Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Горные машины

Диссертационная работа:

Михайлов Александр Викторович. Повышение эффективности машин для добычи фрезерного торфа с пооперационно адаптированными щеточными рабочими органами : Дис. ... д-ра техн. наук : 05.05.06 : СПб., 2004 358 c. РГБ ОД, 71:05-5/446

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 6

ВВЕДЕНИЕ 15

1. СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА ФРЕЗЕРНОГО ТОРФА 17

1.1. Системный подход к исследованию технологических процессов торфяного производства 17

1.2. Особенности исследования механико-технологических систем производства фрезерного торфа 24

1 ;3. Постановка и анализ проблемы повышения эффективности и интенсификации рабочих процессов торфяных машин ^-33

1.4. Теоретические и экспериментальные предпосылки процесса ; взаимодействия щеточных рабочих органов с торфяной залежью и торфом 38

1 ;5. Постановка задач и выбор методов исследования 44

2. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЩЕТОЧНЫХ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ТОРФЯНЫХ МАШИН 56

2.1. Обоснование типов и характеристик торфяных щеток 56

2.2. Физико-механические свойства щеточного ворса 65

2.3. Эксплуатационные характеристики щеточного ворса 77

Выводы 79

3. АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЩЕТКИ С ТОРФОМ 80

3.1. Основные параметры сметания торфа и кинематика активной щетки 80

3.2. Закономерности движения торфяной массы при сметании с поверхности торфяного поля 88

3.3. Энергоемкость процесса сметания фрезерного торфа 98

3.4. Взаимодействие пассивной щетки с торфом 1Й

Выводы LK/

4. ОСНОВЫ ТЕОРИИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ЩЕТОЧНЫХ ВОРОШИЛОК 118

4.1. Интенсификация процессов сушки фрезерного торфа 118

4.2. Теплофизическое обоснование интенсификации процесса сушки торфа при ворошении активной щеткой 127

4.3. Массообменное и технологическое обоснование интенсификации процесса сушки торфа при ворошении активной щеткой 139

4.4. Экспериментальные исследования ворошения торфа активной щеткой 145

Выводы 148

5. ОСНОВЫ ТЕОРИИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ЩЕТОЧНЫХ ВАЛКОВАТЕЛЕЙ 149

5.1. Анализ условий функционирования активного щеточного валкователя 149

5.2. Динамика активного щеточного валкователя в горизонтальной плоскости 150

5.3. Динамика активного щеточного валкователя в вертикальной плоскости 154

5.4. Технологическое обоснование процесса валкования фрезерного торфа активным щеточным валкователем 169

5.4.1. Условия сметания торфа из расстила 169

5.4.2. Анализ модели смешивания фрезерного торфа при валкований 181

5.4.3. Энергоемкость валкования фрезерного торфа 186

5.4.4. Эффективность валкования фрезерного торфа 193

Выводы 195

6. ОСНОВЫ ТЕОРИИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ЩЕТОЧНЫХ УБОРОЧНЫХ МАШИН 196

6.1. Уборка торфа двухщеточным подборщиком-метателем 196

6.1.1. Анализ рабочего процесса двухщеточного подборщика-метателя 196

6.1.2. Энергоемкость уборки торфа двухщеточным подборщиком-метателем 204

6.1.3. Выбор кривой загрузочного желоба 209

6.1.4. Технологическое обоснование процесса уборки фрезерного торфа двухщеточным подборщиком-метателем 213

6.1.4.1. Энергетическая эффективность уборочной машины . 213

6.1.4.2. Анализ модели смешивания фрезерного торфа при уборке 220

6.2.Уборка торфа шнекороторной щеточной уборочной машиной 223

6.2.1. Анализ рабочего процесса шнекороторной щеточной уборочной машины 223

6.2.2. Энергоемкость уборки торфа шнекороторной щеточной уборочной машиной 231

6.2.3. Технологическое обоснование процесса уборки фрезерного торфа шнекороторной щеточной уборочной машиной 23 5

Выводы 239

7. РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ 242

7.1 .Интенсификация процесса добычи торфа механическими бункерными машинами 242

7.1.1. Щеточные машины для ворошения фрезерного торфа 242

7.1.2. Щеточные машины для валкования фрезерного торфа 245

7.1.3. Щеточные машины для уборки фрезерного торфа 247

7.1.4. Модернизация технологического оборудования с целью повышения надежности выполнения операций 248

7.2. Интенсификация процесса добычи торфа комплексом машин с раздельной уборкой из наращиваемых валков 252

