книги / Скребковые конвейеры

Рис. 54 . Влияние числа лопастей насосного и турбинного колес на значение коэф­ фициента Х(Х=я • 10~6) :

1 - zH= 46; Zj = 44; 2 - zH= 48; zT= 46; 3 - ^ = 50; ^ = 4 8 ; 4 - z =52; z = = 50; 5 - z H =40; z T = 50

делах 0,5—0,6. При значениях А/В < 0,5 увеличиваются гидравлические потери при номинальном режиме работы.

Профиль рабочей полости турбинного колеса должен обеспечи­ вать высокую устойчивую часть статической характеристики, а вы­ бирается исходя из требуемой кратности в передаваемого момента. Зная величину критического передаточного отношения /кр и требуе­ мую кратность передаваемого при этом момента, можно определить профиль лопаток турбинного колеса

где AfRp — передаваемый гидромуфтой момент при критическом пе­ редаточном отношении I • Мн — передаваемый момент при номи­ нальном значении передаточного отношения.

Число лодаток на турбинном и насосном колесах существенно влияет на рабочие характеристики гидромуфты. Это положение было проверено серией экспериментов с геометрически подобными гидро­ муфтами. Увеличение числа лопаток от 40 до 52 на насосном колесе (рис. 5.4) приводит к увеличению вихревых потерь от конечного числа лопаток, которые в этом случае достигают 10 % передаваемой мощ­ ности. Поэтому рациональным на насосном колесе является число лопас­ тей, равное 40, так как вихревые потери в этом случае менее 5 %.

На рис. 5,5 показано влияние числа лопастей турбинного колеса на значение коэффициента момента X в зависимости от режима работы.

с учетом экспериментальной полученной зависимости времени исте­

различном наполнении гидромуфты.

Существенное влияние на величину пускового момента в стоповом режиме оказывает число лопастей на насосном и турбинном колесах (см. рис. 5.4). Дополнительное лопастное колеса также оказывает существенное влияние на величину пускового момента в стоповом режиме (см. рис. 5.2). Увеличивая размер лопаток на дополнительном лопастном колесе можно реализовать крутящий момент на турбин­ ном колесе кратный (3,0—3,5) Л/ном. При этом предварительная ка­ мера полностью заполняется лопатками дополнительного лопастного колеса с зазором 2—3 мм по отношению к турбинному колесу.

Экспериментально полученная пусковая характеристика при / = = 1,77 мм2 и характеристика, полученная расчетным путем по методи­ ке, изложенной в п. 4.1, обнаруживают удовлетворительную сходимость результатов.

Экспериментальные исследования и расчет пускового режима гид­ ромуфт привода забойных конвейеров нового технического уровня показывают достаточную тяговую способность привода под нагрузкой. Наибольший реализуемый пусковой момент составляет 2,5 ^ номЭто соответствует требованиям карт технического уровня и качества гид­ ромуфт, разработанных на основе данных исследований.

5.3. ДИНАМИКА РЕЗКОГО ТОРМОЖЕНИЯ

Передаваемый гидромуфтой гидравлический момент в любом

в статическом режиме. Из рис. 5.7 видно, что динамическая характе­ ристика (3) находится в ограниченной области между статической

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0i

характеристикой при рациональном наполнении (i) и статической характеристикой при максимальном заполнении (2).

Исходя из физической сущности процессов, происходящих при резком торможении турбинного колеса, суммарный момент, пере­ даваемый гидромуфтой, определяется из формулы

менительно к гидравлическому потоку в режиме резкого торможения турбинного колеса, можно найти гидродинамический момент, пере­

т ~ p k f 0 V 2gHR A t ,

где к — коэффициент расхода для каналов между лопастями; / — площадь этих каналов; - динамический напор жидкости в турбин­ ном колесе, обусловленный изменением скорости циркуляции в мери­ диональной плоскости;

zd w 1 Г

где z —длина средней струйки (находится графически).

ных потерь. Для этого перепишем выражение скорости циркуляции жидкости в виде

При этом учитьшают все допущения, принятые при рассмотрении статических характеристик и следующие, признанные при рассмотрении нестационарных режимов в гидромашинах; коэффициенты потерь напора сохраняют в переходных режимах значения, определенные для

ния на стендах и полигоне подтверждают возможность такого режима работы.

Воспользовавшись теоремой динамика 6 производной от момента количества движения по времени относительно оси вращения примени­ тельно к нашему случаю имеем

"«•Г

Методы расчетов характеристик гидродинамических передач, при­ меняемые в настоящее время, обосновывают на положениях теории подобия лопастных машин. Зависимости, полученные для экспери­ ментального образца гидромуфты, могут быть использованы при расче­ те характеристик подобных гидромуфт, работающих в области авто­ модельности.

