СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ РАБОТЫ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ТЕЛА ПЕРЕМЕННОЙ СИЛОЙ В ТЕКУЩЕЙ СРЕДЕ Российский патент 2013 года по МПК E21F1/00 

Изобретение относится к области рудничной аэрологии, а также к области механики твердых тел, и может быть использовано для получения более достоверных данных при определении динамической работы перемещения тел переменной силой в текущей среде.

Известен способ определения работы (Л.А.Сена. Единицы физических величин и их размерности. М.: гл. ред. физ. мат. лит., 1988. С.149-151), при котором измеряют известным способом постоянную силу, измеряют путь перемещения тела и определяют работу как произведение силы на перемещение и на косинус угла между их направлениями.

Недостатком известного способа определения работы является то, что он не учитывает переменную величину силы и взаимосвязь между силой и путем перемещения тела.

Известен также способ определения механической работы, совершаемой переменной силой (В.Г.Зубов. Механика. //Работа переменной силы. М.: Наука, гл. ред. ФМ литер. С.219-221), когда сила изменяется по модулю и направлению траектории движения тела. При этом траектория разбивается на физически малые последовательные перемещения, для каждого из которых определяется величина элементарной силы и элементарной работы.

Недостатком известного технического решения является то, что оно не учитывает взаимосвязь между силой и перемещением даже на элементарном участке пути. Способ не изменяет физического смысла работы, а только усложняет расчеты работы.

Известен также способ определения механической работы (Измерения в промышленности в трех кн. Справочник под ред. П.Профоса, кн.2 «Металлургия», 1990. С.126-127), при котором обе ее составляющие - сила и путь - определяются независимо одна от другой разными способами. После этого величина силы умножается на величину перемещения и определяется работа по математическому выражению (данный способ принят за прототип).

Недостатком известного способа определения работы является то, что он не учитывает начальную величину работы, взаимосвязь между силой и путем ее перемещения, показатели режимов изменения силы и пути перемещения тела, а также изменение работы во времени и в пространстве.

Известен также способ определения первой составляющей работы - аэродинамической силы движения тела переменной массы в текущей среде (А.В.Колмаков, В.А.Колмаков. Патент RU №2418953 С1, приоритет: 22.12.2009), в котором путем замера массового расхода тела переменной массы, удельной плотности объемного расхода среды и определения режимов их изменения определяют аэродинамическую силу движения тела переменной массы в текущей воздушной среде и варианты изменения силы (данный способ принят за аналог).

Существенное отличие данного способа определения силы от известных способов состоит в том, что он позволяет исключить необходимость непосредственного замера пути перемещения тела при определении работы, заменив измерение заданной и постоянной длины пути на замер его переменным временем и переменной скоростью движения тела. Такая операция позволила объединить два различных известных способа замера работы, т.е. силы и пути перемещения тела, в один способ при определении динамической работы в заявленном способе.

Задачей изобретения является повышение безопасности, комфортности условий труда и улучшение технико-экономических показателей работы шахт.

Технический результат заявленного изобретения состоит в повышении точности определения работы перемещения тела переменной силой в текущей среде, а с учетом силы в повышении достоверности подачи воздуха, в предотвращении профессиональных заболеваний, эндогенных пожаров, взрывов метана, угольной пыли, травматизма и гибели людей в шахтах.

Указанный технический результат достигается тем, что способ определения динамической работы перемещения тела переменной аэродинамической силой в текущей среде, включающий выбор горного массива, находящуюся в нем выработку, измерение входного и выходного сечения выработки, подачу в выработку требуемого расхода воздушной среды, установку тела во входное сечение, измерение заданной массы тела, предоставление телу возможности движения вдоль выработки, измерение длины выработки, измерение времени движения тела от входного до выходного сечения выработки, измерение скорости движения тела и определение заданной силы движения тела в среде, отличается тем, что дополнительно определяют заданный импульс силы, измеряют заданную скорость движения воздуха относительно тела, затем определяют предельные отклонения от заданных значений импульса силы и скорости движения воздуха в выходном сечении выработки. При наличии отклонений устанавливают устройством изменения импульса силы минимальное значение импульса силы при дальнейшем его увеличении до максимального значения или устанавливают максимальное значение импульса при дальнейшем его снижении до минимального значения. Одновременно устанавливают устройством изменения скорости минимальное значение скорости движения воздуха относительно тела при дальнейшем ее увеличении до максимального значения или максимальное значение при дальнейшем ее снижении до минимального значения.

