авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Обоснование эффективных и безопасных режимов работы погрузочно-доставочных машин в подземных выработках

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

СТРЕБКОВ Константин Алексеевич

Обоснование эффективных и безопасных

режимов работы ПОГРУЗОЧНО-ДОСТАВОЧНЫХ

машин в подземных выработках

Специальность 05.05.06 Горные машины




Автореферат

Диссертации на соискание ученой степени кандидата

технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2009

Работа выполнена в государственном образовательном

учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете)

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор,

заслуженный деятель науки и техники РФ

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор,

заслуженный деятель науки РФ Ложкин В.Н.

кандидат технических наук Попович А.Е.

Ведущее предприятие ОАО «Институт «Гипроруда»»

Защита диссертации состоится 15 июня 2009 г. в 14 ч 30 мин на заседании диссертационного совета Д 212.224.07 при Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете) по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-линия, д.2, ауд. 7212.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института имени Г.В. Плеханова (технического университета).

Автореферат разослан мая 2009 года

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук,

профессор В.В. ГАБОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одним из направлений технического оснащения подземных рудников в последние 25-30 лет является внедрение самоходного оборудования. При добыче полезных ископаемых подземным способом широко используются погрузочно-доставочные машины (ПДМ) для погрузки и доставке горной массы. На рудниках цветной металлургии накоплен значительный опыт применения самоходного оборудования при добычных работах в различных горнотехнических условиях. При добыче руд цветных металлов на долю самоходных машин приходится более 60 %.

Пневмоколесный самоходный транспорт имеет значительные перспективы развития благодаря следующим основным достоинствам по сравнению с другими видами транспорта: высокой производительности, безопасности труда проходчиков, мобильности, широкому диапазону грузоподъемностей и мощностей машин. Основным недостатком погрузочно-доставочных машин является токсичность выхлопных газов дизельных двигателей и увеличение расходов на вентиляцию горных выработок.



Значительный вклад в исследования режимов работы погрузочно-доставочных машин внесли С.С. Музгин, А.К. Семенченко, А.И. Липов и другие. Однако исследования влияния режимов работы погрузочно-транспортных машин на объемы вредных выбросов не проводились. В настоящее время очень остро стоит проблема уменьшения загазованности горных выработок рудников.

Поэтому актуальной задачей является выбор рациональных режимов работы подземных погрузочно-доставочных машин с целью минимизации объемов вредных выбросов, что позволит без уменьшения производительности машин с дизельным приводом снизить объемы вредных выбросов в атмосферу рудника, сократить расходы на вентиляцию выемочных участков рудника, соблюдать санитарные нормы на рабочем месте и улучшить условия труда проходчиков.

Цель работы обоснование и выбор скоростных и нагрузочных режимов погрузочно-доставочных машин для условий подземных выработок при минимизации вредных выбросов, что позволит прогнозировать изменение объемов вредных выбросов в зависимости от условий эксплуатации.

Идея работы заключается в обеспечении эффективных и безопасных режимов работы погрузочно-доставочных машин путем обоснования скоростного диапазона с минимизацией вредных выбросов.

Основные задачи исследований

Для достижения поставленной цели необходимо выполнить следующие задачи:

  • выполнить анализ факторов, влияющих на режимы работы погрузочно-доставочных машин с дизельным приводом, условий эксплуатации подземной горно-транспортной техники, ее оснащенностью средствами экологической безопасности и применяемых методов снижения токсичности отработавших газов;
  • разработать математическую модель режимов работы погрузочно-доставочной машины, учитывающую условия эксплуатации и температуру отработавших газов и позволяющую определять минимальные объемы вредных выбросов дизельного привода;
  • провести моделирование рабочего процесса погрузочно-доставочной машины и анализ результатов моделирования
  • разработать методику проведения экспериментальных исследований для определения рабочих режимов работы дизельного привода погрузочно-доставочной машины с минимальными объемами вредных выбросов;
  • Обосновать рекомендации по выбору режимов работы и повышению экологичности погрузочно-доставочной машины с дизельным приводом.

Методы исследований: В ходе решения поставленных задач применялся комплексный метод исследования, включающий в себя теоретические исследования режимов работы погрузочно-доставочной машины, а также экспериментальные исследования дизельного привода погрузочно-доставочной машины на полномасштабном стенде.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Математическая модель функционирования погрузочно-доставочной машины позволяет в зависимости от условий эксплуатации выявить нагрузочные режимы работы, характеризующиеся минимальными объемами вредных выбросов дизельного привода при выполнении машиной операций технологического цикла

2. Экспериментально установлено, что при движении погрузочно-доставочной машины в диапазоне скоростей от 8 до 13 км/ч достигается минимизация удельных вредных выбросов по оксидам азота до 10,5-11,5 , по оксиду углерода до 3-3,5

Научная новизна

1. Обоснован и экспериментально подтвержден скоростной диапазон погрузочно-доставочной машины с минимизацией вредных выбросов.

2. Разработана математическая модель, позволяющая исследовать изменение объемов вредных выбросов в зависимости от условий эксплуатации.

