Техника и технологии для добычи, подготовки и обогащения минерального сырья на базе эластомерных материалов

Рассматриваются важные проблемы промышленной безопасности на предприятиях горнодобывающей и обогатительной отраслей. Снижение вибронагруженности и шума оборудования и машин, защита операторов от вредного воздействия пылящих, токсичных и агрессивных веществ излагается в контексте использования специа...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2013
Автори:	Булат, А.Ф., Дырда, В.И., Хохотва, А.И.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України 2013
Назва видання:	Геотехнічна механіка
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/87564
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Техника и технологии для добычи, подготовки и обогащения минерального сырья на базе эластомерных материалов/ А.Ф. Булат, В.И. Дырда, А.И. Хохотва // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 113. — С. 3-43. — Бібліогр.: 2 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-87564
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-875642015-10-22T03:02:28Z Техника и технологии для добычи, подготовки и обогащения минерального сырья на базе эластомерных материалов Булат, А.Ф. Дырда, В.И. Хохотва, А.И. Рассматриваются важные проблемы промышленной безопасности на предприятиях горнодобывающей и обогатительной отраслей. Снижение вибронагруженности и шума оборудования и машин, защита операторов от вредного воздействия пылящих, токсичных и агрессивных веществ излагается в контексте использования специальных вибромашин с эластомерными упругими звеньями, защитными футеровками и герметизаторами. В работе подробно рассматривается комплекс вибромашин для добычи, подготовки и обогащения минерального сырья, преимущественно железных и урановых руд: горные питатели, конвейеры, виброаппараты (смесители, сита, мельницы, сушилки и т.д.), дробилки, шаровые мельницы и т.д. Рассматриваются также ресурсо- и энергосберегающие технологии выпуска и доставки руды, обогащения и транспортировки сырья. The relevant problems of industrial security at the factories of mining and enriching industries are considered. Decrease of vibroloading and noise of the equipment and machines, guard of human controllers from an ill effect evolving a dust, toxic and aggressive matters is stated in a context of use special vibromachines with elastomeric elastic links, defensive lining and pressurizators. In-process the complex vibromachines for extraction, preparation and beneficiating of mineral raw, predominantly ferrous and uranic ores is in detail considered: mountain feeders, pipelines, vibrovehicles (mixers, screens, grinding mills, dryers etc.), grinders, ball grinders Are etc. considered also saving up resources and power saving up techniques of discharge and delivery of ore, beneficiating and raw transportation. 2013 Article Техника и технологии для добычи, подготовки и обогащения минерального сырья на базе эластомерных материалов/ А.Ф. Булат, В.И. Дырда, А.И. Хохотва // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 113. — С. 3-43. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. 1607-4556 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/87564 621.002.5-752 ru Геотехнічна механіка Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Рассматриваются важные проблемы промышленной безопасности на предприятиях горнодобывающей и обогатительной отраслей. Снижение вибронагруженности и шума оборудования и машин, защита операторов от вредного воздействия пылящих, токсичных и агрессивных веществ излагается в контексте использования специальных вибромашин с эластомерными упругими звеньями, защитными футеровками и герметизаторами. В работе подробно рассматривается комплекс вибромашин для добычи, подготовки и обогащения минерального сырья, преимущественно железных и урановых руд: горные питатели, конвейеры, виброаппараты (смесители, сита, мельницы, сушилки и т.д.), дробилки, шаровые мельницы и т.д. Рассматриваются также ресурсо- и энергосберегающие технологии выпуска и доставки руды, обогащения и транспортировки сырья.
format	Article
author	Булат, А.Ф. Дырда, В.И. Хохотва, А.И.
spellingShingle	Булат, А.Ф. Дырда, В.И. Хохотва, А.И. Техника и технологии для добычи, подготовки и обогащения минерального сырья на базе эластомерных материалов Геотехнічна механіка
author_facet	Булат, А.Ф. Дырда, В.И. Хохотва, А.И.
author_sort	Булат, А.Ф.
title	Техника и технологии для добычи, подготовки и обогащения минерального сырья на базе эластомерных материалов
title_short	Техника и технологии для добычи, подготовки и обогащения минерального сырья на базе эластомерных материалов
title_full	Техника и технологии для добычи, подготовки и обогащения минерального сырья на базе эластомерных материалов
title_fullStr	Техника и технологии для добычи, подготовки и обогащения минерального сырья на базе эластомерных материалов
title_full_unstemmed	Техника и технологии для добычи, подготовки и обогащения минерального сырья на базе эластомерных материалов
title_sort	техника и технологии для добычи, подготовки и обогащения минерального сырья на базе эластомерных материалов
publisher	Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
publishDate	2013
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/87564
citation_txt	Техника и технологии для добычи, подготовки и обогащения минерального сырья на базе эластомерных материалов/ А.Ф. Булат, В.И. Дырда, А.И. Хохотва // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 113. — С. 3-43. — Бібліогр.: 2 назв. — рос.
series	Геотехнічна механіка
work_keys_str_mv	AT bulataf tehnikaitehnologiidlâdobyčipodgotovkiiobogaŝeniâmineralʹnogosyrʹânabazeélastomernyhmaterialov AT dyrdavi tehnikaitehnologiidlâdobyčipodgotovkiiobogaŝeniâmineralʹnogosyrʹânabazeélastomernyhmaterialov AT hohotvaai tehnikaitehnologiidlâdobyčipodgotovkiiobogaŝeniâmineralʹnogosyrʹânabazeélastomernyhmaterialov
first_indexed	2025-07-06T15:13:11Z
last_indexed	2025-07-06T15:13:11Z
_version_	1836910947239723008
fulltext	3 УДК 621.002.5-752 А.Ф. Булат, акад. НАНУ, д-р техн. наук, профессор В.И. Дырда, д-р техн. наук, профессор (ИГТМ НАН Украины) А.И. Хохотва, инженер, председатель Государственной службы горного надзора и промышленной безопасности Украины (Киев, Украина) ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ДОБЫЧИ, ПОДГОТОВКИ И ОБОГАЩЕНИЯ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ НА БАЗЕ ЭЛАСТОМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ Аннотация. Рассматриваются важные проблемы промышленной безопасности на предприятиях горнодобывающей и обогатительной отраслей. Снижение вибронагруженности и шума оборудования и машин, защита операторов от вредного воздействия пылящих, токсичных и агрессивных веществ из- лагается в контексте использования специальных вибромашин с эластомерными упругими звеньями, защитными футеровками и герметизаторами. В работе подробно рассматривается комплекс виброма- шин для добычи, подготовки и обогащения минерального сырья, преимущественно железных и урано- вых руд: горные питатели, конвейеры, виброаппараты (смесители, сита, мельницы, сушилки и т.д.), дробилки, шаровые мельницы и т.д. Рассматриваются также ресурсо- и энергосберегающие техноло- гии выпуска и доставки руды, обогащения и транспортировки сырья. Ключевые слова: промышленная безопасность, виброзащита критически важных объектов, эла- стомерные конструкции, вибромашины, дробилки, шаровые мельницы A.F. Bulat, Acad. NASU, D. Sc. (Tech.), Professor V.I. Dyrda, D. Sc. (Tech.), Professor (IGTM NAS of Ukraine) A.I. Khokhotva, Engineer, The Head of The State Service of Mining Supervision and Industrial Safety of Ukraine (Kyiv, Ukraine) TECHNIQUE AND TECHNICS FOR EXTRACTION, PREPARATIONS AND UPGRADINGS OF MINERAL RAW MATERIALS ON THE BASIS OF ELASTOMERIC MATERIALS Abstract. The relevant problems of industrial security at the factories of mining and enriching industries are considered. Decrease of vibroloading and noise of the equipment and machines, guard of human control- lers from an ill effect evolving a dust, toxic and aggressive matters is stated in a context of use special vi- bromachines with elastomeric elastic links, defensive lining and pressurizators. In-process the complex vi- bromachines for extraction, preparation and beneficiating of mineral raw, predominantly ferrous and uranic ores is in detail considered: mountain feeders, pipelines, vibrovehicles (mixers, screens, grinding mills, dryers etc.), grinders, ball grinders Are etc. considered also saving up resources and power saving up techniques of discharge and delivery of ore, beneficiating and raw transportation. Keywords: industrial security, vibroprotection of crucial plants, elastomeric constructions, vibrom- achines, grinders, focus globe grinding mills Содержание 1. Введение 2. Некоторые проблемы техногенной безопасности 3. Эластомеры как конструкционный материал 4. Разработка научных основ расчёта машин, работающих в экстремальных усло- виях 5. Разработка и создание эластомерных конструкций и защитных футеровок ма- шин @ Булат А.Ф., Дырда В.И., Хохотва А.И. ISSN 1607-4556 4 6. Разработка и создание высокоэффективных вибрационных машин и аппаратов 7. Внедрение в производство эластомерных конструкций, машин и аппаратов 8. Разработка и внедрение ресурсо- и энергосберегающих технологий для добычи, переработки и обогащения минерального сырья Список литературы 1. Введение В начале восьмидесятых годов прошлого века в горно-металлургической промышленности возник ряд проблем при выполнении таких операций как добы- ча, доставка и обогащение минерального сырья (прежде всего ураносодержащих руд), транспортировка, сегрегация, измельчение и термическая обработка сыпу- чих, токсичных, радиоактивных и других вредных для здоровья обслуживающего персонала веществ. С одной стороны, машины и технологии достигли некоторого предела: устаревшее оборудование не позволяло наращивать темпы производст- ва. С другой стороны – имеющиеся машины отличались большой металлоёмко- стью, малой надёжностью и недостаточной безопасностью: санитарные нормы по таким важным показателям как шум, вибрация, запылённость, загрязнение окру- жающей среды и т.