Обоснование способов и средств достижения безопасных уровней виброакустических характеристик гидроэнергетических установок очистных механизированных комплексов : Обґрунтування способів і засобів досягнення безпечних рівнів віброакустичних характеристик гідроенергетичних установок очисних механізованих комплексів

Краткое описание

МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ И УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ УКРАИНЫ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МАКЕЕВСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО безопасности работ в горной промышленности
(МакНИИ)

На правах рукописи

КИТАЕВА СВЕТЛАНА АНАТОЛЬЕВНА

УДК 622.285

Обоснование способов и средств достижения
безопасных уровней виброакустических характеристик гидроэнергетических установок очистных
механизированных комплексов

Специальность 05.26.01 Охрана труда

Диссертация на соискание ученой степени
кандидата технических наук

Научный руководитель
доктор технических наук, профессор,
Гуляев Владимир Георгиевич

Макеевка 2013

СОДЕРЖАНИЕ
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ, ПРИНЯТЫЕ В РАБОТЕ................................ 5
ВВЕДЕНИЕ......................................................................................................... 7
РАЗДЕЛ 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА О ВЛИЯНИИ ВИБРОАКУСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК НА БЕЗОПАСНОСТЬ.................................................... 14
1.1. Виброакустические процессы и их влияние на обслуживающий персонал и оборудование............................................................................................. 14
1.2. Анализ основных видов отказов, опасности и травматизма при эксплуатации насосных станций....................................................................................... 22
1.3. Актуальность улучшения показателей надежности и виброакустических характеристик насосных станций.............................................................. 30
1.4. Состояние изученности рабочих процессов высоконапорных насосных агрегатов и способов снижения генерируемых ими вибрации и шума....................... 42
ВЫВОДЫ.......................................................................................................... 46
РАЗДЕЛ 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИСПЫТАНИЯ НАСОСНЫХ СНАНЦИЙ................................................................................. 49
2.1. Экспериментальный метод и аппаратура определения виброакустических параметров.................................................................................................................... 49
2.2. Методика и результаты измерений вибрации и шума насосных станций СНТ и СНД в условиях стенда......................................................................................... 56
2.3. Определение ожидаемых уровней шума на рабочем месте оператора.. 65
2.4. Исследование виброакустических характеристик насосных станций гидроэнергетических СНТ и СНД в шахтных условиях......................... 70
ВЫВОДЫ.......................................................................................................... 77
РАЗДЕЛ 3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИКИ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ И ВИБРОАКТИВНОСТИ НАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ......... 78
3.1. Систематизация источников вибрации и шума высоконапорных насосных агрегатов и некоторые пути снижения их виброактивности....................................... 78
3.2. Разработка динамических и математических моделей высоконапорного насосного агрегата...................................................................................................... 84
3.3. Исследования вибрационных процессов высоконапорных насосных агрегатов 99
3.3.1. Природа виброактивности ВНА с кривошипно-шатунными механизмами в приводе высоконапорных насосов при дискретном способе регулирования 99
3.3.2. Кинематические и динамические свойства кривошипно-шатунного механизма с параметрами насосной станции СНТ 32.............................................. 107
3.3.3. Динамические и технологические нагрузки в приводе высоконапорного насосного агрегата. Акустический коэффициент полезного действия насосных станций типов СНТ и СНД.................................................................... 114
3.4. Исследование крутильных колебаний в приводе высоконапорного насосного агрегата при силовых возмущениях....................................................... 122
3.5. Влияние характеристик приводных двигателей на виброактивность и надежность высоконапорного насосного агрегата СНТ 40...................................... 131
3.6. Динамические свойства высоконапорных насосных агрегатов насосных станций типа СНД и их влияние на надежность гидроэнергетических установок................................................................................................. 140
3.7. Оценка повышения вероятности профессиональных заболеваний, вызванных воздействием высоких уровней вибраций и шума насосных станций..................................................................................................... 150
3.8. Пути улучшения виброакустических характеристик высоконапорных насосных агрегатов.................................................................................................. 152
ВЫВОДЫ........................................................................................................ 155
РАЗДЕЛ 4. ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБОВ СНИЖЕНИЯ ВИБРАЦИИ И ШУМА НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ ДЛЯ СИСТЕМ ГИДРОПРИВОДА МЕХАНИЗИРОВАННЫХ КРЕПЕЙ.......................................................................................................... 158
4.1. Обоснование способа и средств снижения виброакустических уровней насосного агрегата на основе управление динамическими характеристиками его привода 158
4.2. Обоснование способа и средств снижения виброаукстических характеристик высоконапорного насосного агрегата путем совершенствования его структуры 164
4.3. Исследование на динамическую устойчивость высоконапорных насосных агрегатов при параметрических возмущениях колебаний..................................... 172
4.4. Способ регулирования подачи рабочей жидкости в гидросистему механизированных крепей....................................................................................................... 184
4.5. Повышение технического уровня насосных агрегатов для систем гидропривода механизированных крепей основа охраны труда............................... 185
ВЫВОДЫ........................................................................................................ 191
ЗАКЛЮЧЕНИЕ............................................................................................... 193
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ....................................... 196
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение А................................................................................................. 208
Приложение Б.................................................................................................. 226
Приложение В................................................................................................. 240
Приложение Д................................................................................................. 245
Приложение Ж................................................................................................ 254
Приложение З.................................................................................................. 258
Приложение К................................................................................................. 264
Приложение Л................................................................................................. 270
Приложение М................................................................................................ 273
Приложение Н................................................................................................. 276
Приложение П................................................................................................. 280
Приложение Р.................................................................................................. 281
Приложение С................................................................................................. 282

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ, ПРИНЯТЫЕ В РАБОТЕ

1.
НС
насосная станция
2.
ГЭУ
гидроэнергетические установки
3.
ГМК
гидрофицированная механизированная крепь
4.
ГШО
горно-шахтное оборудование
5.
ВНА
высоконапорный насосный агрегат
6.
ВАХ
виброакустическая характеристика
7.
ПДШХ

ьно допустимые шумовые характеристики

8.
ТДШХ
технически достижимые шумовые характеристики
9.
КШМ
кривошипно-шатунный механизм
10.
МК
механизированная крепь
11.
НС
насосные станции
12.
ПО
повышенная опасность
13.
НО
насосное оборудование
14.
ЧМС
человеко-машинные системы
15.
РЖ
рабочая жидкость
16.
ОК
очистной комплекс
17.
АР
автомат разгрузки
18.
ПУ
подпиточная установка
19.
ВАХ
виброакутические характеристики

20.

