книги / Электрооборудование одноковшовых экскаваторов
..pdfканате 3 ковш 2 опускается на грунт и врезается в него зубьями под собственной массой (положение А). Затем ковш подтягивается тяговым канатом к экскаватору и заполняется срезаемым грунтом ('положение Б). Гру женый ковш, сохраняя горизонтальное положение, под нимается вверх и вместе с платформой поворачивается к месту разгрузки. При разгрузке тяговый канат ослаб ляется («вытравливается») и ковш под собственной мас сой опрокидывается, принимая вертикальное положение. Затем платформа .экскаватора поворачивается, и ковш опускается в забой.
Общая продолжительность цикла экскаватора-драг лайна значительно больше, чем у экскаватора-лопаты (в 2—3 раза), и составляет для экскаваторов ЭШ-5/45 до 45 с, ЭШ-15/90 до 75 с.
При экскавации движению рабочих механизмов, при водимых в действие электродвигателем, препятствуют силы сопротивления (силы резания при копании, масса ковша и поднимаемого груза, силы трения в передачах и др.). Эти статические силы создают на валу рабочего механизма и электрического двигателя так называемый момент нагрузки, или статический ‘момент Мс.
В общем случае статические моменты по характеру их действия подразделяются на реактивные (противодей ствующие) Мр, например, моменты от сил резания, тре ния и деформации неупругих тел, и на потенциальные моменты Мп, связанные -с изменением запаса потенци альной энергии тела, например момент от силы веса. Реактивный момент всегда действует против движения (вращения), поэтому его часто называют моментом со противления. Потенциальный момент Мп при подъеме груза также препятствует вращению, а при спуске груза момент МПуже становится движущим, т. е. направлен согласно вращению двигателя. Поэтому потенциальный момент Л4ц называют активным.
Закономерность изменения статического момента Мс у различных механизмов экскаватора различна, и обыч но ее принято изображать в виде нагрузочной диаграм мы рабочего механизма, представляющей чаще всего за висимость момента Мс от времени, т. е. Mc= f(t). Для некоторых рабочих механизмов момент Мс легко опре деляется аналитическими расчетами. Так, для механиз ма подъема экскаватора-крана (рис. 1-1,д) статическая нагрузка Fc постоянна и равна массе груза Q, а момент
11
to
и с j
V |
I |
I |
* I |
| ] |
I |
I |
м с Г ; |
|
\ |
|
|
|
|
f |
|
|
|
|
|
I
t а)
Мдин |
|
|
+Mдам |
б) |
|
Мдв[Л1в' |
~Мдин |
В' Л' |
ri5 |
|
I---- 1 |
|
KL |
|
В г_ |
^ _ B / M Ae ( t ) и ' |
_____ £ ' |
|
/^Двигатель~\и |
и |
. Генераторный.
П I Пусг,п/7----fj(t)
+/7
Подъем
хГенераторныа |
б) |
||
Ли - |
------ _ |
|
|
{ж— — -4 |
|
||
. j Двигательный |
|
||
|
|
|
±_ г) |
^ |
~ д |
v ' |
|
Спусн. хПуСТ>с
|
|
« 0 0 |
|
|
i |
|
a I |
2 й |
|
|||||||||||
cd |
|
|
|
а о I |
|
|
о |
|
||||||||||||
|
ч н |
я |
|
