Повышение эффективности работы карьерного оборудования на основе стабилизации нагрузок

Тип работы:
Диссертация
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Страниц:
141


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Режим работы машин вскрышных и добычных комплексов железорудных карьеров характеризуется, как показывают наши исследования, высоким уровнем динамики, нестабильностью нагрузок машин, в том числе электрооборудования, грузовых потоков и т. п. Указанный режим определяет применительно к горным машинам их среднюю нагрузку, дисперсию, среднеквадратическое отклонение и коэффициент вариации нагрузок, коэффициент машинного времени, коэффициент готовности машин, наработку на отказ, вероятность безотказной работы, автокорреляционную функцию нагрузок, долговечность машин, объём и сроки ремонтных работ и т. д. Высокий уровень динамики вызван тем, что производственные участки горных предприятий, как и сами горные предприятия, являются сложными нелинейными и нестационарными динамическими системами & laquo-среда — технология — машина — человек& raquo-, в которых происходят главным образом случайные непрерывные изменения различных процессов. Всё это приводит к изменению в широких пределах грузопотоков, нагрузок и перемещений машин и людей, электропотребления, управленческих воздействий, а также параметров среды, например атмосферы, свойств горных пород и т. п.

Следует отметить, что в своей основе эти изменения в настоящее время определяются в первую очередь планограммой работ, которая зависит от принятой технологии производства. Они зависят от технологии основных процессов горного производства — технологии разрушения пород в массиве, что в настоящее время определяется буро-взрывными работами, носящими периодический характер, циклическими процессами погрузки и доставки разрушенной горной массы, выполняемой одноковшовыми экскаваторами, автосамосвалами и железнодорожным транспортом — циклическими машинами. Фактическая картина протекания технологических процессов может существенно отличаться и от принятой проектной планограммы. Причинами их отклонения могут являться и сама технология, и люди — & laquo-человеческий фактор& raquo-, которые участвуют в производственном процессе, и изменяющиеся условия среды, в том числе изменяющаяся конъюнктура спроса на продукцию. Влияние всех этих указанных факторов весьма существенно, носит случайный характер и сильно дестабилизирует работу участков. Динамика протекания различных процессов производственных участков горных предприятий под влиянием различных дестабилизирующих факторов характеризуется высоким уровнем и вредно сказывается на производственном участке, снижая его производительность, увеличивая простои машин и т. п. Это сказывается также и на параметрах среды, в частности на атмосфере, на взаимодействующих с машинами операторах, и это всё приводит неизбежно к росту вероятности аварий машин, травматизму людей, к ухудшению экологической ситуации и экономических показателей работы участка (снижению прибыли, рентабельности и т. п.).

Современный механизированный комплекс железорудного карьера, состоящий из различных горных машин, являющихся главным образом электромеханическими агрегатами — это такая совокупность агрегатов, которые связаны общей электропитающей сетью и выполняют основные и вспомогательные операции горного предприятия на различных производственных участках карьера. Главным фактором, объединяющим все элементы этой сложной интегральной системы, является разветвлённый поток электричества от электроподстанций к электродвигателям машин и оборудования, который далее превращается в силовой поток механической энергии от электродвигателей к трансмиссиям и далее к рабочим органам горных машин, что и объединяет все узлы и детали машин. Таким образом, энергетический поток электричества по электрическим сетям и электромеханическим агрегатам в общем виде определяет как электрические нагрузки в сетях, аппаратах и электродвигателях, так и силовые нагрузки в деталях и узлах горных машин и оборудования. Поэтому по характеру изменения диаграмм процесса поступление электричества к машинам и оборудованию можно судить о параметрах нагрузок в электродвигателях, кабелях, трансформаторах и аппаратуре, в деталях машин, об уровне шума и вибрации вблизи машин, о производительности машин и т. п.

Вскрышные и добычные участки железорудных карьеров, которым посвящена настоящая работа, также представляют собой сложные динамические системы. Процессы в них сопровождаются сложными явлениями и изменениями во всех её элементах — в технологии, в среде, в узлах и процессах машин, в поведении и психофизических реакциях обслуживающих машины людей. Система эта является сугубо нелинейной и нестационарной. Нестационарность происходящих в элементах этой системы процессов вызывается изменением состава бригад операторов и дежурного персонала, изменением параметров среды — углублением и увеличением площади карьеров, изменением свойств разрабатываемых горных пород, изменением температуры и влажности окружающей атмосферы в течение года и т. п. Нелинейность процессов вызывается также нелинейностью свойств горных пород при их бурении, разрушении, погрузке, транспортировании и т. д.