д. можно было достичь только ценой больших экономических затрат. Проблемы, как и все проблемы такого рода, являлись комплексными и многовекторными. К тому времени в горной науке уровень теоретических и эксперименталь- ных разработок позволял решить, если не проблему в целом, то, по крайней мере, ряд важных задач. К таким решаемым задачам относилось и создание высокоэффективной вибрационной техники и технологий на базе широкого использования эластомер- ных материалов и конструкций на их основе. Именно эластомеры (резины и поли- уретаны) благодаря своим уникальным свойствам стали тем недостающим зве- ном, благодаря которому были созданы вибрационные машины, комплексы и ап- параты, отвечающие современным требованиям: соответствие технологии, высо- кая степень безопасного функционирования, долговечность и надёжность, спо- собность не создавать травматизма персонала, соответствие санитарным нормам по пыли, шуму и вибрациям и т.д., давали, по сути, длительное время работать в экстремальных условиях. К экстремальным условиям в данном случае относятся высокие, длительное время действующие, стационарные циклические нагрузки, высокие и низкие тем- пературы, усталостно-абразивный износ, коррозионное воздействие внешней среды, повышенная ядерная радиация и т.д. В таких условиях физико- механические характеристики эластомеров и их долговечность существенно отли- чаются по сравнению с обычными условиями, а такие известные факторы как дис- сипативный разогрев, старение (нестабильность свойств во времени и от действия агрессивной внешней среды), развитие повреждённости и т.д. приобретают в ряде случаев доминирующее влияние при выборе параметров и формы долговечных и надёжных конструкций. Большую роль при этом сыграла взаимосвязь науки и техники; к решению задач были подключены академические и научно-исследовательские институты, а также ряд предприятий, в основном горной и химической промышленности. К Геотехнічна механіка. 2013. 108 5 концу 80-х годов большинство из существующих до настоящего времени вибраци- онных машин с эластомерными элементами были разработаны, созданы и вне- дрены в производство. На первом этапе такие машины и технологии использовались в основном при добыче и переработке ураносодержащих руд; впоследствии они стали широ- ко применяться и в различных отраслях народного хозяйства. Применение эластомерных материалов, помимо создания новых машин, позволило также улучшить технологические характеристики уже существующих машин и оборудования, а также уменьшить их шум, вибрацию, устранить просыпи химически активного сырья, ликвидировать запылённость, резко снизить выбросы вредных веществ в окружающую среду. Вследствие этого на основных направле- ниях рассматриваемой проблемы (выпуск и доставка сырья из дучек и бункеров; герметичная транспортировка токсичных, сыпучих, радиоактивных и химически активных веществ; сегрегация и термическая обработка сыпучих материалов; за- щита обслуживающего персонала, машин, зданий и сооружений от шума и вибра- ций; защита машин от усталостно-абразивного износа и др.) наиболее важные за- дачи были решены, безусловно в рамках существующих на то время требований технологии и безопасности. Большинство разработанных вибрационных машин и технологий успешно используются как в Украине, так и в странах СНГ (в основном в России, Казахстане и Узбекистане). Дальнейшее совершенствование технологий в горном деле потре- бует, естественно, и создания вибромашин с более совершенными техническими характеристиками. По мнению многих учёных в ближайшем обозримом будущем создание новых машин и совершенствование уже существующих будет происхо- дить, в том числе, и на базе новых конструкционных материалов, среди которых важное место занимают эластомеры. В практическом смысле это будет означать, что в структурную схему машин всё более широко будут включаться эластомерные элементы: упругие звенья, виброизоляторы, защитные футеровки и т.д. В настоящей работе рассматриваются основные составляющие этой весьма важной для Украины проблемы с акцентацией внимания на таких ключевых во- просах как создание высокоэффективных машин, в основном вибрационного типа, отвечающих современным требованиям по технологичности и безопасности функционирования. По сути, речь идёт о создании на базе эластомеров таких че- ловеко-машинных систем, в которых в структурную схему машин включены и функциональные особенности человека-оператора, его безопасность. При этом акцент будет сделан также на роль эластомерных элементов в динамике машин, на их способности снижать вибронагруженность машин и сооружений, уменьшать шум и вибрацию и тем самым создавать комфортные условия работы для обслу- живающего персонала и снижать давление на окружающую среду. Прежде чем перейти к изложению основного материала, остановимся на проблеме техногенной безопасности; на сегодняшний день эта проблема стано- вится всё более актуальной. 2. Некоторые проблемы промышленной безопасности Концепция перехода Украины к устойчивому развитию предусматривает технологическую модернизацию производства, разработку систем мероприятий ISSN 1607-4556 6 по повышению уровня техногенной безопасности, внедрение в производство но- вых средств повышения безопасности и их контроля. Наличие в Украине развитой тяжёлой горно-металлургической промышлен- ности, сверхвысокая её концентрация в отдельных регионах, большие промыш- ленные комплексы, большинство из которых потенциально опасны, концентрация на них агрегатов и установок большой и сверхбольшой мощности – вибрационных грохотов, дробилок, мельниц, вентиляторов, смесителей, окомкователей и других машин, большое количество энергетических объектов, использование в производ- стве значительных количеств потенциально опасных веществ – всё это увеличива- ет вероятность возникновения техногенных чрезвычайных ситуаций, которые со- держат в себе угрозу для человека, экономики и окружающей среды. Наиболее тяжёлое состояние техногенной безопасности на предприятиях горнодобывающей и обогатительной отраслей, которые характеризуются большой изношенностью оборудования и его малым остаточным ресурсом. Технический прогресс в горном производстве в первую очередь связан с ростом интенсивности действия неблагоприятных факторов – рост вибраций, шу- ма, ударных нагрузок, пыли и т.д. Так, отставание показателей динамического ка- чества машин при росте их производительности привело к тому, что 70 % рабочих мест не удовлетворяют требованиям санитарно-гигиенических норм по шуму и вибрациям. По количеству заболеваний, связанных с вибрацией, добывающие от- расли занимают одно из ведущих мест, а виброзаболеваемость прогрессирует среди многих видов профессиональных заболеваний. Поэтому разработка и вне- дрения средств по снижению вибрационной нагрузки имеет большое социальное значение. Проблема безопасности даже одной машины может перерасти в проблему безопасности и устойчивого развития предприятия. Об этом свидетельствуют примеры многих аварий, в том числе и на горно-металлургических предприятиях, когда вследствие вибрационных перегрузок, усталости некоторых узлов машин, разрушения ответственных элементов сложных динамических систем случались серьёзные аварии, приводящие к гибели людей и загрязнению окружающей сре- ды. Современное горное оборудование должно иметь не только высокие пока- затели эффективности (высокую производительность, низкие энергозатраты), но и низкий уровень техногенной и экологической опасности. Но этот показатель не всегда можно снизить, так как в оборудовании возникают процессы, при которых образовывается или тратится большое количество энергии. Наибольшую опасность в техногенной сфере представляют аварии на пред- приятиях горной промышленности, где люди и машины работают в экстремальных условиях. Это связано, прежде всего, со спецификой труда горнорабочих, низкой на- дёжностью оборудования, высокой степенью риска как техногенного характера (отказ оборудования, энергоснабжения, вентиляции, возможность возникновения пожара и т.д.), так и природного характера (взрыв метана, выбросы горной поро- ды, обрушение кровли, сильные морозы, затопление, ураганы и т.д.). Геотехнічна механіка. 2013. 108 7 Одной из причин возрастания количества аварий на Украине есть увеличе- ние доли устаревших технологий и износа основных фондов. К таким отраслям от- носится горно-металлургическая промышленность Украины, которая насыщена сложными системами устаревших типов, износ которых значителен и поэтому имеет высокую степень риска. К таким машинам относятся: рудоразмольные мельницы различного технологического назначения, дробилки, виброгрохоты, вибропитатели, окомкователи-смесители, вихревые смесители, дымососы, венти- ляторы и др. Машины такого типа имеют большую массу (10-300 т), большой объ- ём крупнокускового материала, имеют двигающиеся неуравновешенные массы, устанавливаются на перекрытиях, конструктивно сами являются источником виб- рации. Все эти машины вместе с инфраструктурой других технических средств, управляемых человеком, составляют сложные человеко-машинные системы. Эти системы вследствие объективных причин имеют низкий уровень надёжности, а расположение их в зонах большой концентрации населения резко повышает опасность технических и природно-техногенных аварий и катастроф. Отказ одной такой машины можно рассматривать как техногенную аварию, приводящую к ос- тановке технологической цепи и экономическим потерям. Но уже отказ группы та- ких машин может привести к техногенной катастрофе. К факторам риска таких машин относятся: • постоянно и длительно действующие вибрационные нагрузки, вызванные рабо- той технологического оборудования, которые приводят к разрушению самих машин, фундаментов, несущих колонн и других инженерных сооружений; со- стояние значительно ухудшается наличием активной внешней среды; • интенсивный абразивный износ (футеровка рудоразмольных мельниц), приво- дящий к частым заменам футеровки рабочей части барабанов, к их разрушению и разрушению приводов барабанов; • интенсивное звуковое влияние (шумовое загрязнение), приводящее к травма- тизму рабочих. Вибрация, сопутствующая работе любой вибрационный машины, оказывает вредное воздействие на человека и, прежде всего, на человека-оператора, обслу- живающего такую технику. Защита от вибраций – одна из важнейших научно- технических проблем, решить которую можно только изучив всю систему «чело- век – машина – обрабатываемая среда» («ч-м-ос»). Специфичность объекта и предмета безопасности определяется объектив- ной сложностью системы «ч-м-ос», обусловленной наличием в её составе не- скольких самих по себе сложных и взаимосвязанных компонентов, целенаправ- ленностью или стохастичностью поведения отдельных из них. Последняя особен- ность связана с тем, что такие компоненты, как человек и машина могут вести себя самым неожиданным образом, вследствие случайных воздействий внешней сре- ды, чрезвычайной нестабильности собственных параметров. Неопределённость усугубляется и тем, что выходные характеристики одних компонентов рассматри- ваемой системы являются для других входными воздействиями. Исходя из сложности современных человеко-машинных систем и комплек- сов, многоаспектности их воздействия на окружающую среду, большой продол- жительности создания и эксплуатации их, огромного многообразия влияющих на ISSN 1607-4556 8 безопасность факторов, для обеспечения и повышения их безопасности необхо- димо использовать программно-целевые методы. Решение проблемы усугубляется не только её сложностью, но и целым ря- дом факторов научного и социального значения. Рассмотрим основные из них, ак- центируя внимание на безопасности критически важных объектов (КВО). 