Визначення розрахункових навантажень у витках багатошарової намотки гумотросового каната - Автореферат

Особливість бобінного підйому - у багатошаровій намотці гумотросового каната, що може викликати руйнування самого каната, бобіни або інших елементів шахтної піднімальної машини. Мета дослідження - визначити розрахункові навантаження у витках багатошарової намотки гумотросового каната на основі вдосконаленого методу розрахунку силових факторів та інженерної методики з урахуванням відсутності поздовжнього стиснення каната в багатошаровій намотці та залежності жорсткісних характеристик шарів від параметрів багатошарової намотки. технологічний намотування підйомник Щоб обґрунтувати вибір напрямку дослідження й актуальності теми роботи, проаналізовано літературні джерела та узагальнено попередні дослідження; при розробці методу розрахунку силових факторів багатошарової намотки гумотросових канатів бобінних підйомників використано методи математичного, компютерного і фізичного моделювання, включаючи скінченноелементне моделювання, а також методи планування багатофакторного експерименту і статистичної обробки даних. Поперечна жорсткість і розширення i-го витка гумотросового каната в намотці із загальною кількістю витків j прямо пропорційні коефіцієнтам стиснення, які враховують у скінченноелементній моделі каната умову закріплення внутрішньої поверхні першого витка на бобіні, й визначаються на підставі апроксимації результатів обчислювального експерименту у вигляді многочленів із параметрами i та j з похибкою до 11 % при довірчій імовірності 90 %. Наукове значення роботи - у розвитку теорії багатошарової намотки каната, яка зводиться до того, що на основі сучасних методів числового і фізичного моделювання та обчислювального експерименту вдосконалено метод розрахунку силових факторів багатошарової намотки гумотросових канатів бобінних підйомників, де вперше для різних конструкцій каната враховано відсутність поздовжнього стиснення каната в багатошаровій намотці та залежність жорсткісних характеристик шарів від параметрів багатошарової намотки.Дисертація являє собою закінчену науково-дослідну роботу, в якій вирішена актуальна наукова задача щодо уточнення розрахункових навантажень у витках багатошарової намотки при визначенні параметрів тіла намотки бобінних підйомників з гумотросовим канатом на основі вдосконаленого методу розрахунку силових факторів та інженерної методики, де враховані відсутність поздовжнього стиснення каната в багатошаровій намотці та залежність жорсткісних характеристик шарів від їхньої загальної кількості та розташування в намотці. У відомих моделях напружено-деформованого стану багатошарової намотки гумотросового каната бобінних машин - необмежене поздовжнє стиснення тросів у канаті, а жорсткісні характеристики шарів каната залежно від їх кількості прийняті постійними. Удосконалений метод розрахунку силових факторів включає компоненти з визначення переміщень шару пакета ГТК, коефіцієнтів поперечної жорсткості та розширення, апроксимуючих поліномів коефіцієнтів стиснення, навантажень і деформацій шарів каната. Новизна вдосконаленого методу в тім, що математична модель напружено-деформованого стану багатошарової намотки ГТК додатково враховує два суттєвих фактори: 1) стиснення троса в поздовжньому напрямку обмежене гумовою матрицею; 2) жорсткісні характеристики витків гумотросового каната залежать від їхньої загальної кількості та розташування в намотці. Удосконалений метод розрахунку силових факторів багатошарової намотки гумотросових канатів та інженерна методика лягли в основу методичних рекомендацій: 1) щодо вибору раціональних параметрів бобінних підйомників із ГТК; 2) стосовно обґрунтування проекту “Технологія спорудження комплексу штольня - вертикальний ствол із клітьовим підйомником вантажністю 150 т для видачі автосамоскидів БЕЛАЗ-75145 з карєру ПГЗК на денну поверхню”; 3) відносно обґрунтування параметрів клітьового вертикального

Дисертація являє собою закінчену науково-дослідну роботу, в якій вирішена актуальна наукова задача щодо уточнення розрахункових навантажень у витках багатошарової намотки при визначенні параметрів тіла намотки бобінних підйомників з гумотросовим канатом на основі вдосконаленого методу розрахунку силових факторів та інженерної методики, де враховані відсутність поздовжнього стиснення каната в багатошаровій намотці та залежність жорсткісних характеристик шарів від їхньої загальної кількості та розташування в намотці.

Основні наукові результати, висновки і рекомендації: 1. У відомих моделях напружено-деформованого стану багатошарової намотки гумотросового каната бобінних машин - необмежене поздовжнє стиснення тросів у канаті, а жорсткісні характеристики шарів каната залежно від їх кількості прийняті постійними. Нехтування цими факторами може зменшити розрахункову величину силових навантажень у 2 - 2,5 раза і викликати руйнування каната, бобіни й інших елементів шахтної піднімальної машини.