7.2.1. Модернизация технологического оборудования с целью повышения надежности выполнения операций 252

7.2.2. Щеточный валкователь фрезерного торфа 252

7.2.3. Щеточное оборудование для уборки фрезерного торфа 258

7.3. Интенсификация процесса добычи торфа для агропромышленного использования 262

7.3.1. Схема технологического процесса 262

7.3.2. Уборочная пшекороторная машина 265

7.4. Технико-экономические показатели внедрения щеточного торфяного оборудования 267

Выводы 276

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ 278

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 280

ПРИЛОЖЕНИЯ 307

Приложение 1. Материалы по ворошению фрезерного торфа щеточными торфяными машинами 307

Приложение 2. Материалы по валкованию фрезерного торфа щеточными торфяными машинами 312

Приложение 3. Материалы по уборке фрезерного торфа щеточными торфяными машинами 326

Приложение 4. Материалы по технологии добычи торфа для агропромышленного применения 340

Приложение 5. Материалы по экономической эффективности использования щеточных торфяных машин 350

Приложение б. Материалы по внедрению результатов исследований в учебный процесс 356 

Введение к работе:

Актуальность работы. В Российской Федерации сосредоточено более 50% мировых запасов торфа. Сейчас, когда возрос спрос на энергоносители, добыча торфа как местного вида топлива и сырья для ряда отраслей промышленности и сельского хозяйства становится актуальной при условии дальнейшего развития и совершенствования технологии и оборудования торфяного производства.

Увеличение добычи торфа, повышение эффективности действующих торфопредприятий и освоение новых месторождений неразрывно связано с совершенствованием и созданием новых технологий и оборудования. Существующий парк торфяных машин для операций ворошения, валкования и уборки фрезерного торфа в основном оснащен пассивными жесткими рабочими органами с предельными параметрами, которые не обеспечивают надежности выполнения технологических операций.

Интенсификация торфяного производства в первую очередь ставит задачи перевооружения и модернизации оборудования с учетом современных требований научно-технического прогресса, опыта торфодобываюпщх стран, применения новых комплектующих материалов, агрегатирования с колесными тракторами. Одним из направлений развития торфяных машин является использование щеточных рабочих органов. Задача повышения надежности оборудования выдвигает необходимость разработки новых методов проектирования, с учетом конструктивных особенностей, адаптации к условиям эксплуатации, многофункциональности рабочих органов.

Успешное решение практических задач по взаимодействию рабочих органов с торфяной залежью и фрезерным торфом связано с исследованием свойств торфа и технологиями торфодобычи, которые изложены в трудах Б.М. Александрова, Л.С. Амаряна, ВЛ. Антонова, А.Е.Афанасьева, Е.Т. Базина, Б.А. Богатова, Н.И.Гамаюнова, Н.В. Гревцева, В.Д. Копенкина, С.С. Корчунова, В.И. Косова, И.Ф. Ларгина, И.И. Лиштвана, Л.М. Малкова, В.А. Миронова, В.Г. Селеннова, В.И. Суворова и их учеников. Вопросы перемещения фрезерного торфа рабочими органами и основы проектирования торфяных машин освещены в работах С.Г. Солопова, М.В. Мурашова, В.М. Наумовича, Л.Н. Самсонова, В.Ф. Синицына, Ф.А. Опейко, А.В. Журавлева, Б.Ф. Зюзина, В.К. Фомина, Н.В. Кислова, А.Н. Лукьянчикова, К.В. Фомина и др.

Операции, выполняемые существующими комплексами машин, далеко не совершенны: не всегда выполнимы требования к проведению операций; имеет место значительный недобор сухой крошки и ее увлажнение; часты поломки рабочих органов при встрече с инородными включениями (пень, камень).

В связи с вышеизложенным, внедрение научно обоснованных технических решений, заключающихся в повышении эффективности эксплуатации машин для добычи фрезерного торфа на основе комплексного использования многофункциональных пооперационно адаптированных щеточных рабочих органов, вносит значительный вклад в развитие экономики страны.