После этого измеряют импульс силы и скорость движения воздуха от одного до другого предельных значений, определяют удельную плотность объемного расхода среды при замеренной скорости движения воздуха, измеряют время в каждой точке замера. Вслед за этим определяют показатель режима изменения импульса силы и начальную величину импульса силы, затем определяют показатель режима изменения удельной плотности объемного расхода среды и начальную величину удельной плотности объемного расхода среды, определяют начальную величину динамической работы и определяют при каждом замере динамическую работу при переменном импульсе силы, переменной удельной плотности объемного расхода среды, разных режимах и вариантах их изменения по основной математической формуле

$$A_1=A_0\frac{J^n}{r^m},$$

где A - динамическая работа;

A₀ - начальная динамическая работа, определяется по формуле

$$A_0=\frac{J_0}{r_0},$$

J₀ - начальный импульс силы тела;

r₀ - начальная удельная плотность объемного расхода среды;

J - импульс силы при каждом замере, определяется по формуле

J=FΔt,

где F - аэродинамическая сила движения тела;

Δt - время движения тела;

r - удельная плотность объемного расхода среды при каждом замере, определяется по формуле

$$r=\frac{S_M}{Q},$$

Q - объемный расход движения среды, обтекающей тело, определяется по формуле

Q=ν·S_м,

ν - скорость движения среды;

S_м - миделево сечение тела;

n - показатель режима изменения импульса силы при переменной удельной плотности объемного расхода среды, определяется по формуле

$$n=\frac{\Delta \ln J}{\Delta \ln r},$$

m - показатель режима изменения удельной плотности объемного расхода среды при переменном импульсе силы, определяется по формуле

$$m=\frac{\Delta \ln r}{\Delta \ln J}.$$

Или удельную плотность объемного расхода среды устройством ее изменения устанавливают на начальном уровне, а импульс силы его устройством изменяют, после этого измеряют импульс силы, определяют постоянную начальную удельную плотность объемного расхода среды, определяют соответствующие им показатели режимов изменения и определяют динамическую работу перемещения тела переменной силой в текущей среде при постоянной удельной плотности объемного расхода среды, переменном импульсе силы и разных режимах их изменения по основной математической формуле

$$A_2=\frac{J^{n+1}}{r_0},$$

где n+1, m=0 - показатели режимов изменения переменного импульса силы и постоянной начальной удельной плотности объемного расхода среды.

Или импульс силы устройством его изменения устанавливают в выходном сечении выработки на начальном уровне, а удельную плотность объемного расхода среды изменяют, после этого определяют удельную плотность объемного расхода среды, определяют постоянный начальный импульс силы, определяют соответствующие им показатели режимов изменения и определяют динамическую работу движения тела переменной массы при постоянном начальном импульсе силы, переменной удельной плотности объемного расхода среды и разных режимах их изменения по основной математической формуле

$$A_3=\frac{J_0}{r^{m+1}},$$

где n=0, m+1 - показатели режимов изменения постоянного начального импульса и переменной удельной плотности объемного расхода среды.

Или импульс силы устройством его изменения устанавливают в выходном сечении на начальном уровне, устанавливают удельную плотность объемного расхода среды также на начальном уровне, после этого одновременно измеряют импульс силы, измеряют удельную плотность объемного расхода среды, определяют соответствующие им показатели режимов изменения и определяют динамическую работу тела в состоянии покоя или равномерного движения в среде при начальном импульсе силы, начальной удельной плотности объемного расхода среды и одинаковых режимах их изменения по основной математической формуле

$$A_4=\frac{J_0}{r_0},$$

где n=0, m=0 - показатели режимов изменения импульса силы тела и удельной плотности объемного расхода среды.

Или определяют зависимость импульса силы и удельной плотности объемного расхода среды от динамической работы, определяют общую точку равенства их величин, устанавливают импульс силы устройством его изменения и удельную плотность объемного расхода среды устройством ее изменения на общем уровне, после этого измеряют импульс силы, удельную плотность объемного расхода, определяют начальные их величины, определяют соответствующие показатели режимов их изменения и определяют оптимальную динамическую работу движения тела переменной массы в среде при одинаковом уровне импульса силы, удельной плотности объемного расхода среды и разных режимах их изменения по основной математической формуле

$$A_5=A_0\frac{{\overline{J}}^n}{{\overline{r}}^m}$$

где n, m - показатели режимов изменения импульса силы и удельной плотности объемного расхода среды при равных по величине значениях импульса силы и удельной плотности объемного расхода среды.

Или определяют зависимость переменного импульса силы от времени движения тела при каждом замере, затем определяют зависимость удельной плотности объемного расхода от времени, определяют показатель режима их изменения от времени, определяют соответствующую ему постоянную динамическую работу на протяжении всего пути движения тела и после этого определяют динамическую работу при условии зависимости от времени переменного импульса и переменной удельной плотности объемного расхода среды по основной математической формуле

$$A_6=\frac{A_{0-t}}{t^{m+1}},$$

где m+1 - показатель режима изменения времени в зависимости от переменного импульса силы и удельной плотности объемного расхода среды;

A_0-t - начальная динамическая работа тела в течение единицы времени перемещения тела.

