Актуальные проблемы повышения эффективности и безопасности эксплуат
..pdf
Рис. 3. Схема резания планетарного исполнительного органа с наклоном резцовых дисков относительно плоскости симметрии: 1, 2 – резы вращающихся в противоположные стороны дисков; 3 – резы забурника
В предлагаемой конструкции (рис. 4) резцедержатель установлен на исполнительном органе с возможностью поворота вокруг крестообразной оси с упором, закреплённым жестко на исполнительном органе. Это позволяет устройству задавать любой угол поворота корпусу резцедержателя под нагрузкой во время резания и автоматически установиться резцу по заданной линии резания. При снятии нагрузки резец приходит в исходное положение за счет фиксатора и наличия эксцентриситета.
а |
б |
Рис. 4. Схема самоустанавливающегося устройства
стангенциальным резцом
вкорпусе резцедержателя, на исполнительном органе:
а– вид сбоку; б – вид сверху
141
Таким образом, резец, жестко закрепленный в держателе, будет воздействовать на горную породу по строго заданной линии резания, что исключает влияние боковых изгибающих нагрузок на головку резца.
Модернизация исполнительных органов комбайнов, предусматривающая использование перекрестной схемы разрушения забоя в сочетании с использованием самоустанавливающихся устройств для крепления резцов, повысит технический уровень и эффективность роботы проходческо-очистных комбайнов.
Дальнейшее исследование процесса резания и формирования последовательных элементарных сколов в рамках перекрестной схемы резания представляет теоретический и практический интерес и является актуальной научной задачей.
Список литературы:
1.Харламова Н.А. Исследование механизма разрушения соляных горных пород резцовым инструментом: авторефер. дис. … канд. техн. наук: 05.15.11. –
Пермь, 1998. – 22 с.
2.Старков Л.И., Харламова Н.А. Исследование схемы перекрёстного резания
//Горный журнал. Изв. Вузов. – 1997. – № 7–8. – С. 121–123.
3.Шишлянников Д.И. Повышение эффективности отделения калийной руды от массива резцами добычных комбайнов: авторефер. дис. … канд. техн. наук: 05.05.06. – СПб., 2012. – 21 с.
4.Чупин С.А. Повышение износостойкости поворотных резцов проходческих комбайнов для проведения выработок по породам средней крепости: авторефер.
дис. … канд. техн. наук: 05.05.06. – СПб., 2016. – 20 с.
5.Способ разрушения массива перекрестными резами: пат. 2375571 Рос. Федерация / Н.В. Чекмасов, А.Н. Чистяков, В.В. Семенов, Д.И. Шишлянников.
№ 2008127396/03; заявл. 04.07.2008; опубл. 10.12.2009. – Бюл. № 34. – 7 с.
6.Способ разрушения горного массива перекрестными резами: пат. 2460882 Рос. Федерация / Н.В. Чекмасов. № 2010120816/03; заявл. 24.05.2010; опубл. 10.09.2012. – Бюл. № 25. – 6 с.
7.Способ разрушения горного массива перекрестными резами: пат. 2465458 Рос. Федерация / Н.В. Чекмасов, Г.Д. Трифанов. № 2011111811/03; заявл. 29.03.2011; опубл. 27.10.2012. – Бюл. № 30. – 6 с.
8.Способ разрушения горного массива перекрестными резами: пат. 2522111 Рос. Федерация / Н.В. Чекмасов, Д.И. Шишлянников. № 2013113586/03; заявл. 26.03.2013; опубл. 10.07.2014. Бюл. № 19. – 7 с.
142
Об авторах
Максимов Алексей Борисович, аспирант кафедры горной электромеханики, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь,
Россия. maksimov.aleksey.98589575@gmail.com.
Старков Леонид Иванович, кандидат технических наук, доцент кафедры горной электромеханики, Пермский национальный исследовательский политехниче-
ский университет, Пермь, Россия. maksimov.aleksey.98589575@gmail.com.
Чекмасов Николай Васильевич, кандидат технических наук, доцент кафедры горной электромеханики, Пермский национальный исследовательский политехни-
ческий университет, Пермь, Россия. maksimov.aleksey.98589575@gmail.com.
Шишлянников Дмитрий Игоревич, кандидат технических наук, доцент кафедры горной электромеханики, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия. 4varjag@mail.ru.