2. Удосконалений метод розрахунку силових факторів включає компоненти з визначення переміщень шару пакета ГТК, коефіцієнтів поперечної жорсткості та розширення, апроксимуючих поліномів коефіцієнтів стиснення, навантажень і деформацій шарів каната.

3. Новизна вдосконаленого методу в тім, що математична модель напружено-деформованого стану багатошарової намотки ГТК додатково враховує два суттєвих фактори: 1) стиснення троса в поздовжньому напрямку обмежене гумовою матрицею; 2) жорсткісні характеристики витків гумотросового каната залежать від їхньої загальної кількості та розташування в намотці.

4. Вірогідність запропонованого методу базується на високому ступені близькості розрахункових значень його основних показників до отриманих шляхом вимірювання у процесі фізичного експерименту. Похибка визначення деформації порівняно з фізичним експериментом - не вище 11 % при довірчій імовірності 90 %.

5. Компоненти вдосконаленого методу розрахунку силових факторів багатошарової намотки гумотросових канатів легко реалізуються на практиці у вигляді програм Mathcad 11 і ANSYS/ED 6.1. Корисність методу - у можливості з високою вірогідністю дослідити НДС багатошарової намотки гумотросового каната в узагальненому вигляді, а також отримати закономірності, на підставі яких розробити інженерні рекомендації для обчислення розрахункових навантажень.

6. За результатами науково обґрунтованого чотирифакторного трирівневого обчислювального експерименту щодо моделювання силових процесів багатошарової намотки каната підтверджено наведене далі: · напружено-деформований стан багатошарової намотки ГТК залежить від зведеної товщини шару, загальної кількості витків, коефіцієнтів анізотропії та міцної довжини каната;

· урахування додаткових факторів підвищує точність визначення розрахункових навантажень на 30 - 60 % і розширення каната - на 10 - 100 %;

· математичні моделі для максимального навантаження на бобіну та для деформації можна подати у вигляді поліномів 2-го порядку і використовувати в інженерній методиці, що дасть змогу істотно скорочувати час на обчислення навантажень з високим ступенем точності (похибка не перевищує 12 %).

7. Удосконалений метод розрахунку силових факторів багатошарової намотки гумотросових канатів та інженерна методика лягли в основу методичних рекомендацій: 1) щодо вибору раціональних параметрів бобінних підйомників із ГТК; 2) стосовно обґрунтування проекту “Технологія спорудження комплексу штольня - вертикальний ствол із клітьовим підйомником вантажністю 150 т для видачі автосамоскидів БЕЛАЗ-75145 з карєру ПГЗК на денну поверхню”; 3) відносно обґрунтування параметрів клітьового вертикального

8. підйомника вантажністю 150 т.

9. Методичні рекомендації впроваджені в проектні роботи НВООВ “Океанмаш” для вибору технологічного устаткування, ВАТ “Укрдіпроруда” при спорудженні комплексу штольня - вертикальний ствол, ЗАТ “НКМЗ” при розробці нових клітьових вертикальних підйомних установок вантажністю 150 т.

10. Результат порівняння варіантів підйому в проекті “Технологія спорудження комплексу штольня - вертикальний ствол із клітьовим підйомником вантажністю 150 т для видачі автосамоскидів БЕЛАЗ-75145 з карєру ПГЗК на денну поверхню”: річний економічний ефект від використання барабанної піднімальної машини з поліспастами ШМП 1-5Ч4 (базовий варіант) і БШП (новий варіант) - до мільйона гривень за рахунок скорочення капітальних витрат.

11. Авторський проект здобувача “Розробка 150-тонного бобінного підйомника з гумотросовим канатом для карєру ПГЗК” визнано найкращим на щорічному конкурсі проектів SWR-AWARD 2006 у номінації "Науково-дослідна робота" (м. Москва).

12. Автор проекту “Розвиток методики аналізу напружено-деформованого стану багатошарової намотки гумотросового каната бобінних підйомників” удостоєна звання лауреата на конкурсі “Компютерний інжиніринг-2007” у розділі “Конструкторські, технологічні, програмні та інформаційні розробки молодих фахівців” (м. Москва).

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ВІДОБРАЖЕНІ В ПУБЛІКАЦІЯХ

1. Панченко Е.В. Разработка модели резинотросового каната в многослойной намотке на основе универсального пакета конечно-элементного моделирования ANSYS/ED 6.1 // Наук. вісн. НГУ. - 2005. - № 11. - С. 68 - 73.