Ниже применительно к Лебединскому и Стойленскому ГОКам в диссертации приведены некоторые данные по основным свойствам среды: породам и параметрам железорудных карьеров. В частности, даны геологические и гидрогеологические характеристики месторождений КМА, размеры карьерного поля и запасы полезных ископаемых, системы разработки, применяемые на Лебединском и Стойленском ГОКах.

Основное содержание первых глав диссертации составляют экспериментальные исследования динамики нагрузок (мощности или тока электродвигателей) машин при функционировании карьерных комплексов как аппаратурными методами, так и дискретным методом на основе статистических наблюдений, а также разработка математической модели динамики нагружения машин. Далее даётся подробный анализ факторов, дестабилизирующих работу комплексов горных машин, сделана оценка указанных факторов на основе непрерывных наблюдений в течение нескольких дней, месяцев и лет эксплуатации оборудования.

В качестве одного из основных итогов диссертации является предложение по стабилизации нагрузок машин путем перехода карьеров к массовому поточному разрушению горного массива с помощью мобильных машин, оснащённых мощными нетрадиционными ударными установками так называемого метательного действия. Для обоснования этого предложения в диссертации рассмотрены вопросы развития теории процесса разрушения горных пород свободным ударом, а также вопросы кинематики и динамики нетрадиционных ударных машин, что все вместе позволит дать предложения по методам и средствам поточного разрушения породных массивов и, таким образом, в значительной мере стабилизировать работу оборудования карьеров в целом.

Выводы по главе

1. Получившая наибольшее распространение на открытых разработках цикличная технология характеризуется высокой нестабильностью нагрузок на машины и операторов, неполным использованием мощности существующих комплексов оборудования циклического действия, что ведет к потере производительности и прибыли предприятия.

2. В системе & laquo-машина — оператор& raquo- существует взаимная жесткая связь, из-за чего высокая динамика нагружения машины, например, экскаватора приводит к серьёзному физическому и нервному напряжению оператора- это в свою очередь приводит к повышенной утомляемости машиниста экскаватора, его усталости, что приводит к ошибкам при принятии решений, в реакциях, и как следствие, к росту травматизма.

3. Непрерывный поточный характер разрушения породных массивов возможен с использованием процессов, происходящих как при ударно-вращательном бурении шпуров и скважин, так и в ударных дробилках, рабочий инструмент которых — била, длиной до 1300−1500мм со скоростью удара до 100 м/с, может разрушать крепкие породы с высокой производительностью.

4. Исследования на физических фотомоделях процессов воздействия ударной билы на массив показывают, что при заданных значениях энергии удара существуют оптимальные значения параметров билы и расстояния от оси нанесения билой удара до уступа забоя, при которых процесс разрушения массива будет происходить с наибольшей производительностью и минимальной энергоемкостью.

5. Масштаб и массовость разрушения массива зависит от энергии удара, от геометрических параметров (длины и ширины) билы, формы ее ударной части — почти плоской для скальной пород высокой крепости и заострённой для пород крепостью до бОМПа.

6. Традиционные ударные системы, состоящие из бойка и инструмента, обладают рядом принципиальных недостатков, таких как низкий КПД удара

0,2+0,6), ограничения по скорости соударения бойка и инструмента (менее 15м/с), что приводит к малой энергии удара, — 1,5 104 Дж (1500кГм), не позволяет этим системам обеспечить массовое поточное разрушение массива.

7. Ударными системами, которые смогут обеспечить большие энергии удара, являются нетрадиционные ударные машины метательного действия, применение в которых в качестве пневмоаккумулятора энергии силовых оболочек, позволяет получить энергию удара при длине билы около 1500 мм порядка 1,5 106Дж (150 000 кГм) и более, что в импульсе может обеспечить мощность удара свыше 60 тыс. кВт, а при частоте срабатывания 0,5с'1 длительную мощность 750 кВт в единице.

8. Разработанный, изготовленный и испытанный на стенде экспериментальный образец ударной машины метательного действия подтвердил эффективность заложенных в конструкцию идей, показав высокую энерговооруженность и низкую металлоемкость на единицу энергии удара машины.

9. Полученные в главе аналитические выражения могут рассматриваться как математические модели, позволяющие вести расчеты, как процесса ударного разрушения горного массива, так и основных параметров импульсных приводов метательного действия, предназначенных для разрушения массива.

