К вопросу повышения надёжности и долговечности элементов шахтной подъёмной машины

Срок службы большинства шахтных подъёмных установок (ШПУ), как отмечается в работе [1], превышает 25 лет. Поэтому ШПУ в соответствии с действующими положениями должны периодически проходить экспертизу промышленной безопасности, по результатам которой принимается решение о возможности их дальнейшей эксплуатации. Важным этапом при проведении экспертизы технического устройства является оценка остаточного ресурса элемента и устройства в целом.

Анализ нарушений и выхода из строя шахтной подъёмной машины (ШПМ) однозначно свидетельствует об их усталостной природе. Касается это в первую очередь базовых структурных единиц ШПМ: коренных валов, оболочек и лобовин барабанов подъёмных машин, тормозных систем и др.

Наиболее нагруженным неремонтопригодным элементам подъёмной машины является коренной вал, который подвергается напряжением изгиба от собственного веса конструкции и напряжений ветвей канатов и от касательных напряжений, появляющихся при передаче крутящего момента от подъёмного двигателя.

Наибольшие нагрузки в шахтных подъёмных канатах и в примыкающих к ним элементах ШПУ имеют место при предохранительном торможении, вернее, после стопорения подъёмной машины, когда к статическому напряжению подъёмного каната добавляется динамическая составляющая, изменяющаяся по периодическому закону с частотой собственных колебаний.

В работе [1] был выполнен расчёт остаточного ресурса обечайки органа навивки двухбарабанной ШПМ двумя способами: без учёта предохранительного торможения и с учётом влияния предохранительного торможения на долговечность обечайки.

В результате расчёта показано, что амплитуды напряжений, возникающих при колебаниях гружёного скипа на канатах при предохранительном торможении, превышают амплитуды напряжений в рабочем режиме эксплуатации ШПУ на величину до 20% и уменьшают оценку ресурса обечайки барабана.

Ресурс обечайки, вычисленный с учётом предохранительного торможения, оказался меньше на 34% оценки ресурса, полученной по максимальному расчётному напряжению сжатия. Таким образом, установлено, что динамические процессы при предохранительных торможениях оказывают существенное влияние на долговечность элементов ШПУ и учёт этих процессов при оценке остаточного ресурса обязателен.

Рассмотрим процесс аварийной остановки шахтной подъёмной машины в современных условиях. Согласно Правилам безопасности предохранительный (механический) тормоз должен обеспечивать: время холостого хода t = 0,5 с и коэффициент статической надёжности

К fF       =3.

с.н.    т. м .тах

Осциллограммы переходного процесса при аварийной остановке в данном случае приведены на рис. 1. На рис. 1а приведена осциллограмма скорости торможения v = f (t), а осциллограмма замедления a = f (t) - на рис. 1б. Осциллограмма усилия, действующего на обичайку подъёмного барабана F = f (t), приведена на рис. 1в. Результаты

обработки осциллограмм сведены в табл. 1. Таблица 1 *         (    t / T    1            * F    =F         • 1- e   т.м ,          F         =3 ,     t   =0,5      с , т. м    т. м.тах                ,           т. м.тах     ,      х. х   ’       ’ Т    = 0,65 с т. м   ’
V   , м / с нач ’	t , с т ’	h , м т ’	а  , м / с 2 ср ,	F   , кН max,
10	2,843	16,13	3,517	377

Однако, для снижения пути торможения при аварийной остановке подъёмной машины снижается время холостого хода до t = 0,3 с и повышается

коэффициент

статической

надёжности     до

К fF        =4,5.

с.н.    т. м.тах    ,

Осциллограммы аварийной остановки подъёмной машины v , а , F = f ( t ) с такими параметрами приведены на рис. 2. результаты обработки этих осциллограмм сведены в табл. 2

Таблица 2

F	= F *       -	(    t / T     ) 1 _ e   т. м	, F          = 4,5 , t    =0,3 с ,
т . м	т. м .тах		,    т.м .тах    , , х . х    ’
Т т . м	= 0,65 с

V   , м / с нач ’	t , с т	h , м т	а  , м / с 2 ср'	F   , кН тах,
10	2,361	13,53	4,235	408

Сравнительный анализ результатов, приведенных в табл. 1 и 2, свидетельствует о том, что со снижением пути торможения возрастает усилие, воздействующее на обичайку барабана на 8%. Что, в свою очередь, снижает долговечность обичайки.