Или определяют зависимость переменного импульса силы от пути перемещения тела в единицу времени при каждом замере, затем определяют зависимость удельной плотности объемного расхода среды от пути перемещения тела в единицу времени при каждом замере, затем определяют показатель режима изменения пути перемещения тела, определяют соответствующую ему постоянную величину работы и после этого определяют динамическую работу при условии зависимости переменного импульса и переменной удельной плотности объемного расхода среды от пути перемещения тела по основной математической формуле

A₇=A_0-l·l^m-1,

где m-1 - показатель режима изменения пути перемещения тела от переменного импульса силы и удельной плотности объемного расхода среды;

A_0-l - начальная динамическая работа на протяжении единицы пути движения тела.

Или определяют динамическую работу между точками замера при условии зависимости импульса силы от времени движения тела, зависимости удельной плотности объемного расхода среды также от времени и определяют сумму изменения работы во времени. После этого определяют динамическую работу между точками замера при условии зависимости импульса силы от пути перемещения тела, зависимость удельной плотности объемного расхода среды также от пути перемещения тела и определяют сумму изменения работы от пути перемещения. Затем приравнивают полученные суммы и подтверждают закон сохранения динамической работы во времени и в пространстве пути перемещения тела по основной математической формуле

∑ΔA_t=∑ΔA_l,

где Δ, t - индексы суммы динамической работы, изменяющейся во времени;

Δ, l - индексы суммы динамической работы, изменяющейся в пространстве пути перемещения тела.

Наличие причинно-следственной связи между начальной величиной динамической работы и техническим результатом подтверждается тем, что общая величина работы тела в среде выработки, которая определяет требуемый расход воздуха, складывается из начальной величины и ее приращения при движении тела. Не учет этого вносит значительные ошибки в определение количества воздуха и приводит к авариям. Знание начальной величины работы позволяет прогнозировать изменение общей величины работы и расхода воздуха, что исключает дополнительные замеры параметров в каждой точке траектории перемещения тела, экономит средства и обеспечивает достижение технического результата. Наличие причинно-следственной связи между взаимосвязью импульса силы, удельной плотностью объемного расхода среды и техническим результатом подтверждается тем, что импульс силы и удельная плотность объемного расхода среды воздействуют на тело совместно с разной силой и создают различную величину динамической работы. В шахте движущиеся тела (клети, скипы, бадьи, вагоны, монорельсовые машины, передвигающиеся горные породы, под действием силы тяжести и транспорта) имеют разные размеры, величины импульсов сил и взаимодействуют с воздушной средой, что приводит к изменению расхода воздуха и связанным с ним авариями. В известном способе импульс силы и длина пути перемещения тела не связываются между собой ввиду того, что тела принимаются в виде физической модели - точки, которая размеров не имеет, так же как и линия траектории. В предлагаемом способе тело принято в виде реальных размеров, что обеспечивает взаимосвязь между импульсом, удельной плотностью объемного расхода среды и обеспечивает получение заявленного технического результата. Наличие причинно-следственной связи между показателями величин импульса и удельной плотности объемного расхода среды и техническим результатом подтверждается тем, что тела движутся при разных режимах. В известном способе при определении работы априори принимается квадратичный показатель степени у времени движения и квадратичный - при изменении длины. В предлагаемом способе производится определение показателей режимов движения, что обеспечивает получение заявленного технического результата. Физический смысл работы состоит в том, что она является равнодействующей двух сил: импульса силы действия на движущиеся тела и силы противодействия среды, создающей сопротивление движению тела. В предлагаемой формуле изобретения признак охарактеризован общим понятием, выражающим свойство, т.е. динамической работой, охватывающей разные частные формы ее реализации. При этом в описании изобретения приводятся сведения, подтверждающие, что именно импульс силы и удельная плотность объемного расхода среды, содержащиеся в понятии динамическая работа, обеспечивают в совокупности с другими признаками получение указанного в формуле технического результата. В предлагаемой формуле признак динамическая работа, как общее понятие, выражен в виде альтернативы при соблюдении условия, что при любом допускаемом указанной альтернативой выбора импульса силы и удельной плотности объемного расхода воздушного потока, в связи с другими признаками, включенными в формулу изобретения, обеспечивает получение одного и того же технического результата. При этом в формуле изобретения характеризуются несколько вариантов определения динамической работы, которые являются функционально самостоятельными: так в формуле изобретения предусматривается определение динамической работы при условии переменного импульса силы, переменной удельной плотности объемного расхода среды, движущейся относительно тела, и разных режимах их изменения по основной математической формуле, или предусматривается определение динамической работы при условии переменного импульса силы, постоянной начальной удельной плотности объемного расхода среды и разных режимах их изменения по соответствующему варианту основной математической формулы, или предусматривается определение динамической работы при условии постоянного импульса и переменной удельной плотности объемного расхода среды и разных режимах их изменения по соответствующему варианту основной математической формулы, или предусматривается определение динамической работы при условии постоянного начального импульса, постоянной начальной удельной плотности объемного расхода среды и одинаковых режимах их изменения по соответствующему варианту основной математической формулы, или предусматривается определение динамической работы при условии общего уровня равенства импульса силы, удельной плотности объемного расхода среды и разных режимах их изменения по соответствующему варианту основной математической формулы, или предусматривается определение динамической работы при условии зависимости импульса силы и удельной плотности объемного расхода среды от времени движения тела и одном показателе режима изменения времени по соответствующему варианту основной математической формулы, или предусматривается определение динамической работы при условии зависимости импульса силы и удельной плотности объемного расхода среды от переменного пути перемещения тела и одном показателе режима пути перемещения тела по соответствующему варианту основной математической формулы, или предусматривается определение общей работы, изменяющейся во времени, одновременное определение общей работы от пути перемещения тела, приравнивание обоих сумм выражения работы и подтверждение закона сохранения динамической работы при соответствующих вариантах основной математической формулы.

