Эластомеры в угольной промышленности. Вопросы безопасности
Рассматривается проблема применения эластомерных материалов в угольной промышленности в контексте создания новых высокоэффективных машин, отвечающих современным технологиям добычи, переработки и обогащения минерального сырья, в частности углей. Отмечаются особые свойства эластомеров – способность к...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Геотехническая механика |
|---|---|
| Datum: | 2013 |
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2013
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/59607 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Эластомеры в угольной промышленности. Вопросы безопасности / А.Ф. Булат, В.И. Дырда, А.И. Хохотва // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 109. — С. 3-15. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859614342227427328 |
|---|---|
| author | Булат, А.Ф. Дыра, В.И. Хохотва, А.И. |
| author_facet | Булат, А.Ф. Дыра, В.И. Хохотва, А.И. |
| citation_txt | Эластомеры в угольной промышленности. Вопросы безопасности / А.Ф. Булат, В.И. Дырда, А.И. Хохотва // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 109. — С. 3-15. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геотехническая механика |
| description | Рассматривается проблема применения эластомерных материалов в угольной промышленности в контексте создания новых высокоэффективных машин, отвечающих современным технологиям добычи, переработки и обогащения минерального сырья, в частности углей. Отмечаются особые свойства эластомеров – способность к большим обратимым деформациям и высокие диссипативные свойства, что делает их ценным конструкционным материалом для таких изделий, как: шины, катки, транспортерные ленты, виброизоляторы, защитные футеровки, упругие звенья и т.д. Рассматриваются основные достижения в области механики эластомеров, тенденции развития конструкций современных машин с эластомерными элементами; изложены перспективы развития применения эластомеров в угольной промышленности.
Розглядається проблема вживання еластомірних матеріалів у вугільній промисловості в контексті створення нових високоефективних машин, що відповідають сучасним технологіям видобутку, переробки і збагачення мінеральної сировини, зокрема, вугілля. Наголошуються особливі властивості еластомірів – здібність до великих оборотних деформацій і високі дисипативні властивості, що робить їх цінним конструкційним матеріалом для таких виробів як: шини, катки, транспортерні стрічки, віброізолятори, захисні футеровки, пружні ланки і т.д. Розглядаються основні досягнення в області механіки еластомірів, тенденції роз-витку конструкцій сучасних машин з еластомірними елементами; викладені перспективи ро-звитку вживання еластомірів у вугільній промисловості.
Usage of elastomeric materials in the coal industry is considered in context of creation of new high-performance machines for the latest technology of mining, processing and enrichment of mineral raw materials, such as coal. Specific advantages of elastomers - great reversible deformation and high dissipation properties– are described that make the elastomeres a valuable structural material for such products as tires, rollers, conveyor belts, vibration isolators, protective lining, elastic links, etc. Basic achievements in the field of mechanics of elastomers, development trend of modern machinery designs with elastomeric elements are considered, and prom ising use of the elastomers in the coal industry is presented.
|
| first_indexed | 2025-11-28T16:57:04Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №109
______________________________________________________________________________________________
3
УДК 678.4.06:621.81
А.Ф. Булат, академик НАН Украины, д-р техн. наук, профессор,
В.И. Дырда, д-р техн. наук, профессор
(ИГТМ НАН Украины)
А.И. Хохотва, магистр
(Государственная служба горного надзора
и промышленной безопасности Украины)
ЭЛАСТОМЕРЫ В УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ. ВОПРОСЫ
БЕЗОПАСНОСТИ
А.Ф. Булат, академік НАН України, д-р техн. наук, професор,
В.І. Дирда В.І., д-р техн. наук, професор
(ІГТМ НАН України)
А.І. Хохотва, магистр
(Державна служба гірничого нагляду
і промислової безпеки України)
ЕЛАСТОМІРИ У ВУГІЛЬНІЙ ПРОМИСЛОВОСТІ. ПИТАННЯ БЕЗПЕКИ
A.F. Bulat, Acad. NASU, D.Sc. (Tech.), Professor,
V.I. Dyrda, D.Sc. (Tech.), Professor
(IGTM NAS of Ukraine)
A.I. Khokhotva, M.s. (Tech.),
(The State Service of Mining Supervision
and Industrial Safety of Ukraine)
ELASTOMERS IN COAL INDUSTRY. SAFETY PROBLEMS
Аннотация. Рассматривается проблема применения эластомерных материалов в уголь-
ной промышленности в контексте создания новых высокоэффективных машин, отвечающих
современным технологиям добычи, переработки и обогащения минерального сырья, в част-
ности углей. Отмечаются особые свойства эластомеров – способность к большим обратимым
деформациям и высокие диссипативные свойства, что делает их ценным конструкционным
материалом для таких изделий, как: шины, катки, транспортерные ленты, виброизоляторы,
защитные футеровки, упругие звенья и т.д. Рассматриваются основные достижения в области
механики эластомеров, тенденции развития конструкций современных машин с эластомер-
ными элементами; изложены перспективы развития применения эластомеров в угольной
промышленности.
Ключевые слова: эластомерные материалы, угольная промышленность, виброизолято-
ры, защитные футеровки, безопасность
В начале третьего тысячелетия многие научные школы подводят итоги сво-
ей деятельности, определяют свою роль в общих научных достижениях ушед-
шего двадцатого века. Заметно возросла активность в публикациях ретроспек-
тивных обзоров, обобщающих монографий, в проведении симпозиумов, конфе-
ренций, совещаний и других научных форумов.