ТЗ

техническое задание

21.

ТУ

технические условия

22.

КПД

коэффициент полезного действия

23.

АД

асинхронный двигатель

24.

ВАД

взрывозащищенный асинхронный двигатель

25.

СМ

соединительная муфта

26.

ЗМ

зубчатая муфта

27.

ЗП

зубчатая передача

28.

ПБ

поршневой блок

29.

КР

клапанный распределитель

30.

ТН

технологическая нагрузка

31.

СУ

система управления

32.

ММ

математическая модель

33.

АЧХ

амплитудно-частотная характеристика

34.

Тi

наработка на отказ, ч

35.

Твi

время восстановления, мин

36.

Р

номинальное давление, МПа

37.

Q
номинальная подача, л/мин
38.

ПГА
пневмо-гидроаккумулятор
39.

СН
силовой насос
40.
ОМК
очистной механизированный комплекс
41.
СИЗ
средства индивидуальной защиты

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. На угольных предприятиях Украины в неблагоприятных условиях по шуму занято около 120 тыс. человек и 80 тыс. человек по вибрации. По данным Научно-исследовательского института медико-экологических проблем Донбасса и угольной промышленности, угольная промышленность, только Донецкой области, ежегодно из-за шума теряет примерно 30 тысяч человеко-смен, выплата по больничным листам и стоимость лечения обходятся около 60 тыс. грн. в год, убытки составляют 170 тыс. грн. в год.
Базой современных очистных комплексов являются гидрофицированные механизированные крепи (ГМК), агрегатированные с конвейером и система их гидропривода с насосной станцией (НС) гидроэнергетической установкой (ГЭУ) комплекса. На 01.07.2011 г. на шахтах Украины в эксплуатации находилось 157 очистных комплексов.
ГМК и НС относятся к горно-шахтному оборудованию (ГШО) повышенной опасности. Опасности для операторов НС высокие параметры шума и вибрации при работе высоконапорного насосного агрегата, разрушения напорных трубопроводов и гидроблоков насосных агрегатов под действием интенсивных механических вибраций и пульсации давления рабочей жидкости с последующим ее выбросом в окружающую среду под высоким давлением. Эти факторы снижают безопасность труда в угольных шахтах и повышают уровень травматизма, профессиональных и производственных заболеваний.
Так, при разрушении заделок рукавов высокого давления, вследствие интенсивной вибрации, зафиксирован смертельный случай на ш. «Комиссаровская», п/о «Луганскуголь».
Опыт применения современных НС свидетельствует о том, что их технический уровень еще не в полной мере отвечает требованиям охраны труда и эффективной эксплуатации. Так, по данным ИТЦ «Горные машины», только в первой половине 2011 г. зарегистрировано более 20 случаев выхода из строя НС после наработки в течение 3-6 месяцев.
Одной из основных причин этого являются высокие уровни вибрации и шума, генерируемые высоконапорными насосными агрегатами (ВНА) насосных станций. Интенсивные вибрации и шум снижают безопасность эксплуатации НС и надежность всей системы «НС-ГМК», параметры которой должны обеспечивать высокопроизводительную работу всего оборудования комплекса и безопасность труда обслуживающего персонала.
Поэтому актуальной научной задачей является обоснование способов и средств достижения безопасных уровней виброакустических характеристик насосных станций для очистных механизированных комплексов.
Связь работы с научными программами, планами, темами.
Диссертационная работа сформирована на базе научно-исследовательских работ, которые выполнялись в рамках индивидуального плана аспиранта согласно «Программе повышения безопасности труда на угледобывающих и шахтостроительных предприятиях», утвержденной постановлением КМУ от 29.03.2006 № 374 по научно-исследовательским работам МакНИИ: 17051023060 «Розроблення нової редакції НПАОП «Інструкція із забезпечення шумової та вібраційної безпеки праці у вугільних шахтах» (№ ГР 0110U007671), в которой автор принимал участие в качестве ответственного исполнителя, и 17050812030 «Розробити СОУ «Вибійні машини, комплекси та агрегати. Нормативи з безпеки» (№ ГР 0108U003796), в которой автор принимал участие в качестве исполнителя.
Цель и задачи исследования. Цель работы установление закономерностей формирования виброакустических характеристик насосных станций с учетом виброактивности источников и обоснование способов и средств достижения безопасных уровней вибрации и шума, для улучшения условий труда на рабочих местах операторов насосных станций очистных комплексов.