Изобретение поясняется фиг.1, где показан разрез выработки сбоку. Позиции на чертеже обозначают: горный массив - 1, выработка - 2, входное сечение - 3, выходное сечение - 4, тело - 5, устройство изменения массового расхода тела и импульса силы - 6, импульс силы - 7, устройство изменения скорости воздуха и удельной плотности объемного расхода воздуха - 8, удельная плотность объемного расхода воздуха - 9.

Предлагаемый способ заключается в том, что для определения динамической работы перемещения тела переменной силой в текущей струе выбирают горный массив 1, находящуюся в нем выработку 2, измеряют входное 3 и выходное 4 сечение выработки, подают в выработку требуемый расход воздушной среды, устанавливают тело 5 во входное сечение выработки, измеряют заданную массу тела, предоставляют телу возможность движения вдоль выработки, измеряют длину выработки, измеряют время движения тела от входного до выходного сечения выработки, измеряют скорость движения тела и определяют заданную силу движения тела в среде, дополнительно измеряют изменяющуюся силу, время ее действия, определяют заданный импульс силы, измеряют заданную скорость движения воздуха относительно тела, затем определяют предельные отклонения от заданного значения импульса силы и скорости движения воздуха в выходном сечении выработки. При наличии отклонений устанавливают устройством изменения импульса 6 силы минимальное значение импульса силы 7 при дальнейшем его увеличении до максимального значения или устанавливают максимальное значение импульса при дальнейшем его снижении до минимального значения. Одновременно устанавливают устройством изменения скорости 8 минимальное значение скорости движения воздуха относительно тела 9 при дальнейшем ее увеличении до максимального значения или максимальное значение при дальнейшем ее снижении до минимального значения. После этого измеряют изменение импульса силы и скорости движения воздуха от одного до другого предельных значений, определяют удельную плотность объемного расхода среды при заданной скорости воздуха, меряют время в каждой точке замера. Вслед за этим определяют показатель режима изменения импульса силы и начальную величину импульса силы, затем определяют показатель режима изменения удельной плотности объемного расхода среды и начальную величину удельной плотности объемного расхода среды, определяют начальную величину динамической работы и определяют при каждом замере динамическую работу при переменном импульсе силы, переменной удельной плотности объемного расхода среды, разных режимах и вариантах их изменения по основной формуле. Или удельную плотность объемного расхода среды устройством ее изменения 8 устанавливают в выходном сечении на начальном уровне, а импульс силы его устройством 6 изменяют, после этого измеряют импульс силы, определяют постоянную удельную плотность объемного расхода среды, определяют соответствующие им показатели режимов изменения и определяют динамическую работу движения тела переменной силой в текущей среде при постоянной удельной плотности объемного расхода среды, переменном импульсе силы и разных режимах их изменения по основной математической формуле. Или импульс силы устройством его изменения 6 устанавливают в выходном сечении выработки на начальном уровне, а удельную плотность объемного расхода среды ее устройством 8 изменяют, после этого определяют удельную плотность объемного расхода среды, определяют постоянный начальный импульс силы, определяют соответствующие им показатели режимов изменения и определяют динамическую работу движения тела переменной массы при постоянном начальном импульсе силы, переменной удельной плотности объемного расхода среды и разных режимах их изменения по основной математической формуле. Или импульс силы устройством его изменения 6 устанавливают в выходном сечении на начальном уровне, устанавливают удельную плотность объемного расхода среды устройством 8 ее изменения также на начальном уровне, после этого одновременно измеряют импульс силы, измеряют удельную плотность объемного расхода среды, определяют соответствующие им показатели режимов изменения и определяют динамическую работу тела в состоянии покоя или равномерного движения в среде при начальном импульсе силы, начальной удельной плотности объемного расхода среды и одинаковых режимах их изменения по основной математической формуле. Или определяют зависимость импульса силы и удельной плотности объемного расхода среды от динамической работы, определяют общую точку равенства их величин, устанавливают импульс силы устройством 6 его изменения и удельную плотность объемного расхода движения воздушной среды устройством 8 ее изменения на общем уровне, после этого измеряют импульс силы, удельную плотность объемного расхода среды, определяют начальные их величины, определяют соответствующие показатели режимов их изменения и определяют оптимальную динамическую работу движения тела переменной массы в среде при одинаковом уровне импульса силы, удельной плотности объемного расхода среды и разных режимах их изменения по основной математической формуле. Или определяют зависимость переменного импульса силы от времени движения тела при каждом замере, затем определяют зависимость удельной плотности объемного расхода от времени, определяют показатель режима их изменения от времени, определяют соответствующую ему постоянную динамическую работу на протяжении всего пути движения тела и после этого определяют динамическую работу при условии зависимости от времени переменного импульса силы и переменной удельной плотности объемного расхода среды по основной математической формуле. Или определяют зависимость переменного импульса силы от пути перемещения тела в единицу времени при каждом замере, затем определяют зависимость удельной плотности объемного расхода среды от пути перемещения тела в единицу времени при каждом замере, затем определяют показатель режима изменения пути перемещения тела, определяют соответствующую ему постоянную величину работы и после этого определяют динамическую работу при условии зависимости переменного импульса и переменной удельной плотности объемного расхода среды от пути перемещения тела по основной формуле. Или определяют динамическую работу между точками замера при условии зависимости импульса силы от времени движения тела, зависимости удельной плотности объемного расхода также от времени и определяют сумму изменения работы во времени. После этого определяют динамическую работу между точками замера при условии зависимости импульса силы от пути перемещения тела, зависимость удельной плотности объемного расхода среды также от пути перемещения тела и определяют сумму изменения работы от пути перемещения. Затем приравнивают полученные суммы работы и подтверждают закон сохранения динамической работы во времени и в пространстве пути перемещения тела по основной математической формуле.