© А.Ф. Булат, В.И. Дырда, А.И.Хохотва, 2013
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №109
______________________________________________________________________________________________
4
В этом контексте следует отметить важные научные достижения Украины в
области теоретической и прикладной механики и, в частности, механики де-
формируемого твѐрдого тела. Особенно следует отметить достижения в обла-
сти механики новых конструкционных материалов, среди которых особое ме-
сто занимают композиты и наноматериалы. К ним относятся и эластомеры (ре-
зины и полиуретаны), которые в значительной степени предопределили успех
современного машиностроения, в том числе и угольной промышленности [1, 2].
Эластомеры по своему химическому составу и упругим свойствам резко от-
личаются от других конструкционных материалов, прежде всего высокими дис-
сипативными характеристиками и большими обратимыми деформациями. Они
ближе к биоматериалам и поэтому многие исследователи называют их материа-
лом будущего. На сегодняшний же день эластомеры с успехом используются во
многих отраслях машиностроения: шины и транспортерные ленты, виброизоля-
торы и защитные футеровки, упругие элементы и уплотнительные изделия, бы-
товые и специальные изделия – это далеко не полный перечень изделий, в ко-
торых эластомерыа не могут быть адекватно заменены ни одним из существу-
ющих материалов.
Девиз современного машиностроения: количество эластомеров, потребляе-
мое отраслью, свидетельствует о степени развития отрасли; современные кон-
струкции машин способны удовлетворять технологическим требованиям (при-
мерно до 2030 года), если повысить их долговечность и надежность.
Именно эластомерные элементы – виброизоляторы, упругие звенья, защит-
ные футеровки – введенные в структурные схемы машин, способствуют сниже-
нию вибронагруженности, звукового давления, повышению долговечности и
надежности. Все достижения в области машиностроения, в том числе и в
угольной промышленности, в той или иной степени связаны с применением
эластомеров как конструкционного материала.
Механика эластомеров. Актуальность проблемы.
Украина достигла многого в развитии конструкционных материалов для
различных отраслей промышленности. Эти достижения имеют общенаучную
ценность, они оказали глубочайшее влияние на машиностроение и другие от-
расли в целом, заложили прочную основу для дальнейшего развития. Но нали-
цо также серьезные трудности и недостатки.
В настоящее время настоятельной необходимостью является проведение ря-
да мероприятий, направленных на развитие механики эластомеров. Эта необхо-
димость вытекает из существования тесной связи развития этой проблемы с
развитием машиностроения, в том числе и для угольной промышленности.
Развитие механики эластомеров должно способствовать развитию фунда-
ментальной и прикладной науки в Украине, имеющей большое будущее.
Без коренного развития механики эластомеров невозможно решить многие
стоящие проблемы: ряд отраслей не сможет развиваться нормально.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №109
______________________________________________________________________________________________
5
Есть основания полагать, что выраженная в этих тезисах точка зрения раз-
деляется в той или иной степени значительной частью ученых-механиков
Украины.
Механика эластомеров. Современные концепции и перспективы разви-
тия.
Интенсификация работ в современной угольной промышленности Украины
потребовала создания новых технологий, что в свою очередь привело к модер-
низации машиностроительной продукции и к созданию принципиально новых
машин. Существенно повысились требования к энерго- и металлоемкости ма-
шин, к их надежности и долговечности, к экологической чистоте. С другой сто-
роны, наметилась тенденция к интенсификации режимов работы машин, что
привело к увеличению напряженности, износу, вредным колебаниям и т.д. С
учетом специфики технологии работ эти задачи решались разными методами:
созданием принципиально новых конструкций машин, использованием новых
конструкционных материалов, изменением технологии и т.д. Однако неизмен-
ной для всей машиностроительной промышленности была концепция – введе-
ние в структурную схему машин упругих звеньев (виброизоляторов, компенса-
торов сборки, износостойких покрытий и футеровок, упругих прокладок, демп-
феров и др.) из эластомеров – резин и полиуретанов. Эластомеры оказались
уникальным конструкционным материалом, который в ряде случаев –вибро- и
сейсмоопоры, упругие связи, прокладки и др. – невозможно заменить ни одним
из существующих материалов.
Создалась довольно сложная ситуация. Практика настоятельно требовала
эластомерные конструкции (ЭК), зарубежный опыт мало доступен, резин с
подходящими свойствами не было, не было также нужного экспериментального
оборудования. Механика деформирования и разрушения материалов была раз-
работана преимущественно для металлов и частично для жестких пластиков и
не учитывала специфику эластомеров: большие обратимые деформации, боль-
шую диссипацию энергии, нестабильность свойств во времени (старение) и др.
К тому же для создания реальных конструкций необходимо было кроме вопро-
сов теории решать ряд прикладных задач: технология изготовления ЭК, их оп-
тимальное проектирование, защита от внешней агрессивной среды, вопросы
взаимодействия с машинами, (задачи динамики машин) и т.д. Т.е. решение про-
блемы лежало на стыке науки и техники, и поэтому вполне правомерным ока-
зался комплексный подход, включающий в себя: фундаментальные исследова-
ния – эксперимент – прикладные исследования – оптимальное проектирование
– разработка новых резин – освоение продукции – машины с ЭК. Вместе с тем
осуществление этого подхода сдерживало отсутствие экспериментальной ин-
формации и подходящего экспериментального оборудования.
