Анотація до роботи:

Панченко О.В. Визначення розрахункових навантажень у витках багатошарової намотки гумотросового каната. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.09 - динаміка та міцність машин. Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2007.

Викладено методику наукових досліджень, спрямованих на вдосконалення методу розрахунку силових факторів у витках багатошарової намотки гумотросових канатів бобінних підйомників, в якому враховано відсутність поздовжнього стиснення каната та залежність жорсткісних характеристик шарів від параметрів багатошарової намотки.

Розроблено алгоритми застосування методу розрахунку для задач практичного проектування. Отримано математичні моделі максимальних силових навантажень і деформацій, які використовуються в інженерній методиці.

Удосконалений метод розрахунку силових факторів багатошарової намотки гумотросових канатів та інженерна методика автора лягли в основу методичних рекомендацій, застосованих низкою вітчизняних підприємств у проектних роботах.

Дисертація являє собою закінчену науково-дослідну роботу, в якій вирішена актуальна наукова задача щодо уточнення розрахункових навантажень у витках багатошарової намотки при визначенні параметрів тіла намотки бобінних підйомників з гумотросовим канатом на основі вдосконаленого методу розрахунку силових факторів та інженерної методики, де враховані відсутність поздовжнього стиснення каната в багатошаровій намотці та залежність жорсткісних характеристик шарів від їхньої загальної кількості та розташування в намотці.

Основні наукові результати, висновки і рекомендації:

1. У відомих моделях напружено-деформованого стану багатошарової намотки гумотросового каната бобінних машин – необмежене поздовжнє стиснення тросів у канаті, а жорсткісні характеристики шарів каната залежно від їх кількості прийняті постійними. Нехтування цими факторами може зменшити розрахункову величину силових навантажень у 2 – 2,5 раза і викликати руйнування каната, бобіни й інших елементів шахтної піднімальної машини.

2. Удосконалений метод розрахунку силових факторів включає компоненти з визначення переміщень шару пакета ГТК, коефіцієнтів поперечної жорсткості та розширення, апроксимуючих поліномів коефіцієнтів стиснення, навантажень і деформацій шарів каната.

3. Новизна вдосконаленого методу в тім, що математична модель напружено-деформованого стану багатошарової намотки ГТК додатково враховує два суттєвих фактори: 1) стиснення троса в поздовжньому напрямку обмежене гумовою матрицею; 2) жорсткісні характеристики витків гумотросового каната залежать від їхньої загальної кількості та розташування в намотці.

4. Вірогідність запропонованого методу базується на високому ступені близькості розрахункових значень його основних показників до отриманих шляхом вимірювання у процесі фізичного експерименту. Похибка визначення деформації порівняно з фізичним експериментом – не вище 11 % при довірчій імовірності 90 %.

5. Компоненти вдосконаленого методу розрахунку силових факторів багатошарової намотки гумотросових канатів легко реалізуються на практиці у вигляді програм Mathcad 11 і ANSYS/ED 6.1. Корисність методу – у можливості з високою вірогідністю дослідити НДС багатошарової намотки гумотросового каната в узагальненому вигляді, а також отримати закономірності, на підставі яких розробити інженерні рекомендації для обчислення розрахункових навантажень.

6. За результатами науково обґрунтованого чотирифакторного трирівневого обчислювального експерименту щодо моделювання силових процесів багатошарової намотки каната підтверджено наведене далі:

напружено-деформований стан багатошарової намотки ГТК залежить від зведеної товщини шару, загальної кількості витків, коефіцієнтів анізотропії та міцної довжини каната;

урахування додаткових факторів підвищує точність визначення розрахункових навантажень на 30 – 60 % і розширення каната – на 10 – 100 %;

математичні моделі для максимального навантаження на бобіну та для деформації можна подати у вигляді поліномів 2-го порядку і використовувати в інженерній методиці, що дасть змогу істотно скорочувати час на обчислення навантажень з високим ступенем точності (похибка не перевищує 12 %).

7. Удосконалений метод розрахунку силових факторів багатошарової намотки гумотросових канатів та інженерна методика лягли в основу методичних рекомендацій: 1) щодо вибору раціональних параметрів бобінних підйомників із ГТК; 2) стосовно обґрунтування проекту «Технологія спорудження комплексу штольня – вертикальний ствол із клітьовим підйомником вантажністю 150 т для видачі автосамоскидів БелАЗ-75145 з кар'єру ПГЗК на денну поверхню»; 3) відносно обґрунтування параметрів клітьового вертикального
   підйомника вантажністю 150 т.

8. Методичні рекомендації впроваджені в проектні роботи НВООВ «Океанмаш» для вибору технологічного устаткування, ВАТ «Укрдіпроруда» при спорудженні комплексу штольня – вертикальний ствол, ЗАТ «НКМЗ» при розробці нових клітьових вертикальних підйомних установок вантажністю 150 т.

9. Результат порівняння варіантів підйому в проекті «Технологія спорудження комплексу штольня – вертикальний ствол із клітьовим підйомником вантажністю 150 т для видачі автосамоскидів БелАЗ-75145 з кар'єру ПГЗК на денну поверхню»: річний економічний ефект від використання барабанної піднімальної машини з поліспастами ШМП 1-54 (базовий варіант) і БШП (новий варіант) – до мільйона гривень за рахунок скорочення капітальних витрат.

