Методические принципы определения ресурса элементов погрузочно-доставочных машин по их эксплуатационной нагруженности Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

----------------------------------- © Е.А. Григорьев, 2004

УДК 622.611(24)

Е.А. Григорьев

МЕТОДИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕСУРСА ЭЛЕМЕНТОВ ПОГРУЗОЧНО-ДОСТАВОЧНЫХМАШИН ПО ИХ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙНАГРУЖЕННОСТИ

Семинар № 15

ТТ огрузочно-доставочные машины

(ПДМ) получили широкое применение на рудниках для погрузки и транспортирования горной массы на расстояние до 300 м. В ряде случаев они используются совместно с подземными автосамосвалами. Для ПДМ характерны высокая первоначальная стоимость, значительные затраты на запасные части в процессе эксплуатации, а также жесткие требования к их надежности. Это создает ситуацию, когда задача прогнозирования ресурса элементов ПДМ, как основа адаптивной системы технического обслуживания и ремонта (ТО и Р) [1], является весьма актуальной.

Особенностями работы ПДМ являются:

• использование в различных технологических операциях (добыча, проходка, зачистка, отвоз негабаритов, вспомогательные операции);

• структурная сложность рабочего цикла;

• широкий спектр горнотехнических условий, определяющих время выполнения операций.

Эти особенности определяют интенсивность падения ресурса элементов ПДМ. Для их учета необходима разработка специальной методики, для чего требуется решить следующие задачи:

• выбор критерия влияния горнотехнических условий эксплуатации ПДМ на интенсивность падения ресурса их элементов;

• определение продолжительности периода, в течение которого происходит влияние этих условий, с установленной интенсивностью;

• разработка модели изменения интенсивности падения ресурса элементов ПДМ в зависимости от эксплуатационных условий.

Отказы элементов машин, обычно происходят из-за усталости металла. В зависимости от характера напряжений, действующих на рассматриваемый элемент, выполняются расчеты: на контактную усталость активных поверхностей, усталость при изгибе, при кручении, усталость при сложном напряженном состоянии и т.д. При расчете элементов деталей на усталость их нагруженность характеризуется силовой и цикловой характеристиками. Силовая характеристика представляет собой распределение амплитуд напряжений, а цикловая

- распределение циклов действия напряжений за единицу ресурса. При расчете ресурсных характеристик узла или детали машины при ее создании учитывают интенсивность использования данного элемента по времени и нагрузке. На фактическую нагруженность элемента оказывают влияние многие факторы: погрешности сборки и монтажа, воздействия со стороны других деталей и др. Детальные исследования нагруженности систем и элементов машин на основе экспериментальных данных проводят на стадии создания или модернизации техники. В процессе эксплуатации машин такие исследования невозможны. Известно, что любой материал или элемент имеют определенный отклик в виде деформации на возникающее напряжение (нагрузку) с учетом фактора времени и масштаба. Разрушение материала идет под действием прикладываемых к нему усилий, температуры, химических воздействий и пр. Для одного рудника можно говорить о примерном постоянстве температуры и влияния окружающей среды. Поэтому определяющим фактором при разрушении детали или узла ПДМ является величина и интенсивность воспринимаемой им нагрузки (импульс воздействующей силы).

Нагруженность элементов машины определяется следующими факторами:

• конструктивными особенностями систем машины;

• режимами работы систем машины;

• внешними сопротивлениями, которые преодолевают узлы и детали машины.

Влияние конструктивных особенностей и параметров работы систем ПДМ на нагруженность их элементов при выполнении одинаковых операций рабочего цикла в нашем случае будем считать постоянным. Такой подход вполне оправдан, т.к. отличие этого влияния учитывать крайне сложно, кроме того, оно невелико.

При исследовании силовой составляющей нагруженности принято выделять два режима: переходные процессы и условно-установившаяся работа. При движении ПДМ с грузом и порожняком доля переходных процессов не превышает 10-15%. В данные периоды динамическая составляющая усилия в одном случае будет являться дополнительным сопротивлением (при разгоне), в другом - дополнительной движущей силой (при торможении), причем их значения будут примерно равны. Исследования скоростных режимов черпания горной массы показывают, что изменение скорости перемещения ковша в развале не оказывает существенного влияния на сопротивление внедрению [2]. На основании этого будем рассматривать только статический режим нагружения систем ПДМ.