Поэтому, прежде всего, были решены следующие задачи.
Разработаны методы и средства экспериментальных исследований физико-
механических характеристик ЭК; наряду с собственными разработками были
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №109
______________________________________________________________________________________________
6
использованы нетрадиционные методики эксперимента и уникальная аппарату-
ра фирм МТS, Инстрон и т.д. (Япония, ФРГ, США).
Получена комплексная экспериментальная информация по результатам ис-
следований реологических, термомеханических и усталостных характеристик
ЭК в широком диапазоне изменений режимов их напряжения и условий взаи-
модействия с окружающей средой, характерных для машин в основном горно-
металлургического производства, в экстремальных условиях эксплуатации. Ча-
стотный диапазон исследований охватывал девять порядков (10-3 - 106 Гц),
температурный был в пределах 223 - 473 К; внешняя среда в виде жесткого
ионизирующего излучения – поглощенная доза 0 - 200 Мрад; кривые долговеч-
ности для натурных ЭК при циклической наработке до отказа получены в пре-
делах 107 - 4,9 109 циклов. При этом получены уникальные данные по влиянию
старения на реологические и усталостные свойства резин, на их долговечность
и диссипативный саморазогрев; показана положительная роль диссипации при
циклическом разрушении ЭК.
Для модельных образцов получена информация о процессах микроразруше-
ния при циклическом нагружении: с помощью метода ИКС получена кинетика
накопления микроповреждений в объеме и на поверхности образцов; отмечена
роль поверхности в общем механизме разрушения (концентрация микроповре-
ждений в тонком поверхностном слое толщиной 1-2 мкм нарастает на 2-3 по-
рядка быстрее, чем в объеме); при циклическом нагружении кинетика накопле-
ния микроповреждений подчиняется уравнению первого порядка, в которой
константа скорости зависит от напряжения, температуры и дозы радиации; с
помощью ИК-радиометрии исследованы локальные экзотермические эффекты;
в устье трещины температура термодеструкции может достигать 480 К.
Для натурных ЭК из новых марок резин установлены основные закономер-
ности механизмов циклического разрушения: установлена кинетика развития
усталостных трещин для различных состояний материала (в зависимости от
степени поврежденности, дозы облучения, степени изменения структуры от
наполнения и т.д.); изучены микромеханизмы разрушения и выявлены основ-
ные фрактографические особенности; выявлен эффект самозалечивания (тор-
можения трещин) и раскрыта роль диссипации энергии в развитии и остановке
усталостных трещин: изучена взаимосвязь между механизмами разрушения и
реологией ЭК при различных состояниях структуры материала и влиянии
внешней среды; выявлена неоднозначная роль диссипации энергии в общем
механизме разрушения ЭК.
Все это вместе позволило: разработать критерии отказа ЭК; с учетом связи
диссипация – разрушение сформулировать общие требования к эластомерам с
учетом специфики эксплуатации; разработать феноменологические модели
макроразрушения ЭК для различных механизмов их циклического разрушения.
На базе полученной экспериментальной информации разработаны матема-
тические модели, критерии разрушения и методы прогнозирования долговечно-
сти ЭК при многофакторном воздействии стационарных циклических нагрузок
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №109
______________________________________________________________________________________________
7
и влиянии внешней агрессивной среды: при изотермических условиях обосно-
ван и разработан энергетический критерий диссипативного типа и получены
аналитические выражения для расчета долговечности по координатам ЭК; раз-
работан критерий разрушения по развивающейся в материале поврежденности
и получены выражения для прогнозирования долговечности ЭК; разработаны и
широко используются инженерные методы расчета ЭК различных машин.
Теоретической базой данного направления служили фундаментальные осно-
вы механики сплошной среды, термодинамики необратимых процессов, ряд
концепций синергетики и теории катастроф, опираясь на которые решались
прикладные задачи. Главным условием успеха при решении этих задач являлся
учет реальных свойств конкретных материалов.
Проведенный комплекс теоретических и экспериментальных исследований
и полученная при этом научная информация позволили в целом осуществить
программу обширных прикладных исследований (в том числе по технологии
эластомеров, оптимальному синтезу новых резин, динамике машин с резино-
выми элементами, оптимальному проектированию ЭК) с выходом на инженер-
ную практику.
Прежде всего следует отметить создание низкомодульных резин (первое в
СССР авторское свидетельство по эластомерам) на базе отечественных поли-
изопреновых каучуков. Эти резины по долговечности, стабильности свойств во
времени (сопротивление старению) и радиационной стойкости превышают все
существующие мировые аналоги.
На базе этих резин, а также с использованием других марок резин, были со-
зданы оригинальные ЭК: блоки, шарниры, виброопоры, муфты, герметизаторы,
виброизоляторы, сейсмоопоры, защитные футеровки и т.п. Большинство из них
защищены а.с., на ряд разработаны отраслевые стандарты. Всего разработано
свыше 12 типов ЭК (каждый тип включает параметрический ряд из 2-10 наиме-
нований). В принципе они охватывают весь круг тяжелых машин общего
назначения, некоторые из них по своим характеристикам и долговечности не
уступают лучшим мировым образцам.