|
^ |
|
u.^, я |
|
||||||||||||
S |
|
g о a |
|
к |
|
Л.* д с' |
|
|||||||||||||
|
|
H н |
к |
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
л о о |
|
|
u |
|
I й |
о о |
|
|||||||||||
о |
|
S ir |
о |
|
|
|
|
Дй |
|
|||||||||||
|
S |
|
|
° |
|
|
|
2^л ° s |
|
|||||||||||
Я |
|
|
|
|
|
с |
|
|
§ |
|
be-s |
|
||||||||
|
|
|
|
О |
|
|
|
р; |
|
|
|
OU<Уv{ |
|
|||||||
О |
|
|
|
|
|
|
|
"U fl« . |
||||||||||||
|
2 й о |
|
|
я |
е я |
d><ик |
||||||||||||||
со |
|
2 й |
|
|
|
я |
ч к с. сх с * |
|||||||||||||
>> |
|
2 5 |
- |
|
|
* |
|
« |
|
|
. |
|
|
5 |
||||||
а. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
я g |
я ~ |
|
Яр |
|
|
О н |
|||||||||||||
и |
|
|
|
н |
w |
|
|
~ |
|
|
|
|
я |
|||||||
cd . |
я |
О |
а |
|
|
s |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Д |
S |
ё ЕГе ga^sg |
||||||||||||||||||
|
д |
S |
|
|
|
|
|
|
я |
|
^gs S |
|
||||||||
« |
к |
Ч |
|
|
я ь- |
|
||||||||||||||
н |
hj |
О S у |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
О |
а |
|
|
О J? 2 е0||я |
||||||||||||||||
А |
я |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и , м |
|
« ; |
|||||
я S с " |
|
|
|
|
|
Р |
|
* |
Й |
|||||||||||
Ж |
о. |
|
=£ ыу; |
|||||||||||||||||
cd |
а) |
3& 5 ь |
£§ |
|
|
|
аг |
|||||||||||||
*£ |
н |
О'О |
|
|
|
|
« |
|
|
|
.дs |
|
У 5 |
|||||||
w e e p |
|
|
|
я Я& g S |
||||||||||||||||
cd Я |
£Л 2 я |
|
Йа» |
|
е о.л |
|||||||||||||||
со |
cd |
CU |
|
Я |
|
v; |
|
л н |
|
|
» а> |
|||||||||
|
Q« |
Ь к |
Л |
|
о |
|
|
- <D|fc |
||||||||||||
К |
cd |
Ss |
° |
|
|
|
Ййs |
|
|
S |
||||||||||
X |
* а | s |
|
|
S C 3 д ^ й |
||||||||||||||||
OU |
|
I |
|
OU I |
|
|
|
Й |
|
‘н я■о ...В* |
||||||||||
К #Д |
I |
|
а |
|
0 о |
|
3 я |
|
й |
|
а |
Я |
||||||||
S |
О |
* |
| |
^ |
|
|
| |
|
|
|
о: |
|
мй |
* |
||||||
я |
|
|
|
|
О,о |
|
|
со |
|
|||||||||||
Д |
а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
*нs t s . |
||||||
си |
а> |
g-Hs |
|
|
I |
|
itf и |
Ои « |
||||||||||||
2 |
5Г |
|
|
|
я £ |
н S S |
||||||||||||||
я .. |
а |
|
0t- |
|
||||||||||||||||
0) |
S |
о |
я |
>* |
|
|
|
|
Л л |
г « |
||||||||||
си |
я |
2 « |
с |
|
|
CJ |
|
% |
|
|||||||||||
m cd |
|
|
|
|
и |
|
|
*£*• |
|
|||||||||||
н |
X |
|
|
|
|
я |
|
Й |
|
|
I |
'о2*я |
||||||||
О) |
|
|
|
|
я |
|
о |
|
я I в 2 2 |
|||||||||||
о |
£ |
о я |
о |
|
о |
|
я ^5 Оg «5 |
|||||||||||||
|
|
U sr |
|
у ..« 2 a |
||||||||||||||||
cd |
о |
UЧ со |
я |
|
||||||||||||||||
S3 |
я |
|
и» |
|
g.X со С |
|
||||||||||||||
Я |
я |
о fl |
р« |
я |
|
S'n |
>*5 |
|
||||||||||||
cd |
к |
о g |
|
|
|
|
X |
|
|
|
|
и 2 ев |
||||||||
р , |
О) |
sr О к |
|
й) |
|
*5соя е я |
||||||||||||||
й: |
о |
я я |
2 |
|
2 |
|
ia s * i |
|||||||||||||
1 |
си |
2 |
|
я |
|
|
1 |
|
I-** |
|
■а я |
|||||||||
cd |
н |
Я я |
сх |
|
1 |
|
t=( я *е |