Замеры параметров в указанных пунктах производят следующими приборам и устройствами: пружинными весами измерялась - масса тела; микроманометром ММН-1 с воздухомерной трубкой и анемометрами МС - 13, АСО - 3 - скорость движения воздуха; микробаронивелиром - барометрическое давление; мерной рулеткой - длина тела, площадь сечения тела, объем тела, длина пути перемещения тела; компьютером «note book», секундомером - время движения тела; вентилятором типа - ВМП - регулировалась скорость движения воздуха и плотность объемного расхода воздушного потока; термометром - измерялась температура воздуха.

Технический эффект, возникающий от совокупности отличительных признаков предложенного изобретения, сводится к следующему: начальная величина динамической работы, как комплексный и размерный коэффициент пропорциональности между общей величиной динамической работы и определяющими ее факторами, позволяет повысить достоверность определения общей величины работы в 1.5 раза и таким путем повысить точность определения расхода воздуха, подаваемого в шахту. Учет нелинейности изменения показателей режима импульса силы и удельной плотности объемного расхода среды позволяет повысить точность определения динамической работы до 3 раз, а удельную плотность объемного расхода до 2 раз и таким путем повысить достоверность определения расхода воздуха, а с его учетом повысить производительность труда горняков, снизить травматизм, профзаболевания, исключить загазирование атмосферы выработок, взрывы газа, пыли и гибель людей в шахтах. Учет вариантов изменения импульса силы и удельной плотности объемного расхода среды позволяет расширить диапазон решения практических задач, в частности определения динамической работы во времени и пространстве, в отличие от известного аэростатического способа, который не учитывает работу сопротивления движению тела в среде и не позволяет получить требуемый технический результат.

В предлагаемом способе имеются параметры, содержащие пределы количественных значений, которые нормируются Правилами безопасности по видам выработок. Так в вентиляционных стволах устанавливаются минимальная и максимальная скорости движения воздушной среды (8-15 м/с), в выработках для хождения людей нормируется скорость движения среды (0.25-4 м/с). Импульсы сил движения тел в шахтах не нормируются, т.к. пока нет инженерных способов их решения. Поэтому в настоящее время не редки случаи самопроизвольного опрокидывания вентиляционных струй движущимися телами, что приводит к возникновению аварий в шахтах.

Примером применения предлагаемого способа служит определение динамической работы движения угля переменной силой в текущей воздушной среде вертикальной выработки под действием силы тяжести. Для осуществления способа выбирался горный массив 1 с находящейся в нем выработкой 2, измерялось входное 3 S_вх=1.1 м² и выходное 4 S_вых=1.1 м² сечения выработки, подавался в выработку через выходное сечение требуемый расход воздушной среды, устанавливалось тело 5 во входное сечение выработки, измерялась заданная масса тела M_з=1 кг, повторялись последующие операции и определялась при каждом замере аэродинамическая сила движения тела от F_min=0.255 H до F_max=15.63 H, при переменной массе от m_min=0.25 кг до m_max=2 кг в текущей среде, соответствующем ей времени движения тела от t_max=2 с до t_min=0.71 с, переменной скорости движения воздуха от ν_min=2.44 м/с до ν_max=6.96 ^М/_С, переменной удельной плотности объемного расхода воздуха от r_max=0.41 с·м²/м³ до r_min=0.144 с·м²/м³, дополнительно измерялась заданная сила F_з=4.1 Н, измерялось время ее действия t=1 с, определялся заданный импульс силы J_з=4.1 кг·м/с, измерялась заданная скорость движения воздуха относительно движущегося тела ν_з=4.9 м/с, затем определялись отклонения от заданного значения импульса J_min=0.51 кг·м/с, J_max=11.1 кг·м/с и скорости движения воздуха в выходном сечении выработки ν_min=2.44 м/с, ν_max=6.96 м/с.