1. К КВО обычно относят предприятия горно-металлургической промыш- ленности (шахты, рудники, обогатительные предприятия, металлургические заво- ды, предприятия по переработке цветных руд, цемента и т.д.), сооружения и зда- ния, находящиеся в области сейсмоактивности, воздействия взрывов и вибраци- онного воздействия; машины и комплексы с интенсивным динамическим нагру- жением и т.д. Всем этим машинам и сооружениям свойственны низкочастотные колебания большой интенсивности: частота низкочастотных колебаний обычно находится в пределах (0,2-25) Гц; наиболее опасные для здоровья человека- оператора частота – (0,2-50) Гц. 2. Проблема безопасного функционирования КВО, инфраструктуры и обслу- живающего персонала является актуальной не только для Украины, стран СНГ, но и для развитых стран зарубежья. 3. Страны СНГ приняли Межгосударственную программу общих научных ис- следований в области чрезвычайных ситуаций природного и техногенного харак- тера на период до 2020 года. 4. Безопасность КВО обеспечивается анализом процессов её функциониро- вания, мониторингом состояния, моделированием и оценкой рисков отказов, оценкой ущерба, разработкой эффективных стратегий безопасности. Анализ тенденций развития КВО показывает, что риск аварий в результате прямого воздействия неблагоприятных факторов, в будущем будет возрастать. Данная проблема усложняется отсутствием единого комплексного подхода к оценке безопасности КВО. Каждая область человеческой деятельности оперирует своим инструментарием и понятийным аппаратом анализа безопасности. Разли- чия в понимании проблемы приводят к разнообразию методов, применяемых для оценки безопасности КВО. 5. Критически важные объекты могут существовать отдельно, но обычно они входят как составляющие в сложные технические системы. Систематические исследования в области надёжности и безопасности слож- ных технических систем (СТС) начали проводиться во всём мире в последние 30-40 лет. Сначала они касались только аэрокосмической и атомной областей промыш- ленности, но в последние годы охватывают химическую промышленность, горно- металлургическую, угольную, транспорт и др. виды деятельности, содержащие опасности для общества. В настоящее время теория безопасности и надёжности СТС представляет собой далеко продвинутую область науки, основанной на мощ- ном и разнообразном математическом аппарате. Применение в широких преде- лах компьютерной техники позволит в ближайшем будущем распространить ис- пользование методов теории надёжности и безопасности на всё более широкие слои инженеров, конструкторов и проектировщиков. 6. В целом методы исследований, применяемые в теории безопасности и теории надёжности, очень сходны между собой и фактически неразделимы. Эти Геотехнічна механіка. 2013. 108 9 теории отличаются скорее целями, чем используемыми средствами. Теория на- дёжности имеет целью обеспечение работоспособности систем, а теория безо- пасности нацелена на максимально возможное устранение технических опасно- стей. Поскольку безопасная СТС должна быть надёжной, то можно считать, что проблема обеспечения надёжности есть составная часть проблемы безопасности. 7. Из анализа всей имеющейся литературы по надёжности и безопасности сложных технических систем следует, что наиболее обоснованным, плодотвор- ным и перспективным направлением в решении этой проблемы является подход, основанный на анализе риска, а чтобы обеспечить эффективность безопасности, необходимо его дополнить теорией управления безопасностью, основанной на оптимальном сочетании технологий предупреждения (минимизации) и техноло- гий устранения последствий от аварии. Эффективное управление безопасностью в этом случае достигается мини- мизацией общих затрат и их оптимальным перераспределением между техноло- гией предупреждения катастрофы и технологией устранения её негативных по- следствий при условии, что совместно обе технологии обеспечивают стабильность (предельно допустимый риск). 8. Приоритетными научными разработками по проблеме обеспечения безопасности и защиты населения, среды и объектов от естественных и техноген- ных катастроф, являются: • развитие методов и критериев оценки безопасности и риска, как в техногенной, так и в природно-техногенной сфере; • разработка и развитие интегральных методов защиты от природно-техногенных аварий и катастроф, с учётом возможности технологического терроризма; • разработка и развитие научно-методической базы на основе многокритериаль- ных подходов теории безопасности. 9. В настоящее время среди наиболее распространённых причин аварий и катастроф можно с большой уверенностью назвать вредные вибрации техноген- ного и природно-техногенного характера (сейсмические возбуждения являются одним из случаев вибрационных нагрузок). В первую очередь это имеет отноше- ние к КВО предприятий горно-металлургической промышленности, где в 2-3 раза превышены санитарно-технические нормы. 10. Одним из направлений решения проблемы защиты обслуживающего персонала, машин, оборудования, фундаментов и строительных конструкций от действия вибрационных нагрузок большой интенсивности, в том числе при низко- частотных спектрах их действия является разработка принципов выбора парамет- ров виброзащитных систем с использованием эластомерных (резиновых и резино- металлических) элементов при конструировании таких систем. 3. Эластомеры как конструкционный материал Интенсификация работ в современной промышленности потребовала соз- дания новых технологий, что в свою очередь привело к модернизации машино- строительной продукции и к созданию принципиально новых машин. Существен- но повысились требования к энерго- и металлоёмкости машин, к их надёжности и долговечности, к экологической чистоте. С другой стороны, наметилась тенденция к интенсификации режимов работы машин, что привело к увеличению на- ISSN 1607-4556 10 пряжённости, износу, вредным колебаниям и т.д. Причём речь шла не о единич- ных машинах, а о комплексе машин в различных отраслях промышленности: гор- ной, металлургической, химической, строительной, автомобильной и т.д. С учётом технологии работ в различных областях техники эти задачи решались разными ме- тодами: созданием принципиально новых конструкций машин, использованием новых конструкционных материалов, изменением технологии и т.д. Однако неиз- менной для всей машиностроительной промышленности была концепция – вве- дение в структурную схему машин упругих звеньев (виброизоляторов, компенса- торов сборки, износостойких покрытий и футеровок, упругих прокладок, демпфе- ров и др.) из эластомеров – резин и полиуретанов. Эластомеры по своему химическому составу и упругим свойствам резко от- личаются от других конструкционных материалов прежде всего высокими дисси- пативными характеристиками и большими деформациями. Они ближе к биомате- риалам и поэтому многие исследователи называют их материалами будущего. На сегодняшний же день эластомеры с успехом используются во многих отраслях машиностроения: шины и транспортёрные ленты, виброизоляторы и защитные футеровки, упругие элементы и уплотнительные изделия, бытовые и специальные изделия – это далеко не полный перечень изделий, в которых эластомеры не мо- гут быть адекватно заменены ни одним из существующих материалов. Девиз современного машиностроения: количество резины, потребляемое отраслью, свидетельствует о степени развития отрасли; современные конструкции машин способны удовлетворять технологическим требованиям (примерно до 2030 года), если повысить их долговечность и надёжность. Именно эластомерные элементы – виброизоляторы, упругие звенья, защит- ные футеровки, – введённые в структурные схемы машин, способствуют снижению вибронагруженности, звукового давления, повышению долговечности и надёжно- сти. Все достижения в области машиностроения, авто- и тракторостроения, вибра- ционной техники и т.д. в той или иной степени связаны с применением эластоме- ров как конструкционных материалов. Поэтому создание новых марок эластомеров и конструкций на их основе всегда являлось приоритетным для промышленно развитых стран мира. Сегодня весьма затруднительно ответить на вопрос, сколько в мировой практике сущест- вует рецептур резин и полиуретанов. Однако хорошо известно, что прогресс в не- которых отраслях промышленности очень часто зависел от физико-механических свойств эластомеров и технологии изготовления ответственных деталей на их ос- нове; достаточно привести общеизвестные примеры конструкций шин, транс- портёрных лент, прокладок и т.д. В контексте рассматриваемой проблемы можно привести два примера. Первый касается создания новой резины марки 51-1562 (А.С. СССР № 609302) и модификаций на её основе; их применение в упругих звеньях и виброизоляторах позволило создать уникальные вибрационные машины и аппараты (КВ1Т, КВ2Т, КВВ и т.д.) и на их базе создать прогрессивные технологии герметичной транспор- тировки и механической обработки пылящих, токсичных и радиоактивных мате- риалов. Другой пример – создание наполненной резины для защитных футеровок рудоизмельчительных мельниц; резиновые и резинометаллические футеровки Геотехнічна механіка. 2013. 108 11 позволили создать высокоэффективную ресурсо- и энергосберегающую техноло- гию измельчения минерального сырья. 4. Разработка научных основ расчёта машин, работающих в экстремальных условиях Разработка научных основ методов расчёта машин с эластомерными упру- гими элементами, а также научных основ методов прогнозирования долговечно- сти и расчёта эластомерных конструкций проводилась по следующим основным направлениям: • разработка научных основ методов расчёта линейных и нелинейных динамиче- ских систем, параметры которых изменяются во времени и от действия внешней агрессивной среды; • разработка научных основ, методов комплексного расчёта эластомерных конст- рукций тяжёлых горных машин, работающих в экстремальных условиях, с целью повышения их долговечности, надёжности и качества; • разработка научных основ методов расчёта эластомерных конструкций, рабо- тающих при усталостно-абразивном износе; • разработка методов оценки и способов безопасного функционирования КВО, инфраструктуры и обслуживающего персонала при экстремальных нагрузках на основе концепции устойчивого развития Украины. Рассмотрим эти направления более подробно. 