2. Панченко Е.В. Методика определения напряженно-деформированного состояния многослойной намотки резинотросового каната шахтной подъемной установки // Вестн. НТУ „ХПИ”. - 2006. - № 13. - С. 142 - 151.

3. Панченко Е.В. Разработка математической модели для определения радиальных нагрузок при многослойной намотке резинотросового каната шахтной подъемной установки // Математичне моделювання: Наук. журн. - 2006. - № 15. - С. 36 - 39.

4. Панченко Е.В. Результаты исследования напряженно-деформированного состояния многослойной намотки резинотросового каната // Сб. науч. тр. НГУ. - 2006. - № 25. - С. 114 - 119.

5. Панченко Е.В. Результаты исследования напряженно-деформированного состояния многослойной намотки резинотросового каната в бобинном подъеме // Геотехн. механика: Межвед. сб. науч. тр. ИГТМ НАН Украины. - 2006. - Вып. 64. - С. 221 - 230.

6. Заболотный К.С., Панченко Е.В. Исследование величины радиальной нагрузки каната в бобинной намотке // Сб. науч. тр. НГУ. - 2006. - № 26. - Т. 1. - С. 106 - 111.

7. Панченко Е.В. Об использовании подъемников с резинотросовым канатом для подъема полезных ископаемых со дна океана // Сб. науч. тр. “Проблемы эксплуатации оборудования шахтных стационарных установок”, посв.

8. 75-летию НИИГМ им. М.М. Федорова. - Донецк, 2004. - Вып. 98. - С. 168 - 170.

9. Панченко Е.В. Результаты исследования конечно-элементной модели резинотросовой ленты в бобинном органе намотки // Геотехн. механика: Межвед. сб. науч. тр. ИГТМ НАН Украины, посв. науч. конф. “Геотехнические проблемы разработки месторождений”. - 2005. - Вып. 62. - С. 155 - 163.

10. Заболотный К.С., Панченко Е.В. Пример использования прогрессивных информационных технологий SOLIDWORKS для выполнения проекта бобинной подъемной установки с резинотросовым канатом // Академ. вестн. КРТО Междунар. и Акад. компьютерных наук и систем, посв. междунар. науч.-техн. конф. “Интегрированные системы управления в горно-металлургическом комплексе”. - 2006. - № 17-18. - С. 64 - 68.

11. Панченко Е.В. Моделирование резинотросового каната в многослойной намотке на основе пакета конечно-элементного моделирования ANSYS/ED 6.1 // Материалы XXVI междунар. конф. и выставки. - Ялта, 2006. - С. 168 - 171.

12. Заболотный К.С., Панченко Е.В. Оценка достоверности конечно-элементной модели пакета резинотросового каната // Материалы междунар. конф. “Форум гірників-2006”. - Д.: НГУ, 2006. - С. 24 - 29.

13. Использование комплекса SOLIDWORKS в задачах шахтного подъема / В.П. Франчук, К.С. Заболотный, А.Л. Жупиев, С.Н. Зиновьев, Е.В. Панченко // Сб. тр. VIII ежегод. конф. САПР/PLM в России и странах СНГ. - М., 2006. -

14. С. 32 - 36.

15. Полушина М.В., Жупиев А.Л., Панченко Е.В. Определение жесткости многослойной намотки резинотросовой ленты // Наук. вісн. НГУ. - 2005. - № 11. - С. 74 - 79.

16. Франчук В.П., Заболотный К.С., Панченко Е.В. Разработка 150-тонного бобинного подъемника с резинотросовым канатом для карьера ЮГОК с исследованием напряженно-деформированного состояния каната в многослойной намотке. e-net [http: // www. solidworks. ru], 2006.

17. Панченко Е.В. Развитие методики анализа напряженно-деформированного состояния многослойной намотки резинотросового каната бобинных подъемников. e-net [http: // www. nicask. ru], 2007.

Особистий внесок здобувача в роботи, опубліковані в співавторстві: [6] - обробка й аналіз даних фізичного експерименту; [9] - обґрунтування доцільності та розробка проекту бобінної підйомної установки з ГТК на основі технологій SOLIDWORKS; [11] - скінченноелементна модель каната в багатошаровій намотці та результати як її аналізу, так і аналізу фізичного експерименту; [12] - результати моделювання бобінного підйомника з ГТК на основі технологій SOLIDWORKS і COSMOSWORKS; [13] - аналіз результатів з визначення жорсткості багатошарової намотки; [14] - розробка проекту 150-тонного бобінного підйомника для карєру ПГЗК з дослідженням НДС каната в багатошаровій намотці.