Таким образом нагруженность элементов ПДМ зависит в первую очередь от сопротивлений (Ш), которые ей приходится преодолевать в процессе работы. Эти сопротивления зависят от горнотехнических условий и могут изменятся в широких пределах. Остальные факторы, определяющие износ элемента, можно считать либо постоянными при данном режиме работы, либо не поддающимися учету.

Тогда

Т1 Т (1)

То

Тх

(2)

где Ті, Т2 - наработка элемента на отказ (до отказа) при изменении его нагруженности по закону Ші(1) и Ш2 (1) соответственно.

Для двух элементов одного типа с достаточной точностью можно записать:

V V

'' ср.взв 0 '' ср.взв х

где Шсрвзв- средневзвешенная нагруженность элемента отработавшего свой ресурс, определяется как

№

(3)

где - нагруженность элемента за время ра-

боты 1, кН; Тх -прогнозируемый ресурс элемента, мото-ч, при средневзвешенной нагруженности Шср.взв х, кН, значение которой определяется на основе данных по условиям эксплуатации.

ж

ЪЖ111

______

' Тх

(4)

где - нагруженность элемента за время работы 1 , кН.

Прогнозирование ресурса элемента ПДМ в таком случае основано на установлении отношения Т0/Шсрвзв. по статистическим данным и на определении Шсрвзв х. Установить Шсрвзв х возможно путем анализа уже полученных данных по нагруженности элементов этого же типа в условиях рудника и учете поправок, связанных с отличиями в эксплуатации ПДМ.

Применительно к ПДМ определение нагруженности ее элементов основано на определении времени работы машины в основных и вспомогательных процессах, продолжительности операций рабочего цикла и величине сопротивлений, которые ей приходится преодолевать в каждом режиме.

Структура рабочего цикла ПДМ имеет вид Тц = 1з+ ^.х+^+^х, (5)

где, 1з- время заполнения ковша, с; 1;р.х-время рабочего хода, с; 1;р- время разгрузки ковша, с; ^.х- время холостого хода, с.

Количественно определить составляющие рабочего цикла ПДМ для конкретных условий эксплуатации возможно, либо проводя хроно-метражные наблюдения, либо имея следующие данные: наработку машины за рассматриваемый промежуток времени (ДТтек, мото-ч); количество перевезенной горной массы ^, т); данные по условиям эксплуатации (дальность транспортирования горной массы, скорости движения ПДМ и пр).

Число рабочих циклов

Иц = д/(ум к р), (6)

где Ук н - номинальная вместимость ковша, м3; К,

- коэффициент заполнения ковша; р - плотность перевозимой горной массы, т/ м3.

Тогда время работы машины на основных работах

Тосн .= Пц. прох Тц. прох +Пц. доб Тц. доб , МОТО-Ч. (7)

Время работы на вспомогательных операциях

Твспом.= ^Ттек-(пц. прох Тц. прох +Пц.доб Тц. доб+^зач ), МО-

то-ч. (8)

Средневзвешенная нагруженность элемента в общем случае

Тж,-Т, 1-і____

Т

(9)

где Ш; - средневзвешенная нагруженность при выполнении ;-ого вида работ; Т; - время выполнения ПДМ ;-ого вида работ; N - общее число выполняемых ПДМ работ, Т - наработка элемента на отказ (до отказа), моточасов.

При выполнении одного вида работ парамеры цикла в зависимости от горнотехнических условий будут разными. Средневзвешенная нагруженность элемента, при выполнении работы данного вида, будет определяться как

(10)

ж,=Епц,Х ж,,^’

1-1 к~1 Т

где ^ц,к - средневзвешенная нагруженность при выполнении к-ой операции ,]-ого цикла; 1 у,к - время выполнения ПДМ к-ой операции ^ ого цикла; Тц у - время ,]-ого цикла; В - число операций рабочего цикла (В = 4); Р - число циклов с различными параметрами, иц у - число ]-х циклов і-ого вида работ.

В результате можно записать

N Р В + ■ (11)

ж= £ Еп„,іЕ ж„1,к^т; ( )

і=1 1=1 к=1 Т

где N - количество видов работ выполняемых ПДМ.

В структуре ПДМ можно выделить следующие системы:

• система ковша, гидроцилиндров подъема, опускания и поворота стрелы;

• система ходовой тележки;

• система гидропривода;

• система привода колесных движителей;

• двигатель.