4.1 Разработка научных основ методов расчёта динамических систем с эластомерными упругими связями Разработаны методы расчёта колебаний зарезонансных и резонансных ме- ханических систем, основные параметры которых изменяются со временем. Полу- чены конкретные соотношения для систем, упруго-наследственные связи которых изменяют свои характеристики при длительном циклическом нагружении и от действия активной внешней среды (в основном от ядерных излучений). Разработаны методы расчёта нелинейных колебательных систем с наслед- ственными связями, реологические параметры которых зависят от температуры. При этом впервые обнаружено и исследовано явление температурной неустойчи- вости динамической системы, обусловленное влиянием температуры на реологи- ческие параметры эластомера. Разработан приближённый метод расчёта колебаний механических систем, содержащих физически нелинейные эластомерные связи, с учётом их диссипатив- ного разогрева. Получены конкретные соотношения для систем с одной и двумя степенями свободы. С использованием формализма Лагранжа полученные ре- зультаты обобщены на случай моногармонических колебаний систем с произ- вольным числом степеней свободы. 4.2 Разработка научных основ методов комплексного расчёта эластомерных конструкций машин На основе результатов широкого круга экспериментальных исследований с использованием механики твёрдого деформируемого тела, механики разрушения и современных концепций нелинейной неравновесной термодинамики создана прикладная механика деформирования и разрушения эластомерных материалов ISSN 1607-4556 12 как упруго-наследственных сред. В частности, получены следующие научные ре- зультаты: • разработаны современные физические и механические методики изучения свойств эластомеров как конструкционных материалов, в том числе методы ис- следований деформационных, усталостных и термомеханических характери- стик; количественные и качественные исследования кинетики микро- повреждённости резин с использованием методов ИК-спектроскопии, методов фрактографических исследований поверхностей разрушений образцов и эле- ментов конструкций и т.д.; • разработана термодинамическая р-модель циклического разрушения эластоме- ров и на её базе энергетический ψ-критерий диссипативного типа и критерий разрушения, связанный с развивающейся в материале повреждённостью; • разработана континуальная модель деформирования и разрушения элементов с учётом коррозийно-усталостного старения материала; • разработан универсальный β-метод учёта эффекта особенностей на торцах ре- зинометаллических деталей при их деформировании; • разработаны структурно-синергетические модели деформирования и разруше- ния упруго-наследственных систем и на их основе разработаны три критерия разрушения: энергетический критерий диссипативного типа, энтропийный и критерий по повреждённости структуры; • впервые разработана теория и оригинальные континуальные модели деформи- рования вибросейсмоблоков при длительных статических и интенсивных дина- мических нагрузках; впервые проведён фрактальный анализ поверхности раз- рушения резин при длительном старении в условиях циклических нагрузок; впервые разработаны методы расчёта силовых и диссипативных характеристик вибросейсмоблоков с учётом старения материала; • разработаны алгоритмы расчёта долговечности систем с учётом неустойчивости их структурных параметров во времени; • разработаны методы прогноза срока службы и остаточного ресурса резиновых элементов с учётом коррозийно-усталостного старения; • установлено свойство резины уменьшать интенсивность изменения своих физи- ко-механических характеристик при продолжительных циклических нагрузках из-за релаксацию напряжений в объёме микротрещин материала, обусловлен- ной повышением диссипации энергии за счёт изменения структуры материала. • разработаны методы расчётов ресурса резиновых виброизоляторов тяжёлых горных человеко-машинных систем (критерии оценки виброзащиты, критерии отказы виброизоляторов, модели разрушения, методы расчётов ресурса виб- роизоляторов). • разработано эволюционно-структурные синергетические модели деформирова- ния и разрушения низкочастотных резиновых защитных элементов критически важных объектов (КВО) с учётом изменения их структурных элементов во вре- мени (эффекты старения) для повышения безопасного функционирования КВО, инфраструктуры и обслуживающего персонала при экстремальных условиях вибрационной нагрузки. Геотехнічна механіка. 2013. 108 13 • для отечественных типов резины получены данные о влиянии радиационного излучения на их физико-механические характеристики; • с использованием результатов многолетних исследований эластомерных эле- ментов с высокой степенью вероятности разработаны критерии их отказов, обоснованы модели отказов, которые позволяют определить основные показа- тели надёжности на стадии проектирования резинометаллических элементов; выполнена оценка показателей надёжности и прогноз надёжности виброизоля- торов с учётом изменения их параметров жёсткости; • разработана континуальная модель деформирования вибросейсмоблоков (ВСБ); разработана теория деформирования ВСБ при продолжительных статических и динамических нагрузках; • разработан метод расчётов силовых и диссипативных характеристик вибросейс- моблоков (ВСБ) с учётом старения материала и условий эксплуатации; • разработаны методы расчётов и выбора параметров вибросейсмоблоков с за- данными технологическими характеристиками; для защиты особоопасных объ- ектов разработана новая технология с применением вибросейсмоблоков; • решена задача определения фрактальной размерности поверхности разрушения резины при продолжительном циклическом разрушении, разработана синерге- тическая модель обобщённой фрактальной трещины в твёрдом теле, дающая возможность расширить применение линейной механики разрушения на тре- щины, приближённые к реальным; • разработана структурно-синергетическая модель деформирования и разруше- ния защитных покрытий мощных вибрационных питателей для выпуска и дос- тавки ураносодержащих руд; • установлена неизвестная ранее закономерность теплового старения резин в ус- ловиях циклического деформирования, заключающаяся в том, что за одинако- вый промежуток времени старение резины при диссипативном саморазогреве её путём циклического деформирования уменьшается по сравнению с тепловым старением резины при той же температуре в недеформированном состоянии и обусловлена релаксацией напряжений в объёме микроповреждений резины; • установлена неизвестная ранее закономерность скачкообразного фазового пе- рехода метастабильного состояния эластомеров к лабильному, предшествующе- го их усталостному разрушению при циклическом нагружении, заключающаяся в том, что изначально линейные механические характеристики эластомеров вследствие нелинейного рассеяния энергии, вызываемого бифуркациями кине- тики формирования микроповреждений, приобретают нелинейный характер, и обусловлена проявлением автокаталитического механизма нарастания объёма микроповреждений; • установлена неизвестная ранее закономерность разрушения эластомеров при длительном циклическом нагружении, заключающаяся в том, что эластомеры разрушаются, когда плотность диссипируемой и необратимо накапливаемой в материале энергии при длительном циклическом нагружении достигает крити- ческого значения, и обусловлена кинетикой накопления повреждаемости в эла- стомерах. ISSN 1607-4556 14 4.3. Разработка научных основ методов расчёта эластомерных конструкций, работающих при усталостно-абразивном износе Эластомеры в силу своих специфических особенностей молекулярного строения (способность к большим обратимым деформациям и большая диссипа- ция энергии) устойчивы против абразивно-усталостного износа. В ряде случаев, например, в мельницах, кузовах большегрузных автомобилей, скипах, рудоспус- ках и т.д. их износостойкость в 2-5 раз превышает лучшие сорта сталей. Особенно хорошо они зарекомендовали себя в рудоизмельчительных мельницах всех ти- пов: шаровых, полусамоизмельчения и самоизмельчения. На сегодняшний день эластомерные футеровки не только успешно конкурируют с остальными, но и в большинстве случаев (за исключением цементной промышленности и измельче- ния специфических материалов) вытеснили их с рынка услуг. В контексте исполь- зования эластомеров в качестве защитных футеровок мельниц получены следую- щие научные результаты: • исследован процесс деформирования и разрушения резиновой футеровки в ша- ровых барабанных мельницах и в мельницах мокрого самоизмельчения; разра- ботан метод расчёта резиновых защитных футеровок при ударных нагрузках; • разработана синергетическая модель взаимодействия загрузки и резиновой фу- теровки; • на основе энергетического подхода построена физическая модель абразивного износа резиновой футеровки горных мельниц, построен алгоритм определения энергии разрушения от абразивного изнашивания поверхностного пласта рези- ны; определена энергия разрушения при прямых экспериментальных исследо- ваниях; • разработан алгоритм расчётов параметров защитных футеровок с учётом их ус- талости от действия агрессивного среды и при интенсивных нагрузках; • разработан алгоритм расчёта долговечности резиновой футеровки шаровых мельниц. 4.4. Разработка методов оценки и способов безопасного функционирования человеко-машинных систем Как отмечалось выше для Украины с её развитой тяжёлой горно- металлургической промышленностью и большой вероятностью возникновения техногенных аварий и катастроф вопросы безопасности являются весьма актуаль- ными. В контексте рассматриваемой проблемы были получены следующие ре- зультаты: • разработаны методологические основы программно-целевого подхода к оценке и обеспечению безопасности тяжёлых горных машин, работающих в экстре- мальных условиях. Разработана методика учёта влияния среды на возможность возникновения аварий в таких системах. Разработан метод обеспечения безо- пасности тяжёлых горных машин на основе критериев вибробезопасности; • на основе анализа риска аварий разработаны критерии техногенной безопасно- сти, соответствующие им интегральные показатели риска и методы их оценки, разработаны методы и средства обеспечения безопасности и надёжности тяжёлых горных машин с резиновыми элементами; Геотехнічна механіка. 