В соответствии с поставленной целью необходимо решить следующие задачи:
1) установить виды опасностей травматизма и профзаболеваний при эксплуатации современных энергонасыщенных НС и выявить основные источники их высокой виброактивности;
2) выполнить экспериментальные исследования виброакустических процессов НС и определить их шумовые и вибрационные характеристики;
3) выполнить анализ опытных данных и установить закономерности формирования спектров вибрационных параметров НС и их ВНА;
4) разработать динамические и математические модели вибрационных процессов НС с учетом особенностей структуры ВНА и взаимодействия источников;
5) выполнить теоретические исследования виброакустических процессов НС, установить закономерности формирования опасных уровней вибрации и шума и причины повышенных уровней виброактивности источников НС;
6) разработать научные обоснования эффективных способов и средств снижения ВАХ до безопасного уровня на базе выявленных закономерностей формирования вибраций и шума при эксплуатации насосных станций;
7) разработать предложения по повышению технического уровня НС на основе совершенствования структуры и параметров высоконапорного насосного агрегата с безопасными уровнями вибрации и шума и выполнить оценку ВАХ энергонасыщенных насосных станций, предложенных в работе.
Объект исследования виброакустические процессы и формируемые ими виброакустические характеристики современных насосных станций.
Предмет исследования закономерности и особенности формирования источниками опасных вибраций и шума НС при проектных режимах их работы.
Методы исследования. Для решения указанных задач использовались: комплексный метод, основанный на сочетании экспериментальных и теоретических исследований виброакустических процессов, а также анализ и обобщение результатов ранее выполненных испытаний НС и опыта их эксплуатации. При экспериментальных исследованиях применялись современные методы измерения и регистрации вибраций и шума, аппаратура и компьютерный метод анализа спектров вибрации. В теоретических исследованиях применялись методы анализа вибраций в электрогидромеханических системах с кривошипно-шатунными механизмами (КШМ). Математические модели для исследования опасных вибрационных процессов ВНА НС разработаны с использованием методов теоретической механики и механики машин. Адекватность разработанных математических моделей реальным объектам подтверждена сравнительным анализом результатов экспериментальных и теоретических исследований спектров вибраций ВНА НС типа СНТ и СНД.
Научная новизна полученных результатов.
Научные положения, выносимые на защиту и их новизна:
1. Впервые раскрыт механизм и установлены закономерности формирования опасных резонансных крутильных колебаний в насосных агрегатах, обусловленные совпадением первой гармоники кинематических и динамических возмущений кривошипно-шатунного механизма с частотой колебаний электропривода насоса, что позволило обосновать безопасные виброакустические уровни и снизить профзаболевания рабочих от шума и вибрации на угольных шахтах.
2. Обоснована математическая модель современных насосных агрегатов в виде линеаризованного дифференциального уравнения второго порядка, отличающаяся от известных учетом взаимодействия основных источников вибрации в системе «насосная станция гидрофицированная механизированная крепь», позволившая обосновать способы и средства устранения причин формирования опасных уровней виброакустических характеристик и снизить воздействия неблагоприятных производственных факторов шума и вибрации, влияющих на здоровье шахтера.
3. Впервые обоснованы и предложены способы и средства достижения безопасных уровней виброакустических характеристик насосных агрегатов путем совершенствования их динамических свойств на основе безредукторного привода, увеличения числа плунжеров, использования малоинерционных клапанов и регулирования подачи рабочей жидкости, что позволяет обеспечить санитарные нормы шума (80 дБА) и безопасные условия труда по факторам шума и вибрации операторов гидроэнергетических установок.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:
- использованием достоверных исходных данных для установления кинематических и динамических характеристик исследуемых НС с КШМ в электромеханическом приводе силового насоса;
- применением фундаментальных положений теоретической механики и механики машин, проверенных допущений при разработке математических моделей для исследования вибрационных процессов в системе «НСВНАГМК»;
- использованием при анализе и интерпретации результатов теоретических исследований фундаментальных закономерностей, характеризующих динамическое взаимодействие электропривода машин с механизмами циклового действия;
- достаточной степенью соответствия результатов теоретических исследований частотных спектров вибраций и шума с экспериментальными данными, полученными при стендовых испытаниях и в представительных шахтных условиях.
Практическое значение полученных результатов:
1) разработаны способы и средства достижения безопасных виброакустических характеристик насосных станций на основе управления динамическими свойствами ВНА путем совершенствования структуры агрегата, параметров его привода и системы регулирования подачи, позволяющие обеспечить санитарные нормы по шуму (80 дБА) и безопасные условия труда;
2) разработаны НПАОП «Інструкція із забезпечення шумової та вібраційної безпеки праці у вугільних шахтах», СОУ «Вибійні машини, комплекси та агрегати. Нормативи з безпеки»;
3) результаты диссертационной работы использованы ГВУЗ «Донецкий национальный технический университет» при выполнении научно-исследовательских работ и в учебном процессе.
Личный вклад соискателя состоит: в анализе основных видов опасности и травматизма при эксплуатации насосных станций с высокими уровнями ВАХ; систематизации и анализе источников вибрации; классификации их по признакам внутренней и внешней виброактивности; разработке математической модели для исследования вибрационных процессов; анализе и синтезе высоконапорных насосных агрегатов с пониженными уровнями вибрации и шума; анализе и обобщении результатов экспериментальных исследований и опытных данных по эксплуатационной надежности НС; обосновании способов и средств достижения безопасных уровней шума и вибрации НС; разработке НПАОП «Инструкция по обеспечению шумовой и вибрационной безопасности труда в угольной промышленности».
Апробация результатов диссертации. Основные результаты диссертационной работы докладывались и получили одобрение на: Международной научно-практической конференции «Пути повышения безопасности горных работ в угольной отрасли» в МакНИИ (г. Макеевка, 2007); VІ-й Международной научно-технической конференции «Механика жидкости и газа» в ДонНТУ (г. Донецк, 2007); Международных научно-технических конференциях «Горная энергомеханика и автоматика» в ДонНТУ (г. Донецк, 2008-2011); Международной научно-технической конференции «Гірничо-метаругійний комплекс: досягнення, проблеми та перспективу розвитку» в Криворожском техническом университете (г. Кривой Рог, 2009); научном симпозиуме «Неделя горняка» в МГГУ (г. Москва, 2009-2011), на VIІ Международной научно-практической конференции «Перспективные разработки науки и техники 2011» (г. Пжемисл (Przemysł), Польша, 2011).
Публикации. Основные положения и результаты диссертации опубликованы в 19 научных работах, в том числе: в одной монографии,14 − в специализированных научно-технических журналах и сборниках научных трудов, 3 − в сборниках трудов конференций, 1 патент на полезную модель.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 разделов, заключения, списка использованных источников из 99 наименований на 12 страницах и 13 приложений на 74 страницах. Диссертация изложена на 282 страницах машинописного текста, объем основного текста диссертации 188 страниц, 28 рисунков и 27 таблиц (из них 2 рисунка и 6 таблиц на отдельных страницах).

