Повышение эффективности работы карьерного оборудования на основе стабилизации нагрузок тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.06, кандидат технических наук Разуваева, Валентина Викторовна

• Разуваева, Валентина Викторовна
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Разуваева, Валентина Викторовна

Введение

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

§5.Методика выполнения работы^

Глава 2. Основные характеристики подсистем «среда» и «технология» в системе «среда — технология — машина — человек» железорудных карьеров КМА

§1.Сведения о Лебединском ГОКе^

§2.0сновные сведения о Стойленском ГОКе

Выводы по главе

Глава 3. Экспериментальные исследования динамики нагрузок карьерных комплексов

§ 1 .Методика экспериментальных исследований

§2.0бъекты экспериментальных исследований

§3.Динамика нагрузок машин карьерных комплексов в период неустойчивой конъюнктуры спроса

§4.Динамика нагрузок машин ЛГОКа в период устойчивой конъюнктуры спроса

§5.Динамика нагрузок оборудования карьеров на основе непрерывных аппаратурных исследований

§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

§2.0ценка влияния основных факторов на динамику нагрузок машин комплексов

§3.Коэффициент машинного времени комплекса оборудования карьера

§4.0трицательные последствия нестабильности нагрузок машин

§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

§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

§4.Создание и исследование экспериментального образца нетрадиционной ударной машины

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

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

Выводы по главе

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности работы карьерного оборудования на основе стабилизации нагрузок»

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 «среда — технология — машина — человек», 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 - «человеческий фактор», 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.

Заключение диссертации по теме «Горные машины», Разуваева, Валентина Викторовна

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 «машина - оператор» 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 (150000 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 (150000 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.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Разуваева, Валентина Викторовна, 2007 год

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 «Горное оборудование и электромеханика», №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 «Лебединский ГОК»// 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.