Для расчета характеристик подобных гидромуфт необходимо иметь зависимости скорости циркуляции и коэффициента суммарных потерь от режима работы. Располагая характеристиками М = / ( / ) , можно определить зависимость вида W= / ( / ) по известной формуле

W = M ! [ p F r \ со(1 — а / ) ] .

Полученные данные позволяют определить суммарный коэффици­ ент потерь

г 2 со2

2|= - 4 —(1 —в>(1 —о*

w2

По известным соотношениям, связывающим геометрические па­ раметры проточной части, и суммарному коэффициенту потерь мож­ но для подобных гидромуфт производить расчет внешних статических и динамических характеристик. Сравнение характеристик, полученных расчетным путем по полученным зависимостям для гидродинамичес­ кого момента, с экспериментальными (см. рис. 5.7, кривая 4 —расчет­ ная, кривая 2 —экспериментальная), показывает хорошее совпадение результатов.

Исследованиями установлено, что разработанная гидромуфта имеет меньшую инерционность по сравнению с предохранительными гидро­ муфтами, выпускавшимися ранее. За время торможения 0,5 с момент у разработанной гидромуфты при стандартных испытаниях на масле составляет 2,8 Л/ном; у ТЛ32Н - 3,6-4,0 Мном; к ТП32 - 5 Миом.

С целью получения рабочих характеристик ранее выпускавшихся гидромуфт и опытного образца гидромуфты ТЛ32/395 был создан специальный стенд. Стенд был смонтирован в лаборатории электричес­ ких машин Первомайского электромеханического завода. С помощью машины постоянного тока МПБ49,3/36 (мощностью 364 кВт, частота вращения 4000 мин"*1) осуществляли статическое нагружение в режи­ мах редукторном и противовключения. Процессы, происходящие в гидромуфте, фиксировали на ленте осциллографа Н700 с помощью специального тензовала с меднографитовым токосъемом, усилителя ТА5 и тахогенератора ТМГ30П. Контроль нагрузки осуществляли по мощности, потребляемой электродвигателем, а также динамометром сжатия.

Статические характеристики, полученные в результате расшифров­ ки осциллограмм для гидромуфт ТЛ32Н и ТЛ32/395 с электродвига­ телем 45 кВт, показывают качественное отличие характеристики опыт­ ной гидромуфты. Отсутствие провала, высокая устойчивая часть, более высокий КПД и предохранительные свойства —все это дало основание для широкого промышленного внедрения новой конструкции гидро­ муфты. Следует отметить, что при нагружении по статической харак­ теристике электродвигатель в случае работы с гидромуфтой ТЛ32Н сбрасывает обороты, а при работе с гидромуфтой ТЛ32/395 работает устойчиво. Существенным преимуществом характеристики гидро­ муфты ТЛ32/395 является положительный наклон неустойчивого участ­ ка характеристики.

Для исследований гидромуфт в режиме автоколебаний был скон­ струирован специальный стенд. Стенд состоит из сменных двигателей, укрепляемых на специальном угольнике к плите, тензовала для уста­ новки гидромуфты н съема сигнала от тензодатчиков через токосъем­ ник. На другом конце тензовала монтировали барабан, на который навивался трос, связанный с пакетом пружин растяжения. На рамке двумя шпильками крепили торцовый дисковый тормоз, который через тарированные пружины сжатия создавал момент сопротивления вра­ щению барабана, следовательно турбинному колесу гидромуфты. Меняя число пружин в пакете, можно было имитировать различную длину заклиненного участка цепи на конвейере. Различным усилием прижатия тормозного диска добивались изменения коэффициента эквивалентно­ го трения. Частоту вращения турбинного и насосного колес измеряли с помощью тахогенераюров, укрепленных на специальных кронштей­ нах.

На стеЛде имитировались условия заклинивания тягового органа в режимах запуска и Стопорения.

Из осциллограмм видно, что при одинаковых условиях харак­ теристика гидромуфты ТЛ32/395 способствует затуханию колебаний,

После изготовления опытной партии гидромуфт ТЛ32/395 были произведены испытания на заводском полигоне. Результаты испытаний показали, что автоколебательные процессы отсутствуют. Величины динамических усилий, возникающих при стопорении в приводе и це­ пях меньше на 25—36 %, в зависимости от места заклинивания цепей по отношению к приводной звездочке.