При наличии отклонений от заданных значении импульса и скорости движения воздуха устанавливалось в выходном сечении выработки устройством изменения импульса 6 минимальное значение импульса силы 7 J_min=0.51 кг·м/с при дальнейшем его увеличении до максимального значения J_max=11.1 кг·м/с.

Одновременно устанавливалась устройством изменения скорости воздуха 8 минимальное значение скорости 9 ν_min=2.44 м/с при увеличении ее до максимального значения ν_max=6.96 м/с. После этого измерялись импульс силы и скорость движения воздуха от одного до другого предельного значения и определялась удельная плотность объемного расхода воздушной среды при средней скорости движении среды r_max=0.818, r_min=0.288 с·м²/м³.

Вслед за этим определялся показатель режима изменения импульса между замерами n=0.33, определялась начальная величина импульса J₀=0.33. Затем определялся показатель режима изменения удельной плотности объемного расхода среды между замерами m=2.99, определялась начальная величина r_max=0.69 удельной плотности объемного расхода среды. После этого определялась начальная величина динамической работы и A₀=0.48, определялась при каждом замере динамическая работа переменной силы при условии переменного импульса силы, переменной удельной плотности объемного расхода среды, разных режимах и вариантах их изменения по основной математической формуле

от $$A_{l-\min }=0.48\frac{{0.51}^{0.33}}{{0.82}^{2.99}}=0.70Дж$$

до $$A_{l-\max }=0.48\frac{{11.1}^{0.33}}{{0.288}^{2.99}}=43.89Дж,$$

или определялась динамическая работа при условии переменного импульса силы и постоянной начальной удельной плотности объемного расхода среды и разных режимах их изменения по основной математической формуле

от $$A_{2-\min }=\frac{{0.51}^{0.33+1}}{0.69}=0.60Дж$$

до $$A_{2-\max }=\frac{{11.1}^{0.33+1}}{0.69}=35.59Дж,$$

или определялась динамическая работа при условии постоянного начального импульса силы и переменной удельной плотности объемного расхода среды и разных режимах их изменения по основной математической формуле

от $$A_{3-\min }=\frac{0.33}{{0.82}^{2.99+1}}=0.73Дж$$

до $$A_{3-\max }=\frac{0.33}{{\mathrm{0,288}}^{2.99+1}}=\mathrm{47,37}Дж,$$

или определялась динамическая работа при условии постоянного начального импульса силы, постоянной начальной удельной плотности объемного расхода среды и разных режимах их изменения по основной математической формуле

$$A_4=\frac{0.33}{0.69}=0.48Дж,$$

или определялась динамическая работа при условии оптимальных значений импульса силы и удельной плотности объемного расхода среды и разных режимах их изменения по основной математической формуле

$$A_5=0.48\frac{{0.76}^{0.33}}{{0.76}^{2.99}}=0.99Дж,$$

или определялась динамическая работа при условии зависимости переменного импульса, переменной удельной плотности объемного расхода среды от времени движения тела и разных их режимах по основной математической формуле

от $$A_{6-\min }=\frac{12.07}{2^{4.01}}=0.75Дж$$

до $$A_{6-\max }=\frac{12.07}{{0.71}^{4.01}}=47.49Дж,$$

или определялась динамическая работа при условии зависимости переменного импульса силы, переменной удельной плотности объемного расхода среды от длины пути перемещения тела и разных их режимах по основной математической формуле

от $$A_{7-\min }=0.5{(1.22)}^{2.01}=0.74Дж$$

до $$A_{7-\max }=0.5{(9.8)}^{2.01}=48.02Дж,$$

или определялась динамическая работа при условии зависимости импульса силы от времени движения тела, зависимости удельной плотности объемного расхода среды также от времени движения. После этого определялась динамическая работа при условии зависимости импульса силы от пути перемещения тела, зависимости удельной плотности объемного расхода среды также от пути перемещения тела. Затем приравнивались полученные величины и подтверждался закон изменения и сохранения динамической работы, как частный случай закона сохранения импульса, по основной математической формуле

$${\displaystyle \sum A_t\left[0.75+2.30+9.09+35.42\right]={\displaystyle \sum A_l\left[0.74+2.26+9.04+36.04\right]}}$$ ,

47.94=48.02

с полученной точностью расчетов: 100%=100,16%.

