книги / Скребковые конвейеры
..pdfРис. ЗЛО. Динамические режимы резко го торможения электродвигателей серии ЭДКОФ53/4
татки объясняются тем, что в процессе нагружения происходит измене ние направления потока жидкости и дросселирование его в предкамеру. Чем больше степень замедления турбинного колеса, тем выше скорость циркуляции потока и тем больше гидравлическое сопротивление при сливе за счет дросселирования, следовательно, в рабочей камере остает ся большее количество жидкости и передаваемый гидромуфтой момент выше.
Стендовые исследования, проводившиеся в течение "ряда послед них лет на заводе ’’Свет шахтера”, показали, что отмеченные недостатки гидромуфт являются причиной порывов тяговых цепей, несостоявшихся запусков под нагрузкой и выплавления предохранительных пробок. Эти недостатки учтены и устранены при разработке и создании гидро муфт привода забойных конвейеров нового технического уровня.
3.5. АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Конструирование электродвигателей забойных конвейеров осу ществляется согласно методике и нормативной технической документа ции, которые^ разработаны для электродвигателей общепромышленного назначения.
Заводские испытания электродвигателей по действующим методи кам производят в статических режимах. Однако в реальных условиях эксплуатации привод забойного конвейера работает с переменными нагрузками. В связи с этим действующие значения токов и электромаг нитных моментов значительно больше, чем при установившемся расчет ном режиме. Из-за недооценки влияния переходных процессов в рабочем режиме снижаются сроки службы приводов и конвейера в целом.
Рассмотрим порознь динамические характеристики в установив шемся режиме работы асинхронных короткозамкнутых электродвига телей и гидромуфт, а также проведем экспериментальные исследования амплитудно-частотных характеристик на специальном стенде.
Исследования последних лет показали, что в рабочем режиме, соот-
Электродви |
|
|
Параметры |
|
гатель |
Jт, КГ *м2 |
Мк,Н*м |
|
€ |
|
« 0 'с_1 |
|||
|
|
|
|
|
ЭДКОФ42/4 |
2.49 |
950,0 |
52 |
0,225 |
ЭДКОФ43/4 |
2,8 |
1092 |
53 |
0,215 |
ЭДКОФ53/4 |
8,2 |
2373 |
51 |
0,2 |
ветствующем жесткой части |
механической характеристики |
(при М = |
= 0,8 Мк> где Мс - момент статических сопротивлений; Мк —критичес кий момент), передаточная функция асинхронного короткозамкнуто го двигателя по возмущению может быть аппроксимирована колеба тельным звеном второго порядка, характер переходного процесса кото рого с учетом электромагнитной инерции зависит от коэффициентов демпфирования и жесткости.
Коэффициент демпфирования е электродвигателя выражается
через динамические параметры |
|
|
|
е = |
S ксоо |
О |
(3.6) |
|
2П0 |
|
|
где |
SK - критическое скольжение; |
ooQ — угловая частота сети, с” 1; |
|
J — момент инерции, кг-м2; |
£2 —частота свободных колебаний дви |
||
гателя, с"1 |
|
|
Значения коэффициента демпфирования серийных электродвига телей забойных скребковых конвейеров приведены в табл. 3.1.
Коэффициент демпфирования зависит от параметров статической характеристики двигателя и момента инерции его ротора / . Влия ние этих параметров неодинаково. Момент инерции гораздо меньше влияет, чем критическое скольжение, а увеличение критического мо мента Мк приводит к уменьшению коэффициента демпфирования.
Оценка динамических свойств привода имеет важное значение при рассмотрении формирования нагрузок в тяговом органе и самом при воде при колебательном характере сопротивлений перемещению груза в рабочих режимах. Если рассмотреть полный спектр нагрузок, то он состоит из низкочастотной (менее 0,5 Гц) и высокочастотной (более 0,5 Гц) составляющих. Нагрузка низкой частоты проходят через все элементы конвейера и привода без изменений. Высокочастотные нагруз ки трансформируются инерционно-упругими и диссипативными свойст вами привода. Высокочастотные динамические нагрузки, в первую оче редь, влияют на долговечность конвейера и его привода. Поэтому сни жение размахов колебаний усилий за счет правильно установленных параметров привода является эффективным средством увеличения долговечности забойных конвейеров.