About the authors
Maksimov Aleksey Borisovich, postgraduate student of the department "Mining electrical engineering", Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russia. maksimov.aleksey.98589575@gmail.com.
Starkov Leonid Ivanovich, PhD, docent of the department "Mining electrical engineering", Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russia. maksimov.aleksey.98589575@gmail.com.
Chekmasov Nikolai Vasilevich, PhD, docent of the department "Mining electrical engineering", Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russia. maksimov.aleksey.98589575@gmail.com.
Shishlyannikov Dmitry Igorevich, PhD, docent of the department "Mining electrical engineering", Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russia. 4varjag@mail.ru.
143
УДК 622.611
ОЦЕНКА НАГРУЖЕННОСТИ ПРИВОДОВ ШАХТНЫХ САМОХОДНЫХ ВАГОНОВ В РЕАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ
В.А. Романов, Д.И. Шишлянников
Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия
Представлены результаты исследований работы приводов шахтных самоходных вагонов, применяемых на калийных рудниках. Обобщены опытные данные об особенностях эксплуатации самоходных вагонов. Приведена статистическая информация о возникновении аварийных отказов узлов и деталей шахтных самоходных вагонов.
Ключевые слова: шахтный самоходный вагон; нагруженность приводов; параметры режима работы; эффективность эксплуатации.
ASSESSMENT DRIVE LOADS OF MINE SHUTTLE CARS IN ACTUAL
OPERATING CONDITIONS
V.A. Romanov, D.I. Shishlyannikov
Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russia
Results of experimental research on the amount and type of loads of the mine shuttle car drives are given. Skilled data are generalized for specifics of mine shuttle car operation. Lists statistical information on the occurrence of crashes units and details of mine shuttle cars.
Keywords: mine shuttle car, loading drives, measuring registering complex, operational efficiency.
Производительность труда горнорабочих и себестоимость продукции предприятий калийной отрасли определяется техническими характеристиками механизированных комбайновых комплексов. Для калийной промышленности России актуальными остаются задачи повышения надёжности горнотранспортного оборудования, увеличения производительности и снижения затрат на эксплуатацию,
144
обслуживание и ремонт машин, осуществляющих доставку руды в очистных камерах. Решение данных задач возможно на основе результатов исследований режимных параметров работы технологического оборудования, определения величины и характера изменения нагрузок, действующих на двигатели и элементы трансмиссии горных машин, анализа данных по статистике возникновения аварийных отказов, а также внедрения современных методик управления рисками [1].
В настоящее время, машиностроительными предприятиями выпускаются двухосные и трехосные вагоны грузоподъемностью 15–30 тонн. На калийных рудниках России и стран Таможенного союза наибольшее распространение получили вагоны 10ВС15 и ВС 30 производства ООО «УГМК Рудгормаш» (г. Воронеж).
Вагоны 10ВС15 и их модификации имеют двухосную компоновку ходовой части. Все колёса управляемые, поворачиваются на одинаковые углы, что обеспечивает хорошую маневренность, одинаковые условия движения вперед и назад при минимальной ширине выработки. Данные вагоны хорошо зарекомендовали себя при работе с проходческо-очистными комбайнами ПК-8М и Урал-10А, однако, грузоподъемность 15 тонн является недостаточной и существенно ограничивает эффективность использования высокопроизводительных современных комбайнов типа Урал-20Р и MF-320 [2,3].
Вагоны ВС 30, грузоподъемностью 30 тонн, имеют трёхосную компоновку. Передние пневмоколёса – поворотные, неведущие; две пары задних колёс – приводные, неповоротные. Использование вагонов ВС 30 позволило повысить интенсивность транспортирования калийной руды в очистных камерах и, как следствие, увеличить эффективность работы механизированных комбайновых комплексов. Однако, наряду с достоинствами данные вагоны имеют существенные недостатки.
По информации инженерно-технических и сервисных служб калийных предприятий трёхосная компоновка вагона обусловливает увеличение времени и сложности маневровых операций. Низкими показателями надежности характеризуются электродвигатели ШСВ, электрооборудование и узлы ходовой части (таблица).