Список литературы

ВЫВОДЫ
1. Предложен и реализован аналитический метод исследования и совершенствования динамических свойств насосных агрегатов с прямым приводом от тихоходного АД с учетом особенностей их структуры, динамических характеристик приводных двигателей и напряжения питающей сети, с целью исключения возможности опасных резонансных крутильных колебаний в приводе агрегатов и радикального снижения их виброактивности.
2. На примере ВНА НС типа СНД 100/32 доказана целесообразность существенного снижения виброактивности НС путем исключения возможности резонанса на основе совершенствования структуры агрегата и параметров его электропривода: - применением прямого привода эксцентрикового вала силового насоса от АД мощностью 55 -75 кВт, с маховым моментом ротора 162 -186 Нм2 и синхронной частотой вращения 600 (750) об/мин.
3. Разработаны способы снижения повышенных уровней виброакустических характеристик гидроэнергетических установок, на основе управления динамических свойств высоконапорных насосных агрегатов путем совершенствования структуры агрегата, изменения параметров его привода и системы регулирования подачи рабочей жидкости в гидросистему механизированных крепей.
4. Обоснованы средства снижения виброактивности насосных агрегатов с безредуктроным приводом от АД с низкой частотой собственных колебаний и достижения на этой основе уровня звука НС 80 дБА, что отвечает требованиям санитарным нормам и раздела 2 ГОСТ 12.1.003-83.
Такими средствами (техническими решениями) являются:
- переход на тихоходный приводной двигатель позволяет убрать из состава ВНА косозубую передачу активный источник вибрации и шума ( 8-10 дБА) при работе агрегата в режимах «нагрузка» и «разгрузка»;
- применение АД с увеличенным числом полюсов и момента инерции ротора позволяет развести между собой собственную частоту привода и основную частоту возмущений (получить коэффициента расстройки 1,4-1,5) и исключить тем самым резонансные крутильные колебания - основную причину повышенной виброактивности ВНА и НС в целом;
- уменьшение частоты вращения двигателя в 2,0-2,5 раза обеспечивает заданную величину подачи насоса при частоте вращения эксцентрикового вала 600-750 об/мин, но уменьшенных в 4 - 6,25 раза центробежных силах инерции от остаточной динамической неуравновешенности двигателя и соединительной муфты и снижение общего уровня вибрации на 3-4 дБ;
- при рекомендуемых скоростях вращения приводных двигателей снижаются: аэродинамический шум на 6-8 дБ, виброактивность подшипников на 6-8 дБ, амплитуды вибрации статора примерно в 2 раза и нагрев активных частей АД, а, следовательно повышается их эксплуатационная надежность;
5. На основе анализа условий динамической устойчивости рабочих процессов ВНА установлено, что при рекомендуемых параметрах приводных двигателей значительно снижается уровень опасных параметрических возмущений от переменной составляющей момента инерции силового насоса с КШМ, и, исключается формирование опасного параметрического опасного резонанса.
Таким образом, даны обоснования способа и средств (технических решений) достижения безопасных уровней виброакустических характеристик ВНА современных энергонасыщенных НС, с целью повышения безопасности эксплуатации, снижения уровня травматизма, профессиональных и производственных заболеваний в угольных шахтах.
При реализации указанных предложений устраняются основные причины повышенной виброактивности ВНА: опасные резонансные колебания в приводе и забросы давления в гидроблоках; достигается снижение в 4-6,25 раза центробежных сил инерции, а значит и существенное снижение вибрации и шума.
Полученные результаты обеспечивают безопасные условия труда человека оператора, сохранение его здоровье и могут быть использованы при проектировании новых и модернизации выпускающихся насосных станций, а также при корректировке нормативных документов, определяющих требования безопасности их эксплуатации.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Диссертация является законченной научно-исследовательской работой, в которой дано новое решение актуальной научной задачи, заключающейся в обосновании способов и средств достижения безопасных уровней ВАХ НС на основе использования выявленных закономерностей формирования вибрационных процессов и устранения причин повышенной виброактивности ВНА, что позволяет повысить безопасность эксплуатации НС и системы гидропривода механизированных крепей очистных комплексов, улучшить условия труда по факторам шума и вибрации и снизить профзаболевания на угольных шахтах.
Основные научные и практические результаты диссертационной работы:
1. Разработаны способы снижения повышенных уровней виброакустических характеристик гидроэнергетических установок на основе управления динамическими свойствами высоконапорных насосных агрегатов путем совершенствования структуры агрегата, изменения параметров его привода и системы регулирования подачи рабочей жидкости в гидросистему механизированных крепей.