Рис. 3.11. Амплитудно-частотные характе |
M/Mz |
ристики по моменту в трансмиссии забой |
|
ного скребкового конвейера СП202М |
|
(7о/Гт = 2/>; J =0,141 к г-м /с2) |
|
В исследовательской лаборатории завода ’’Свет шахтера” была осуществлена экспериментальная проверка амплитудно-частотных харак теристик привода забойного конвейера двух вариантов: с гидромуфтой и асинхронным короткозамкнутым электродвигателем; только с асинх ронным короткозамкнутым электродвигателем ЭДКОФ42/4. Экспери менты Проводили на специальном стенде для снятия частотных характе ристик. Кроме определения этих характеристик на стенде измерялись мгновенные значения тока и мощности, потребляемой двигателем. Амплитудно-частотные характеристики по моменту в трансмиссии за бойного скребкового конвейера СП202М приведены на рис. 3.11.
Как видно из осциллограмм, с применением гидромуфты благодаря ее инерЦионно-демпфирующим свойствам уменьшается динамическая нагруженноеть кинематики привода и машины в целом. Это дает осно вание полагать о положительном влиянии на характер взаимодействия тягового органа с грузом и привода. Гидромуфта улучшает динамичес кие свойства Привода, демпфируя колебания момента, не пропускает нагрузки с частотой более 4—10 Гц, что свидетельствует о необходимос
ти учета динамических характеристик привода при составлении урав нений движения забойного конвейера*
При этом гидромуфта может быть представлена как колебательная система, которая имеет условный упругий элемент и вязкий демпфер. Движение такой системы описывается уравнениями (3.4). Здесь гидрав лический моМ^ИТ можно выразить через динамические параметры гидро муфты:
М = СГ(*„ - + е. (С0Н - Пт) , (3.7)
где Сг ^ динамическая жесткость гидромуфты или квазиупругий эле
мент ее Условной схемы; |
коэффициент демпфирования, характе |
|
ризующий дисс№ативные свойства гидромуфты. |
133 |
В отличие от рассматриваемых ранее режимов работы гидромуфты (пуск, торможение, статический) здесь речь идет о динамическом рабо чем режиме на рабочем участке механической характеристики с коле баниями нагрузки около ее среднего значения. В соответствии с этим в уравнении (3.7) - нестационарные составляющие углов по ворота насосного и турбинного колес; сон, £2т —нестационарные состав ляющие угловой скорости насосного и турбинного колес.
Сопоставление амплитудно-частотных характеристик (см. рис. 3.11) демонстрирует преимущества гидромуфты по сравнению с жестким соединением электродвигателя с трансмиссией. При разных частотах спектра нагрузок, задаваемого на стенде синусоидальной зависимостью, коэффициент передачи при применении гидромуфты всегда меньше.
4. ОДНО- И МНОГОПРИВОДНЫЕ СИСТЕМЫ ЗАБОЙНОГО СКРЕБКОВОГО КОНВЕЙЕРА В ПЕРЕХОДНЫХ РЕЖИМАХ РАБОТЫ
4.1. АНАЛИЗ И РАСЧЕТ ПУСКОВЫХ ПРОЦЕССОВ
Аналитические расчеты пуска одно- и многоприводной систем забой ных скребковых конвейеров рассмотрены в различных работах. Здесь характерным является использование статических характеристик двига телей и гидромуфт и их кусочно-линейной аппроксимации, а также мате матической модели процесса запуска в виде системы дифференциальных уравнений, решаемых с помощью ЭВМ.
В практике конструирования привода забойных конвейеров доста точно знать максимальные действующие нагрузки и время их действия при пуске привода с тем, чтобы учесть при расчетах элементов конвейе ра. Существенным результатом проведенных исследований *является установление влияния на процесс запуска конвейера снижения напряже ния на зажимах электродвигателей в условиях реального шахтного электроснабжения, а также установление значительных динамических усилий в упругом соединительном звене (вкладыше между моторной полумуфтой и насосным колесом) в связи с пульсациями электромаг нитного момента двигателя.