Одной из острых проблем, возникающих в процессе эксплуатации вагонов ВС 30, является повышенный выход из строя шин и колёс ШСВ. У вагона ВС 30, полностью загруженного рудой, величина статической нагрузки на колесо в 1,2 раза больше по сравнению с груженым вагоном 10ВС15. Трёхосная компоновка вагона и независимый привод на каждое ведущее колесо обусловливает неравномерное распределение крутящих моментов между бортами, что, в свою очередь, определяет нарушение кинематики поворота, проскальзывание шин относительно почвы выработкииувеличение динамических нагрузокнашиныиузлытяговыхприводов[4].
145
Статистика аварийных отказов ШСВ
|
Доля от общего числа аварийных |
||
Аварийный отказ |
|
отказов, % |
|
|
ВС 30 |
|
10ВС15 |
|
|
|
18,2 |
Разрушение ступицы ведущих колёс |
19,3 |
|
|
Выход из строя углового редуктора |
16,1 |
|
– |
Выход из строя тягового электродвигателя |
12,9 |
|
28,3 |
Выход из строя электродвигателя конвейера |
12,8 |
|
21,1 |
Отказ магнитной станции управления |
9,6 |
|
14,4 |
Обрыв питающего кабеля |
8 |
|
11,1 |
Выход из строя редуктора конвейера |
6,4 |
|
3,7 |
Обрыв цепи конвейера |
3,2 |
|
– |
Выход из строя тягового редуктора |
3,1 |
|
1,2 |
Отказ токосъемного аппарата |
3,1 |
|
2 |
Разрушение балки переднего моста |
1,8 |
|
– |
Отказ тормозной системы |
1,5 |
|
– |
Выход из строя кабелеукладчика |
1,4 |
|
– |
Исследования нагруженности приводов самоходных вагонов 10ВС15 и ВС 30 при различных режимах их работы проводились на рудниках ПАО «Уралкалий» сотрудниками кафедры «Горная электромеханика» Пермского национального исследовательского политехнического университета совместно со специалистами
ООО «Региональный канатный центр» (г. Пермь). Методикой исследования предусматривалось использование программно-регистрирующего комплекса «ВАТУР» (рис. 1), осуществляющего измерение, запись и сохранение мгновенных значений токов и напряжений, потребляемых электродвигателями ШСВ.
Особенностью работы приводов самоходных вагонов является недетерминированная нагрузка, изменяющаяся в широком диапазоне. Система ступенчатого регулирования частоты вращения роторов электродвигателей существенно ускоряет накопление усталостных повреждений деталей приводов хода в процессе пуска и переключения передач, а 5–7 кратные пусковые токи, сопровождающиеся просадками питающего напряжения, сокращают ресурс тяговых электродвигателей
(рис. 2) [5].
Движение полностью загруженного вагона ВС 30 при наличии даже небольших уклонов характеризуется возникновением перегрузок на ходовых двигателях и деталях трансмиссии, что обусловливает снижение ресурса и преждевременный выход из строя элементов привода.
Величина действующих токов в тяговых электродвигателях зависит от характера залегания пластов, и при предельных уклонах трассы превышает соответствующие техническим условиям значения в 1,4–1,7 раза [ТУ 16-513.336-78].
146
Рис. 1. Структурная схема программно-регистрирующего комплекса «ВАТУР»
Рис. 2. Графики изменения напряжения и активной трехфазной мощности, потребляемой ходовыми электродвигателями груженого вагона ВС 30:
1 – линейное напряжение; 2 – активная мощность, потребляемая двумя ходовыми электродвигателями; 3 – сигнал аксилерометрического датчика (профиль трассы); АВ – движение вагона в гору; ВС – движение вагона под уклон
147
В руководстве по эксплуатации самоходных вагонов указывается, что протяженность трассы с углом в 12° не должна превышать 40 м, однако, в реальных условиях на некоторых участках длина уклонов может достигать 100–150 м [5].
Вышесказанное обусловливает высокую аварийность ходовых электродвигателей вагонов. По данным специалистов ремонтных служб калийных рудников срок службы тяговых электродвигателей вагонов ВС 30, в среднем, составляет не более 6 месяцев, основной причиной выхода из строя являются пробои обмоток и распайка бандажей вследствие повышенного нагрева. Эксплуатация двигателей после ремонта длится не больше месяца, что говорит об их низкой ремонтопригодности и неудовлетворительном качестве ремонтно-восстановительных работ на предприятиях технического сервиса.