|
||||||||||||
|
о |
Ич |
я |
|
гг* |
|
|
|
|
|
|
СО |
||||||||
си о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
я ®| 8 |
|||||||||
О |
к |
§ « |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
3 <пЯ |
|||||||
н |
|
|
|
|
|
|
|
|
ЯзК С? |
* S |
||||||||||
cd |
|
|
|
я |
|
° |
|
§ |
|
ЯОЯ |
||||||||||
ш |
|
я К |
|
|
|
я я н |
|
ч |
||||||||||||
cd |
|
^ я |
j* ! 11?°1 |
|||||||||||||||||
д |
|
5 |
я |
-- |
|
I* |
|
S3 £ я |
|
I |
S |
|||||||||
CJ |
|
2 |
л |
|
|
|
||||||||||||||
Д |
|
л е |
я |
|
|
|
С |
|
|
Я |
со |
|
||||||||
со |
|
Йо |
|
|
|
|
|
к |
|
я |
|
0°° I |
||||||||
cd |
|
я |
rv, |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
= н |
|
|
|
|
|
я |
|
Яае и -ГО) |
||||||||||
§ |
|
|
4 й |
|
|
|
|
я |
|
«я о |
|
|
Й |
|
||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
« |
|
я я « Х и |
|||||||||
Д |
|
|
1 ч |
|
|
|
|
|
* |
|
5 | « | . § |
|||||||||
к |
|
VQл |
|
|
|
|
2 |
|
S.O О |
|
||||||||||
а . |
|
|
.„я |
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
О |
§ « |
И g с |
|||||||||||
д |
|
|
я к |
|
|
|
|
|
о |
|
||||||||||
о |
|
|
s g |
|
|
|
|
|
н |
|
Я Я |
|
|
я |
||||||
сх, |
|
|
5 Й |
|
|
|
|
£ |
|
Л |
|
_ |
|
«2 s |
||||||
|
|
|
Я ад |
|
|
|
|
|
Р О |
|
О |
|||||||||
д |
|
|
я |
о, |
|
|
|
|
2 |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
•• ЭзС* |
|||||||
|
|
я |
|
|
|
|
|
|
|
л |
|
|
||||||||
си |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
« |
|
|
2 2 2 з с |
|||||||
ч |
|
|
* « |
|
|
|
|
|
|
0 5 а>2 о 2 |
||||||||||
со |
|
|
О м |
|
|
|
|
|
||||||||||||
са |
|
|
S |
|
|
|
|
|
|
|
1 о tPS>o с |
|||||||||
(V |
Од |
|
|
|
|
|
oWOflSF |
|||||||||||||
о |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
и |
сг |
|
Я I |
|
|
|
|
|
|
|
- |
|
С« « I |
|||||||
я |
о |
|
о |
|
м О |
|
н я |
|
|
|
я s |
|||||||||
|
|
|
‘ |
|
|
S gae л^ |
||||||||||||||
а) |
VO |
ю |
|
|
CU |
|
|
|
а>Л о Я t |
|||||||||||
£ |
я |
|
я |
|
«£« |
|
|
яч |
|
|
SBэ м |
|||||||||
о |
Он |
|
Лн |
|
|
|
|
|||||||||||||
£ |
а) |
я |
" I й> Й « £ о i |
|||||||||||||||||
о |
£ |
|
|
^ я |
|
|
Ий |
|
g s | & i |
|||||||||||
к |
£ |
|
|
s |
! |
|
|
|
н = |
|
e |
S |
l ° . |
|||||||
|
|
|
я 2 |
|
|
|
|
|
*=( |
|s!s< |
||||||||||
CL) Он |
|
й Р* « |
|
|
||||||||||||||||
я |
cd |
|
О* я |
|
Ка |
|
|
я |
|
к aaЙ| |
||||||||||
3 |
г, |
|
я и» |
|
е |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
я я |
|
ч |
|
|
|
|
|
||||||||||
3 |
|
|
|
« |
|
|
|
в |
|
|
|
ЛО я § ; |
||||||||
Он |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
§V«? |
||||||||
с |
|
|
|
2 я |
|
х |
|
|
|
|
|
01 Я О |
||||||||
|
|
|
я |
я |
|
* |
|
|
|
|
|
|
||||||||
О |
|
|
|
о н |
|
S |
|
|
|
|
|
|
Оя |
|||||||
|
|
|
S я |
|
„ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
CN |
|
|
я и |
|
|
|