В свою очередь разработанные ЭК позволили создать новые и повысить эф-
фективность и качество существующих машин. За счет особых свойств новых
резин (высокая усталостная прочность, сопротивление старению, большие об-
ратимые деформации) удалось создать современного уровня класс вибрацион-
ных машин (конвейеры, грохоты, питатели и др.) с принципиально новыми
технологическими режимами – низкие частоты и высокие амплитуды, что поз-
волило в 2-3 раза увеличить производительность, резко снизить (до 30-50 %)
металлоемкость за счет замены металлических пружин и рессор резиновыми
элементами, уменьшить звуковое давление и т.д.
Из многообразия инженерных приложений ЭК в машиностроении и других
областях можно выделить четыре основных направления.
Первое касается создания класса машин с ЭК для осуществления прогрес-
сивных технологий, охватывающих единый комплекс добычи и переработки
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №109
______________________________________________________________________________________________
8
минерального сырья, в том числе и угля. Первая из рассматриваемых техноло-
гий связана с машинами (вибропитатели, вибробункеры, конвейеры, грохоты)
для выпуска и доставки материалов. Вторая технология охватывает переработ-
ку, сепарацию, дробление, герметичное транспортирование и другие тех-
нологические операции, для чего были разработаны следующие вибромашины
с ЭК: конвейеры, дробилки (КИД и др.), вибросита, грохоты, питатели и т.д. –
всего около 20 наименований машин, выпускаемых серийно.
Второе направление связано с применением ЭК для снижения вибронапря-
женности уже существующих машин, используемых в основном в горно-
металлургической, и угольной промышленности. Сюда относятся специальные
дробилки, окомкователи, виброжелоба, вихревые смесители, вентиляторы и т.д.
К этому же направлению можно отнести защитные футеровки вагонов и ваго-
неток, защитные футеровки вибропитателей, элементы гашения высокочастот-
ных вибраций и др. Во всех случаях применение ЭК повышают долговечность
машин, снижают звуковое давление, ударные нагрузки, износ и т.д.
Третье направление связано с созданием сейсмо- и виброопор под здания,
сооружения, мосты и т.д. Именно ЭК позволяют резко снизить тяжелые по-
следствия катастроф техногенного и природного характера.
В целом изложенные достижения можно рассматривать лишь как первую
ступень для создания конкурентоспособного направления.
Необходимы значительные усилия, как в области фундаментальных иссле-
дований, так и при решении прикладных задач.
Резюмируя сказанное, следует отметить наиболее важные моменты.
Тенденцией развития современной промышленности является включение в
структурную схему машин, механизмов и сооружений вязкоупругих звеньев:
виброизоляторов, прокладок, уплотнений, демпферов, защитных футеровок и
т.д. Материалом для них служат эластомеры – резины и полиуретаны, облада-
ющие уникальными конструктивными свойствами: простотой и технологично-
стью переработки, устойчивостью к агрессивным средам, высокой усталостью
и надежностью, большой диссипацией и способностью к большим обратимым
деформациям, сравнительно низкой стоимостью. В ряде случаев (шины, вибро-
изоляторы, сейсмоопоры, футеровки) эластомеры не могут быть заменены ни
одним из существующих материалов.
Эластомерные конструкции позволяют: повысить в 2-3 раза про-
изводительность машин за счет интенсификации режима; снизить (до 50 %) ме-
таллоемкость; в 2-10 раз повысить долговечность и надежность; снизить вибро-
и сейсмонапряженность машин и сооружений; создать принципиально новые
конструкции машин.
Одной из причин отставания отечественного машиностроения, в том числе и
угольного, является именно недостаточное использование эластомеров. Вместе
с тем на Украине имеются все необходимые предпосылки для развития этой
важной для народного хозяйства проблемы.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №109
______________________________________________________________________________________________
9
На Украине традиционно развита фундаментальная и прикладная механика.
Имеется мощный научно-технический и производственный потенциал развития
резинотехнической, шинной и шиноремонтной отраслей, способный не только
обеспечить потребности государства, но и в значительной мере выполнять по-
ставки за ее пределами, в т.ч. и за рубеж.
Для угольной промышленности Украины выполнены следующие работы.
1. Созданы параметрические ряды резиновых и резинометаллических виб-
роизоляторов типа ВР, ВРМ и ВРМ. Виброизоляторы типа ВРМ (ДСТУ 3853-99
(ГОСТ 30644-99) – Межгосударственный стандарт «Виброизоляторы резино-
вые для взрывозащищенных вентиляторов») используются в качестве упругих
подвесок для взрывозащищенных вентиляторов.
Виброизоляторы указанных выше типов прошли приемочные и промыш-
ленные испытания на различных типах технологических машин. Их использо-
вание позволило значительно – в 1,5÷2 раза увеличить долговечность основных
узлов и деталей машин, снизить динамические нагрузки на поддуживающие
конструкции, интенсифицировать технологические процессы, снизить произ-
водственный шум.
2. Создана резиновая футеровка шахтных вагонеток для транспортировки
сильноналипающих грузов.
Конструкция футеровки защищена патентом (а.с. № 1063675), прошла ис-
пытания в условиях урановых шахт (г. Ж. Воды), предприятий «Уралзолото» и
угольных шахт России.