Начало разгрузки вагона 10ВС15 (рис. 3, а) характеризуется увеличением значения потребляемой активной мощности электродвигателя конвейера до 40 кВт (перегрузка более 33 %, падение напряжения в силовой цепи 16 В), по мере выгрузки руды из кузова вагона значение потребляемой активной мощности уменьшается.
При разгрузке вагона ВС 30 (рис. 3, б) привод конвейера включался 9 раз, что обусловлено малой пропускной способностью рудоспускной скважины. При первом включении падение напряжения на зажимах магнитной станции составило 9 В, а потребляемая двигателем активная мощность – 41 кВт. Таким образом, при номинальной мощности электродвигателя конвейера 30 кВт, в начальный период разгрузки привод работает с перегрузкой 34 %.
Анализируя полученные данные необходимо отметить следующее. Наиболее неблагоприятными условиями характеризуется режим работы ходовых двигателей вагонов ВС 30, что определяется наличием систематических перегрузок. Ступенчатое изменение частоты вращения двигателей, является неэффективным техническим решением, не позволяет обеспечить регулирование усилий основных механизмов, что обусловливает возникновение аварийных отказов.
Анализ причин отказов и нарушений устойчивых режимов работы самоходных транспортирующих машин является сложной технической задачей. Разработка рекомендаций и адекватных реальным ситуациям оперативных решений при недопустимом развитии событий может быть реализована на основании данных приборного контроля. Вместе с тем, предлагаемое оборудование и методика могут быть использованы в рамках риск-ориентированного подхода в оценке надежности электромеханического оборудования рудника в целом, посредством разработки и внедрения автоматизированных бортовых систем, осуществляющих контроль и управление параметрами работы транспортирующих машин.
148
Рис. 3. Графики изменения напряжения и активной трехфазной мощности электродвигателя донного конвейера при разгрузке полностью загруженного вагона: а – вагон 10ВС15; б – вагон ВС 30; 1 – график изменения линейного напряжения;
2 – график изменения активной трехфазной мощности
В комплект таких систем должны входить научно-обоснованные методики анализа регистрируемых данных, алгоритмы предотвращения аварийных ситуаций, оповещения о недопустимом развитии событий и выдачи соответствующих конкретной ситуации рекомендаций, действий или технических решений, необходимых для высокопроизводительной, безаварийной и безопасной работы самоходных вагонов.
Cписок литературы
1.Шишлянников Д.И., Романов В.А. Анализ эксплуатационной надежности шахтных самоходных вагонов калийных рудников// Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности: сборник трудов XIV Междунаро. науч.-техн. конф. «Чтения памяти В.Р. Кубачека», 2016. – С. 134–137.
2.Романов В.А., Шишлянников Д.И. Исследование характера и величины эксплуатационных нагрузок, действующих на приводы шахтных самоходных вагонов калийных рудников // Актуальные проблемы повышения эффективности и
149
безопасности эксплуатации горношахтного и нефтепромыслового оборудования. – 2015. – Т. 1. – С. 91–97.
3.Исследование нагруженности приводов шахтных самоходных вагонов 5ВС15М и ВС-30 / Н.В. Чекмасов, Д.И. Шишлянников, М.Г. Трифанов, В.А. Романов, М.А. Васильева // Известия вузов. Горный журнал. – 2015. – №3 – С. 143–149.
4.Шишлянников Д.И., Максимов А.Б. Опыт эксплуатации шин и колёс шахтных самоходных вагонов калийных рудников // Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности: сб. тр. XIV Междунар. науч.-техн. конф. «Чтения памяти В.Р. Кубачека», 2016. – С. 89–92.
5.Аникин А.С. Система управления многодвигательным асинхронным электроприводом с частотны регулирование самоходного вагона: дис. … канд. техн.
наук: 05.09.03. – Челябинск, 2011.
Об авторах
Романов Вячеслав Александрович, аспирант кафедры горной электромеханики, Пермский национальный исследовательский политехнический университет,
Пермь, Россия. romanovs06@mail.ru.
Шишлянников Дмитрий Игоревич, кандидат технических наук, доцент кафедры горной электромеханики, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия. 4varjag@mail.ru
About the authors
Romanov V.A., postgraduate student, Department of Mining Electromechanics, Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russia. romanovs06@mail.ru
Shishliannikov D.I., Ph.D., associate professor, Department of Mining Electromechanics, Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russia. 4varjag@mail.ru
150