Поиск - новости науки и техники

Смышленые и с крепкими зубами. Работу на рудниках поручат машинам с интеллектуальными системами.

Чем можно заняться в Красноярске? Отправиться во всемирно известный природный комплекс – заповедник “Столбы”, порыбачить и сплавиться по одной из живописных сибирских рек, покататься на лыжах по снежным склонам. Для Андрея ШИГИНА все это – привычный круг времяпровождения. А еще – встречи с друзьями и коллегами в непринужденной обстановке. Такой досуг, считает наш герой, лучшее подспорье для плодотворной работы, достижения высоких научных результатов. Ему, молодому ученому, это особенно важно: доцент кафедры “Горные машины и комплексы” Института горного дела, геологии и геотехнологий Сибирского федерального университета ведет исследования по проекту, поддержанному грантом Президента РФ. Предстоит найти способы повысить ресурс и увеличить время безо­тказной службы породоразрушающих машин горно-металлургических предприятий. Насколько актуальна эта задача?

– Горно-металлургический комплекс России использует большое количество самого разного технологического оборудования, – говорит Андрей Олегович. – Это буровые станки, всевозможные дробилки, мельницы. С их помощью разрушают большие куски твердых полезных ископаемых, делают нужными по размеру для использования в последующих технологических циклах. Рабочие органы и детали этих машин, как правило, состоят из дорогостоящих легированных сталей и твердых сплавов. Они работают в условиях ударных переменных, непрогнозируемых нагрузок, что приводит к их быстрому износу. Каждое горно-металлургическое предприятие ежегодно утилизирует десятки и сотни тонн различных частей отработанных породоразрушающих органов машин. Такая утилизация неблагоприятно влияет на экологическое состояние региона, это и экономически не выгодно.
 Повышение ресурса и отказоустойчивости породоразрушающих машин – одна из важнейших задач горной промышленности. Отказоустойчивость – это свойство технической системы сохранять свою работоспособность после отказа одного или нескольких составных компонентов. Решение задачи требует новых экономически выгодных инженерно-технологических подходов в этой области, которые позволят снизить объемы утилизируемых элементов, рационально использовать дорогостоящие материалы. Для этого, в частности, необходимо исследовать возможности адаптивных, самоприспосабливающихся систем с целью последующего применения их новых вариантов в горной промышленности. Что существенно: такие системы способны корректировать параметры своего функционирования при изменении внешних условий.
Также нужно создать программу проектирования машин, работающих в условиях неопределенности. Особенно это важно при разработке новых моделей буровых станков. Дело в том, что основной объем твердых полезных ископаемых в России и во всем мире добывается открытым способом. В карьере пласты породы разрушаются взрывом. Сетку взрывных скважин бурят, как правило, с помощью специальных станков. В стоимости буровых работ около 60 процентов – это затраты на породоразрушающий инструмент.
Твердые полезные ископаемые отличаются по физико-механическим характеристикам, в числе которых прочностные и абразивные свойства, структурные особенности. Горная порода, представляющая собой совокупность минералов, имеет различные прочностные качества и сложную структуру. Встречаются трещины, пустоты, слои разных пород, прочность которых с глубиной меняется на 50 и более процентов. В процессе технологического разрушения как раз в тех местах, где изменяются свойства породы или ее структура, рабочие органы и элементы породоразрушающих машин испытывают критические нагрузки. При проектировании таких машин закладывается запас прочности материала. Однако при мощных ударах напряжения доходят до предела прочности, и этих запасов не хватает. Происходит отказ отдельных элементов, хотя временная работоспособность всего узла сохраняется.
Для компенсации ударных нагрузок на рабочие органы в породоразрушающих машинах используются простейшие механические, пневматические и другие способы защиты. Их никак нельзя признать слишком эффективными, в отличие от адаптивных систем, которые смогут подстраивать оптимальную величину подающих усилий или вращающих моментов рабочих органов породоразрушающих машин.
Использование автоматического управления позволит, в свою очередь, создать интеллектуальную систему мониторинга и управления режимными параметрами таких машин. Все это значительно повысит эффективность их эксплуатации, приведет к более рациональному использованию материалов.
– Какие же задачи вам предстоит решить при работе над проектом?
– Перед нами поставлена конкретная цель: разработать и исследовать средства адаптивной работы и методики проектирования рабочих органов породоразрушающих машин горно-металлургического комплекса для увеличения их ресурса и отказоустойчивости. Научно-исследовательские работы, которые мы ведем, объединены общей тематикой и ориентированы на поиск современных решений определенного круга задач. Основное их направление – повышение эффективности бурения на горных, нефтедобывающих и строительных предприятиях России за счет применения автоматизированных буровых машин, оснащенных адаптивным вращательно-подающим механизмом и интеллектуальной системой управления.