|
|
со д |
|
Я сЗ |
|||||||||
|
|
©♦а. я |
|
|
|
|
|
tQя 2 |
||||||||||||
|
|
|
|
и о |
|
|
я |
|
|
|
|
O5H.S |
||||||||
|
|
|
|
я а о |
|
|
|
|
к с и а» |
|||||||||||
О |
|
|
« О 3 |
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
1 |
1 |
|
|
я |
|
|
|
|
я ^ |
|
2 |
° |
||||||
Я |
|
|
|
|
|
си |
|
|
с |
|
я я |
|
||||||||
№ |
|
|
ОЙ |
|
|
0 |
|
|
|
я я ли |
М с .б , отнесенный к валу барабана, Mc,6=FcR6, где ^б — радиус бара бана. Этот момент не зависит ни от скорости подъема, ни от времени, и поэтому он, приведенный к валу двигателя и обозначенный Мс на нагрузочной диаграмме рис. 1-2,а,
изображается в виде |
прямой |
ли |
|||
нии, |
параллельной |
оси |
абсцисс |
||
(оси |
времени t). |
механизмов экс |
|||
Для копающих |
|||||
каватора статический |
момент |
со |
|||
противления Мс (рис. |
1-3) |
меняет |
ся в больших пределах и зависит от случайных факторов: структуры грунта, габаритов взорванной мас сы, квалификации машиниста и т. д. В этих условиях зависимость изменения момента нагрузки Мс— . —f{t) устанавливают эксперимен тально при различных режимах ра боты механизма.
В процессе экскавации на валу двигателя рабочего механизма, кро ме статического момента, возника ют с изменением скорости движе ния динамические нагрузки.
Поясним это на примере работы
электропривода |
подъемного меха |
|||
низма |
экскаватора-крана |
(рис. |
||
1-1,5) в |
течение |
одного |
цикла |
ра |
боты. |
поступательном |
перемеще |
||
При |
||||
нии груза вверх |
с постоянной |
ско |
ростью движущий момент Л4ДВвсе гда уравновешивается моментом сопротивления Мс, т. е. ЛГдВ= М с (трением в передачах пренебре гаем).
Чтобы увеличить скорость в со ответствии с графиком на рис. 1-2,г, движущий момент двигателя дол жен возрасти. Тогда возникает из быток этого момента Мдв—Мс=
13
= М ДИН, который расходует ся на увеличение запаса ки нетической энергии во всехдвижущихся массах систе-. мы двигатель — рабочий ме ханизм, т. е. на ускорение их движения.
Изменение скорости подъема груза заканчивает ся, когда динамический мо мент двигателя полностью израсходуется на увеличе ние скорости движущихся масс системы и вращающий момент двигателя сравни
вается с моментом сопротивления МДВ= М с, но уже при другой установившейся частоте вращения п% больше п\, которая была до нарушения равновесия моментов, т. е.
П2>П\.
Таким образом, при увеличении скорости подъема груза электродвигатель экскаватора развивает движу щий момент Мдв, преодолевающий как момент нагруз ки Мс, постоянно действующий в процессе всего периода движения на его валу, так и динамический момент, воз никающий на его валу при изменении частоты вращения согласно заданному закону n=tf(t) на рис. 1-2,г. Поэто му в период fp,n на рис. Т-2,в момент двигателя показан
отрезком ОА (Мдв==Мс+Мдин).