Однако вопрос |
о недостаточных тяговых способностях гидродина |
||||
мического привода |
забойных конвейеров с гидромуфтами |
типа ТЛ32 |
|||
и ее модификаций остался нерешенным. |
|
|
|||
Ранее |
гидромуфты |
обладали малым |
пусковым |
мом0нт°м |
|
(1,8 М |
) при запуске |
на застопоренный |
вал. Добавление рабочей |
жидкости в рабочую полость способствовало увеличению тяговой спо“ собности (до 2,2 М лм), однако отрицательно влияло на динамические
'НО М
характеристики при резком торможении (4,5 ^ 5 А/ном) , а также увели чивало максимальный момент по статической характеристике, что способствовало опрокидыванию двигателя при скольжении гидромуфты в области 40—60 %. Повторные пуски при заштыбованном конвейере приводили к нагреву рабочей жидкости гидромуфт и срабатыванию тепловой защиты. В большинстве случаев эксплуатации забойных кон вейеров требовались значительные усилия для осуществления пуска, особенно если он происходил под нагрузкой.
Для практических случаев расчета пускового режима привода можно ограничиться графо-аналитическими методами. При этом, как уже указывалось в п. 3.3, предполагаются известными моментные характе ристики электродвигателя и гидромуфты, а также график зависимости внешней нагрузки от скорости ведомого вала. Наиболее неблагоприят ным с точки зрения максимальных нагрузок является запуск на закли ненную цепь или заштыбованного конвейера. При этом ограничение по времени пуска для забойных скребковых конвейеров не так сущест венно, как, например, для ленточных, где важную роль играет плавность запуска из-за возможного проскальзывания ленты.
При разгоне привода в дополнительном объеме гидромуфты удер живается находящаяся в нем жидкость (20 % общего заполнения). Именно поэтому процесс пуска электродвигателя вплоть до разгона ротора на устойчивую часть механической характеристики происходит при уменьшенном заполнении рабочей полости гидромуфты. Ско рость перетекания жидкости из дополнительного объема в рабочую полость регулируется тремя специальными дросселирующими отверстия ми диаметром по 3 мм, расположенными по наибольшему диаметру до полнительного объема. До выхода частоты вращения ротора на устойчи вую часть характеристики из дополнительного объема вытекает пример но 5-6 % рабочей жидкости, остальная часть вытекаете рабочую полость после достижения ротором частоты вращения рабочего режима.
Жидкость в дополнительном объеме начинает истекать в рабочую полость уже при частоте вращения насосного колеса 20—30 с” 1. Расход
через дросселирующие отверстия |
|
|
Q=nf0s/m: н = |
- о , |
(4.1) |
где д — коэффициент расхода для отверстий в толстой стенке; / — суммарное сечение переточных отверстий; Я —статический напор жид кости при вращении цилиндра; гц —радиус цилиндра (камеры допол нительного объема); г ж — начальный радиус свободной поверхности жидкости в дополнительном объеме.
Экспериментальная кривая зависимости времени истечения и объе ма жидкости через дросселирующие отверстия приведены на рис. 4.1.
Методика графо-аналитического расчета пускового режима при Мс > М сводится к следующему.
Рис. 4.1. Экспериментальные зависимо сти (1 -4 ) времени истечения и объема
жидкости через дросселирующие отвер стия
1. Считая приращение угловой скорости турбинного колеса АП, определим приращение времени At, интегрируя графически уравнение
движения At. = ---------------- АП, |
при этом считаем Af = А/ |
= const, |
|
ср I |
с |
с |
стоп |
т.е. момент сопротивления движению равен стоповому моменту гидро муфты. Для первого интервала принимаем Л1 . = А/нац, где А/нац - пусковой момент при заполнении рабочей полости за вычетом жидкости
вдополнительном объеме.