Эксплуатация вагонеток с резиновой футеровкой показало, что степень
очистки вагонетки составляет 95 %, снижены динамические нагрузки на ходо-
вую часть, увеличена производительность откатки, появилась возможность
ликвидации существующих систем вибрационной и механической очистки ва-
гонеток с глухим днищем.
3. Созданы и внедрены оригинальные виброизолирующие системы для па-
раметрического ряда молотковых (ДМРЭ) и инерционных дробилок (КИД).
Указанные дробилки широко используются для измельчения углей на коксо-
химзаводах. Параметрический ряд дробилок типа КИД с разработанной ИГТМ
НАН Украины виброизолирущими системами выпускаются серийно предприя-
тиями России и поставляются во многие страны мира. Для ОАО «Запорожкокс»
институтом разработаны виброизолирующие системы для 4-х дробилок типа
ДМРЭ 14,5 13, которые находятся в стадии внедрения. Для ОАО «Днепро-
дзержинский КХЗ» спроектирована и сдана в эксплуатацию виброизолирующая
система дробилки ДМРЭ 1000 1000. Применение виброизолирующей системы
на этой дробилке позволило снизить уровни вибронагруженности перекрытий и
близлежащих построек до значений ниже, чем допускаемые по санитарным
нормам.
4. Для ленточных конвейеров (участковых и магистральных) разработано
устройство для предотвращение порезов конвейерных лент на виброизолирую-
щем основании. Опыт эксплуатации более, чем 200 устройств показал, что их
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №109
______________________________________________________________________________________________
10
применение позволяет практически полностью исключить продольные порезы
конвейерных лент.
Решение рассматриваемой проблемы открывает широкие перспективы для
осуществления практических задач:
создания новых высоконадежных и эффективных машин для угольной про-
мышленности: грохотов, питателей, конвейеров, центрифуг, дробилок, сит,
и т.д. для осуществления ресурсосберегающих природоадекватных экологиче-
ски чистых технологий;
повышения долговечности и надежности, снижения металлоемкости и энер-
гоемкости, повышения износостойкости машин и оборудования;
защиты машин и сооружений (мостов, промышленных зданий) от вибраций,
шума, сейсмовоздействия с целью предупреждения аварий и катастроф при-
родного и техногенного происхождения.
Решение этих проблем чрезвычайно актуально для угольной промышленно-
сти Украины с ее развитой сырьевой, машиностроительной и энергетической
базами и интенсивным строительством промышленных зданий и сооружений.
Вопросы промышленной безопасности. Одной из причин возрастания ко-
личества аварий на Украине есть увеличение доли устаревших технологий и
износа основных фондов. Так, износ основных производственных фондов во
всех отраслях экономики Украины составляет в среднем около 50 %, а по от-
дельным отраслям и выше.
К таким отраслям относится горно-металлургическая промышленность
Украины, которая насыщена сложными системами устаревших типов, износ ко-
торых составляет до 80 % и поэтому имеют высокую степень риска. К таким
машинам относятся: рудоразмольные мельницы различного технологического
назначения, дробилки, виброгрохоты, вибропитатели, окомкователи-смесители,
вихревые смесители, дымососы, вентиляторы и др. Машины такого типа имеют
большую массу (10-300 т), большой объем крупнокускового материала, имеют
двигающиеся неуравновешенные, устанавливаются на перекрытиях, конструк-
тивно сами являются источником вибрации. Все эти машины вместе с инфра-
структурой других технических средств, управляемых человеком, составляют
сложные человеко-машинные системы. Эти системы вследствие объективных
причин имеют низкий уровень надежности, а расположение их в зонах большой
концентрации населения резко повышает опасность технических и природно-
техногенных аварий и катастроф. Отказ одной такой машины можно рассмат-
ривать как техногенную аварию, приводящую к остановке технологической це-
пи и экономическим потерям. Но уже отказ группы таких машин может приве-
сти к техногенной катастрофе.
К факторам риска таких машин относятся:
постоянно и длительно действующие вибрационные нагрузки, вызванные
работой технологического оборудования, которые приводят к разрушению са-
мих машин, фундаментов, несущих колонн и других инженерных сооружений;
состояние значительно ухудшается наличием активной внешней среды;
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №109
______________________________________________________________________________________________
11
интенсивный абразивный износ (футеровка рудоразмольных мельниц), при-
водящий к частым заменам футеровки рабочей части барабанов, к их разруше-
нию, разрушению приводов барабанов;
интенсивное звуковое влияние (шумовое загрязнение), приводящее к трав-
матизму рабочих.
Вибрация, сопутствующая работе любой вибрационный машины, оказывает
вредное воздействие на человека и, прежде всего, на человека-оператора, об-
служивающего такую технику. Защита от вибраций – одна из важнейших науч-
но-технических проблем, решить которую можно только изучив всю систему
«человек – машина – обрабатываемая среда» («ч-м-ос»).
Специфичность объекта и предмета безопасности определяется объективной
сложностью системы «ч-м-ос», обусловленной наличием в ее составе несколь-
ких самих по себе сложных и взаимосвязанных компонентов, целенаправленно-
стью 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 внеш-
ней среды, чрезвычайной нестабильности собственных параметров. Неопреде-
ленность усугубляется и тем, что выходные характеристики одних компонентов
рассматриваемой системы являются для других входными воздействиями.