2. Реализация предложенных способов может быть достигнута путем применения следующих технических решений:
- применения для привода силового насоса электродвигателя с nс = 600 или 750 об/мин с повышенным моментом инерции ротора, что исключает возможность опасных резонансных режимов в приводе агрегата;
- устранения из состава привода понижающей косозубой передачи активного источника осевых и крутильных вибраций, обусловленных колебаниями мгновенных значений передаточного числа, изменениями жесткости зубьев по фазе зацепления (ударами зубьев от перекладки бокового зазора при работе агрегата в режиме разгрузки силового насоса), что позволяет снизить уровни вибрации и шума;
- применения малоинерционных, малошумных нагнетательных клапанов из легких конструкционных материалов с высокими прочностными, вибропоглащающими свойствами и увеличенного числа плунжеров, что позволит снизить неравномерность подачи рабочей жидкости и высокие забросы давления в гидроблоках при открытии напорных клапанов;
- перехода от дискретного способа регулирования подачи на плавный, например применения частотно-регулируемых АД, что исключает вибрацию и шум, формируемые при переходных процессах в системе, обусловленных чередованием режимов «нагрузка-разгрузка» силового насоса.
3. Шумовые характеристики высоконапорных НС типа СНТ 32, СНТ 40, СНД 200/32 и СНД 300/40 не соответствуют требованиям ПБ, так как создаваемые ими уровни звука превышают на 15-16 дБА ПДШХ, в результате чего ухудшаются условия труда.
4. Исследованные НС и их ВНА функционируют с превышением допустимых уровней вибрации и шума, что свидетельствует о небезопасной их работе и необходимости совершенствования методов проектирования и изготовления насосных станций с целью повышения их технического уровня до соответствия требованиям нормативных документов по безопасности и охране труда.
5. На основе анализа источников вибрации и структурно-функциональных схем современных НС показано, что основным генератором опасных уровней вибрации и шума являются ВНА, которые представляют сложную нелинейную электрогидродинамическую систему с силовым, кинематическим и параметрическим возмущениями и дискретным способом регулирования подачи по давлению в напорной магистрали.
6. Впервые разработаны и реализованы математические модели вибрационных процессов современных ВНА с КШМ в приводе силового насоса на основе линеаризованных дифференциальных уравнений второго порядка относительно переменной составляющей исследуемого вибропараметра; правая часть этих уравнений представляет функцию возмущения от сил давления рабочей жидкости на плунжера насоса и сил инерции в КШМ и обусловливает формирование в системе взаимосвязанных опасных крутильных и продольных вибраций полигармонического типа.
7. Динамические свойства ВНА традиционной структуры (НС СНТ32, СНД200/32) характеризуются близостью собственных частот привода и частоты возмущения от эксцентрикового вала (около 10 Гц) и обусловливают формирование в приводе агрегатов опасных резонансных крутильных колебаний - одну из основных причин развития интенсивных вибраций и шума, ухудшающих ВАХ НС, повышающих опасность травматизма и оказывающих отрицательное воздействие на обслуживающий персонал, что ранее не было известно.
8. На основе разработанных математических моделей впервые установлены закономерности формирования вибрационных процессов ВНА с учетом: взаимодействия источников вибрации, дискретного способа регулирования подачи, структуры и динамических свойств насосных агрегатов, динамических характеристик и параметров их привода, обоснованы способы и средства достижения безопасных уровней ВАХ НС очистных комплексов.
9. Впервые доказано, что структура и динамические свойства предложенных в работе ВНА с прямым приводом силового насоса от тихоходного (600;750 об/мин) АД заданной мощности, исключают необходимость применения понижающей передачи и возможность опасных резонансных режимов, обеспечивают высокую равномерность вращения ротора АД и главного вала насоса, а также существенное (в 4-6,25 раза) снижение центробежных сил, следовательно, вибрации и шума насосного агрегата, что позволит снизить профзаболевания и травматизм операторов ГЭУ.
Реализация указанных предложений позволит снизить уровень шума до санитарных норм (80 дБА) и обеспечит безопасные условия труда по факторам шума и вибрации операторов ГЭУ.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Исакович М. А. Общая акустика: учебное пособие / Исакович М. А. М.: Наука, 1973. 496 с.
2. Алексеев С. П. Борьба с шумом и вибрацией в машиностроении / Алексеев С. П., Казаков А. М., Колотилов Н. Н. М.: «Машиностроение», 1970. 208 с.
3. Борьба с шумом на производстве: справочник / [Юдин Е. Я., Борисов Л. А., Горенштейн И. В. и др.]; под общ. ред. Е. Я. Юдина. М.: Машиносторение, 1985. 400 с.
4. Флавицкого Ю. В. Защита от шума и вибрации на предприятиях угольной промышленности: Справочное пособие/ Флавицкого Ю. В. М.: Недра, 1990. 368 с.
5. Когаев В. П. Прочность и износостойкость деталей машин / В. П. Когаев, Ю. Н. Дроздов. Москва.: Высшая школа, 1991. 319 с.