Поток мощности при работе ПДМ идет по двум направлениям:

1. двигатель ^трансмиссия околесные движетели.

2. двигатель ^гидропривод ^штоки гидроцилиндров.

Можно выделить три группы систем ПДМ, нагруженность которых будет зависеть от различных факторов (табл. 1). Эти показатели определяются по известным методикам [2, 3] в зависимости от горнотехнических условий (табл. 2).

Для разных элементов силовой системы интенсивности падения ресурса (у;) в данном режиме работы будут отличаться. Однако относительные значения падений ресурсов (у;отн=у;/Т0 где Т0- полный ресурс элемента, мо-то-ч) элементов силовой системы постоянны, так как значения Ш; 1 для всех элементов системы совпадают. Тогда, интенсивность падения ресурса элементов, входящих в выделенные группы систем ПДМ, будет определяться их средневзвешенной нагруженностью (3).

ж _.х/ ; л

/Ж _ 01

Тх1 - То

Тх2 = То

>

(12)

= т,

Рис. 1. Средневзвешенная нагруженность элементов погрузочно-доставочныхмашин; а - на добыче, б - на проходке

Таблица 1

Показатели нагруженности систем ПДМ в структуре рабочего цикла

Системы ПДМ Погрузка Рабочий ход Разгрузка Холостой ход

1. Система и привода • Суммарное сопротивле- Суммарное Суммарное

колесных движителей ние движению (ZWp.x.) сопротивление - * сопротивление

• Сопротивление внедре- движению движению

нию ковша в штабель (ХШР.Х.) (ЕШх.О

горной массы (Бвн.)

2. Система ковша, • Сопротивление внедре-

гидроцилиндров пово- нию ковша в штабель Масса пере- Масса пе- -

рота, поворота ковша горной массы (Бвн.) мещаемого ремещае-

и подъема стрелы, • Сопротивление выводу груза (ОД мого гру-

система гидропривода ковша (Бвыв. + gQг) за (ОД

3. Шарнирно - • Суммарное сопротивление

сочлененная рама, движению (£Wp.x.)

двигатель, трансмис- • Сопротивление внедре- • Суммарное СО' Масса пе- Суммарное

сия нию ковша в штабель противление ремещае- сопротивление

горной массы (Бвн.) движению мого гру- движению

• Сопротивление выводу (2Шр.х.) за (ОД (ХШ„.)

ковша (Бвыв. + gQг) • Масса пере-

мещаемого

груза (0Г)

Таблица 2

Определение показателей нагруженности систем ПДМ

Показатели нагруженности систем ПДМ Формула Обозначения

Масса перемещаемого груза Qг= Ук н К3 р, Ук.н - номинальная вместимость ковша, м3; К3 - коэффициент заполнения ковша; р -плотность перевозимой горной массы, т/ м3.

Суммарное сопротивление движению 2W=1000gx *(Go+Qг)(Шo±Іcв+ +шк± 0.11а), О0 - собственная масса ПДМ, т; Шо - коэффициент сопротивления качению; шк - коэффициент, учитывающий дополнительное сопротивление в кривых участках дороги; 0.11а - дополнительное сопротивление от инерции вращающихся масс; а - ускорение трогания, м/с2.

Усилие внедрения в штабель горной массы = 10В К)Х хЬпвн (у/Кр)у хКф Кр tgфmx В - ширина ковша, м; К- глубина напряженной зоны, м (К ~ЦН); Цн - глубина внедрения, м; п - показатель, характеризует влияние на процесс внедрения ковша условий его заполнения; у-объемный вес горной массы в целике, Н/м3; Кр - коэффициент разрыхления горной массы; V - коэффициент, учитывающий сортность горной массы; Кф - коэффициент, учитывающий влияние на усилие внедрения, его стенок и вида режущей кромки; Кр - коэффициент, учитывающий траекторию черпания; ф -угол естественного откоса штабеля, град; т - коэффициент, учитывающий расположение кромки ковша относительно уровня почвы; 1§р - коэффициент внутреннего трения.

Сопротивление горной массы выводу ковша Бвыв. =БцВ, Е - боковое давление развала; ц - сопротивление горной массы сдвигу, Ц= 1§ф.