2013. 108 15 • разработаны методы оценки безопасности человеко-машинных систем (тяжёлых горных машин, сооружений и обслуживающего персонала) при дейст- вии интенсивной вибрационных нагрузок с учётом структурной неустойчивости резинового массива упругих элементов от его старения под действием совмест- ного действия длительных циклических нагрузок и диссипативного разогрева; • на базе результатов выполненных фундаментальных исследований разработаны научные основы создания широкого спектра вибросейсмоизоляторов нового технического уровня, которые повышают безопасность особоопасных объектов; разработаны методы оценки безопасности машин, сооружений и обслуживаю- щего персонала, методы оценки нестабильности механических параметров эла- стомерных элементов, старения, методы оценки их структурной нестойкости при продолжительном циклическом деформировании; • разработано концепцию увеличения безопасности виброзащитных систем КВО; главным принципом концепции является принцип исключения аварий при ис- пользовании эластомерных конструкций, которые не имеют внезапного отказа. 5. Разработка и создание эластомерных конструкций и защитных футеровок машин В мировой инженерной практике существует большое количество эласто- мерных конструкций (другие названия: детали, элементы, резинотехнические из- делия (РТИ)); их конструктивное разнообразие достаточно подробно описано в литературе [1, 2]. Однако в машинах и оборудовании горно-металлургического производства (прежде всего в машинах вибрационного типа) нашли применение преимущественно массивные детали самых простейших форм с минимальным количеством мест с концентрацией напряжений. Все РТИ играют важную роль, сводящуюся к следующему: • выполняют функциональные свойства; в вибромашинах, например, определяют режим работы; • служат для предотвращения усталостного разрушения машин за счёт диссипи- рования энергии разрушения; существенно увеличивают срок службы машин; • защищают человека-оператора, приборы управления, прилегающие машины, здания и сооружения от динамических нагрузок, шума, вредных вибраций; по- вышают безопасное функционирование машин; • уменьшают износ и ударные нагрузки машин, рабочие органы которых имеют резиновые покрытия и защитные футеровки; • уменьшают перекосы конструкций, неточности монтажа, устраняют зазоры, служат компенсаторами недостатков сборки. Высокую эксплуатационную надёжность и безопасность машин в горном производстве существенно определяют комплектующие изделия: резиновые и ре- зинометаллические упругие звенья и виброизоляторы, виброизолирующие муф- ты, резиновые герметизаторы и защитные футеровки. 5.1. Разработка и создание упругих звеньев, муфт, герметизаторов и виброизоляторов вибромашин Это наиболее нагруженные и ответственные детали вибромашин: упругая подвеска должна отвечать ряду специфических требований: выполнять функцио- ISSN 1607-4556 16 нальное назначение (определять режим работы); обладать высокой долговечно- стью и надёжностью, безопасностью (резиновые детали не имеют внезапного от- каза); иметь стабильные жёсткостные и диссипативные характеристики: малое старение, устойчивость против агрессивной внешней среды. Именно благодаря созданию упругих звеньев и виброизоляторов с уникальными физико- механическими свойствами были созданы вибромашины и аппараты. Были разработаны и освоены в производстве следующие резиновые и ре- зинометаллические элементы: • блоки типа БРМ (блоки резинометаллические, ОСТ 59-609-78; параметрический ряд) со сдвиговой жёсткостью (50-3000) кН/м; используются в качестве основных упругих звеньев в виброконвейерах КВ2Т, конвейерах-грохотах, виброгрохотах с тяжёлой рамой, вибромельницах, вертикальных виброконвейерах КВВ, вибра- ционных горных питателях типов ПВГ, ПВМ, ВПР и т.д.; могут выполнять также функции виброизоляторов; разработаны также блоки БР (блоки резиновые) без металлической арматуры; конструктивное оформление блоков показано на рис. 5.1.1; характеристики блоков сведены в табл. 5.1.1 – табл. 5.1.3; • шарниры типа ШРМ (шарниры резинометаллические, ОСТ 95-465-78; парамет- рический ряд) с жёсткостью на коаксиальный сдвиг (0,4-8,0) кНм/рад; использу- ются как опорные упругие звенья в стойках конвейеров КВ2Т; конструктивное оформление шарниров показано на рис. 5.1.2; характеристики шарниров сведе- ны в табл. 5.1.4, табл. 5.1.5; в вибрационных машинах шарниры, как правило, выполняют функции элементов межсекционных упругих связей, позволяют соз- давать компактные узлы подвесок, а также устраняют шумы и вибрацию, позво- ляют компенсировать перекосы деталей и неточности их сборки; при работе ШРМ испытывают деформацию сжатия от веса рабочего органа вибромашины и коаксиального скручивания, они могут также использоваться в качестве упругих элементов приводных устройств, при этом необходимо учитывать ещё и ради- альную жёсткость резинового элемента. • виброизоляторы ВР (виброизоляторы резиновые, параметрический ряд) с а б Рис. 5.1.1 – Резинометаллический блок БРМ (а) Резиновый блок БР (б) Hh b B l l1 L 5 Геотехнічна механіка. 2013. 108 17 жёсткостью на сжатие (25-1200) кН/м; обладают малой жёсткостью на сдвиг и высокой несущей способностью; используются как упругие звенья за- резонансных вибромашин и аппара- тов всех созданных типов (конвейеры КВ1Т; горные вентиляторы в т.ч. во взрывозащищённом варианте; дро- билки, смесители, вибросита, вибро- мельницы и т.д.); виброизоляторы ВР стандартизованы – Межгосударст- венный стандарт (ДСТУ 3853-99 (ГОСТ 30644-99)) – «Виброизоляторы резиновые для взрывозащищённых вентиляторов»; технические условия ТУ У 25.1-30172296-005-2001 «Виб- роизоляторы резиновые»; общий вид и основные технические характери- стики показаны на рис. 5.1.3; Таблица 5.1.1 – Основные параметры блоков ти- па БРМ Параметры элемента, м Условное наименование элемента БРМ-101 БРМ-102 БРМ-103 БРМ-104 БРМ-202 БРМ-203 L 0,180 0,280 0,400 0,420 0,280 0,400 B 0,060 0,100 0,100 0,120 0,100 0,100 H 0,045 0,060 0,060 0,060 0,040 0,040 l 0,100 0,200 0,320 0,400 0,200 0,320 h 0,035 0,050 0,050 0,050 0,030 0,030 b 0,035 0,050 0,050 0,050 0,050 0,050 l1 0,140 0,240 0,360 0,440 0,240 0,360 ∆1 0,005 0,005 0,005 0,005 0,005 0,005 Таблица 5.1.2 – Жёсткость БРМ и допустимые параметры вибрации Тип блока Номинальная жёсткость при сдви- ге, кН/м Номинальная жёсткость при сжа- тии, кН/м Частота колеба- ний, Гц (кол/мин), не более Амплитуда при сдвиге, мм, не бо- лее БРМ-101 110 600 10 БРМ-102 250 1500 11,7 БРМ-103 420 2500 (770) 12 БРМ-104 640 3800 БРМ-202 445 2670 25 БРМ-203 710 4250 (1500) 7 Таблица 5.1.3 – Характеристики блоков типа БР Параметры блоков Типоразмеры блоков БР-202 БР-203 Размеры, м: L B H 0,200 0,100 0,030 0,320 0,100 0,030 Жёсткость, кН/м 450 710 Масса, кг 0,600 1,00 Рис. 5.1.2 – Резинометаллический шарнир ШРМ ISSN 1607-4556 18 Таблица 5.1.4 – Параметрический ряд шарниров Параметр (рис. 5.1.2) Условное обозначение шарнира ШРМ101 ШРМ102 ШРМ103 R1 0,0200 0,0325 0,0525 R2 0,0340 0,0510 0,0770 L 0,0500 0,0700 0,0900 ∆1 0,0025 0,0025 0,0025 ∆2 0,0030 0,0030 0,0030 Таблица 5.1.5 – Основные эксплуатационные параметры шарниров Условное обозначе- ние шарнира Крутильная жёсткость, кНм/рад Допускаемый угол закручивания, рад Допускаемая радиальная статическая нагрузка, кН Масса, кг ШРМ101 0,4 0,056 1,5 0,45 ШРМ102 2,0 0,044 4,0 1,00 ШРМ103 8,0 0,032 10,0 2,90 Тип виброизо- лятора Размеры, мм Статическая жёсткость при сжатии, кН/м Масса, кг D H db ВР-201у -01 -02 -03 100 80 78 70 65 60 20 45 70 95 0,32 0,35 0,37 0,40 ВР-203у 200 180 130 3,85 ВР-204у -01 -02 230 200 120 140 152 350 400 600 6,3 5,6 5,0 ВР-205у -01 -02 160 150 110 100 90 180 250 300 1,9 2,3 2,6 ВР-207у -01 130 120 80 90 – – 1,45 1,32 Рис. 5.1.3 – Виброизолятор типа ВР повышенной устойчивости • виброизоляторы резиновые виброзащищённые (ВРВ100, ВРВ160, ВМВ46, ВМВ60) технические условия ТУ 16-91-ВРВ100ТУ; Виброизоляторы резиновые ОСТ95 101-86; общий вид взрывозащищённой виброопоры и технические харак- теристики показаны на рис. 5.1.4; Геотехнічна механіка. 2013. 108 19 Тип виброизолятора Размеры, мм Статическая жёсткость при сжатии, кН/м Масса, кг D H Н1 db ВРВ 100/25 ВРВ 100/50 ВРВ 100/75 ВРВ 100/100 100 110 83 78 70 65 60 25 50 75 100 0,71 0,77 0,84 0,89 ВРВ 160/150 ВРВ 160/200 ВРВ 160/250 160 195 153 114 107 100 150 200 250 3,67 3,97 4,17 1 – чашка верхняя; 2 – упругий элемент; 3 – колпачок; 4 – чашка нижняя Применение: Для виброизоляции и защиты от ударных воздействий вентиляторов, работающих во взрывоопасных условиях. Рис. 5.1.4 – Виброизолирующие взрывозащищённые опоры • виброизоляторы резиновые с повышенной сдвиговой жёсткостью типа ВН (па- раметрический ряд); • виброизолирующие элементы технологических машин типа ОС (параметриче- ский ряд): предназначены для бесфундаментной установки станков, центрифуг, вентиляторов и т.д.; • виброизоляторы резиновые и резинометаллические типа ОП-180; предназначе- ны для виброизоляции машин массой (10-40) т; • виброизоляторы резиновые и резинометаллические типа ВР и ВРМ (виброизо- ляторы резиновые типа ВР и резинометаллические типа ВРМ, параметрический ряд) с жёсткостью на сжатие (1000-12000) кН/м; используются как упругие зве- нья зарезонансных машин: тяжёлых вентиляторов, окомкователей, молотковых дробилок, конусных инерционных дробилок типа КИД (КИД-750, КИД-900, КИД- 1200, КИД-1500, КИД-1750, КИД-2200) и ряд других машин; • на рис. 5.1.5 показаны схемы наиболее распространённых вибромашин с рези- новыми элементами типов БРМ, ШРМ и ВР; общий вид этих деталей показан на рис. 5.1.6; • резиновые и резинометаллические элементы позволяют создавать различные конструкции упругих узлов вибромашин; некоторые из них показаны на рис. 5.1.7; ISSN 1607-4556 20 1 – вибрационный питатель ПВГ; 2 – упругий привод; 3 – вертикальный вибрационный конвейер; 4 – вибрационный конвейер типа КВ2Т; 5 – вибрационный конвейер типа КВ1 Рис. 5.1.5 – Схемы вибрационных машин • для передачи крутящего момента от электродвигателя к рабочему органу виб- ромашин были разработаны упругие муфты с тороидальными и лепестковыми резиновыми и резинокордными элементами (параметрические ряды для всех типов выпускаемых вибромашин); также муфты обладают высокой компенси- рующей способностью, безотказностью, большим сроком службы; они компен- сируют значительные радиальные, осевые и угловые смещения, возникающие при работе вибромашин; лепестковые муфты типа МУЛ выпускаются с наруж- ным диаметром от 168 до 405 мм (рис. 5.1.8); • для герметичной транспортировки сыпучих, токсичных, радиоактивных, пыля- щих и других вредных для здоровья обслуживающего персонала веществ разра- ботаны и созданы резиновые герметизаторы (параметрический ряд – Г-201; Г-202; Г-203; Г-204 с посадочным диаметром (750-510) мм); серийно выпускают- ся цилиндрические, одно- и двухгофровые герметизаторы; допускают амплиту- ду колебаний от 20 до 50 мм; долговечность до отказа свыше 15000 ч (рис. 5.1.9). Геотехнічна механіка. 