2.Определив At., найдем по кривой/0 (см. рис. 4.1) объем жидкос ти AV., который перетечет из дополнительного объема в рабочую по
лость, а затем найдем объем жидкости в рабочей полости V. = V._ { +
+AVr
3.Зная семейство статических характеристик гидромуфты при раз личных заполнениях (рис. 4.2), находим по ординате /-го интервала точ ку, соответствующую ^.-заполнению. Здесь допускается интерполиро вание между кривыми характеристик при допущении, что момент прямо
пропорционален объему жидкости в рабочей полости.
4. Так как жидкость поступает из дополнительного объема и момент имеет приращение в /-ом интервале, то вычисляем среднее значение между моментом в конце предыдущего (/ - 1) интервала и получен
ным М. при объеме V.
M cVi= С " с р м + м ‘)1 2 -
Затем переходим к / + 1 интервалу приращения АП. Повторяя для каждого интервала операции по пунктам 1-4, определяем моментную пусковую характеристику.
Таким же способом можно определить зависимость П (г), считая, что
М 1 ~ Мс
АП; = ■
A ti
Рис. 4.2. Семейство статических характеристик гидромуфты при различных эаполнениях
и таким образом узнать ускорение и общее время разгона системы гид родинамического привода.
Рассчитанные по этой методике пусковые характеристики привода с гидромуфтами ТЛ32Н при сечениях дросселирующих отверстий 0,5 / 0 и 2f0 приведены на рис. 4.2.
Экспериментально полученная пусковая характеристика при / 0 = = 5,3 мм2 показана на рис. 4.2 пунктирной линией, а полученная расчет ным путем кривая 1 указывает на удовлетворительную сходимость ре зультатов.
Анализ и расчет пусковых процессов гидродинамического привода забойных конвейеров с гидромуфтами ТЛ32Н показывает на недоста точную тяговую способность конвейера под нагрузкой. Наибольший реа лизуемый пусковой момент составляет 1,8 Мю . Современные карты технического уровня и качества для гидромуфт требуют кратности
2,5 Л/ном, т.е. требовалось дальнейшее конструктивное совершенство вание гидродинамического привода.
Особенностью запуска многоприводной системы забойных конвейе ров является влияние падения напряжения из-за разной длины питающих кабелей. Пусковая способность верхнего и нижнего приводов в лаве снижается друг относительно друга на 8—12 %. Существенное влияние на пуск оказывает заполнение гидромуфт. Отсюда вытекает важность улучшения герметизации гидромуфт и качества манжетных уплотне ний, пр'и соблюдении которых процесс пуска многоприводной системы можно рассматривать как одноприводной с поправкой на падение напря жения сети.
4.2. ДИНАМИКА РЕЗКОГО ТОРМОЖЕНИЯ ТЯГОВОГО ОРГАНА
Длительные наблюдения за работ’ой забойных скребковых кон вейеров СП63М, СП87ПМ и других показали, что наиболее интенсивно выходят из строя тяговый орган и привод.
Заклинивание тягового органа забойного конвейера приводит к появлению значительных динамических усилий, связанных с протека нием процессов по динамическим характеристикам привода, с резким торможением масс приводных блоков, а также увеличивает приращение статических усилий, развиваемых двигателями и передаваемых гидро муфтами в связи с увеличением их скольжения. Усложнение исследова ния величин действующих нагрузок и их характера вызывается нелиней ностью механических характеристик привода, а также смещением во времени процессов опрокидывания гидромуфт.
В, связи со сложностью протекающих процессов и наличием значи тельного числа факторов, которые должны быть учтены, решение диф ференциальных уравнений движения приводов при резком нарастании сил сопротивления удается лишь с помощью ЭВМ.
При проведении исследований необходим учет следующих факторов: 1) динамических характеристик двигателей; 2) возможности падения частот вращения двигателей; 3) динамических характеристик гидро муфт; 4) влияния падения напряжения на зажимах двигателей; 5) вели чины и характер распределения масс; 6) величины и характера рас пределения упругой податливости; 7) потери энергии в трансмиссии и тяговом органе; 8) степени участия транспортируемого материала.