10. Полученные математические модели в дальнейшем будут уточняться путем учёта трещиноватости массива, интенсивности накопления в массиве усталостных повреждений и рассмотрения динамических процессов как в массиве (учёт сейсмического эффекта), так и в элементах импульсного привода и базовой машины.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является законченной квалификационной работой, в которой содержится решение актуальной научной задачи обоснования предложений по стабилизации нагрузок и повышению эффективности работы комплексов машин железорудных карьеров. В результате теоретических и экспериментальных исследований установлено:

1. Основными причинами простоев машин вскрышных и добычных комплексов является ожидание или обмен транспорта, что определяется циклическим характером принятого на карьерах видом транспорта (автосамосвалами, железнодорожным транспортом), далее следуют вспомогательные работы, ремонт экскаваторов, систем электроснабжения и электропривода машин.

2. Принятая на железорудных карьерах циклическая технология ведения вскрышных и добычных работ, циклический характер работы забойных и транспортных машин формируют высокий уровень эксплуатационной нагру-женности машин с коэффициентом вариации нагрузок до 0,6- это сказывается на производительности оборудования, надёжности, сроках службы и простоях машин, повышении усталости и утомляемости операторов, их травматизме (в первую очередь на экипажах экскаваторов и работниках транспорта).

3. Статистические зависимости, автокорреляционные функции и спектральные плотности эксплуатационных нагрузок машин вскрышных и добычных комплексов показали, что для различных периодов времени спектр динамической нагруженности оборудования производственных участков носит, в основном, однотипный широкополосный случайный характер- в спектре присутствуют и регулярные периодические составляющие, формируемые продолжительностью стыковок между сменами (8+20%), сутками и неделями (примерно 15%), снижение которых приведёт к стабилизации нагрузок, снижению простоев и к повышению эффективности работы.

4. Выявлены причины нестабильности нагрузок, носящих случайный низкочастотный характер, которыми являются плановые простои (25+30%), вспомогательные работы (18+20%), а также внеплановые простои, ожидание транспорта (44+72%), неисправности экскаватора (до 17%), задержки с электроснабжением и т. п.

5. Показано, что уровень динамики нагрузок оборудования производственных участков даже в период их установившейся работы и сравнительно высоком коэффициенте машинного времени, достигнутом за счёт разработанной на Лебединском ГОКе системы оперативного контроля, диагностики и управления производством, остаётся высоким из-за циклического характера работы основного оборудования, и может быть существенно снижен только с переходом на поточные технологии разрушения массива и непрерывный транспорт, что позволит также избавиться от опасных и экологически вредных буровзрывных работ.

6. Физическое моделирование на фотомоделях, теоретические исследования процесса ударного воздействия инструмента на массив и изучение опыта работы динамических дробилок свидетельствуют, что массовое поточное высокопроизводительное дробление породных массивов может быть достигнуто с применением сверхмощных нетрадиционных ударных машин с энергией удара около 1,5+2,0−106 Дж и скоростью ударного воздействия инструмента о породу 60+100м/с.

7. Применение в нетрадиционных ударных машинах в качестве аккумулятора энергии наполненных сжатым воздухом силовых оболочек позволяет создавать ударные установки метательного действия при высоком КПД с энергией импульса ЕУд=1,5−106 Дж (150 000 кГм) и более с длительной мощностью до 500+750 кВт и мощностью в импульсе до 60+100 тыс. кВт. Это открывает широкие возможности в области разрушения горных пород в массиве, в том числе поточным методом.

ПоказатьСвернуть

Содержание

Глава 1. Актуальность работы. Состояние вопроса. Цель и задачи исследования. Методика выполнения работ^

§ 1. Общая характеристика работы^

§ 2. Актуальность работы^

§ 3. Состояние вопроса^

§ 4. Цель и задачи исследования

& sect-5. Методика выполнения работы^

Глава 2. Основные характеристики подсистем & laquo-среда»- и & laquo-технология»- в системе & laquo-среда — технология — машина — человек& raquo- железорудных карьеров КМА

& sect-1. Сведения о Лебединском ГОКе^

& sect-2. 0сновные сведения о Стойленском ГОКе

Выводы по главе

Глава 3. Экспериментальные исследования динамики нагрузок карьерных комплексов

§ 1. Методика экспериментальных исследований

& sect-2. 0бъекты экспериментальных исследований

& sect-3. Динамика нагрузок машин карьерных комплексов в период неустойчивой конъюнктуры спроса