2013. 108 21 Рис. 5.1.6 – Общий вид резиновых и резинометаллических деталей для приводов тяжёлых вибромашин а б в Рис. 5.1.7 – Упругие узлы вибромашин на базе резинометаллических блоков БРМ, шарниров ШРМ и буферных виброизоляторов: а – упру- гий узел конвейера-грохота; б – упругий узел виброконвейера типа КВ2Т; в – упругий узел вибропитателя типа ВПР-4м с буферным виб- роизолятором ISSN 1607-4556 22 а 1, 2 – полумуфты; 3 – лепесток; 4 – нажимное кольцо Рис. 5.1.8 – Лепестковая муфта типа МУЛ-100 (а) и МУЛ-200 (б) а б в Рис. 5.1.9 – Схемы цилиндрического (а), одногофрового (б) и двухгофрового (в) герметизаторов 5.2. Разработка и создание вибро- и сейсмоизоляторов тяжёлых машин, зданий и сооружений Разработана и создана система вибросейсмозащиты критически важных объектов (КВО) от аварий и катастроф природного, техногенного и террористиче- ского характера; разработан параметрический ряд резиновых и резинометалличе- ских деталей с жёсткостью на сжатие от 10 до 300 т/см и возможностью относи- тельного сдвига до 100 %; вибросейсмоизоляторы обеспечивают защиту КВО (до- рогостоящих заводов, детских учреждений, банков, АЭС, жилых зданий и т.д.) от сейсмоударов, шума и взрывной волны (рис. 5.2.1). 5.3. Разработка и создание защитных резиновых футеровок рудоизмельчительных мельниц На базе разработанной волновой теории взаимодействия резиновой футе- ровки и обрабатываемой среды разработан параметрический ряд защитных футе- ровок толщиной от 120 до 270 мм из наполненных резин для шаровых мельниц всех выпускаемых в Украине типов; резиновые футеровки благодаря выбранным морфометрическим параметрам отличаются высокой долговечностью (превосхо- дят лучшие мировые образцы), надёжностью (отсутствует внезапность отказа), уменьшают шум и в целом позволяют создать ресурсо- и энергосберегающие тех- нологии измельчения минерального сырья; используются также для защиты от абразивно-усталостного износа рабочих поверхностей скипов, вагонеток, кузовов автомобилей, горных питателей и т.д. (рис. 5.3.1, рис. 5.3.2). Геотехнічна механіка. 2013. 108 23 Рис. 5.2.1 – Сейсмоопора для защиты КВО Рис. 5.3.1 – Резиновые футеровки мельниц: а – шаровая барабанная мельница с центральной разгруз- кой и резиновой футеровкой; б – барабан мельницы, все рабочие зоны которого защищены футеров- кой ISSN 1607-4556 24 Рис. 6.5 – Резиновая футеровка «G.M-волна»; СевГОК, мельница ∅3,6 м, первая стадия измельчения, шары ∅100 мм, t = 6,5 мес. 6. Разработка и создание высокоэффективных вибрационных машин и аппаратов 6.1. Разработка научно-технических основ разработки, создания и внедрения вибромашин В современных горно-металлургических технологиях Украины важное место занимают операции по перемещению крупнокусковых и сыпучих материалов, их погрузка, доставка, механическая, термическая и химическая обработка и др. На- ряду с традиционными средствами (ленточные конвейеры и питатели, пластинча- тые питатели и т.д.) в последние 40-50 лет стали активно использовать вибраци- онную технику. Этому способствовали следующие специфические качества виб- ромашин: простота конструкции; надёжность, долговечность и безопасность функционирования; отсутствие тяжёлых ручных работ; резкое снижение травма- тизма и т.д. Помимо этого, вибромашины позволяют осуществлять одновременно различные технологические операции: транспортировку, измельчение, смешение, грохочение и тепломассообменные процессы обработки минерального сырья (сушка, охлаждение, растворение, экстракция и т.д.). Доставка сырья ленточными конвейерами открытым способом приводит к загрязнению производственных помещений и атмосферы, к повышению потерь ценного продукта в виде просыпи и пыли. Применение вибромашин с эластомер- ными герметизаторами обеспечивает герметичное транспортирование пылящих, токсичных, радиоактивных и других вредных веществ; при этом отсутствуют вы- бросы материала в атмосферу и устраняется загрязнение окружающей среды; улучшаются санитарно-гигиенические условия труда операторов, снижаются экс- плуатационные затраты. Геотехнічна механіка. 2013. 108 25 На предприятиях, занимающихся переработкой особо вредных веществ (на- пример, ураносодержащих руд, минеральных удобрений и других химически ак- тивных материалов) вибрационные машины и аппараты на сегодняшний день практически не имеют альтернативы. Для разработки и создания вибромашин различного технологического на- значения были выполнены следующие научные и инженерные работы: • разработаны методы расчёта динамики вибромашин с эластомерными упруги- ми элементами (в основном как одномассных и двухмассных колебательных систем) с учётом их специфики: больших обратимых деформаций, нестабильно- сти параметров во времени (эффекты старения) и от действия активной внешней среды (температуры, радиации и т.д.). • разработаны методы инженерного расчёта и принципы конструирования виб- ромашин: определены их типоразмеры, оптимальные параметры и наиболее целесообразные области применения. 6.2. Разработка вибрационных горных питателей и комплексов Одним из наиболее важных технологических процессов при подземной разработке рудных месторождений является выпуск отбитой горной массы из очистного пространства и погрузке её в транспортные средства. Этот процесс за- нимает до 60 % всех трудовых затрат и характеризуется высоким уровнем травма- тизма горнорабочих (до 50-60 % от общего на подземных горных работах). Наиболее полно современным требованиям отвечает вибрационный вы- пуск, позволяющий выпускать горную массу крупностью до (1,2-1,4) м, с техниче- ской производительностью (1500-2000) т/ч и наработкой без отказа не менее (1,2-1,5) млн.т. Схема вибровыпуска показана на рис. 6.2.1. В решении этой проблемы несомненным является приоритет научных и тех- нических работников Ук- раины. Уже к 1967 г. на ВостГОКе были внедрены первые горные питатели серии ПВГ (питатели виб- рационные горные); впо- следствии они были ис- пользованы практически на всех шахтах и некоторых железорудных карьерах СССР. Был разработан па- раметрический ряд пита- телей типа ПВГ, ВПР, ряд малогабаритных питателей ПВМ и ряд вибрационных секционированных питате- лей для устранения зави- саний выпускаемой круп- нокусковой массы типа КВГС-1, ПВС и др. Во всех 1 – приводная секция (вибропитатель типа ВПР); 2 – вибровоз- будитель; 3 – упругие элементы (блоки типа БРМ); 4 – привод- ной упругий элемент; 5 – платформа Рис. 6.2.1 – Схема вибровыпуска с помощью секционированно- го питателя ISSN 1607-4556 26 питателях возможно использование резиновой футеровки. Всего было разработа- но и внедрено 14 типов горных питателей. Все питатели допускают дробление не- габаритных кусков руды кумулятивными зарядами ВВ (рис. 6.2.2 – рис. 6.2.6). Рис. 6.2.2 – Вибропитатель типа ВПР-4м с резиновой упругой подвес- кой (типа БРМ) Рис. 6.2.3 – Рабочий орган виб- ропитателя с резиновой футе- ровкой а б Рис. 6.2.4 – Вибрационные питатели: а – для разработки мощных месторождений; б – в подвесном ва- рианте Геотехнічна механіка. 2013. 108 27 Рис. 6.2.5 – Вибрационный питатель ВПР-4 в шахте при добыче урановой руды Рис. 6.2.6 – Вибрационный питатель типа ПВМ с ци- линдрическими упругими элементами в шахте при добыче урановой руды Применение вибрационных питателей и схем вибрационного выпуска руды позволило: • в 2,5-3,0 раза повысить производительность труда; • практически исключить случаи травматизма рабочих; • снизить себестоимость работ на 20-40 %; • механизировать процесс выпуска и погрузки и создать малоотходную циклично- поточную технологию добычи без постоянного присутствия людей в забое. К 1986 г. на горнодобывающих предприятиях Минсредмаша СССР с приме- нением вибропитателей добывалось более 95 % руды; на предприятиях Минчер- мета СССР – примерно 60-75 %. К этому времени было изготовлено и внедрено: • для нужд предприятий Минсредмаша СССР более 9000 питателей различных се- рий; • для нужд Минцветмета СССР примерно 2500 питателей; • для нужд Криворожского бассейна 1400 питателей (ежегодно изготавливалось 120-150 машин); • с 1967 г. по настоящее время для промышленности изготовлено и внедрено свыше 18000 вибропитателей; • в настоящее время для нужд ВостГОКа изготавливается и внедряется в произ- водство ежегодно 25-30 машин. Помимо этого вибропитатели до 1992 года поставлялись для горнодобы- вающих предприятий ряда зарубежных стран, в основном стран-участников СЭВ. ISSN 1607-4556 28 6.3. Разработка вибрационных конвейеров, конвейеров-грохотов и транспортных систем 6.3.1. Вибрационные конвейеры • Конвейеры типа КВ2Т (конвейеры вибрационные двухтрубные, параметриче- ский ряд) – это резонансные уравновешенные конвейеры; по своей структурно- динамической схеме являются одной из наиболее совершенных систем. В их ос- нову положен принцип колебаний в резонансном режиме в противофазе двух равных масс. Благодаря этому на грузонесущие органы конвейера и его привод действуют незначительные нагрузки, конвейер не оказывает существенного ди- намического воздействия на фундамент. Конвейер работает с большими ампли- тудами (до (10-12,5) мм) и частотами колебаний (10-12) Гц. В качестве основных упругих звеньев используются резинометаллические блоки типа БРМ и опорные шарниры типа ШРМ, в качестве герметизаторов – резиновые герметизаторы ти- па Г-200. Предназначены для транспортировки сыпучих (в том числе склонных к налипанию) материалов на расстояние до 30 м (рис. 6.3.1 – рис. 6.3.3). Рис. 6.3.1 – Вибрационный конвейер типа КВ2Т • конвейеры типа КВ1Т (конвейеры вибрационные однотрубные, параметриче- ский ряд). Это одномассная зарезонансная система; в качестве упругих звеньев используются виброизоляторы резиновые типа ВР; предназначены для герме- тичной транспортировки сыпучих материалов на небольшие расстояния (рис. 6.3.3); • конвейеры вертикальные типа КВВ (конвейеры вибрационные вертикальные, параметрический ряд); работают в зарезонансном режиме, привод задаёт коло- не конвейера винтообразное колебательное движение. Созданы также трёхмассные вертикальные конвейеры типа КВВ3. В качестве упругих звеньев используются блоки типа БРМ. Предназначен для вертикальной герметичной транспортировки сыпучих материалов. Геотехнічна механіка. 