3. Получены зависимости скоростных режимов работы и экологических характеристик погрузочно-доставочной машины от удельного сопротивления движению и угла наклона выработки.

Обоснованность и достоверность научных положений подтверждается экспериментальными исследованиями на полномасштабном стенде; сопоставлением результатов теоретических и экспериментальных исследований с применением методов математической статистики.

Практическая значимость работы:

  • разработана методика расчета и выбора рациональных режимов работы погрузочно-доставочной машины при минимизации вредных выбросов.
  • разработан алгоритм и программа на его основе для расчета объемов вредных выбросов отработавших газов дизельных двигателей с учетом температуры отработавших газов.
  • предложены технически эффективные конструктивные решения средств снижения токсичности отработавших газов погрузочно-доставочной машины.

Связь темы диссертации с научно-техническими программами: Работа проводилась в рамках научно-технических программ: 1. «Разработка комплексов горно-транспортного оборудования с улучшенными энергетическими и экологическими характеристиками» в СПГГИ(ТУ) (2003-2006 г.г.); 2. «Создание экологически безопасных конкурентоспособных дизелей специального назначения для механизации работ в закрытых помещениях и угольных шахтах» совместно с ФГУП ЦНИДИ (2004-2006 г.г.).

Апробация работы: Основные положения и результаты работы докладывались на конференциях «Полезные ископаемые России и их освоение» в 2005, 2006, 2007 годах в СПГГИ (ТУ), на семинарах кафедры «Горных транспортных машин» СПГГИ (ТУ).

Личный вклад автора

Определены основные факторы, влияющие на нагруженность погрузочно-доставочной машины в технологическом цикле. На основе анализа рабочего цикла и условий эксплуатации определены скоростные режимы работы погрузочно-доставочной машины с минимизацией вредных выбросов. Выполнены экспериментальные исследования на полномасштабном стенде двигателя 3Д6. Определены объемы вредных выбросов на различных режимах работы дизельного двигателя. Получены зависимости удельных вредных выбросов от частоты вращения вала, мощности двигателя.

Публикации: По теме диссертационной работы опубликовано 5 печатных работ, в том числе 4 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 137 наименований и приложений. Работа изложена на 132 страницах, содержит 28 рисунков, 18 таблиц.

Во введении изложены актуальность, цель, задачи, идея работы и научная новизна.

В первой главе проведены: анализ факторов, влияющих на режимы работы погрузочно-доставочных машин с дизельным приводом, дана оценка экологичности горно-транспортных дизелей и методов снижения токсичности отработавших газов.

Во второй главе разработана методика расчета экологических показателей погрузочно-доставочной машины. Предложен метод оптимизации режимов работы погрузочно-доставочных машин путем моделирования рабочего процесса дизельного двигателя.

В третьей главе описаны экспериментальный стенд, оборудование, методика проведения и результаты экспериментов по определению зависимости изменения объемов вредных выбросов отработавших газов от режимов работы дизельного двигателя. Приведены результаты экспериментов.

В четверной главе разработаны рекомендации по выбору и расчету каталитического и жидкостного нейтрализаторов.

В заключении даны основные выводы, научные и практические результаты работы.

защищаемые научные положения

1. Математическая модель функционирования погрузочно-доставочной машины позволяет в зависимости от условий эксплуатации выявить нагрузочные режимы работы, характеризующиеся минимальными объемами вредных выбросов дизельного привода при выполнении машиной операций технологического цикла

Анализ влияния условий эксплуатации ПДМ с дизельным приводом показал, что основными факторами, определяющими нагрузочный режим дизеля и, как следствие объемы вредных выбросов, являются условия эксплуатации.

Для описания силовой составляющей нагрузочного режима был принят кусочно-интегральный детерминированный подход, включающий в себя детализацию технологического цикла по элементарным операциям, в течение которых количество воздействующих факторов было бы неизменно. По этому принципу весь рабочий цикл ПДМ разбивается на операции: черпание, транспортирование и разгрузка (табл. 1).

Таблица 1

Структура рабочего цикла ПДМ

Операция Факторы, влияющие на силовую составляющую режима нагружения привода
1. Черпание: - первоначальное внедрение; - частичный вырыв; - заглубление; - полный вырыв. Дорожные условия, физико-механические свойства горной массы, геометрические параметры развала, конструктивные особенности машины
2. Транспортирование и маневры: - ускоренно-замедленное, равномерное движение с грузом; - то же порожняком. Масса груза, дорожные условия, динамические показатели передающих узлов
3. Разгрузка: - подъем стрелы; - опрокидывание ковша; - подъем ковша; - опускание стрелы. Масса груза, физико-механические свойства горной массы, массы металлоконструкций стрелы и ковша




По известным методикам, в зависимости от условий эксплуатации рассчитана силовая составляющая нагрузочного режима, влияющая на режим работы ПДМ. Доля статического режима составляет 85 % от всего технологического цикла ПДМ, поэтому при описании силовой составляющей нагрузочного режима переходными процессами можно пренебречь.