С уменьшением скорости движения кинетическая энергия, запасенная вращающимися массами системы, расходуется и инерционный момент стремится поддер жать вращение привода в неизменном направлении. При этом момент Мдин, возникающий на валу электродвига теля, способствует движущему моменту двигателя Мдв, и последний уменьшается (см. отрезок ГУ в период вре мени tT)Uна рис. 1-2,в, когда МДВ= М С—Мдин).
В процессе торможения механизма подъема (участок
’t.г,ц) момент двигателя Мдв в зависимости от соотноше ния величин МДИн и Мс может быть как отрицательным, так и положительным. Если масса- .поднимаемого груза незначительна и, следовательно, незначителен активный момент Мс, последний создает небольшой тормозной момент и процесс замедления движения системы осу
ществляет в основном электродвигатель, т. е.
14
—А1дв=*Мо—Мдан, так как Мс<М т . Такой режим ра боты электродвигателя называется тормозным или гене раторным, а его момент будет отрицательным (действует против направления вращения). Поэтому на рис. 1-2,в момент Мдв на этом участке работы изображен ниже оси абсцисс сплошной линией ДЕ. Когда же масса груза, а следовательно, и статический момент достаточно вели ки (см, МсЛ>М с на рис. 1-2,а), то степень участия по следнего в процессе торможения привода значительно возрастает, и поэтому электродвигатель может и не пе
реходить в тормозной режим, а |
продолжать работать |
в двигательном режиме. В этом |
случае момент Мдв= |
=М С|1—Мдан (ибо ^ с,1>Мд1ш) |
будет положительным |
(совпадать с п), что и показано штриховой линией УФ на участке /т,п (рис. 1-2,в).
Таким образом, при переходном режиме, т. е. во вре мя перехода от одного установившегося (равновесного) состояния системы к другому, могут быть два случая работы двигателя: тормозной и двигательный.
С изменением скорости спуска груза (участок /р>сна рис. 1-2,а) "могут быть два режима работы двигателя: двигательный, обозначенный сплошной линией ЕЖ (ког да момент нагрузки М9 мал, см. рис. 1-2,а), и тормоз ной, обозначенный штриховой линией ЦФ (когда момент нагрузки достаточно велик, см. Mc,i). Поскольку при спуске груза направление вращения п изменилось по сравнению с подъемом, то и положительный момент дви гателя (двигательный режим) на рис. 1-2,в как совпа дающий с п откладывается ниже оси абсцисс, а отрица
тельный момент двигателя |
(тормозной или генератор |
|
ный режим), действующий |
против п, — выше оси |
абс |
цисс. |
|
|
Участок t0 на рис. 1-2,г означает паузу, и груз |
здесь- |
удерживается механическим тормозом, а двигатель от ключен.
Итак, на рис. 1-2,в представлены изменения значе ния момента двигателя привода подъемного механизма экскаватора-крана в виде зависимости МдВ= /(0 > т. е.
нагрузочная диаграмма электропривода.
Следует подчеркнуть принципиальное различие меж ду нагрузочной диаграммой рабочего механизма (рис. 1-2,а) и нагрузочной диаграммой электро-, двигателя (рис. 1-2,в) из-за наличия динамического мо мента. Только в частном случае, при установившемся
15
те на выгрузку (ковш удерживается от падения тормозным Мо ментом, создаваемым двигателем, подробнее см. § 4-2) и его раз грузка; te — разгон привода при опускании ковша; tj — опускание порожнего ковша (увеличение скорости опускания ковша при этом по сравнению со скоростью подъема койша связано за счет ослаб
ления поля двигателя подъема, подробнее см. § 6-2); |
ta— тормо |
||||
жение |
ковша |
после |
его опускания; — удержание порожнего |
ков |
|
ша при повороте в забой. |
|
|
|||
На |
рис. |
1-4,6 |
приведены для механизма поворота: /ю, in и |
||
t\2 — соответственно |
разгон, движение с установившейся скоростью |
||||
и торможение при |
повороте на разгрузку груженого |
ковша; |
/ 13, |
tи и *15— разгон, движение с установившейся скоростью и тор можение при повороте в забой с порожним ковшом. На рис. 1-4,в
приведены для |
механизма |
напора: |
и |
in — разгон привода в на |
чале процесса |
копания и |
копание; |
и |
— выдвижение рукояти |
с груженым ковшом после окончания копания (для увеличения
радиуса разгрузки) и торможение привода; |
/2о — удержание |
ковша |
|
при повороте на выгрузку; /2ь |
^22 и /23— соответственно |
разгон |
|
привода, втягивание рукоятки с |
порожним |
ковшом при повороте |
|
в забой и торможение привода. |
|
|
|
По нагрузочной диаграмме привода определяется не обходимая мощность электродвигателя. Мощность ма шин должна быть достаточной для реализации предель но допустимых из условий механической прочности кон струкций усилий, скоростей и ускорений, чтобы получить максимально возможную производительность экскава тора.