2013. 108 29 Рис. 6.3.2 – Вибрационные конвейеры типа КВ2Т-03 (упругие звенья – БРМ и ШРМ) Рис. 6.3.3 – Вибрационные конвейеры КВ2Т-15 в цехе 6.3.2. Вибрационные бункерные питатели, питатели-грохоты и конвейеры-грохоты: • вибрационные питатели типа ПВБ и питатели-грохоты типа ПГВ (рис. 6.3.4) пред- ставляют собой одномассные зарезонансные системы (упругие связи-блоки типа БРМ); конвейер-грохот типа КГВ-1,1/10,5 – резонансная двухмассная система; в качестве основных упругих звеньев используются блоки типа БРМ, в качестве поддерживающих – шарниры типа ШРМ. Применяются в основном на рудообо- гатительных фабриках в отделениях рудоподготовки; их применение обеспечи- вает устойчивое истечение руды в зоне выпуска из бункеров, исключает зависа- ние и сводообразование, позволяет совмещать транспортирование, классифи- кацию и отмывку сырья, выгодно отличаются по показателям метало- и энерго- ёмкости, надёжности и долговечности от традиционных машин (пластинчатые и лотковые питатели, колосниковые грохоты). ISSN 1607-4556 30 6.3.3. Вибрационные транспортные системы Эффективность вибротехники существенно возрастает в случаях, когда они применяются не отдельно стоящими машинами, решающими локальные задачи, а в виде вибрационных транспортных систем. Эти системы комплектуются на основе небольшого количества типоразмеров вибромашин: КВ1Т, КВ2Т и КВВ. 1 – рабочий орган; 2 – привод; 3 – упругие связи (виброизоляторы типа ВР); 4 – рама Рис. 6.3.5 – Вибрационный питатель-грохот ПВБ-46/6,5 под бункером Рис. 6.3.4 – Однотрубные виброконвейеры КВ1Т-15 в цехе Геотехнічна механіка. 2013. 108 31 Рис. 6.3.6 – Вибрационный конвейер-грохот типа КГВ-1,1/10,5 Вибротранспортные системы предназначены в основном для герметичной транспортировки и механической и химической обработки сыпучих сред; облада- ют высокой долговечностью и надёжностью, безопасностью, отсутствием травма- тизма; позволяют осуществлять технологии без постоянного присутствия людей в цехе. Помимо использования для переработки радиоактивных материалов широ- ко применяются на предприятиях по производству сложных минеральных удоб- рений, производству керамзита, на заводах огнеупорной промышленности и т.д. 6.4. Разработка вибромашин и аппаратов для механической обработки сыпучих материалов Измельчение, смешение и классификация сыпучих материалов по крупно- сти – одни и самых распространённых операций во многих технологиях. При раз- работке вибромашин для выполнения таких операций использовались принципы пространственных колебаний рабочей поверхности, обеспечиваемые инерцион- ным приводом и упругими звеньями (виброизоляторами) типа ВР. Все виброма- шины представляют собой одномассную зарезонансную систему с пространствен- ными колебаниями. Были разработаны параметрические ряды следующих машин и аппаратов: • вибросмесители типа СмВ (рис. 6.4.1 – рис. 6.4.3); • вибросита типа СВ (рис. 6.4.4 – рис. 6.4.6); • вибромельницы типов МВК, МВВ, МВШ (рис. 6.4.7 – рис. 6.4.10). Во всех этих вибромашинах в качестве упругих звеньев использовались виб- роизоляторы резиновые типа ВР различной жёсткости на сжатие и сдвиг. ISSN 1607-4556 32 1 – рабочая камера; 2 – резиновый герметизатор; 3 – загрузочный патрубок; 4 – верхний дебаланс; 5 – вибровозбудитель; 6 – упругая подвеска (виброизоляторы типа ВР); 7 – рама; 8 – двигатель; 9 – пере- дача; 10 – опора; 11 – резиновая муфта; 12 – нижний дебаланс; 13 – разгрузочный патрубок Рис. 6.4.1 – Вибрационный смеситель СмВ-01 Рис. 6.4.2 – Вибрационный смеситель-гранулятор (упругая подвеска – виброизоляторы типа ВР) Геотехнічна механіка. 2013. 108 33 Рис. 6.4.3 – Узел смешения и гранулирования (виброизоляторы типа ВР) 1 – корпус; 2 – сменные сетки; 3 – вибровозбудитель; 4 – нижний дебаланс; 5 – рама; 6 – электродвига- тель; 7 – клиноременная передача; 8 – упругая подвеска (резиновые виброизоляторы типа ВР); 9 – верхний дебаланс Рис. 6.4.4 – Вибрационное сито СВ-09 ISSN 1607-4556 34 Рис. 6.4.5 – Вибрационное сито СВ-06 (виброизоляторы типа ВР) Рис. 6.4.6 – Вибрационное сито (виброизоляторы типа ВР) Геотехнічна механіка. 2013. 108 35 1 – помольная камера; 2 – привод; 3 – электродвигатель; 4 – рама; 5 – виброизолятор типа ВР Параметры вибрации: A = 3 мм; ω = 24 Гц. Масса мельницы M = 680 кг Рис. 6.4.7 – Мельница вибрационная конусная МВК-09-964 Рис. 6.4.8 – Вибрационная мельница с упругой подвеской (резиновые виброизоляторы типа ВР) ISSN 1607-4556 36 Рис. 6.4.9 – Мельница вибрационная шаровая МВШ-0,28/1,2-951 1 – загрузочная камера; 2 – помольная камера; 3 – мелющие тела; 4 – резинометаллические блоки БРМ; 5 – вибровозбудитель; 6 – резиновая упругая муфта; 7 – двигатель Параметры вибрации: A = 5 мм; ω = 24 Гц Масса колеблющихся частей M = 330 кг Рис. 6.4.10 – Мельница вибрационная вертикальная МВВ-0,3 Геотехнічна механіка. 2013. 108 37 1 – жёлоб; 2 – изолятор; 3 – резиновый герметиза- тор; 4 – кронштейн; 5 – привод; 6 – упругая под- веска (виброизолятор типа ВР) Рис. 6.5.1 – Сушилка вибрационная СВЭЖ-300 Рис. 6.5.2 – Сушилка вибрационная СВП-02 с виб- роизоляторами типа ВР 6.5. Разработка вибрационных тепломассообменных аппаратов В основе действия таких аппаратов лежит способность сыпучего материала направленно двигаться по колеблющейся поверхности в вакууме, газовой или жидкой среде; при этом в самом слое обрабатываемого материала возникают та- кие явления как псевдокипение, вспучивание, перемешивание и т.д., которые бла- готворно влияют на процесс тепломассообмена частиц материала с контактирую- щими поверхностями. В таких аппаратах при различных технологических процес- сах (нагрев, сушка, прокалка, охлаждение, растворение, экстракция и т.д.) вибра- ция создаёт виброкипящий режим, что позволяет существенно ускорить и улуч- шить технологический процесс. Была создана и внедрена в производство серия тепломассообменных аппаратов: • сушилки вибрационные типа СВТ-0,5; СВП; СВК; СВЭЖ (рис. 6.5.1, рис. 6.5.2); • вибрационные кольцевые печи типов ВП и ВПК (рис. 6.5.3); • вибрационные грануляторы типа ВИГ. Все эти виброаппараты представляют собой одномассную зарезонансную систему; в качестве упругих звеньев используются виброизоляторы резиновые ти- па ВР. ISSN 1607-4556 38 Рис. 6.5.3 – Вибрационная печь ВП-0,07-567 с виброизоляторами ВР 6.6. Разработка и внедрение дробилок типа КИД Дробилки КИД (конусные инерционные дробилки) представляют собой за- резонансную систему (рис. 6.6.1); в качестве упругих звеньев ис- пользуются резиновые виброизоляторы ВР и резинометаллические ВРМ; дробилки пред- назначены для из- мельчения минераль- ного сырья. Парамет- рический ряд дроби- лок используется в це- хах рудоподготовки; дробилки (КИД-450, КИД-900, КИД-1500, КИД-1750, КИД-2200) освоены в производст- ве и выпускаются се- рийно до настоящего времени для многих стран мира. 7. Внедрение в производство эластомерных конструкций, машин и аппаратов 7.1. Внедрение в производство эластомерных конструкций Разработаны, созданы и серийно внедрены в производство следующие па- раметрические ряды эластомерных конструкций: Рис. 6.6.1 – Дробилка типа КИД с упругой подвеской (резиновые виброизоляторы типа ВР) Геотехнічна механіка. 2013. 108 39 • блоки резиновые типа БР и резинометаллические типа БРМ; • шарниры резинометаллические типа ШРМ; • виброизоляторы резиновые типа ВР; • виброизоляторы резинометаллические типа ВРМ; • виброизоляторы типа ОП-180; • вибросейсмоизоляторы типа ВРМС, ВСБ и ВС; • резиновые герметизаторы типа Г-200; • резиновые упругие муфты типа МУЛ; • упругие карданы; • резиновые и резинометаллические футеровки рудоизмельчительных мельниц; • разработаны и отработаны в промышленных условиях резиновые футеровки горных вагонеток и окомковывателей. Начиная с 1967 года по настоящее время было изготовлено и поставлено предприятиям-изготовителям вибрационной техники более двухсот тысяч эласто- мерных конструкций (подавляющее большинство из них типа БРМ и виброизоля- торы типа ВР). 7.2. Внедрение в производство вибрационных машин и аппаратов На базе эластомерных конструкций (упругих звеньев, виброизоляторов, герметизаторов и упругих муфт) разработаны, созданы и серийно внедрены в производство следующие параметрические ряды вибромашин: 7.2.1. Вибрационные горные питатели • типов ПВГ, ВПР, ПВМ; комплексы типов КГВ-1, ПВС, ПВСТ и другие; всего разра- ботано и внедрено 14 типов вибрационных машин для выпуска и доставки ми- нерального сырья. С 1967 года по настоящее время было изготовлено и внедре- но свыше 18000 питателей различного технологического назначения (из них примерно 13,5 тысяч для добычи ураносодержащих руд). 7.2.2. Вибрационные конвейеры, бункерные питатели и конвейеры- грохоты: • вибрационные конвейеры однотрубные зарезонансные типа КВ1Т; • вибрационные конвейеры двухтрубные резонансные типа КВ2Т; • вибрационные конвейеры вертикальные зарезонансные типа КВВ; • вибрационные бункерные питатели типа ПВБ; • вибрационные питатели-грохоты типа ПГВ; • вибрационные конвейеры-грохоты типа КГВ. 7.2.3. Вибрационные машины и аппараты: • вибросмесители типа СВ: • вибросита типа СВ; • вибромельницы типа МВК, МВВ, МВШ. 7.2.4. Вибрационные тепломассообменные аппараты: • сушилки вибрационные типа СВТ; СВП; СВК; • вибрационные грануляторы типа ВИГ. ISSN 1607-4556 40 7.2.5. Конусные инерционные дробилки типов КИД-450; КИД-900; КИД-1500; КИД-1750; КИД-2200. До 1986 года было разработано свыше 64 типоразмеров вибрационных ма- шин и аппаратов различного технологического назначения: горных питателей, виброконвейеров, конвейеров-грохотов, бункерных питателей, смесителей, сит, мельниц, грануляторов, фильтров, печей, экстракторов, сушилок и другого вибра- ционного оборудования с эластомерными упругими звеньями и изоляторами; всё оборудование отличается высокими технико-эксплуатационными показателями, надёжностью, долговечностью, экологической чистотой (до санитарных норм снижены шум и вибрация, практически нет просыпей и пыли химически вредных веществ). Было изготовлено и внедрено в производство предприятий Минсредмаша СССР, Минчермета СССР, Минцветмета СССР и других предприятий: • горных питателей 14 типоразмеров свыше 18000 шт.; в настоящее время выпус- кается и внедряется в производство 25-30 шт. в год только для нужд ВостГОКа; • вибрационных машин и аппаратов: разработано более 50 типоразмеров; изго- товлено и внедрено свыше 1450 штук; в настоящее время большинство вибро- машин и аппаратов изготавливаются и внедряются различными фирмами в странах СНГ. 8. Разработка и внедрение ресурсо- и энергосберегающих технологий для добычи, переработки и обогащения минерального сырья 8.1. Разработка и внедрение подземной циклично-поточной технологии выпуска и доставки руды На базе разработанных научных основ расчёта и проектирования виброма- шин с эластомерными элементами были созданы оригинальные конструкции гор- ных питателей и комплексов, отличающихся экологической чистотой, низкой удельной металлоёмкостью и энергоёмкостью, высокой долговечностью и на- дёжностью, безопасным функционированием. Созданный и массово внедрённый в производство параметрический ряд таких машин, предназначенных для всего многообразия технологических схем выпуска, доставки и погрузки горной массы при добыче рудных залежей от жильных до весьма мощных, позволил впервые разработать и внедрить подземную малоотходную циклично-поточную техноло- гию (ЦПТ) без постоянного присутствия людей в забое. Такая ЦПТ позволила: • увеличить производительность выпуска и погрузки крупнокусковой горной мас- сы в 2,5-3 раза; • уменьшить количество рабочих; на 20-40 % снизить себестоимость работ; • снизить потери руды в днищах блоков и объём горнопроходческих работ; • практически исключить случаи травматизма на операциях выпуска и погрузки, занимающих ранее (50-60) % всех случаев на подземных работах. До 1992 на горнодобывающих предприятиях Минсредмаша СССР ежегодно находилось в эксплуатации 800-1000 машин и с их применением добывалось 95 % руды; на предприятиях Минчермета и Минцветмета соответственно 150-200 ма- Геотехнічна механіка. 