiток каната, Д1 i Д2 -пристро! для визначення зусиль за допомогою тензодатчикiв (рис. 5).
Зусилля N, яке виникае у канатi, пов'язане з силою F, що згинае балку, спiввiдношенням:
F = 2 • N • sin 8,
де 5 - кут нахилу каната.
Зусилля у канат визначають з рiвняння
Л7 E • b • h2
N =-s,
6 • a • sin 8
де: Е - поздовжнш модуль пружност матерiалу балки; е - вiдносне видов-ження зовшшшх волокон балки, яке визначаеться за допомогою тензодатчи-кiв д1 i д2.
Аналiз результатiв дослiджень. Визначення зусиль у в^ках каната теоретичним шляхом проводилося за допомогою методики, подано! в [11].
Максимальш значення сил у пружних ланках N1, N2, а також коефь
N1 1max N21 max
цiенти динамiчностi k
дин.1
(m + pio1)g'
k
дин.2
(Ш2 + pl02)g
у вiтках каната,
що вщповщають рiзним навантаженням вiток каната, визначеш теоретичним i експериментальним шляхом, наведено вщповщно у табл. 1 i 2.
Часовi залежностi сил пружност у ланках каната для випадку, т1 = 2 кг, т2 = 2 кг показано на рис. 6, 7.
Рис. 4. Розрахункова схема експериментально'1 установки (а) та схема приводу (б)
Рис. 5. Схема пристрою для визначення зусилля у канат1 за допомогою
тензодатчитв
Висновки
• Контроль за станом шахтних пщймальних канатов потребуе поеднання р1зно-маттних метод1в: в1зуального, який проводять щоденно; мехатчних випро-бовувань, що проводять не рщше 1 разу на тв року; електромагттного, а та-кож досл1дження динам1чних навантажень, що виникають у в1тках каната.
Табл. 1. Максимальн значення сил у пружних ланках N2, N2, а також коефпц'инти динамiчностiу втгках каната, отриман теоретичним шляхом
т1, кг т2, кг N\maxi Н N2max, Н кдин. 1 кдин.2
2 2 24,407 22,767 1,244 1,160
2 1,5 24,746 17,546 1,261 1,192
2 1 25,438 12,026 1,297 1,226
2 0,5 26,014 6,126 1,326 1,249
0,5 2 6,730 24,580 1,372 1,253
1 2 13,127 23,913 1,338 1,219
1,5 2 18,901 23,308 1,284 1,188
Табл. 2. Максимальт значення сил у пружних ланках а також коефщенти _динамiчностiу втгках каната, отримаш експериментальним шляхом_
ть кг т2, кг N1max, Н N2max, Н кдин. 1 кдин.2
2 2 23,1 21,6 1,177 1,101
2 1,5 23,3 16,4 1,188 1,182
2 1 24,1 11,2 1,228 1,142
2 0,5 24,7 5,4 1,259 1,243
0,5 2 6,1 23,2 1,244 1,182
1 2 12,1 22,7 1,233 1,157
1,5 2 17,7 22,1 1,202 1,126
Рис. 6. Часова залежшсть сил пружностi N
Рис. 7. Часова залежшсть сил пружностi N
0,3 0,6 0,9 1,2
• Результати теоретичного i експериментального методiв дослвджень динамiч-них навантажень, отриманих для експериментально! i реально! пщймальних установок, збпаються. Вщхилення становить 5,35.. .11,85 %
• На початковш стадп розгону наявт iнтенсивнi коливання електромагттного моменту, як призводять до збурення коливань мехатчно! системи, з перь одом близько 1,3 с. Це обумовлюе значне збiльшення внутрiшнiх сил, однак з часом значення моментов i сил пружност стабiлiзуються.
• Максимальт значення сил пружност М1тах = 26,014Н i коефiцiента динамiч-ност кдин1 = 1,326 виникають у вiтцi, яка пiдiймаеться при опускант мтмаль-ного вантажу. Зi зростанням противаги динамiчнi навантаження зменшуються.
Л1тература
1. Архипов К.И. Исследование влияния зазоров и деформаций в системе на динамику подъема// Изв. вузов. Нефть и газ. - 1980, № 6. - С. 16-21.
2. Белый В.Д., Лесин К.К., Самарский А.Ф. Выбор, навеска, эксплуатация и контроль состояния шахтных канатов. - М.: Недра, 1967. - 228 с.
3. Братченко Б.Ф. Стационарные установки шахт. - М.: Недра, 1977. - 438 с.
4. Головкин Т.Я. Динамика канатов и цепей. - М.: Металургиздат, 1962. - 432 с.
5. Горошко О.А., Савин Т.Н. Динамика нити переменной длинны. - К.: Академия наук СССР, 1962. - 332 с.
6. Давидов Б.Я. Динамика горних машин. - М.: Гортехиздат. 1961. - 235 с.
7. Козак С.А. К вопросам динамических нагрузок в шахтных подъемных установках// Сб. "Конструирование и технология в тяжелом машиностроении". - Свердловск: УПИ, 1966. - 236 с.
8. Нестеров П.П. Теория и практика подъема. - К.: Наук. думка, 1975. - 354 с.
9. Сергееев С.Т. Стальные канаты. - К.: Техшка, - 1974. - 324 с.
10. Хаджиков Р.Н., Бутаков С.А. Горная механика. - М.: Недра, 1982. - 406 с.
11. Харченко С.В., Семчук Л.В. Перехщш процеси у привщнш систем! шахтно! т-дшмально! установки// Вюник НУ "Льв1вська пол1техшка": Динамша, мщнють та проектуван-ня машин 1 прилад1в. - Льв1в: НУ "Льв1вська полгтехшка". - 2006, № 556. - С. 78-85.