5.5. ТЕПЛОВАЯ ЗАЩИТА И ЗАЩИТА ПО ДАВЛЕНИЮ

Эксплуатация забойных скребковых конвейеров сопряжена с тя­ желыми режимами работы привода, которые обусловлены перегруз­ ками, связанными с подштыбовкой рабочей и холостой ветвей, закли­ ниванием тягового органа и т.д. В забойном скребковом конвейере СПМ87Д 14,1 % всех отказов происходит по причине срабатывания тепловой защиты гидромуфты, что влечет за собой потери рабочего времени, которые составляли 7,55 % всего времени простоев. В связи с этим тепловой режим работы гидромуфты в приводе забойного кон­ вейера имеет существенное значение для бесперебойной работы вы­ емочного комплекса.

Задачами настоящего исследования являлись: определить зави­ симость повышения температуры рабочей жидкости в гидромуфте от времени действия нагрузки; установить допустимую продолжитель­ ность действия перегрузок, не вызывающую срабатывания тепловой защиты; установить пределы срабатывания защиты по давлению.

Условие теплового равновесия гидромуфты описывается урав­

где q —общий тепловой поток (без учета потерь в подшипниках и уплот­ нениях) в зависимости от частоты вращения насосного колеса и сколь­ жения гидромуфты; t —время действия теплового потока; с —резуль­ тирующая теплоемкость гидромуфты; Т — превышение температуры гидромуфты над температурой окружающей среды; к —коэффициент теплоотдачи гидромуфты; cdt - количество тепла, выделяющегося в единицу времени и затрагиваемого на нагрев рабочей жидкости и деталей муфты; kTdt — количество тепла, отводимого в единицу вре­ мени окружающим воздухом (внешнее вентиляционное охлаждение).

Интегрируя дифференциальное уравнение (5.9), находим

t = ------— In(q - к Т ) + с \

к

постоянную интегрирования определяют из начальных условий при

Отношение результирующей теплоемкости гидромуфты к ее тепло­

отдаче называется постоянной времени нагрева —= в. Теперь урав­

нение (5.10) перепишем в виде

Т=~тГ ( 1 - е - ' /б) + Тначе-Чв

Анализируя полученное уравнение, находим, что при t = 0, Т = = 7тнац, а при t = °°, Т = Ту = q/k —установившееся значение темпера­ туры.

муфты.

Для устойчивого участка статической характеристики гидромуфты справедливо соотношение

гдеЛ^ ом, £ ном —номинальные значения момента и скольжения. О'&значив М/Мном = S/SHQM = и и имея в виду (5.12), можно

установить зависимость температуры рабочей жидкости от величины действующей перегрузки

Из уравнения (5.9) следует, что температура рабочей жидкости гидромуфты на устойчивой части характеристики прямо пропорциональ­ на квадрату скольжения. Таким образом, чем жестче характеристика гидромуфты, тем меньше тепловыделений в ней при одинаковых ус­ ловиях нагружения. Этот вывод учтен при разработке новых гидро­ муфт дд£ базовых забойных скребковых конвейеров на мощности 22, 32, 45, 55 и 110 кВт. У гидромуфт ГПЭ400, ГПЭ00У, ТПЭ345А,

т,с

Рис. 5.8. Экспериментальные ха­ рактеристики:

1 - Тл32Н; 2 - ГПЭ-400 (для сравнения)

Рис. 5.9. Кривые (1-3) допусти­ мого действия перегрузки для серийных гидромуфт ТПЭ345А, ГПЭ400У, ГП480А соответственно

ГП480А КПД повышен с 0,95-0,955 до 0,965—0,97 и при скольжении 10 % кратность передаваемого момента составляет более двух.

Специально проведенные стендовые и полигонные испытания на действующих конвейерах CII63 и СП63М показали, что температура вновь разработанной гидромуфты на 20—25 % ниже, чем у ранее вы­ пускавшихся при одинаковых условиях испытаний. Результаты экс­ периментальных исследований гидромуфты ТЛ32Н приведены на рис.

5.8. Здесь же приведены (пунктирными линиями) построения кривых температуры гидромуфты от времени по формуле (5.11).

Для определения допустимой продолжительности действия пере­ грузок, не вызывающих срабатывания тепловой защиты, режим урав­ нение (5.11) относительно коэффициента перегрузки запишем в виде

на которую настраивается тепловая защита гидромуфты, определяет­ ся условиями эксплуатации и для забойных скребковых конвейеров принята равной 130 ° С.

Подставляя в выражение (5.14) Т = 130 °С и задаваясь отноше­ нием f/0, построим зависимость допустимой продолжительности дей­ ствия перегрузок. На рис. 5.9 приведены кривые 1-3 допустимого действия перегрузки для серийных гидромуфт ТПЭ345А, ГПЭ400У,