книги / Скребковые конвейеры

Рис. 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-

= 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

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.

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

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

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

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

7; / 2 - приведенный момент инерции ведомой части привода 2.

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-