Протокол №_____

Криворожский технический университет

КАФЕДРА ГОРНЫХ МАШИН

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

по дисциплине

Методы исследования и снижения

динамических нагрузок горных машин»

(электронная версия)

подготовлен

заведующим кафедрой, горных машин, профессором, доктором технических наук

Громадским Анатолием Степановичем

Утвержден

на заседании кафедры ГМО:

«_____»__________2009 г.,

Протокол №_____

Кривой Рог, 2009 г.

Содержание стр.

Горные машины и оборудование, применяемые на шахтах и рудниках, - одни из самых мощных и сложных машин, известных в технике. Так, восьмиканатная подъемная машина ЦШ 5x8 предназначена для транспортирования полезного ископаемого массой до 50 т с глубины 1600 м, со скоростью до 16 м×с-1. Мощность электропривода такой машины достигает 10 тыс. кВт. Горный комбайн типа "Урал-20 кс" имеет массу 80 т, на нем установлено 13 электродвигателей суммарной мощностью 520 кВт. Ленточные конвейеры транспортируют полезное ископаемое на расстояние до 2900 м, со скоростью 3,15 м/с, при этом масса полезного ископаемого, расположенного на длине конвейера доходит до 290 т, собственная масса ленты достигает 300 т. Шахтные водоотливные и вентиляторные установки могут иметь мощность 3000-4000 кВт.

Большие массы машин и механизмов, вращающиеся с высокой частотой и движущиеся с большими скоростями, вызывают сложные динамические процессы не только при пусках и торможениях, но иногда и при установившихся режимах работы (компрессорные, вентиляторные и другие установки). Динамические процессы вызывают чрезмерные нагрузки, прогрессирующие усталостные явления отдельных элементов конструкции, которые приводят к аварийным ситуациям и к катастрофам.

Для увеличения надежности, безопасности и долговечности машин проектирование и изготовление их должно осуществляться с учетом воздействия динамических усилий. Теоретическим фундаментом динамических расчетов является теория механических колебаний. Многие виды колебаний часто называют вибрациями. В то же время, колебания могут оказаться весьма полезными. Такие области техники как радио, акустика, вибротранспорт, ультразвуковая диагностика основаны на колебаниях. Знания законов колебательных процессов позволяют спроектировать рациональные конструкции машин для эффективного разрушения (добычи, дробления и измельчения) горных пород и полезного ископаемого.

К колебательным процессам относятся самые разнообразные явления. Биение сердца, колебание звезд и космических объектов, колебание молекул в твердом теле и климатические изменения на земле, вибрация звучащей струны и землетрясения все это примеры колебательных процессов.

В технике колебательные процессы наблюдаются при работе всех машин и механизмов. Однако некоторые колебательные процессы не могут быть зарегистрированы человеческими органами чувств без специальной аппаратуры. Известно, что колебания в диапазоне частот от 18 до 18000 Гц являются слышимыми. Механические колебания, воздействующие на тело человека с частотой менее 18 Гц (инфразвуковые) вызывают головокружение, боль в туловище и нарушение зрительного восприятия. Сложные механические колебания с широким спектром частот в диапазоне от 1-250 Гц, воздействующие на тело человека, могут приводить к заболеванию вибрационной болезнью. Колебания с ультразвуковой частотой (более 18000 Гц) оказывают тепловое воздействие на живые клетки и могут привести к их разрушению.

Большое количество аварий и катастроф связано с разрушительными действиями механических колебаний. Академик К.В. Фролов отмечает, что 80% аварий в машинах происходит в результате недопустимых колебаний. Со школьных лет известны исторические примеры, которые описал профессор Лондонского университета Р. Бишоп. Совсем малая переменная сила может вызвать опасные резонансные колебания. Например, если ритм солдатских шагов совпадает с собственной частотой моста, то возможно его разрушение. Такие случаи имели место в 1831 г. в Манчестере, когда 60 человек разрушили Браунтонский подвесной мост через реку Ирвель. В 1868 г., в Чатоме рухнул мост на опорах при прохождении отряда Британской морской пехоты. Но наиболее трагическая катастрофа произошла в 1850 г., когда Анжерский подвесной мост был разрушен батальоном французской пехоты численностью 500 человек. Разрушенный мост увлек за собой людей в ущелье, при этом погибло 226 человек.

Катастрофа с паромом "Эстония" осенью 1994 г., унесшая более 900 человек и разрушение шлюзовых ворот на плотине Камгэса (октябрь 1994 г.) лишний раз подтверждает важность знаний и учета динамических нагрузок в машинах и сооружениях.

Таким образом, динамические нагрузки и колебания в различных телах тесно связаны между собой. Исследуя колебания можно косвенно судить и прогнозировать динамические нагрузки и наоборот. Выбор того или иного параметра зависит от задач исследования и возможностей исследователя и часто по одному из параметров дает возможность получить максимум информации о динамических нагрузках и колебаниях тел генерируемых этими нагрузками.