10. Авторський проект здобувача «Розробка 150-тонного бобінного підйомника з гумотросовим канатом для кар'єру ПГЗК» визнано найкращим на щорічному конкурсі проектів SWR-AWARD 2006 у номінації "Науково-дослідна робота" (м. Москва).

11. Автор проекту «Розвиток методики аналізу напружено-деформованого стану багатошарової намотки гумотросового каната бобінних підйомників» удостоєна звання лауреата на конкурсі «Комп’ютерний інжиніринг-2007» у розділі «Конструкторські, технологічні, програмні та інформаційні розробки молодих фахівців» (м. Москва).

Публікації автора:

1. Панченко Е.В. Разработка модели резинотросового каната в многослойной намотке на основе универсального пакета конечно-элементного моделирования ANSYS/ED 6.1 // Наук. вісн. НГУ. – 2005. – № 11. – С. 68 – 73.

2. Панченко Е.В. Методика определения напряженно-деформированного состояния многослойной намотки резинотросового каната шахтной подъемной установки // Вестн. НТУ „ХПИ”. – 2006. – № 13. – С. 142 – 151.

3. Панченко Е.В. Разработка математической модели для определения радиальных нагрузок при многослойной намотке резинотросового каната шахтной подъемной установки // Математичне моделювання: Наук. журн. – 2006. – № 15. – С. 36 – 39.

4. Панченко Е.В. Результаты исследования напряженно-деформированного состояния многослойной намотки резинотросового каната // Сб. науч. тр. НГУ. – 2006. – № 25. – С. 114 – 119.

5. Панченко Е.В. Результаты исследования напряженно-деформированного состояния многослойной намотки резинотросового каната в бобинном подъеме // Геотехн. механика: Межвед. сб. науч. тр. ИГТМ НАН Украины. – 2006. – Вып. 64. – С. 221 – 230.

6. Заболотный К.С., Панченко Е.В. Исследование величины радиальной нагрузки каната в бобинной намотке // Сб. науч. тр. НГУ. – 2006. – № 26. – Т. 1. – С. 106 – 111.

7. Панченко Е.В. Об использовании подъемников с резинотросовым канатом для подъема полезных ископаемых со дна океана // Сб. науч. тр. «Проблемы эксплуатации оборудования шахтных стационарных установок», посв.
   75-летию НИИГМ им. М.М. Федорова. – Донецк, 2004. – Вып. 98. – С. 168 – 170.

8. Панченко Е.В. Результаты исследования конечно-элементной модели резинотросовой ленты в бобинном органе намотки // Геотехн. механика: Межвед. сб. науч. тр. ИГТМ НАН Украины, посв. науч. конф. «Геотехнические проблемы разработки месторождений». – 2005. – Вып. 62. – С. 155 – 163.

9. Заболотный К.С., Панченко Е.В. Пример использования прогрессивных информационных технологий SolidWorks для выполнения проекта бобинной подъемной установки с резинотросовым канатом // Академ. вестн. КрТО Междунар. и Акад. компьютерных наук и систем, посв. междунар. науч.-техн. конф. «Интегрированные системы управления в горно-металлургическом комплексе». – 2006. – № 17–18. – С. 64 – 68.

10. Панченко Е.В. Моделирование резинотросового каната в многослойной намотке на основе пакета конечно-элементного моделирования ANSYS/ED 6.1 // Материалы XXVI междунар. конф. и выставки. – Ялта, 2006. – С. 168 – 171.

11. Заболотный К.С., Панченко Е.В. Оценка достоверности конечно-элементной модели пакета резинотросового каната // Материалы междунар. конф. «Форум гірників-2006». – Д.: НГУ, 2006. – С. 24 – 29.

12. Использование комплекса SolidWorks в задачах шахтного подъема / В.П. Франчук, К.С. Заболотный, А.Л. Жупиев, С.Н. Зиновьев, Е.В. Панченко // Сб. тр. VIII ежегод. конф. САПР/PLM в России и странах СНГ. – М., 2006. –
    С. 32 – 36.

13. Полушина М.В., Жупиев А.Л., Панченко Е.В. Определение жесткости многослойной намотки резинотросовой ленты // Наук. вісн. НГУ. – 2005. – № 11. – С. 74 – 79.

14. Франчук В.П., Заболотный К.С., Панченко Е.В. Разработка 150-тонного бобинного подъемника с резинотросовым канатом для карьера ЮГОК с исследованием напряженно-деформированного состояния каната в многослойной намотке. e-net [http: // www. solidworks. ru], 2006.

15. Панченко Е.В. Развитие методики анализа напряженно-деформированного состояния многослойной намотки резинотросового каната бобинных подъемников. e-net [http: // www. nicask. ru], 2007.

Особистий внесок здобувача в роботи, опубліковані в співавторстві: [6] – обробка й аналіз даних фізичного експерименту; [9] – обґрунтування доцільності та розробка проекту бобінної підйомної установки з ГТК на основі технологій SolidWorks; [11] – скінченноелементна модель каната в багатошаровій намотці та результати як її аналізу, так і аналізу фізичного експерименту; [12] – результати моделювання бобінного підйомника з ГТК на основі технологій SolidWorks і CosmosWorks; [13] – аналіз результатів з визначення жорсткості багатошарової намотки; [14] – розробка проекту 150-тонного бобінного підйомника для кар'єру ПГЗК з дослідженням НДС каната в багатошаровій намотці.