6. Григорьева Н. В. Вибрация энергетического оборудования: справочное пособие / Григорьева Н. В. Л.: Машиностроение, 1974. 464 с.
7. Хорин В. Н. Гидравлические системы механизированных крепей / Хорин В. Н., Мамонтов С. В., Каштанова В. Я. М.: Недра, 1971. 288 с.
8. Пономаренко Ю. Ф. Расчет и конструирование гидроприводов механизированных крепей / Пономаренко Ю. Ф. М.: Машиностроение, 1981. 327 с.
9. Пономаренко Ю. Ф. Насосы и насосные станции механизированных крепей / Пономаренко Ю. Ф. М.: Недра, 1983. 183 с.
10. Топчиев А. В. Надежность горных машин и комплексов / А. В. Топчиев, В. Н. Гетопанов, В. И. Солод, И. Л. Шпильберг. М.: Недра, 1968. 88с.
11. Гидропривод шахтных механизированных крепей / [В. В. Старичнев, В. В. Вавилов, В. М. Кувшинов и др.]. М.: Недра, 1986. 208 с.
12. Гетопанов В. Н. Проектирование и надежность средств комплексной механизации / В. Н. Гетопанов, В. М. Рачек. М.: Недра, 1986. 208 с.
13. Козлов А. В. Промышленные испытания комплекса КД 80 на шахте «Терновская» / А. В.Козлов, Г. А.Литвинов // Уголь Украины. 1986. № 3. С. 20-21.
14. Гальченко В. А.Техника нового поколения комплекс КД 80 в очистном забое / В. А. Гальченко // Уголь Украины. 1987. № 4. С.15-16.
15. Гайсинович А.А. Новая очистная техника для пологих пластов / А. А. Гайсинович, В. В. Косарев // Уголь Украины. 1995. № 1. С. 2-4.
16. Лаптев А.Г. Новая техника для стабилизации угледобычи на шахтах Украины / А. Г. Лаптев // Уголь Украины. 1997. № 1. С. 19-23.
17. Гуляев В.Г. Требования к гидроэнергетическим установкам механизированных крепей нового технического уровня / В. Г.Гуляев,Н. Г. Бойко // Известия горного института. 2000. № 2. С. 47-51.
18. Стадник Н. И. Современные насосные станции для очистных агрегатов и механизированных крепей / Н. И. Стадник, Ю. И. Варшавский, А. В. Мезников, А. И. Олифиренко // Уголь Украины. 2005. № 9. С. 19-20.
19. Косарев В.В. Новые насосные станции ГП «Донгипроуглемаш» для механизированных крепей // В. В. Косарев, Н. И. Стадник, Ю. И. Варшавский // Уголь Украины. 2007. № 12. С. 45-48.
20. Косарев В. В. Насосные станции ГП «Донгипроуглемаш» нового поколения как источник гидравлической энергии в составе гидропривода механизированных крепей / В. В. Косарев, Н. И. Стадник, Ю. И. Варшавский, С. В. Никитин, О. В. Ольховский // Решение научно-технических проблем при создании и внедрении современного горно-шахтного оборудования: Сб. научных трудов. Донецк: Донгипроуглемаш, 2008. С. 484-492.
21. Косарев В.В. Аппаратура управления режимами работы насосных станций типа СНД для механизированных крепей / В. В. Косарев, Н. И. Стадник, Ю. И. Варшавский, И. В. Косарев, С. В. Никитин // Решение научно-технических проблем при создании и внедрении современного горно-шахтного оборудования: Сб. научных трудов. Донецк: Донгипроуглемаш, 2008. С. 493-507.
22. Косарев В.В. Четырехстоечные двухрядные щитовые крепи типа «Донбасс» / В. В. Косарев, А. М. Архипчик, А. А. Гайсинович, М. К. Савченко // Решение научно-технических проблем при создании и внедрении современного горно-шахтного оборудования: Сб. научных трудов. Донецк: Донгипроуглемаш, 2008. С. 191-203.
23. Косарев В.В. Механизированные двухстоечные крепи института «Донгипроуглемаш» для пластов мощностью 0,85-4,5 м / В. В. Косарев, Г. В. Андреев, А. Л. Непомнящий, И. Г. Вассерман // Уголь Украины. 2006. № 7. С. 12-17.
24. Генкин М. Д. Виброакустическая диагностика машин и механизмов / М. Д. Генкин, А. Г. Соколова. М.: Машиностроение, 1987. 288 с.
25. Кузнецов С. А. Текущее развитие сбытовой политики компании HAUHINKO на российском рынке в условиях финансового кризиса / С. А. Кузнецов, А. Дайк // Глюкауф. 2010. №1. С.34-35.
26. Гуляев К. В. Математическая модель привода высоконапорного насосного агрегата для гидросистемы механизированных крепей / К. В. Гуляев // Наукові праці ДонНТУ. Донецьк: ДВНЗ «ДонНТУ», 2004. №83 С. 121-128. (Серія: «Гірничо-електромеханіка»)
27. Гуляев В. Г. Исследование кинематических и динамических характеристик центрального кривошипно-шатунного механизма и пути снижения виброактивности насосного агрегата СНТ 32 / В. Г. Гуляев, В. В. Попов, Н. Ф. Пичка, С. А. Анохина // Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах: Сб. Научных трудов МакНИИ. Макеевка, 2007. № 20. С. 136-143.
28. Гуляев В. Г. Динамические модели для исследования виброактивности насосных агрегатов в системах гидропривода механизированных крепей / В. Г. Гуляев, К. В. Гуляев, С. А. Анохина // Наукові праці ДонНТУ. Донецьк: ДВНЗ «ДонНТУ», 2007. Вип. № 14(127). С.81-92. (Серія: «Гірничо-електромеханіка»).
29. Анохина С. А. Анализ и систематизация источников вибрации высоконапорных насосных агрегатов и некоторые пути снижения их виброактивности. / С. А. Анохина, В. Г. Гуляев // «Механика жидкости и газа». Материалы VI Международной научно-технической студенческой конференции. Донецк.: ДонНТУ, 2007. С. 5-11.