& sect-4. Динамика нагрузок машин ЛГОКа в период устойчивой конъюнктуры спроса

& sect-5. Динамика нагрузок оборудования карьеров на основе непрерывных аппаратурных исследований

& sect-6. Динамика нагрузок машин карьерных комплексов на основе дискретной информации

Выводы по главе^

Глава 4. Анализ факторов, формирующих нестабильность нагрузок машин карьерных комплексов

§ 1. Основные факторы нестабильности нагрузок машин

& sect-2. 0ценка влияния основных факторов на динамику нагрузок машин комплексов

& sect-3. Коэффициент машинного времени комплекса оборудования карьера

& sect-4. 0трицательные последствия нестабильности нагрузок машин

& sect-5. Буровзрывные работы как один из факторов нестабильности нагрузок машин карьеров

Выводы по главе

Глава 5. Стабилизация нагрузок машин карьерных комплексов

§ 1. Основные причины, дестабилизирующие работу современных карьерных комплексов

& sect-2. Модернизация систем контроля, диагностики и управления комплексов машин как один из путей стабилизации нагрузок

§ 3. Стабилизация процесса разрушения горных пород массива — как основа стабилизации нагрузок оборудования карьера

& sect-4. Создание и исследование экспериментального образца нетрадиционной ударной машины

& sect-5. Развитие теории процесса ударного разрушения пород крепостью свыше 60 МПа и скоростью сейсмической волны более 2км/с специальным рабочим инструментом (билой) ударной машины

& sect-6. Развитие теории процесса ударного разрушения режуще-скалывающим инструментом пород крепостью до 60 МПа

Выводы по главе

Список литературы

1. Алимов О. Д. Исследование процессов разрушения горных пород при бурении шпуров. — Изд-во ТЛИ, 1960.

2. Андреев С. Е. и. др. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. М.: Недра, 1980.

3. Бабенков И. С, Иванов К. И, Хесин Г. Л. Исследование взаимодействия бурового инструмента и породы методом фотоупругости. М: Недра 1979.

4. Берон А. И, Чирков С. Е, и др. Исследование прочности и деформируемости горных пород. М.: Наука, 1973.

5. Бисенов Ж. С. Исследование и оценка надежности одноковшовых экскаваторов в условиях эксплуатации. МИСИ им. Куйбышева, М.: 1971.

6. Бродский Г. С. Обоснование, выбор параметров и разработка систем фильтрации рабочих жидкостей для гидрофицированных горных машин. Докторская диссертация, 2006.

7. Буйный И. К. Исследование надежности экскаваторного оборудования и разработка методов рациональной эксплуатации. М.: 1974.

8. Голубев В. А. Эксплутационная надежность систем карьерных экскаваторов циклического действия средней мощности. Свердловск, 1969.

9. Гутер Р. С., Овчинский Б. В. Элементы анализа и математической обработки результатов опыта. Гизфизмат. М.: 1968.

10. Демин А. А. Исследование карьерных экскаваторов с целью определения надежности и анализа влияния на них некоторых факторов. МИСИ, 1969.

11. И. Докукин А. В., Красников Ю. Д., Хургин З. Я., и. др. Динамические процессы горных машин. М.: Наука, 1972.

12. Ефимов В. Н. Исследование ремонтной пригодности шагающих экскаваторов и разработка способов ее повышения. М.: 1997.

13. Кантович Л. И., Дмитриев В. Н. Статика и динамика буровых шарошечных станков. М.: Недра, 1984.

14. Ковшов А. Н, Красников Ю. Д, Ружицкий В. П. Технологические перспективы применения ударных машин метательного действия// Горный журнал, 4. 5,2003.

15. Красников Ю. Д., Бафталовский В. Е., Разуваева В. В. Нетрадиционные ударные машины для горной промышленности и строительства// Горное оборудование и электромеханика, № 4, 2007.

16. Красников Ю. Д., Кусов А. Е., Катков Г. А., Евстигнеев И. А., Разуваева В. В. Взаимодействие породоразрушающего инструмента с горным массивом. -М.: Из-во МГОУ, 2005.

17. Красников Ю. Д., Кусов А. Е., Катков Г. А., Евстигнеев И. А., Разуваева В. В. Исследование процесса разрушения горного массива свободным ударом// Уч. пособие МГОУ, филиал г. Прокопьевск, 2005.

18. Красников Ю. Д., Мельников А. С. Динамика горных машин. Люберцы: Изд-во ИГД им. Скочинского. 1999.