Конкретные задачи, которые мы поэтапно решаем для достижения этой цели, связаны с исследованием нагрузки на элементы породоразрушающих органов, анализом влияния специальных адаптивных средств на ресурс оборудования, технико-экономическим обоснованием наших предложений. Мы также разрабатываем специальные методики и инженерно-технологические подходы, которые будут способствовать повышению ресурса и отказоустойчивости породоразрушающих машин, созданию для них адаптивных систем.
Мы предложили уникальные подходы, предусматривающие оснащение буровых станков и установок адаптивными вращательно-подающими механизмами, что впервые в России и во всем мире закладывает основы появления прорывных технологий по созданию радиоуправляемых и автономных буровых машин. Использование обратной связи адаптивных приводов позволяет непосредственно в процессе бурения получать информацию об отдельных характеристиках массива, эффективных режимных параметрах и корректировках, прогнозируемом и оптимальном ресурсах высоконагруженных узлов. Комплекс автоматизированных буровых станков с адаптивными приводами и интеллектуальной системой управления в карьере в совокупности со спутниковой системой навигации даст возможность без непосредственного участия человека отстраивать геологические разрезы по геологической карте и автоматизировать процесс подготовки взрывных работ.
Мы также первыми заложили теоретические основы определения ресурса шарошечных долот, в зависимости от их конкретных конструктивных характеристик и различных параметров сложноструктурного горного массива. Здесь, видимо, надо внести ясность: шарошечные долота для основных диаметров бурения (215, 244,5, 269 мм) состоят из корпуса с тремя осями, на которых с помощью подшипников свободно вращаются шарошки (детали конусной формы), вооруженные твердосплавными или фрезерованными зубьями. Наши формализованные методики и программное обеспечение позволяют подавать сигналы интеллектуальной системе управления и перерабатывать обратные сигналы адаптивных приводов и приборов в визуальную информацию о ресурсе узлов, режимных параметрах, свойствах горного массива. Мы также разработали конструктивные варианты адаптивного вращательно-подающего механизма бурового станка. В ходе теоретических, экспериментальных и промышленных исследований мы получили характеристики адаптивных приводов, определили типоразмерный ряд.
Детальное исследование режимов работы электромагнитного вращательно-подающего механизма выявило такую важную особенность: применение адаптивного привода подачи и бурения трехшарошечным долотом позволяет увеличить максимально допустимое усилие на 30-40 процентов. Это означает, что по сравнению со станками, оснащенными гидравлическими или лебедочными электрическими приводами подачи рабочего органа, техническая скорость бурения становится выше.
Оценка инновационных разработок и технологий интеллектуализированной и автоматизированной буровой техники показала их серьезное преимущество по сравнению с используемыми сейчас средствами и технологиями бурения.
– Насколько я знаю, у вас, несмотря на молодость, богатый “послужной список”: премии, звания, солидные публикации.
– Действительно, есть чем, как говорится, похвастать. В 2013 году, например, я был удостоен Государственной премии Красноярского края для докторантов образовательных учреждений, добившихся высоких результатов в научных исследованиях, направленных на социально-экономическое развитие региона. За заслуги в разработке приоритетных направлений науки и техники, воспитании и подготовке научных кадров в том же году мне присвоили почетное звание “Заслуженный работник науки и образования”, с вручением почетного знака и сертификата Российской академии естествознания.
Под моим руководством выполнено более 40 дипломных работ и проектов, в том числе с представлением результатов на профильных выставках и конкурсах. Для проведения исследований, научной и учебной работы аспирантов, студентов нашей кафедры я создал лабораторию адаптивных вращательно-подающих механизмов буровых машин, которая продолжает развиваться.
Если говорить о публикациях, то их у меня 114, в том числе 3 монографии и 27 статей в журналах, рекомендованных ВАК. Кроме того, в моем активе
4 патента, 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ, 2 учебно-методических комплекса, 22 учебно-методические работы, 6 учебных пособий, используемых в педагогической практике. В образовательном процессе нашей кафедры и кафедры “Экономика и информационные технологии менеджмента” Сибирского федерального университета уже используется программа для ЭВМ “Система моделирования режимных параметров процесса бурения”.
За последние 10 лет я принимал участие в 28 российских и международных научных и научно-практических конференциях (Москва, Екатеринбург, Иркутск, Мирный, Томск, Красноярск, Чикаго).
Наша научная группа активно взаимодействует с промышленными предприятиями горно-металлургического комплекса России. За прошедшие шесть лет мы провели опытно-промышленные исследования и испытания в производственных условиях ряда крупных компаний. Результатом этого стали 12 документальных подтверждений внедрения научно-технических новшеств. Совместно с ООО “УГМК Рудгормаш-Воронеж” в настоящее время ведем активную работу по созданию буровых станков с адаптивными вращательно-подающими механизмами и автоматизированной системой бурения.
Если говорить о перспективе, то мечтаю создать конкурентоспособные в нашей стране и за рубежом буровые станки и установки российского производства, работающие эффективно в автономном режиме, без непосредственного участия машиниста.

Василий ЯНЧИЛИН
Фотоснимки предоставлены А.Шигиным

Нет комментариев