Связь работы с крупными научными программами и темами

Работа является обобщением научных исследований выполненных автором и при его участии в период с 1979 г. в отделе добычи торфа и отделе физико-механических свойств торфяных залежей и торфа в рамках научно-технической программы 0.71.03 ГКНТ при Совмине СССР «Создание и освоение технологического процесса и комплекса машин для добычи фрезерного торфа с раздельной уборкой его из укрупненных валков» (1981-87), № ГР 81023901/02860047562 и «Создание болотоходной (торфяной) модификации трактора ДТ-175С, обеспечивающей повышение проходимости и увеличение производительности труда на операциях по добыче фрезерного торфа» (1981-87), № ГР 81023903/02860046972; плана НИОКР Минтоппрома РСФСР «Усовершенствование технологии и создание оборудования по добыче фрезерного торфа для энергетики и сельского хозяйства» (1976-80), № ГР 76035891; «Усовершенствовать и освоить в производстве оборудование по добыче торфа для сельского хозяйства, топлива и брикетирования» (1987-90), № ГР 01880000524; «Создание и освоение в производстве шлейфа машин к тракторам ДТ-175Т и Т-150К для добычи торфа» (1988-90), № ГР 01870048154 и «Усовершенствование оборудования для добычи фрезерного торфа комплектом машин типа УМПФ» (1982-85), № ГР 01821018438; государственной научно-технической программы «Недра России» ГКНТ России «Обоснование основных показателей прогноза развития торфяной промышленности России на период до 2010 года» № ГР 01920012071 (1994-97); российско-финского научно-технического сотрудничества: контракт 1ПР-1140/1346-10002 «Разработка машины МУЩ» между «ВНИИТП» и «VAPO OY» (1992-93); контракт 1/95 «Исследование рабочего органа щеточной ворошилки и разработка компьютерной программы по расчету щеточных рабочих органов торфяных машин»» между «ВНИИТП» и «VTT Energy» (1995).

Цель работы. Установление закономерностей формирования сборов и сопротивления сметанию фрезерного торфа при взаимодействии с торфяным основанием для повышения эффективности эксплуатации машин по добыче фрезерного торфа на основе комплексного использования многофункциональных пооперационно адаптированных щеточных рабочих органов, обеспечивающих снижение влияния погодных условий, повышение сезонных сборов и повышение качества фрезерного торфа.

Идея работы. Многофункциональные пооперационно адаптированные щеточные рабочие органы машин для добычи фрезерного торфа рассматриваются как механические системы, технико-экономические показатели которых функционально связаны между собой через степень воздействия на поверхность торфяного поля и коэффициент сбора фрезерного торфа.

Основные задачи исследований. Исходя из поставленной цели, сформулированы следующие основные задачи исследований:

• разработать основные положения теории взаимодействия щеточного рабочего органа с торфяным основанием и массой фрезерного торфа;

• установить закономерности формирования сопротивления сметанию фрезерного торфа щеточным рабочим органом в зависимости от его геометрических, кинематических и упругих параметров, размерно-массовых характеристик торфа и эксплуатационных свойств торфяных полей;

• провести энергетическую оценку и исследовать влияние основных факторов рабочего процесса на технологические показатели операций ворошения, валкования и уборки торфа;

• провести испытания щеточных машин в производственных условиях с целью установления адекватности разработанных теоретико-экспериментальных моделей и реализации планов экспериментов по определению рациональных режимов работы и достижения максимальных сборов торфа;

• реализовать новые технические решения в конструкциях машин, обеспечивающих повышение эффективности технологических операций и внедрить результаты исследований в производство с оценкой эффективности нового оборудования.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Установленные закономерности формирования сборов и сопротивления сметанию фрезерного торфа щеточным рабочим органом характеризуются линейной зависимостью коэффициента сбора торфа от кратности механического воздействия щетки на поверхность поля, а сама величина минимальной кратности определяется геометрическими и кинематическими параметрами, жесткостью щетки, поверхностной прочностью и загрузкой поля и характеризует режим эффективного сметания и отбрасывания торфа без увлажнения с учетом величины удельных энергозатрат и проговодительности.

2. Физическая и математическая модели изменения теплофизических, массообменных и технологических характеристик расстила торфа. при его ворошении щеточным рабочим органом описаны системой уравнений тепломассопереноса с учетом разделения частиц в процессе ворошения при максимальном переворачивании и наименьшем перемешивании слоев, снижении неравномерности толщины расстила и увеличении коэффициента аэрации торфа.

3. Динамические процессы устойчивости движения щеточного валкователя с учетом связей между входными возмущающими воздействиями при минимальных значениях угла установки тяг навески и критической скоростью машины описываются системой нелинейных дифференциальных уравнений, решение которых позволяет определить рациональные параметры валкователя с учетом величины удельных энергозатрат, вариантов агрегатирования с тракторами и размерно-массовых характеристик торфа.