В зависимости от выполняемой технологической операции учитывались два направления потока мощности:

1. двигатель трансмиссия приводные колеса

2. двигатель гидропривод штоки гидроцилиндров

В теоретических исследованиях использована математическая модель, позволяющая определить величину момента и частоту вращения вала дизельного двигателя ПДМ на различных этапах технологического цикла и производить выбор режимов работы с минимальными объемами вредных выбросов.

По характеристике двигателя с учетом силовой составляющей нагрузочного режима выбраны частоты вращения вала дизельного двигателя с минимизацией объемов вредных выбросов. Это позволило установить, что благодаря выбору рациональной частоты вращения вала двигателя, снижение объемов вредных выбросов отработавших газов может составлять 20-25%.

Для определения объемов вредных выбросов на каждом этапе технологического цикла использован расчет рабочего процесса дизельного двигателя. На основании физических и эмпирических зависимостей, описывающих совместную работу дизеля и турбокомпрессора, составлены уравнения, по которым выполнен расчет режимов работы дизельного двигателя.

Для уточнения расчета рабочего процесса дизельного двигателя экспериментально установлено:

  • частота вращения вала дизельного двигателя n, мин-1;
  • мощность дизельного двигателя N, кВт;
  • часовой расход топлива В, кг/ч;
  • данные газового анализа: количество содержания оксида углерода (СО), кислорода (О2), оксидов азота (NOx).

По результатам измерений вредных выбросов отработавших газов и расходу топлива установлен коэффициент избытка воздуха при сгорании топлива . При этом регистрировались следующие параметры: эффективная мощность дизельного двигателя, частота вращения, часовой расход топлива, концентрация оксидов углерода - СО, концентрация кислорода - О2.

Принимаемый алгоритм расчета рабочего процесса дизельного двигателя следующий:

1. Определяется коэффициент наполнения цилиндров дизельного двигателя свежим воздушным зарядом по формуле:

, (1)

где Gair - расход воздуха, кг/ч.

2. Задаются отношением (рa/рo), где ра – начальное давление в цилиндре; ро – атмосферное давление и - коэффициентом остаточных газов.

3. Определяется значение температуры рабочего тела в начале сжатия:

, (2)

где - степень сжатия.

4. Проводится расчет процесса сжатия и расширения.

5. Период задержки самовоспламенения определяется по формуле акад. Н.Н.Семенова:

, (3)

где - средняя скорость поршня; рнв и Тнв – давление и температура в цилиндре в момент начала впрыска топлива.

6. Определяется температура отработавших газов.

В результате расчета определяются значения: максимальное давление сгорания, be - удельный эффективный расход топлива [], эффективная мощность дизельного двигателя.

На основе алгоритма определения закономерностей изменения объемов вредных выбросов была создана компьютерная программа, выполняющая автоматизированный расчет нагрузочных режимов дизельного двигателя. Математическое моделирование режимов работы погрузочно-доставочной машины позволило определить скоростные и нагрузочные режимы работы привода с минимальными объемами вредными выбросами. По результатам математического моделирования была установлена зависимость температуры отработавших газов погрузочно-доставочной машины от мощности дизельного привода.

На рис. 1 приведен график зависимости температуры отработавших газов погрузочно-доставочной машины от мощности дизельного привода.

 График зависимости температуры-11

Рис. 1. График зависимости температуры отработавших газов от потребляемой мощности дизельного двигателя

На рис. 2 приведен график зависимости степени снижения объемов вредных выбросов СО и СН каталитическим нейтрализатором от температуры отработавших газов дизельного привода.

 График зависимости степени-12

Рис. 2. График зависимости степени снижения вредных выбросов СО и СН каталитическим нейтрализатором от температуры отработавших газов дизельного двигателя

Как видно из этого рисунка целесообразной температурой отработавших газов, при которой происходит максимальное снижение вредных выбросов в каталитеском нейтрализаторе является температура в диапазоне 300-400 оС.

По результатам расчетов определены режимы работы погрузочно-доставочной машины, при которых температура отработавших газов наиболее благоприятна для дожигания вредных выбросов в каталитическом нейтрализаторе.

2. Экспериментально установлено, что при движении погрузочно-доставочной машины в диапазоне скоростей от 8 до 13 км/ч достигается минимизация удельных вредных выбросов по оксидам азота до 10,5-11,5 , по оксиду углерода до 3-3,5

Для установления закономерностей изменения объемов вредных выбросов от режимов работы ПДМ в реальных условиях эксплуатации были проведены экспериментальные исследования дизельного двигателя 6ЧН СП 15/18. Техническая характеристика двигателя приведена в табл.2.

Таблица 2

Техническая характеристика дизеля 6ЧН СП 15/18

Номинальная частота вращения, мин-1 1500
Номинальная мощность, кВт 173
Частота вращения, максимальная, мин-1 1680
Число цилиндров, шт. 6
Диаметр цилиндра (D), мм 150
Ход поршня (S), мм 180
Расположение цилиндров рядное
Степень сжатия 14
Рабочий объем, дм3 19,08


Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.