Заявленный способ позволяет решить поставленную задачу и получить технический результат, заключающийся в повышении точности определения динамической работы перемещения тела переменной силой в текущей среде, а с учетом динамической работы улучшить комфортные и безопасные условия труда и технико-экономические показатели шахт.

Изобретение может быть использовано с помощью средств, известных в технике, например устройств изменения скорости движения воздуха - передвижных вентиляторов местного проветривания ВМЦ, ВЦ, стационарных вентиляторов главного проветривания ВОД, ВЦД и др., устройств изменения импульса силы - электровозов К-10, АРП, типовых клетей, скипов, монорельсовых дорог, канатных машин, движущихся потоков угля самотеком и на конвейерах, капежа воды, водяных завес и др.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при определении динамической работы перемещения тела. По способу устанавливают тело во входном сечении выработки, измеряют его массу, устанавливают в выработке неподвижную воздушную среду, сообщают телу возможность движения в воздушной среде. Измеряют время движения тела, скорость движения среды относительно движущегося тела, определяют удельную плотность объемного расхода воздушной среды и определяют аэродинамическую силу движения тела в текущей среде. Затем измеряют заданную силу, время ее действия, определяют заданный импульс силы, измеряют заданную скорость движения среды. После этого определяют предельные отклонения от заданных значений импульса силы и скорости движения среды. При наличии отклонений устанавливают в выходном сечении соответствующие их значения. Изменяют импульс силы и скорость движения среды. Замеряют в выходном сечении выработки импульсы силы и соответствующие им удельные плотности объемного расхода воздушной среды, определяют показатели режимов изменения импульса, удельной плотности объемного расхода среды и определяют начальную динамическую работу тела. Определяют в выходном сечении выработки динамическую работу перемещения тела в воздушной среде при переменном импульсе, удельной плотности объемного расхода воздушной среды и разных показателях режимов их изменения по приведенным математическим формулам. Технический результат заключается в повышении точности определения динамической работы и повышении достоверности подаваемого в выработку расхода воздуха. 1 ил.