Снизить путь торможения подъёмных сосудов при аварийной их остановке можно путём реализации режима одновременного действия двух тормозов механического и электрического. Результаты обработки осциллограмм такого режима приведенных на рис. 3, сведены в табл. 3.

Таблица 3

F т . м

F ^*

т . м .max

1 e

t/T т. м

, F *            3 , t       0,5 с ,

^,    т . м .max    ^, х . х    ^{,    ,}

Т т . м

0,65 с ,

F     F *        1 e т.д   т.д.max

t / T ) э

, F*           2, Т    0,15 с, т.д.max      э

V    , м / с нач ,	t , с т ,	h , м т ,	а  , м / с 2 ср ,	F   , кН max ,
10	2,448	12,97	4,089	360

Режим одновременного действия двух тормозов при аварийной остановке позволяет не только сохранить тот же путь торможения, но на 12% снизить усилие, воздействующее на обичайку барабана и, тем самым, повысить ресурс её работы [2].

Выводы.

Повысить ресурс одного из базовых структурных единиц шахтной подъёмной машины (обичайки подъёмного барабана) можно применением режима одновременного действия электрического и механического тормозов.

1=2,843 c, h =16.13 м

Рис.1 Осциллограмма V=f(t) аварийной остановки шахтной подъёмной машины под действием только предохранительного (механического) тормоза

ТгтеоЛм< О

5                                    10                                    15

б)

1=2,843 с, h =16,13 м, а =3.517 м/с2 т                  т                   ер ’

Осциллограмм а=Щ > при аварийной остановке шахтной подъймной машины под действием только предохранительного (механического тормоза

Рис 1

^f,"»»^ U^p<-utim)l f;^

а. м/с2

в----- v F -F* ll-cxtx-m )L F" =3, t =0,5 с, T =0.65 c

T. krl         TH ТМИ1ЛХ ¹     •      тм'¹' th min ' xx           th

F =377 кН. 1=2.843 c, h=16J3 м

Рис. 1. Осци-ыопзамма F=i‘(t) при аварийной останвке шахтной подъёмной машины под действием только предохрашп елного ( механического) тормоза

t =2,361 c, h =13.53 a M. 8^=4.235 м/с2

Рис.2. Осциллограмма V=f(t) при аварийной остановке шахтной подъемной машины пол действием только предохранительного (механического) тормоза

True offset О

F_|nxi=408 kIL a _р=4.235 м/с² h =13,53 m

Рис.2. Осцилоограмма F=l(t) при аварийнойостановке шахтной подъёмной машины под действием только предохранительного (механического) тормоза

TimeoHsW О

F^F,^ [Ь^Ф^Л F^-2, 1,-0,15 0

V- ^      F^F.*^ [^ЧХ^Я, J, F^ =3, l„=O,5 c

5                             W                             IS

a)

t =2,446 c, h =12.97 m, a =4,089 м/с²

Рис.З. Осциллограмма V=f(t > при аварийной остановке шахтной подъемной машины под действием предохрашпельного и электрического тормозов

Timeofliel О

Trneofhet О

FTa^;am„'H^p(-tfrj, FTjung,'=2, TT,=O,15C а- м/с            F^F/^ 11 -expC-VT^)L F^ =3. ^=0,5 c

Рис 3. Осциллограмма a=f(U при аварийной остановке шахтной подъёмной машины под действием предохранительного и электрического тормозов

F =F* „ ll-exp(-VT,)], F* =2, T=0.15c ТД ТДЛ1ЙХ 1                J " ГД-ПЫХ 7 з 1

F. кН F =F* [1-exix-t/T L F* =3,0, T =0.65 с. I =0.5 c г.м rumix ¹      * ' th* th max ¹ гм •      ■ x.x •

F =3 60 кН, t =2,448 e, h=l2,97 м, a =4,089 м/с2 П1ЯХ                  T ’             T                  ф

Рис.З. Осцтиюграмма F=f(t) при аварийной останвке шахтной подъемной машины под действием предох^шп ильного и электрического тормозов

Т гл» offset 0