19. Красников Ю. Д. Разуваева В.В. Особенности динамики работы вскрышных комплексов на открытых разработках// Горные машины и автоматика, № 5, 2002.

20. Красников Ю. Д., Вахрушев С. В., Разуваева В. В. Основные факторы, дестабилизирующие работу комплексов оборудования железорудных карьеров// Горные машины и автоматика, № 10,2004.

21. Красников Ю. Д., Коренев А. Г., Проскурин А. С. и др. Стабилизация работы участков горных предприятий. М.: Недра, 1995.

22. Красников Ю. Д., Разуваева В. В. Динамика и стабилизация режимов работы вскрышных комплексов железорудных карьеров// Журнал & laquo-Горное оборудование и электромеханика& raquo-, № 4,2006.

23. Красников Ю. Д., Разуваева В. В. Динамика режимов работы вскрышных комплексов железорудных карьеров// Горное оборудование и электромеханика, 1,2005.

24. Красников Ю. Д., Шешко Е. Е., Бурляев А. В. О нетрадиционном средстве массового эффективного безвзрывного разрушения горных пород// Горный информационно-аналитический бюллетень, № 8, 2002.

25. Кулешов А. А. Мощные экскаваторно-автомобильные комплексы карьеров. -М.: Недра, 1980.

26. Малявин Б. Я., Бородин А. А., Леонов А. С., Вахрушев С. В., Мартьянов Ю. В. Опыт ресурсосбережения на ОАО & laquo-Лебединский ГОК& raquo-// Горные машины и автоматика, № 5, 2004.

27. Малявин Б. Я., Бородин А. А., Леонов А. С., Рассказов В. А., Новиков С. В. Концептуальные предложения по формированию интегрированной АСУ горнорудным предприятием// Горные машины и автоматика, № 5, 2004.

28. Малявин Б. Я., Бородин А. А., Леонов А. С., Рассказов В. А., Новиков С. В. Концепция построения интегрированной автоматизированной системы управления горнорудным предприятием// Горный информационно-аналитический бюллетень, № 11,2006.

29. Медников Н. Н. Анализ эффективности работы разрезов Кузбасса. Экспресс-информация, выпуск I, М.: ЦНИИуголь, 1981.

30. Мельников Н. В. Краткий справочник по открытым горным работам. -М.: Недра, 1968.

31. Михайлов Ю. И., Кантович Л. И. Горные машины и комплексы. М.: Недра, 1975.

32. Морозов В. И. Разработка системы управления качеством ремонта горношахтного оборудования. -М.: 1970.

33. Назаров Н. Г. Измерение, планирование и обработка результатов. М.: Изд-во стандартов, 2000.

34. Остроушко И. А. Забойные процессы и инструменты при бурении горных пород. М.: Госгортехиздат, 1962.

35. Павлова Н. И., Шрейнер Л. А. Разрушение горных пород при динамическом нагружении. М.: Недра, 1964.

36. Подэрни Р. Ю. Механическое оборудование карьеров. М.: МГГУ, 2003.

37. Проскурин А. С. Исследование, выявление и оценка резервов повышения эффективности использования горнотранспортного оборудования на угольном разрезе. Кандидатская диссертация, 1996.

38. Разрушение горных пород// Под ред. Эйгелеса P.M. М.: Недра, 1968.

39. Разуваева В. В. Динамика и стабилизация режимов работы вскрышных комплексов железорудных карьеров// Горный информационно-аналитический бюллетень, № 11, 2006.

40. Разуваева В. В. Динамика нагрузок и коэффициент машинного времени оборудования железорудных карьеров// Горный информационно-аналитический бюллетень, № 5, 2007.

41. Рахутин Г. С. Вероятностные методы расчета надежности, профилактики и резерва горных машин. М.: Наука, 1970.

42. Сколинский В. Б. Машины ударного разрушения. М.: Машиностроение, 1982.

43. Справочник. Открытые горные работы. М.: 1994.

44. Суханов А. Ф., Кутузов Б. М. Разрушение горных пород. М: Недра, 1967.

45. Трубецкой К. Н., Красников Ю. Д. Перспективы развития техники и технологии поточного дробления горного массива// Горный журнал, № 2,2003.

46. Турчанинов И. А., Иофис М. А., Каспарьян Э. В. Основы механики горных пород. М.: Недра, 1977.

47. Филиппов В. Н. Повышение надежности электроснабжения открытых горных работ. М.: 1985.

48. Фишман М. А. Дробилки ударного действия. М.: Госгортехиздат, 1960.

Заполнить форму текущей работой