Исходя из сложности современных человеко-машинных систем и комплек-
сов, многоаспектности их воздействия на окружающую среду, большой про-
должительности создания и эксплуатации их, огромного многообразия влияю-
щих на безопасность факторов, для обеспечения и повышения их безопасности
необходимо использовать программно-целевые методы.
Решение проблемы усугубляется не только ее сложностью, но и целым ря-
дом факторов научного и социального значения. Рассмотрим основные из них,
акцентируя внимание на безопасности критически важных объектов (КВО).
1. К КВО обычно относят предприятия горно-металлургической промыш-
ленности (шахты, рудники, обогатительные предприятия, металлургические за-
воды, предприятия по переработке цветных руд, цемента и т.д.), сооружения и
здания, находящиеся в области сейсмоактивности, воздействия взрывов и виб-
рационного воздействия; машины и комплексы с интенсивным динамическим
нагружением и т.д. Всем этим машинам и сооружениям свойственны низкоча-
стотные колебания большой интенсивности: частота низкочастотных колеба-
ний 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 об-
служивающего персонала является актуальной не только для Украины, стран
СНГ, но и для развитых стран зарубежья.
3. Страны СНГ приняли Межгосударственную программу общих научных
исследований в области чрезвычайных ситуаций природного и техногенного
характера на период до 2020 года. К работе, согласно программе, привлечены
такие известные институты как: Институт машиноведения РАН (г. Москва),
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №109
______________________________________________________________________________________________
12
Институт безопасности систем (ИБС, г. Москва), Институт проблем прочности
(ИПП) и Институт механики НАН Украины (ИМЕХ НАН Украины, г. Киев),
ИГТМ НАНУкраины (г. Днепропетровск) и пр.
4. Безопасность КВО обеспечивается анализом процессов еѐ 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 опери-
рует своим инструментарием и понятийным аппаратом анализа безопасно-
сти.Различия в понимании проблемы приводят к разнообразию методов, при-
меняемых 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 надежности и безопасности слож-
ных технических систем начали проводиться во всем мире в последние 30-40
лет. Сначала они касались только аэрокосмической и атомной областей про-
мышленности, но в последние годы охватывают химическую промышленность,
горно-металлургическую, угольную, транспорт и др. виды деятельности, со-
держащие опасности для общества. В настоящее время теория безопасности и
надежности СТС представляет собой далеко продвинутую область науки, осно-
ванной на мощном и разнообразном математическом аппарате. Применение в
широких пределах компьютерной техники позволит в ближайшем будущем
распространить использование методов теории надежности и безопасности на
все более широкие слои инженеров, конструкторов и проектировщиков.
6. В целом методы исследований, применяемые в теории безопасности и
теории надежности, очень сходны между собой и фактически неразделимы. Эти
теории отличаются скорее целями, чем используемыми средствами. Теория
надежности имеет целью обеспечение работоспособности систем, а теория без-
опасности нацелена на максимально возможное устранение технических опас-
ностей. Поскольку безопасная СТС должна быть надежной, то можно считать,
что проблема обеспечения надѐжности есть составная часть проблемы безопас-
ности.
7. Из анализа всей имеющейся литературы по надѐжности и безопасности
сложных технических систем следует, что наиболее обоснованным, плодотвор-
ным и перспективным направлением в решении этой проблемы является под-
ход, основанный на анализе риска, а чтобы обеспечить эффективность безопас-
ности, необходимо его дополнить теорией управления безопасностью, основан-
ной на оптимальном сочетании технологий предупреждения (минимизации) и
технологий устранения последствий от аварии.
Эффективное управление безопасностью в этом случае достигается мини-
мизацией общих затрат и их оптимальным перераспределением между техноло-
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №109
______________________________________________________________________________________________
13
гией предупреждения катастрофы и технологией устранения ее негативных по-
следствий при условии, что совместно обе технологии обеспечивают стабиль-
ность (нулевой конечный риск).
8. Приоритетными научными разработками по проблеме обеспечения без-
опасности и защиты населения, среды и объектов от естественных и техноген-
ных катастроф, являются:
развитие методов и критериев оценки безопасности и риска, как в техноген-
ной, так и в природно-техногенной сфере;
разработка и развитие интегральных методов защиты от природно-техноген-
ных аварий и катастроф, с учѐтом возможности технологического терроризма;
разработка и развитие научно-методической базы на основе многокритери-
альных подходов теории безопасности.
9. В настоящее время среди наиболее распространѐнных причин аварий и
катастроф можно с большой уверенностью назвать вредные вибрации техно-
генного и природно-техногенного характера (сейсмические возбуждения явля-
ются одним из случаев вибрационных нагрузок). В первую очередь это имеет
отношение 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
низкочастотных спектрах их действия является разработка принципов выбора
параметров виброзащитных систем с использованием эластомерных (резино-
вых и резино-металлических) элементов при конструировании таких систем.
_____________________________________
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Прикладная механика упругонаследственных сред: В 3-х томах. – Т. 1. Механика деформиро-
вания 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 эла-
стомерных 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., Zvjagylskiy, E.L. and Kobets, A.S. (2011), Prikladnaya mekhanika upru-
gonasledstvennykh sred: v 3-kh tomakh.- T.1. Mekhanika deformirovaniya I razrusheniya elastomerov [Ap-
plied mechanics of elastic-hereditary environments: In 3th volumes. T. 1. Mechanics of deformation and
destruction of elastomers], Naukova dumka, Kiev, Ukraine.