2013. 108 41 шин и (60-75) % руды. Вибропитатели поставлялись также зарубежным горноруд- ным предприятиям. Всего было изготовлено и внедрено свыше 18000 вибрацион- ных машин и комплексов различного технологического назначения. На сегодняшний день ЦПТ успешно применяется на ВостГОКе; ежегодно из- готавливается и внедряется в производство 25-30 машин. 8.2. Разработка, создание и внедрение эффективной технологии рудоподготовки и обогащения минерального сырья 8.2.1. Разработка, создание и внедрение технологии герметичного транспортирования и обработки сыпучих и химически активных веществ На основе вибрационных машин и аппаратов создана уникальная техноло- гия герметичного транспортирования и обработки сыпучих, токсичных, пылящих, радиоактивных и других вредных для здоровья обслуживающего персонала ве- ществ. Технология отличается универсальностью и позволяет наряду с механиче- скими процессами (транспортирование, смешение, измельчение, грохочение) осуществлять также тепломассообменные процессы обработки минерального сы- рья: сушку, охлаждение, растворение, экстракцию и т.д. Технология широко ис- пользуется при обогащении ураносодержащих руд, а также в других отраслях промышленности: химической, биологической, обработке пищевых материалов и т.д. 8.2.2. Создание новой прогрессивной ресурсо- и энергосберегающей RES-технологии измельчения руд в шаровых мельницах с резиновой футеровкой Такая технология была создана на базе эластомерных футеровок различных морфологических форм. В инженерной практике футеровки известны под сле- дующими марками: для второй и третей стадии измельчения «Плита-Волна» и «Плита-Лифтёр-Волна»; для первой стадии измельчения с шарами диаметром 100 мм «G.M-Волна», выполненная из трапециевидных плит толщиной 170- 270 мм. Применение таких футеровок позволило создать новую ресурсо- и энерго- сберегающую RES-технологию измельчения руд в шаровых мельницах. Благодаря этой технологии для мельниц МШЦ 3,6×5,5 второй и третьей стадии измельчения железных руд (Северный горно-обогатительный комбинат – СевГОК, г. Кривой Рог, Украина) получены следующие результаты: прирост готового класса увеличился на 17-29 %; расход мелющих тел снизился на 10 %; удельный расход электроэнергии в целом на технологическую секцию снизился на (10-12) %. По сравнению с металлическими футеровками самофутерующаяся резино- вая футеровка «Плита – Волна» на шаровых мельницах 2 и 3 стадии измельчения позволила: снизить массу комплекта футеровки более чем в 3-5 раз и тем самым повысить срок службы опорных подшипников, снизить эксплуатационные затраты на монтажно-демонтажные работы по замене изношенной футеровки и умень- шить риск несчастных случаев; в 2-3 раза снизить шум; на (3-5) % повысить коэф- фициент использования мельниц (резиновая футеровка по сравнению с металли- ческой имеет меньшую толщину); обеспечить заданную производительность ISSN 1607-4556 42 мельницы уже с первых часов работы; увеличить продолжительность межремонт- ных циклов в два раза; на (3-5) % повысить коэффициент использования мельниц на (25-30) % сократить время простоев мельниц для планового и непланового ре- монтов. На СевГОКе на мельнице МШР 3,6×4,0 на первой стадии измельчения с ша- рами диаметром 100 мм впервые в мировой практике дезинтеграции крепких же- лезных руд была установлена резинометаллическая футеровка типа «G.M-Волна». Результаты испытаний весьма обнадёживающие: снизилось потребление энергии на 5 %; удельный расход мелющих тел снизился на 5 %; прирост готового класса продукта увеличился на (10-12) %; долговечность до отказа свыше 9000 ч. Пятилетний опыт применения RES-технологии более чем на десяти пред- приятиях (примерно 70 мельниц различного назначения) показал явные преиму- щества новых конструкций резиновых и резинометаллических футеровок по срав- нению с металлическими футеровками. Применение новых конструкций резиновых футеровок на всех стадиях из- мельчения позволяет получить дополнительный резерв по питанию мельниц для последующего увеличения объёмов измельчения в пределах 10-15 % в целом по ГОКу, что существенно снижает капитальные и эксплуатационные затраты. 8.3. Создание эффективной технологии вибро- и сейсмозащиты На базе разработанных резиновых и резинометаллических вибросейсмои- золяторов типа ВР, ВС, ВРМС, ОП-180, ВРМ и других разработаны эффективные системы защиты тяжёлых машин, зданий и сооружений. Разработаны, созданы и внедрены в производство виброзащитные системы таких машин и оборудования: • вентиляторов различных типов в т.ч. во взрывозащищённом исполнении; ис- пользовались виброизоляторы ОП-180, ВР и ВРМ; • окомкователей-смесителей (з-д Азовсталь, з-д им. Ильича, г. Мариуполь; ис- пользовались виброизоляторы ОП-180 и ВРМ); • вихревых смесителей (ОАО «СевГок», г. Кр. Рог, использовались виброизоляторы ОП-180); • ковочного молота МД 4131 (ОАО «ВостГОК», г. Жёлтые Воды, использовались виброизоляторы ОП-180); • конусных инерционных дробилок типа КИД (ОАО «Карелия-руд», ОАО «Башки- равтодор», дробилки КИД-900, КИД-1200, КИД-1500; использовались виброизо- ляторы ВР и ВРМ); • молотковых дробилок ДМРЕ 14,5×13 (в цехе углеподготовки ОАО «Запорож- кокс», г. Запорожье, использовались виброизоляторы ОП-180); • молотковых дробилок СМ-170В (ОАО «Макеевкокс», г. Макеевка, использова- лись виброизоляторы ОП-180); • молотковых дробилок ДРМЭ 1000×1004 (ОАО «Днепродзержинский КХЗ», ис- пользовались виброизоляторы ОП-180); • молотковых дробилок ДРМРЭ 1450×1300 (ОАО «Алчевский коксохимзавод», г. Алчевск; использовались виброизоляторы ОП-180); Внедрение виброзащитных систем позволило уменьшить амплитуды виб- роускорений опорных конструкций перекрытий цехов в 10-12 раз, уменьшить шум Геотехнічна механіка. 2013. 108 43 и довести уровни шума и вибраций до требований санитарных норм, как для зда- ний, так и для обслуживающего персонала. Виброзащитные системы машин и оборудования прошли Государственные приёмочные испытания. Разработана номенклатура перспективных способов защиты КВО (зданий и сооружений) от аварий и катастроф природного, техногенного и террористическо- го характера, которые могут обеспечить защиту КВО от шума, вибраций, сейсмо- ударов и взрывной волны; разработан и опробован в лабораторных условиях па- раметрический ряд вибросейсмоизоляторов с жёсткостью на сжатие от 10 до 300 т/см. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Прикладная механика упругонаследственных сред: В 3-х томах. – Т. 1. Механика деформирования и разрушения эластомеров / А.Ф. Булат, В.И. Дырда, Е.Л. Звягильский, А.С. Кобец. – Киев: Наук. думка, 2011. – 568 с. 2. Прикладная механика упругонаследственных сред: В 3-х томах. – Т. 2. Методы расчета эластомерных деталей / А.Ф. Булат, В.И. Дырда, Е.Л. Звягильский, А.С. Кобец. – Киев: Наук. думка, 2012. – 616 с. REFERENCES 1. Bulat, A.F., Dyrda, V.I., Zvyagilskiy, Ye.L., Kobets, A.S. (2011), Prikladnaya mekhanika uprugo-nasledstvennykh sred. Tom 1. Mehanika deformirovaniia i razrusheniia elastomerov [Applied mechanics of elastic-hereditary media. Vol. 1. Mechanics of deforming and breaking down of elastomers], Naukova dumka, Kiev, Ukraine. 2. Bulat, A.F., Dyrda, V.I., Zviagilskii, E.L. and Kobetc, A.S. (2012), Prikladnaya mekhanika uprugo-nasledstvennykh sred. Tom 2. Metody rascheta elastomernykh detalei [Applied mechanics of elastic-hereditary media. Vol. 1. Design techniques of elastomeric parts], Naukova dumka, Kiev, Ukraine. Об авторах Булат Анатолий Федорович, Академик Национальной академии наук Украины, доктор техниче- ских наук, профессор, директор института, Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова На- циональной академии наук Украины (ИГТМ НАНУ), Днепропетровск, Украина, igtmnanu@yandex.ru Дырда Виталий Илларионович, доктор технических наук, профессор, заведующий отделом меха- ники эластомерных конструкций горных машин, Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова Национальной академии наук Украины (ИГТМ НАНУ), Днепропетровск, Украина, vita.igtm@mail.ru Хохотва Александр Иванович, инженер, председатель Государственной службы горного надзора и промышленной безопасности Украины, Киев, Украина About the authors Bulat Anatoly Fedorovich, Academician of the National Academy of Science of Ukraine, Doctor of Tech- nical Sciences (D. Sc.), Professor, Director of the Institute, M.S. Polyakov Institute of Geotechnical Mechanics under the National Academy of Science of Ukraine (IGTM, NASU), Dnepropetrovsk, Ukraine, igtm- nanu@yandex.ru Dyrda Vitaly Illarionovich, Doctor of Technical Sciences (D. Sc.), Professor, Head of Department of Elas- tomeric Component Mechanics in Mining Machines, M.S. Polyakov Institute of Geotechnical Mechanics under the National Academy of Science of Ukraine (IGTM, NASU), Dnepropetrovsk, Ukraine, vita.igtm@mail.ru Khokhotva Alexandr Ivanovich, Engineer, The Head of The State Service of Mining Supervision and In- dustrial Safety of Ukraine, Kyiv, Ukraine

Техника и технологии для добычи, подготовки и обогащения минерального сырья на базе эластомерных материалов

Репозитарії

Схожі ресурси