30. Гуляев В. Г. Крутильные колебания в электромеханическом приводе насосного агрегата и некоторые способы их устранения / В. Г. Гуляев, К. В. Гуляев, С. А. Анохина // Вісті Донецького гірничого інституту: Всеукраїнський науково-технічний журнал гірничого профілю. Донецьк: ДВНЗ «ДонНТУ»,2008. № 1. С. 34-43.
31. Отчет по надежности насосных станций за 2007 год. / ГП «Донгипроуглемаш», 2007. 60 с.
32. Станция насосная СНД 200/32. СНД 200/32.00.000 РЭ. Станции насосные СНД. Руководство по эксплуатации / ГП «Донгипроуглемаш». Донецк, 2007. 136 с.
33. Станция насосная СНТ40. Руководство по эксплуатации СНТ 40.00.000 РЭ / Госкомитет Украины по угольной промышленности. Донгипроуглемаш. Машзавод им. Г.И. Петровского. 1992. 112 с.
34. Смирнова Г. А. Механика машин / Г.А. Смирнова. М.: Высшая школа, 1996. 511 с.
35. Блехмана И. И. Колебания нелинейных механических систем / Под ред. д-ра физ.-мат. наук, Блехмана И. И. М.: Машиностроение, 1979. Т.2 351 с.
36. Диментберга Ф. М. Колебания машин, конструкций и их элементов / Под ред. д-ра техн. наук, проф. Ф. М. Диментберга и д-ра техн. наук, проф. К.С. Колесникова. М.: Машиностроение, 1980. Т.3 544 с.
37. Фролова К. В.Защита от вибрации и ударов / Под ред. чл.-кор. АН СССР Фролова К. В. М.: Машиностроение, 1981. Т.6 456 с.
38. Артоболевский И.И. Введение в акустическую динамику машин / И. И. Артоболевский, Ю. И. Бобровницкий, М. Д. Генкин. М.: Наука, 1979. - 391с.
39. Вульфсон И.И. Динамические расчеты цикловых механизмов / Вульфсон И. И. Л.: Машиностроение, 1976. 328 с.
40. Вульфсон И.И. Колебания машин с механизмами циклового действия // Вульфсон И. И. Л.: Машиностроение, 1990. 310 с.
41. Ополченцев А.М. К вопросу виброактивности клапанов поршневых насосов / А. М. Ополченцев, В. А. Михайлов // Труды ВНИИГидромаш. М., 1972.№ 42. С. 42-55.
42. Коловский М.З. Динамика машин / Коловский М.З. Л.: Машиностроение, 1989. 264 с.
43. Штейнвольф Л.И. Динамические расчеты машин и механизмов / Штейнвольф Л.И. М.-К.: «Машгиз», 1961. 340 с.
44. Тимошенко С.П. Колебания в инженерном деле / Тимошенко С.П. М.: Наука, 1967. 444 с.
45. Вейц В.Л. Динамика машинных агрегатов / Вейц В.Л. Л.: Машиностроение, 1969. 370 с.
46. Ключев В.И. Ограничение динамических нагрузок электропривода / Ключев В.И. М.: Энергия, 1971. 320 с.
47. Замланд У. Преимущества использования рядных поршневых насосов с применением электродвигателей с частотным преобразователем / Замланд У., Дайк А., Кузнецов С.А. // Глюкауф. 2010. № 1(2). С. 78.
48. Гуляев В.Г. Проектирование и конструирование горных машин и комплексов / Гуляев В.Г. // Выемочные комбайны. Д.: ГВУЗ «ДонНТУ», Технопарк ДонНТУ «УНИТЕХ». 2011. Ч. 1. 322 с.
49. Гуляев В. Г. Матаматические модели асинхронных двигателей для исследования динамических свойств приводов горных машин / Гуляев В. Г., Потапов В. Г., Мотин Н. Н. // Наукові праці ДонНТУ. Донецьк: ДВНЗ «ДонНТУ», 2005. Вип. № 49 С. 62-70. (Серія «Гірничо-електромеханічна»)
50. Диментберг Ф.М. Колебания машин / Диментберг Ф.М., Шаталов К.Т., Гусаров А.А. М.: Машиностроение, 1964. 308 с.
51. Гуляев В. Г. Математические модели для исследования вибраций насосных агрегатов с кривошипно-ползунными механизмами в приводе / Гуляев В. Г., Анохина С.А. // Вісті Донецького гірничого інституту: Всеукраїнський науково-технічний журнал гірничого профілю. Донецьк: ДВНЗ «ДонНТУ», 2008. № 2. С. 56-63.
52. Вульфсон И.И. Нелинейные задачи динамики машин / Вульфсон И.И., Коловский М. З. Л.: «Машиностроение». 1968. 284с.
53. Гуляев В. Г. Анализ кинематических и динамических свойств кривошипно-шатунного механизма в приводе насосного агрегата / Гуляев В. Г., Гуляев К. В., Анохина С. А. // Наукові праці ДонНТУ. Донецьк: ДВНЗ «ДонНТУ», 2007. Вип. № 13 (123) С. 44-56. (Серія «Гірничо-електромеханічна»).
54. Саверина М. А. Справочник машиностроителя / Под ред. М. А. Саверина // Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы. М., 1950. Т. 1. 1036 с.
55. Кожешник Я. Динамика машин / Кожешник Я. М.: Машгиз, 1961. - 424 с.
56. В. А. Щепетильникова. Теория и практика уравновешивания машин / Под ред. В. А. Щепетильникова. М.: Машиностроение, 1970. 440 с.
57. Гуляев В.Г. Исследование виброактивности высоконапорных насосных агрегатов с кривошипно-шатунными механизмами в приводе / Гуляев В.Г., Китаева С.А. // Вісті Донецького гірничого інституту: Всеукраїнський науково-технічний журнал гірничого профілю. Донецьк: ДВНЗ «ДонНТУ», 2009. № 1. С. 117-125.
58. Гуляев В.Г. Влияние характеристик электродвигателей на крутильные колебания и виброактивность привода насосных агрегатов для механизированных крепей / Гуляев В.Г., Анохина С.А. // Наукові праці ДонНТУ. Донецьк: ДВНЗ «ДонНТУ», 2008. Вип. №16 (142) С. 84-96. (Серія «Гірничо-електромеханічна»).
59. Серенсена С.В. Справочник машиностроителя / Под ред. действ. члена АН УССР С.В. Серенсена и д-ра техн. наук, проф. Н.С. Ачеркана. М.: Государственное научно-техническое издательство литературы, 1951. Т.3. 1098 с.
60. Насосы. Справочное пособие / [пер. с нем. К. Бадоке, А. Градевальд, К. Хунт и др.]; под ред. Пономаренко М.: Машиностроения, 1979. 502 с.