Для каждой группы выделенных систем ПДМ

------------------------------------ средневзвешенная нагруженность определяется

* Нагрузку на систему в данном режиме принимаем по формулам равной нулю.

Данные по ресурсу элементов Данные по горнотехническим условиям эксплуатации ПДМ

Данные по использованию ПДМ в различных технологических операциях

Расчет нагруженности элементов ПДМ при выполнении операций рабочего цикла для данных горнотехнических условий эксплуатации

Определение WCp.взв х X

Определение номенклатуры и сроков закупки запасных частей

Разработка планов-графиков ППР

Рис.2 Структурная схема адаптивной системы ТО и РПДМ

ж *

= И п

[£ ж1 КтІ ж.„і Л

Т „„

ж ,=1 I П

(к е.ен -

.... к в . вЬ1в — выв і,1 ^Іпогр.

Т^і ё +

ж ,

ІЕ ж,,, + К,

Т

-

£

К -

б і

Т „„

. g бг.

,2 ж,„і„

13)

Т ,,, т,,, т,,,

|в- коэффициенты, учитывающие соответственно долю времени внедрения и вы-рыва ковша в общем времени погрузки; ;, | -индекс технологической операции и рабочего цикла соответственно.

Пример расчета по предложенной методике при работе машины на добыче и проходке (рис. 1 а, б) показывает, что с увеличением дальности транспортирования средневзвешенная на-

груженность систем ПДМ уменьшается. Это объясняется тем, что наибольшее сопротивление системы испытывают при погрузке горной массы, а именно при внедрении ковша в штабель. При увеличении времени транспортирования горной массы доля времени погрузки, в общем времени цикла, уменьшается.

Как видно из графиков, нагруженность элементов систем ПДМ, при равных значениях дальности транспортирования, при работе машины на проходке на 12-20 % меньше, чем на добыче. Это объясняется более благоприятными параметрами навала после БВР при проходке.

Нагруженность систем ПДМ зависит от ряда факторов, основные из которых: характеристики горной массы (плотность, кусковатость), параметры навала и дальность транспортирования. Учет этих факторов позволяет более точно прогнозировать ресурс элементов ПДМ.

Таким образом, предлагаемые методические принципы заключаются в следующем:

Т

Т

І

в

• определяется время использования ПДМ в различных технологических операциях.

• определяется время рабочего цикла и время составляющих его операций для данных горнотехнических условий.

• определяется средневзвешенная на-груженность трех выделенных групп элементов ПДМ.

• прогнозируется ресурс элементов ПДМ на основе статистических данных, а также определенных значений средневзвешенной нагруженности этих элементов.

Такой подход позволяет более эффективно применять адаптивную систему ТО и Р машин (см. рис. 2), а именно: корректировать сроки

1. Филимонов А. Т. Ремонт самоходного оборудования на подземных рудниках. - 2е изд., пере-раб. и доп. - М.: Недра, 1987.

2. Музгин С.С. Погрузка руды самоходными машинами. - Алма-Ата: Наука, 1984.

ТО и Р при изменении горнотехнических условий эксплуатации и доли использования ПДМ в различных технологических операциях.

Предложенные принципы определения параметров адаптивной системы ТО и Р ПДМ отличаются от известных более полным учетом условий эксплуатации, смещением акцента с формирования массива статистических данных по надежности на анализ нагруженности элементов в конкретных условиях эксплуатации. Применение данной методики позволяет корректировать параметры системы ТО и Р на основе обработки небольшого числа статистических данных по ресурсу элементов машин.

---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

3. Липовой А.И. Ковшевые погрузочно-

транспортные машины на подземных рудниках. - М.: Недра, 1988.

Коротко об авторах

Григорьев Е.А. — Санкт-Петербургский государственный горный институт (ТУ).

--------------------------------------- © В.А. Бобин, А.С. Воронюк,

А.Н. Ланюк, 2004

УДК 622.732

В.А. Бобин, А. С. Воронюк, А.Н. Ланюк

ПРИНЦИП ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ В РАЗРУШАЮЩИХ ГИРОСКОПИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВАХ*

Семинар № 15

Т) настоящее время для размола до ковые и шаровые мельницы), при работе котофракционных размеров от 20 до 100 рых измельчение производится в основном

мкм природных углей всех марок и горных по- раздавливанием (т.е. под действием собствен-

род используются устройства (дробилки, вал- ного веса валков и шаров и усилий создаваемых