4. Физическая и математическая модели самонастраивающейся уборочной щеточной системы с желобом, в которой толщина слоя торфа устанавливается автоматически в зависимости от подачи, причем количество движения убираемого торфа не должно превышать суммарный импульс действующих на него сил, описаны дифференциальными уравнениями, решение которых позволяет определить рациональные параметры щеточной системы для обеспечения сбора и метания фрезерного торфа при пневмомеханическом перемешивании.

Методы исследований. Исследования вьшолнялись на основе системного подхода к изучаемым объектам. В основе теоретических исследований лежат методы теоретической механики, теории вероятности и статистической динамики машинных агрегатов. Экспериментальные исследования выполнены на стендовых моделях и на опытных образцах в полевых условиях. Математическое моделирование, обработка экспериментальных данных, анализ результатов, планирование экспериментов и расчеты вьшолнялись с помощью компьютерной техники.

Научная новизна работы заключается в развитии основ расчета параметров многофункциональных пооперационно адаптированных щеточных рабочих органов, в теоретическом и экспериментальном обосновании технологических режимов новых машин для добычи фрезерного торфа и выбора их параметров.

Получены следующие основные научные результаты:

• на основе критического анализа существующего оборудования предложена механико-технологическая система добычи фрезерного торфа и разработаны принципы создания щеточных многофункциональных пооперационно адаптированных машин для разных технологических схем добычи;

• сформулированы основные требования к щеточным рабочим органам; разработаны основные положения теории взаимодействия щетки с торфяным основанием и массой фрезерного торфа; получены выражения для определения вероятностных характеристик и плотностей распределения нагрузок, которые учитывают случайный характер их формирования, конструкцию рабочего органа, параметры и режимы работы; проведена энергетическая оценка рабочего процесса взаимодействия активной и пассивной щетки с торфом;

• впервые предложено осуществлять ворошение фрезерного торфа щеткой с описанием изменения теплофизических, массообменных и технологических характеристик расстила торфа после ворошения системой уравнений тепломассопереноса с учетом распределения скоростей витания частиц для максимального переворачивания и наименьшего перемешивании слоев, снижения степени неравномерности толщины и роста коэффициента аэрации расстила и типа торфа;

• при валкований фрезерного торфа щеточным рабочим органом впервые установлены связи между входными возмущающими воздействиями при минимальных значениях угла установки тяг навески и критической скоростью машины, представленные системой нелинейных дифференциальных уравнений динамических процессов, решение которых позволяет определить рациональные параметры валкователя с учетом величины удельных энергозатрат процесса валкования, вариантов агрегатирования с тракторами и размерно-массовых характеристик торфа;

• определены рациональные параметры щеточного рабочего органа для сбора и метания фрезерного торфа при пневмомеханическом перемешивании с --разработкой математической модели самонастраивающейся усреднительно исполнительной щеточной системы с желобом, в которой толщина слоя торфа устанавливается автоматически в зависимости от подачи, причем количество движения торфа не должно превышать суммарный импульс действующих на него сил;

• установлены многофакторные связи параметров щеточного рабочего органа и влияние основных факторов процесса на технологические показатели операций ворошения, валкования и уборки фрезерного торфа с учетом функционирования машин в допускаемых областях;

• разработаны новые способы, технологические и технические решения, направленные на интенсификацию и повышение эффективности операций добычи фрезерного торфа.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована и подтверждена: теоретическими исследованиями и выводами аналитических зависимостей с использованием теории подобия, теории вероятности и статистической динамики машин, результатами лабораторных, стендовых опытно-промышленных экспериментов; сопоставлением результатов теоретических и экспериментальных исследований методами математической статистики и корреляционного анализа.

Практическая значимость работы

Результаты исследований явились основой для разработки многофункциональных пооперационно адаптированных торфяных машин для технологических схем добычи с раздельной уборкой из наращиваемых валков, с механическими бункерными и шнекороторными машинами. Материалы исследований включены в стандарт предприятия и программное обеспечение «Harvia-2000» Исследовательского Центра Финляндии "VTT Energy".

Разработана конструкторская документация на щеточные ворошилки ВЩ-1 и ВЩС-1, принятая к внедрению ООО Цеметра» Сахалинской области и ЗАО «Балтторф» Калининградской области.

Новизна технических решений подтверждена 8 изобретениями. Разработка рыхлителя торфа РТП-1 отмечена бронзовой медалью ВДНХ СССР.