2. Bulat, A.F., Dyrda, V.I., Zvjagylskiy, E.L. and Kobets, A.S. (2012), Prikladnaya mekhanika upru-
gonasledstvennykh sred: v 3-kh tomakh.- T.2. Metody rascheta elastomernich detalej [Applied mechanics of
elastic-hereditary environments: In 3th volumes. T. 2. Methods of calculation of elastomer details], 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
Национальной академии наук Украины (ИГТМ НАНУ), Днепропетровск, Украина,
igtmnanu@yandex.ru
mailto:igtmnanu@yandex.ru
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №109
______________________________________________________________________________________________
14
Дырда Виталий Илларионович, доктор технических наук, профессор, заведующий отделом ме-
ханики 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 надзо-
ра и промышленной безопасности Украины, Киев, Украина
About the authors
Bulat Anatoly Fedorovich, Academician of the National Academy of Science of Ukraine, Doctor of
Technical 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,
igtmnanu@yandex.ru
Dyrda Vitaly Illarionovich, Doctor of Technical Sciences (D. Sc.), Professor, Head of Department of
Elastomeric Component Mechanics in Mining Machines, M.S. Polyakov Institute of Geotechnical Mechan-
ics under the National Academy of Science of Ukraine (IGTM, NASU), Dnepropetrovsk, Ukraine, vi-
ta.igtm@mail.ru
Khokhotva Alexander Ivanovich, Engineer, The Head of The State Service of Mining Supervision and
Industrial Safety of Ukraine, Kiev, Ukraine
__________________________
Анотація. Розглядається проблема вживання еластомірних матеріалів у вугільній проми-
словості в контексті створення нових високоефективних машин, що відповідають сучасним
технологіям видобутку, переробки і збагачення мінеральної сировини, зокрема, вугілля. На-
голошуються особливі властивості еластомірів – здібність до великих оборотних деформацій
і високі дисипативні властивості, що робить їх цінним конструкційним матеріалом для таких
виробів як: шини, катки, транспортерні стрічки, віброізолятори, захисні футеровки, пружні
ланки і т.д. Розглядаються основні досягнення в області механіки еластомірів, тенденції роз-
витку конструкцій сучасних машин з еластомірними елементами; викладені перспективи ро-
звитку вживання еластомірів у вугільній промисловості.
Ключові слова: еластомірні матеріали, вугільна промисловість, віброізолятори, захисні
футеровки, безпека
Abstract. Usage of elastomeric materials in the coal industry is considered in context of crea-
tion of new high-performance machines for the latest technology of mining, processing and enrich-
ment of mineral raw materials, such as coal. Specific advantages of elastomers - great reversible
deformation and high dissipation properties– are described that make the elastomeres a valuable
structural material for such products as tires, rollers, conveyor belts, vibration isolators, protective
lining, elastic links, etc. Basic achievements in the field of mechanics of elastomers, development
trend of modern machinery designs with elastomeric elements are considered, and promising use of
the elastomers in the coal industry is presented.
Keywords: elastomeric materials, coal industry, vibroinsulators, protective linings, safety
Статья поступила в редакцию 20.01.2013
Статья рекомендована к печати д-ром техн. наук В.П. Надутым
mailto:vita.igtm@mail.ru
mailto:igtmnanu@yandex.ru
mailto:vita.igtm@mail.ru
mailto:vita.igtm@mail.ru
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №109
______________________________________________________________________________________________
15
УДК 539.375: 621.763
С.И. Скипочка, д-р техн. наук, профессор,
Т.А. Паламарчук, д-р техн. наук, ст. науч. сотр.,
Н.Т. Бобро, магистр
(ИГТМ НАН Украины)
В.П. Куринной, д-р техн. наук, доцент
(ГВУЗ «НГУ» )
К ВОПРОСУ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРИТИЧЕСКИХ УРОВНЕЙ
ПОТЕРИ УСТОЙЧИВОСТИ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ
С.І. Скіпочка, д-р техн. наук, професор,
Т.А. Паламарчук, д-р техн. наук, ст. наук. співроб.,
М.Т. Бобро, магістр
(ІГТМ НАН України)
В.П. Курінний, д-р техн. наук, доцент
(ДВНЗ «НГУ» )
ДО ПИТАННЯ ВИЗНАЧЕННЯ КРИТИЧНИХ РІВНІВ
ВТРАТИ СТІЙКОСТІ КОМПОЗИТНИХ МАТЕРІАЛІВ
S.I. Skipochka, D.Sc. (Tech.), Professor,
T.A. Palamarchuk, D.Sc. (Tech.), Senior Researcher,
N.T. Bobro, M.S (Tech.)