Рассмотрим эквивалентную схему многоприводного забойного скребкового конвейера (рис. 4.3). Здесь, кроме принятых ранее обоз
начений, о>1, со2 |
угловые скорости электродвигателей; &1, С12 — уг |
|
ловые скорости |
турбинных колес; |
*р2 - углы поворота турбин |
ных колес, Сх - |
приведенная к турбинному колесу жесткость холос |
|
той ветви; Jx - |
приведенный момент инерции ведомой части привода |
7; / 2 - приведенный момент инерции ведомой части привода 2.
Рис. 4.3. Эквивалентная схема многоприводного скребкового конвейера
Положение определяется углами поворота турбинных колес <ру, <р2, к турбинным колесам приложены гидродинамические моменты М ,
м г .
Методы учета факторов, влияющих на возникающие нагрузки при резком торможении, в основном даны в разд. 3.2 и 3.4.
В такой постановкё движение забойного скребкового конвейера описывается следующей системой дифференциальных уравнений:
Мп г +ТЛ у =Ма г ^ aP"S < S K>
/ н1 <Ь1 = ки (3)Ма 1 - М 1;
Л *1 +Mci = n iMi >
(4.2)
J 2 * 2 + М С2 = П 2 М 2 ’
J * 2 “ 2 = k « W M a 2 - M 2>
Л Д2+7’ЭЛГД2 = " э а (5) ПР“ 5 < 5 К*
где пх, п2 —число приводных блоков на соответствующих приводах; JH2 - приведенные моменты инерции ведущей части привода.
Уравнения с индексами ” 1” описывают движение головного привода, уравнения с индексами ”2” описывают движение хвостового привода.
139
Уравнения второе и пятое описывают движение ведущей части приводов, а уравнения третье и ‘четвертое — движение ведомой части приводов.
Л/С1 ,Л/С2 —приведенные к турбинному колесу гидромуфты момен ты сопротивления соответственно головного и хвостового приводов;
МС1 = +СХ&1 - * г ) +кв & - * н > ’
Мс 2 = - Сх ^ 1 - ^ 2 ~ ) ’
где с и сх - приведенная жесткость головного и хвостового привода соответственно; Кв — коэффициент эквивалентного вязкого трения, Л/j и М2 — гидродинамические моменты, передаваемые гидромуфтами, которые могут быть введены в уравнения движения в виде статических и динамических характеристик соответственно, полученных эксперимен тально на стендах.
Составить аналитические выражения статической и динамических характеристик гидромуфт типов TJI32, ТП32, TJ1345 в приемлемом для интегрирования виде не представляется возможным, так как в проточ ной части происходят сложные процессы перетекания жидкости между рабочей полостью, предкамерной и дополнительным объемом. Поэтому введем кусочно-параболическую аппроксимацию статической И ди намических характеристик в виде следующих зависимостей:
Мх = +Ьсо1ф1 +c<pj;
Мг = а и \ +Ьо)2&2 + с ^ .
Здесь а, Ъ и с — коэффициенты, характеризующие соответствующие участки характеристики, аппроксимированной в виде парабол, сопрягаю щихся друг с другом. Эти коэффициенты определяются путем решения трех уравнений на каждом из выделенных участков характеристики. Переход с одного участка на другой осуществляется с помощью фикси рованных по соответствующей характеристике значений скорости тур бинного и насосного колес гидромуфты.
Выбор конкретных динамических характеристик, по которым происходит торможение приводов, осуществляется с помощью приема, разработанного авторами и заключающегося в следующем. Каждой динамической характеристике гидромуфты соответствует определен ное время от начала торможения до полной остановки турбинного ко леса. Имея семейство динамических характеристик гидромуфты при различном темпе торможения, а также зависимость времени заклини вания цепей до полной остановки турбинного колеса гидромуфт^ от длины (или жесткости), определяем,по какой именно характеристике идет процесс. В случае необходимости можно воспользоваться ш*теР-