Реализация результатов исследований

Щеточные валкователи ВПР-4 и ВЩР-1 внедрены в производство на торфокомбинате «Ору» Эстония; предприятиях «Ириновское» ПО «Ленторф» и «Тесово-2», ПО «Новгородторф». Прошли опытную проверку в полевых условиях на предприятиях «Назия» ПО «Ленторф» и «Тесово-1» ПО «Новгородторф» модернизированные уборочные машины на гусеничном и колесном ходу. Уборочно-транспортная щеточная машина МУЩ-2 поставлена на экспорт в Финляндию по контракту с фирмой "VAPO OY".

Технологическая схема с применением машин УШР внедрена в в Кировской, Ленинградской, Московской, Пермской, Псковской и Ярославской обл.

Результаты исследований используются в учебном процессе при подготовке специалистов Тверского государственного технического университета в курсе «Торфяные машины и оборудование».

Личный вклад соискателя состоит в обосновании необходимости создания щеточных торфяных машин для операций ворошения, валкования и уборки фрезерного торфа; в выборе и обосновании основных направлений исследований; в организации и планировании теоретических, лабораторных и опытно-производственных исследований и непосредственном участии в них; в обобщении результатов экспериментов, в разработке методов расчета основных параметров и технических заданий на проектирование машин; в формировании основных выводов по полученным данным; в разработке практических рекомендаций для пгюдприятий.

Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты работы доложены и обсуждены на заседаниях Ученого совета ВНИИТП (1980-94 гг.); VI -DC научно-технических конференциях ВНИИТП, Ленинград, 1980-86гг.; V - VII научно-технических конференциях по физико-химии торфа, Калинин, 1981-94 гг.; научно-практической конференции «Торф в народном хозяйстве», Томск, 1991г.;

Международном Симпозиуме «30 лет Международному торфяному обществу», Ювяскюля (Финляндия), 1998 г.; научно-практической конференции «Торфяная отрасль России на рубеже XXI века: проблемы и перспективы», Тверь, 1999 г.; 11-м Международном торфяном конгрессе "Sustaining Our Peatlands", Квебек (Канада), 2000 г.; Международном симпозиуме «Добыча и переработка торфа», С-Петербург, 2001 г.; Международной конференции «Рациональное использование торфа: состояние и перспективы», С-Петербург, 2002 г.; научно- практической конференции «Рациональное использование . торфа и других ресурсов торфяных болот», Кострома, 2003 г.; на 3-м Международном Форуме «Топливно-энергетический комплекс России: региональные аспекты», С- Петербург, 2003 г.; 12-м Международном торфяном конгрессе "Wise Use of Peatlands", Тампере (Финляндия), 2004 г.; научно-практической конференции «Современное состояние и перспективы развития механизации и электрификации горного и нефтегазового производства», С-Петербург, 2004 г.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в монографии, 45 статьях и тезисах докладов, новизна подтверждена 8 изобретениями.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, общих выводов и заключения; изложена на 358 страницах; содержит 96 рисунков, 40 таблиц, список литературы из 290 наименований и 6 приложений.

Автор выражает благодарность д. т. н. Селеннову В.Г, профессорам А.Е. Афанасьеву, Габову В.В., Тимофееву И.П., к. т. н. Кузнецову Н.В., Давыдову Л.Р., инж. Правдину В.И. за консультации.

Подобные работы
Линник Владимир Юрьевич
Повышение эффективности функционирования шнековых исполнительных органов очистных комбайнов в различных условиях применения
Фролов Александр Петрович
Повышение эффективности эксплуатации рудничных поршневых компрессорных установок путем совершенствования воздухораспределительных органов
Черных Владимир Геннадьевич
Повышение эффективности системы технического обслуживания и ремонта шахтных погрузочных машин :На примере машины 2ПНБ 2 в условиях Восточного Донбасса
Кобелев Николай Сергеевич
Повышение эффективности нестационарных компрессорных установок карьеров путем улучшения параметров пневмосети горных машин
Бондаренко Олег Анатольевич
Повышение надежности исполнительных органов струговых установок отрывного типа
Носенко Иван Алексеевич
Повышение надежности горно-проходческих комбайнов применением оперативной диагностики привода исполнительного органа
Слесарев Борис Вячеславович
Обоснование параметров и разработка средств повышения эффективности эксплуатации карьерных гидравлических экскаваторов
Лебедев Сергей Владимирович
Повышение эффективности работы тормозных систем шахтных подъемных установок с асинхронным приводом
Назаров Константин Сергеевич
Повышение эффективности вибрационных грохотов для классификации трудногрохотимого минерального сырья
Пашкин Леонид Николаевич
Повышение эффективности системы технического сервиса горного погрузочного оборудования в условиях ОАО "Апатит"

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net