(IGTM NAS of Ukraine)
V.P. Kurinnoy, D.Sc. (Tech.), Associate Professor
(SHEI ―NMU‖)
TO QUESTION OF DETERMINATION OF CRITICAL LEVELS
LOSSES OF STABILITY OF COMPOSTE MATERIALS
Аннотация. Прочность хрупких материалов снижается с ростом абсолютных размеров
тела и это, как правило, объясняют с позиции теории «слабейшего звена», т.е. повышением
вероятности попадания в нагруженную зону достаточно опасного дефекта, снижающего реа-
лизацию прочности. Однако масштабный эффект следует также из предположения, что
накопленная в объеме тела упругая энергия переходит в работу разрушения по некоторой
поверхности. В результате рассмотрения и анализа особенностей структурно-неоднородных
тел выявлены в качестве наиболее информативных параметров, характеризующих устойчи-
вость различных композитных конструкций, следующие величины: критическое значение
межслойных касательных напряжений, межслойная сдвиговая прочность при кручении, пре-
дел прочности при сжатии композитного прямоугольного образца, обобщенной критерий
прочности А. К. Малмейстера, вероятность разрушения элемента структуры композитного ма-
териала, вероятность совместного разрушения двух произвольных элементов композитных ма-
териалов, критическое значение амплитуды волн напряжений, критическое значение скорости
изменения напряжения, критическое значение градиента напряжений, критическое значение
удельной упругой мощности.
Ключевые слова: композитные материалы, критерии устойчивости, прочность, разру-
шение.
© С.И. Скипочка,Т.А. Паламарчук,Н.Т. Бобро, В.П. Куринной, 2013
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-59607 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1607-4556 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-28T16:57:04Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Булат, А.Ф. Дыра, В.И. Хохотва, А.И. 2014-04-09T11:53:35Z 2014-04-09T11:53:35Z 2013 Эластомеры в угольной промышленности. Вопросы безопасности / А.Ф. Булат, В.И. Дырда, А.И. Хохотва // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 109. — С. 3-15. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/59607 678.4.06:621.81 Рассматривается проблема применения эластомерных материалов в угольной промышленности в контексте создания новых высокоэффективных машин, отвечающих современным технологиям добычи, переработки и обогащения минерального сырья, в частности углей. Отмечаются особые свойства эластомеров – способность к большим обратимым деформациям и высокие диссипативные свойства, что делает их ценным конструкционным материалом для таких изделий, как: шины, катки, транспортерные ленты, виброизоляторы, защитные футеровки, упругие звенья и т.д. Рассматриваются основные достижения в области механики эластомеров, тенденции развития конструкций современных машин с эластомерными элементами; изложены перспективы развития применения эластомеров в угольной промышленности. Розглядається проблема вживання еластомірних матеріалів у вугільній промисловості в контексті створення нових високоефективних машин, що відповідають сучасним технологіям видобутку, переробки і збагачення мінеральної сировини, зокрема, вугілля. Наголошуються особливі властивості еластомірів – здібність до великих оборотних деформацій і високі дисипативні властивості, що робить їх цінним конструкційним матеріалом для таких виробів як: шини, катки, транспортерні стрічки, віброізолятори, захисні футеровки, пружні ланки і т.д. Розглядаються основні досягнення в області механіки еластомірів, тенденції роз-витку конструкцій сучасних машин з еластомірними елементами; викладені перспективи ро-звитку вживання еластомірів у вугільній промисловості. Usage of elastomeric materials in the coal industry is considered in context of creation of new high-performance machines for the latest technology of mining, processing and enrichment of mineral raw materials, such as coal. Specific advantages of elastomers - great reversible deformation and high dissipation properties– are described that make the elastomeres a valuable structural material for such products as tires, rollers, conveyor belts, vibration isolators, protective lining, elastic links, etc. Basic achievements in the field of mechanics of elastomers, development trend of modern machinery designs with elastomeric elements are considered, and prom ising use of the elastomers in the coal industry is presented. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехническая механика Эластомеры в угольной промышленности. Вопросы безопасности Elastomers in coal industry. Safety problems Еластоміри у вугільній промисловості. Питання безпеки Article published earlier |
| spellingShingle | Эластомеры в угольной промышленности. Вопросы безопасности Булат, А.Ф. Дыра, В.И. Хохотва, А.И. |
| title | Эластомеры в угольной промышленности. Вопросы безопасности |
| title_alt | Elastomers in coal industry. Safety problems Еластоміри у вугільній промисловості. Питання безпеки |
| title_full | Эластомеры в угольной промышленности. Вопросы безопасности |
| title_fullStr | Эластомеры в угольной промышленности. Вопросы безопасности |
| title_full_unstemmed | Эластомеры в угольной промышленности. Вопросы безопасности |
| title_short | Эластомеры в угольной промышленности. Вопросы безопасности |
| title_sort | эластомеры в угольной промышленности. вопросы безопасности |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/59607 |
| work_keys_str_mv | AT bulataf élastomeryvugolʹnoipromyšlennostivoprosybezopasnosti AT dyravi élastomeryvugolʹnoipromyšlennostivoprosybezopasnosti AT hohotvaai élastomeryvugolʹnoipromyšlennostivoprosybezopasnosti AT bulataf elastomersincoalindustrysafetyproblems AT dyravi elastomersincoalindustrysafetyproblems AT hohotvaai elastomersincoalindustrysafetyproblems AT bulataf elastomíriuvugílʹníipromislovostípitannâbezpeki AT dyravi elastomíriuvugílʹníipromislovostípitannâbezpeki AT hohotvaai elastomíriuvugílʹníipromislovostípitannâbezpeki |