Способ определения динамической работы перемещения тела переменной силой в текущей среде включает выбор горного массива, находящуюся в нем выработку, измерение входного и выходного сечений выработки, подачу в выработку требуемого расхода воздушной среды, установку тела во входное сечение, измерение заданной массы тела, предоставление телу возможности движения вдоль выработки, измерение длины выработки, измерение времени движения тела от входного до выходного сечения выработки, измерение скорости движения тела и определение заданной силы движения тела в среде, отличающийся тем, что дополнительно определяют заданный импульс силы, измеряют заданную скорость движения воздуха относительно тела, затем определяют предельные отклонения от заданных значений импульса силы и скорости движения воздуха в выходном сечении выработки, при наличии отклонений устанавливают устройством изменения импульса силы минимальное значение импульса силы при дальнейшем его увеличении до максимального значения или устанавливают максимальное значение импульса при дальнейшем его снижении до минимального значения, одновременно устанавливают устройством изменения скорости минимальное значение скорости движения воздуха относительно тела при дальнейшем ее увеличении до максимального значения или максимальное значение при дальнейшем ее снижении до минимального значения, после этого измеряют импульс силы и скорость движения воздуха от одного до другого предельных значений, определяют удельную плотность объемного расхода среды при заданной скорости движения воздуха, измеряют время в каждой точке замера, вслед за этим определяют показатель режима изменения импульса силы и начальную величину импульса силы, затем определяют показатель режима изменения удельной плотности объемного расхода среды и начальную величину удельной плотности объемного расхода среды, определяют начальную величину динамической работы и определяют при каждом замере динамическую работу при переменном импульсе силы, переменной удельной плотности объемного расхода среды, разных режимах их изменения по основной математической формуле
$$A=A_0\frac{J^n}{r^m},$$
где А - динамическая работа; А₀ - начальная динамическая работа определяется по формуле
$$A_0=\frac{J_0}{r_0},$$
J₀ - начальный импульс силы тела; r₀ - начальная удельная плотность объемного расхода среды; J - импульс силы, при каждом замере определяется по формуле J=FΔt, где F - сила движения тела; Δt - время движения тела; r - удельная плотность объемного расхода среды, при каждом замере определяется по формуле
$$r=\frac{S_M}{Q},$$
Q - объемный расход движения среды, обтекающей тело, определяется по формуле Q=ν·S_M, ν - скорость движения среды; S_M - миделево сечение тела; n - показатель режима изменения импульса силы при переменной удельной плотности объемного расхода среды, определяется по формуле
$$n=\frac{\Delta \ln J}{\Delta \ln r},$$
m - показатель режима изменения удельной плотности объемного расхода среды при переменном импульсе силы, определяется по формуле
$$m=\frac{\Delta \ln r}{\Delta \ln J}$$
или удельную плотность объемного расхода среды устройством ее изменения устанавливают на начальном уровне, а импульс силы его устройством изменяют, после этого измеряют импульс силы, определяют постоянную начальную удельную плотность объемного расхода среды, определяют соответствующие им показатели режимов изменения и определяют динамическую работу перемещения тела переменной силой в текущей среде при постоянной удельной плотности объемного расхода среды, переменном импульсе силы и разных режимах их изменения по основной математической формуле
$$A_2=\frac{J^{n+1}}{r_0},$$
где n+1, m=0 - показатели режимов изменения переменного импульса силы и постоянной начальной удельной плотности объемного расхода среды, или импульс силы устройством его изменения устанавливают в выходном сечении выработки на начальном уровне, а удельную плотность объемного расхода среды изменяют, после этого определяют удельную плотность объемного расхода среды, определяют постоянный начальный импульс силы, определяют соответствующие им показатели режимов изменения и определяют динамическую работу движения тела переменной массы при постоянном начальном импульсе силы, переменной удельной плотности объемного расхода среды и разных режимах их изменения по основной математической формуле
$$A_3=\frac{J_0}{r^{m+1}},$$
где n=0, m+1 - показатели режимов изменения постоянного начального импульса и переменной удельной плотности объемного расхода среды, или импульс силы устройством его изменения устанавливают в выходном сечении на начальном уровне, устанавливают удельную плотность объемного расхода среды также на начальном уровне, после этого одновременно измеряют импульс силы, измеряют удельную плотность объемного расхода среды, определяют соответствующие им показатели режимов изменения и определяют динамическую работу тела в состоянии покоя или равномерного движения в среде при начальном импульсе силы, начальной удельной плотности объемного расхода среды и одинаковых режимах их изменения по основной математической формуле
$$A_4=\frac{J_0}{r_0},$$
где n=0, m=0 - показатели режимов изменения импульса силы тела и удельной плотности объемного расхода среды, или определяют зависимость импульса силы и удельной плотности объемного расхода среды от динамической работы, определяют общую точку равенства их величин, устанавливают импульс силы устройством его изменения и удельную плотность объемного расхода среды устройством ее изменения на общем уровне, после этого измеряют импульс силы, удельную плотность объемного расхода, определяют начальные их величины, определяют соответствующие показатели режимов их изменения и определяют оптимальную динамическую работу движения тела переменной массы в среде при одинаковом уровне импульса силы, удельной плотности объемного расхода среды и разных режимах их изменения по основной математической формуле
$$A_5=A_0\frac{J^n}{r^m},$$
где n, m - показатели режимов изменения импульса силы и удельной плотности объемного расхода среды при равных по величине значениях импульса силы и удельной плотности объемного расхода среды, или определяют зависимость переменного импульса силы от времени движения тела при каждом замере, затем определяют зависимость удельной плотности объемного расхода от времени, определяют показатель режима их изменения от времени, определяют соответствующую ему постоянную динамическую работу на протяжении всего пути движения тела и после этого определяют динамическую работу при условии зависимости от времени переменного импульса и переменной удельной плотности объемного расхода среды по основной математической формуле
$$A_6=\frac{A_{0-t}}{t^{m+1}},$$
где m+1 - показатель режима изменения времени в зависимости от переменного импульса силы и удельной плотности объемного расхода среды; А_0-t - начальная динамическая работа тела в течение единицы времени перемещения тела, или определяют зависимость переменного импульса силы от пути перемещения тела в единицу времени при каждом замере, затем определяют зависимость удельной плотности объемного расхода среды от пути перемещения тела в единицу времени при каждом замере, затем определяют показатель режима изменения пути перемещения тела, определяют соответствующую ему постоянную величину работы и после этого определяют динамическую работу при условии зависимости переменного импульса и переменной удельной плотности объемного расхода среды от пути перемещения тела по основной математической формуле А₇=A_0-t·l^m-1, где m-1 - показатель режима изменения пути перемещения тела от переменного импульса силы и удельной плотности объемного расхода среды; А_0-t - начальная динамическая работа на протяжении единицы пути движения тела, или определяют динамическую работу между точками замера при условии зависимости импульса силы от времени движения тела, зависимости удельной плотности объемного расхода среды также от времени и определяют сумму изменения работы во времени, после этого определяют динамическую работу между точками замера при условии зависимости импульса силы от пути перемещения тела, зависимость удельной плотности объемного расхода среды также от пути перемещения тела и определяют сумму изменения работы от пути перемещения, затем приравнивают полученные суммы и подтверждают закон сохранения динамической работы во времени и в пространстве пути перемещения тела по основной математической формуле ∑ΔA_t=∑ΔA_l, где Δ, t - индексы суммы динамической работы, изменяющейся во времени; Δ, l - индексы суммы динамической работы, изменяющейся в пространстве пути перемещения тела.