Надо также отметить, что переходный режим работы привода сопровождается не только изменением запаса механической энергии во вращающихся частях системы, как показано выше, но и изменением электромагнитной энергии в электрических и электромагнитных цепях (об мотках электрических машин). Соответственно различа ют механический и электромагнитный переходный про цесс. Если учитывают их одновременно, то переходный режим называют электромеханическим (см. § 1-6).
При испытаниях экскаватора осциллографом снима ют действительные нагрузочные диаграммы электропри водов основных механизмов (рис. 1-5), которые учиты вают все факторы: изменение сопротивления грунта при экскавации, электромеханическую инерционность систе мы и другие факторы. Однако общий характер измене ния Мдв=? (t) остается примерно таким же, каким пока зан на рис. 1-4. Так, привод подъемного механизма экс каватора-лопаты (рис. 1-5,а) работает почти в течение всего рабочего цикла. Нагрузка носит пиковый характер.
Нагрузка двигателя механизма поворота (рис. 1-5,6) в основном динамическая вследствие больших инерци-
2— 390 |
17 |
вод
л;в
800
700
600
500
400
300 zoo
100
о
100
zoo
300
т
500
600
т
зоо zoo
100
о
100
zoo
300,
500
т
зоо zoo юо
о
100
zoo
300
400
500
£ис. 1-S. Дей ствительные на
грузочные |
диа |
||
граммы |
|
экска |
|
ватора-лопаты. |
|||
1 — кривая |
тока |
||
двигателя; |
2 — |
||
кривая |
напряже |
||
ния |
на |
выводах |
|
якоря |
двигате |
||
ля; |
а —г двигатель |
подъема: t\ — чер пание; /а — подъ ем груженого коа- ша; /| — начало опускания ковша перед экскавато ром в режиме протавовключешш; U— опускание ков
ша |
над |
|
транс |
||
портным |
сосудом |
||||
С |
применением |
||||
вначале |
|
динами |
|||
ческого |
торможе |
||||
ния |
и |
в |
|
конце |
|
торможения |
|
про- |
|||
тивовкл ючен нем; |
|||||
(»— разгрузка |
ков |
||||
ша |
(небольшой |
||||
подъем |
с |
|
тормо |
||
жением |
противо- |
||||
включеннем |
в кон |
||||
це); |
U — опуска* |
||||
нне |
ковша |
с |
ге |
||
нераторным |
|
тор |
|||
можением; |
|
|
б — |
||
двигатели |
|
пово |
|||
рота: |
|
U — черпа |
|||
ние; |
|
/• — разгон |
|||
двигателя |
при по |
||||
вороте |
к |
|
месту |
||
разгрузки; |
(* — ге |
||||
нераторное |
тормо |
||||
жение; |
(ю — раз* |
гон двигателя при повороте к забою; tit — генераторное торможение; в — двигатель напора:
|
напорное дви |
|
жение |
рукояти |
|
при |
— |
черпании; |
/и |
выведение |
|
рукояти |
из забоя |
|
с применением в |
||
конце |
генератор |
|
ного |
торможения; |
/н— установка ков
ша для |
разгрузки |
||
о |
генераторным |
||
торможением |
в |
||
конце; |
/ц — под |
||
бирание |
рукояти |
перед черпанием.
18