61. Гуляев В. Г. Динамические свойства насосных агрегатов и их влияние на надежность системы гидропривода механизированных крепей / Гуляев В. Г., Гуляев К. В., Анохина С. А. // Вісті Донецького гірничого інституту: Всеукраїнський науково-технічний журнал гірничого профілю. Донецьк: ДВНЗ «ДонНТУ», 2010. № 1. С. 210-218.
62. Резников И.Г. Виброакустика новое направление подготовки современных конструкторов горных машин / Резников И.Г., Давыдкова Н.С., Ведерников Н.И. // Научные труды международной научно-технической конференции «Горное оборудование» Донецк, 2005. С.71-75.
63. Пархоменко А.И. Взрывозащищенные асинхронные электродвигатели / Пархоменко А.И., Ширнин И.Г., Маслий А.К. М.: Недра, 1992. 92 с.
64. Иориш Ю.И. Виброметрия. Измерения вибрации и ударов. Общая теория, методы и приборы / Иориш Ю.И. М.: «Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы», 1963. 771 с.
65. Кокс Д. Статический анализ последовательность событий / Кокс Д., Льюис П. М.: «Мир», 1969. 312 с.
66. Китаева С.А. Теория виброактивности насосных агрегатов с кривошипно-шатунными механизмами в приводе силового насоса / Китаева С.А., Гуляев В.Г. // Вісник Криворізького технічного університету: Зб. наукових праць. Кривий Ріг, 2009. № 23. С. 105-109.
67. ССБТ. Вибрационная безопасность. Общие требования: ДСТУ ГОСТ 12.1.012:2008 ДСТУ ГОСТ 12.1.012:2008. [Чинний від 2009-02-01]. К.: Держспоживстандарт України, 2009. 46 с. (Національні стандарти України).
68. Откидач В.В. Математическая модель условий появления аварий и производственного травматизма / Откидач В.В., Темнохуд В.А., Бутенко В.В. // Известия горного института: Всеукраинский научно-технический журнал горного профиля. Донецьк: «ДонГТУ», 2000. № 2. С. 40-46.
69. Откидач В.В. Энтропоэнергетическая концепция опасностей и условий появления на производстве аварийности, травматизма / Откидач В.В., Темнохуд В.А., Бурлак П.М., Левченко А.В. // Наука-практика: Научно-методический сборник [Ред. кол.: В.В. Пак, Е.И. Казакова, Л.П. Мироненко и др.] Донецк: «ДонГТУ», 1999. Вып 4 С. 83-88.
70. Інструкції із забезпечення шумової та вібраційної безпеки праці у вугільних шахтах: НПАОП 10.0-1.01-10 - [Чинний від 2010-]. К.: 2004.
71. Гуляев В. Г., Гуляев К. В., Китаева С. А., Эренбург В.И. Высоконапорный насосный агрегат с пониженными уровнями вибрации и шума // Наукові праці ДонНТУ. Донецьк: ДВНЗ «ДонНТУ», 2009. Вип. 17(157) С. 97-105. (Серія «Гірничо-електромеханічна»).
72. Грачева В.Г. Руководство по расчету ожидаемых уровней шума на рабочих местах угольных шахт. / Под ред. Грачева В.Г. [Cоставители: Попов В.В., Пичка Н.Ф. и др.] Макеевка-Донбасс: МакНИИ, 1985 62 с.
73. Пат. UA № 45449 Україна, МПК F04B 23/00 Насосна станція. / Гуляев В.Г., Гуляев К.В., Еренбург В.І., Китаєва С.А. // Заявник і патентовласник Державний вищий навчальний заклад Донецький національний технічний університет. u200905770, заявлено 05.06.2009; опубл. 10.11.2009, Бюл. № 21.
74. Межгосударственный стандарт. Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях. Часть 1. Общие требования: ГОСТ ИСО 10816-1-97. [Введен в действие 1999-07-01]. // Минск, Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и мертификации, 1998. 13 с. (Межгосударственный стандарт)
75. Разгильдеев Г.И. Взрывозащищенные рудничные электродвигатели: эксплуатация и ремонт: справочное пособие / Разгильдеев Г.И., Баранов С.Д. М.: Недра, 1991. 180 с.
76. Крейнина Г.В. Динамика машин и управление машинами: справочник / под. ред. д-ра техн. наук Г.В. Крейнина. М.: Машиностроение, 1988. 240 с.
77. Гуляев В.Г. Причины повышенной виброактивности насосных станций для механизированных крепей и некоторые пути их устранения / Гуляев В.Г., Китаева С.А. / Наукові праці ДонНТУ. Донецьк: ДВНЗ «ДонНТУ», 2010. Вип. 17(157) С. 53-69. (Серія «Гірничо-електромеханічна»).
78. Яценко В. А. Создание методики анализа энергетического спектра вибросигнала / Яценко В. А., Федоров Е. Е. / Наукові праці ДонНТУ. Донецьк: ДВНЗ «ДонНТУ», 2007. Вип. 13(123) С. 168-176. (Серія «Гірничо-електромеханічна»).
79. Гуляев В. Г. Экспериментальный метод определения вибрационных параметров высоконапорных насосных агрегатов для механизированных крепей / Гуляев В. Г., Гуляев К. В., Китаева С. А./ Наукові праці ДонНТУ. Донецьк: ДВНЗ «ДонНТУ», 2008. Вип. 16(142) С. 97-105. (Серія «Гірничо-електромеханічна»).
80. Докукина А.В. Совершенствование гидропривода механизированных крепей. / Под общей ред. чл.-корр. АН СССР Докукина А.В. М.: Машиностроение, 1984. 248 с.
81. Состояние и перспективы развития механизированных гидрофицированных крепей для угольных шахт Украины / В.Г. Гуляев, Н.Г. Бойко, В.И. Васильев, Ю.И. Варшавский // Наукові праці ДонНТУ. Донецьк: ДВНЗ «ДонНТУ», 2000. Вип. 16 С. 76-83. (Серія «Гірничо-електромеханічна»).
82. Левкин Н.Б. Охрана труда в угольной промышленности Украины: Состояние и перспективы / Левкин Н.Б. //Социально-экономические аспекты промышленной политики. Экономика и социология труда, менеджмент персонала: Сб. научных трудов ИЭП НАН Украины. Донецк, 2003. Т.4,