книги / Скребковые конвейеры
..pdfГП480А соответственно, работающих в блоках с редукторами СК38— СП63-1-1Д, БП110 и электродвигателями КОФ22/4, ЭДКОФ43/4, ЭДКОФ53/4.
На основании исследований допустимого времени действия пере грузок в приводе забойного скребкового конвейера с гидромуфтами можно разработать автоматическую систему отключения конвейера, которая позволит уменьшить время простоев конвейера по причине срабатывания тепловой защиты гидромуфты.
С целью повышения безопасности эксплуатации горно-шахтного оборудования гидромуфты переведены на работу на эмульсию вместо минеральных масел (воды 98 % с присадкой ВНИИНП-177 — 2 %). Это мероприятие повлекло ряд существенных конструктивных из менений в гидромуфтах. ИГД им. А.А. Скочинского, Прокопьевский завод шахтной автоматики и харьковский завод ’’Свет шахтера” раз вернули работы по созданию конструкций гидромуфт, в которых стало возможным применение в качестве огнестойкой жидкости водомас ляной эмульсии и воды.
Основные конструктивные отличия новых гидромуфт, работаю^ щих на эмульсии, заключались во введении двухступенчатой защиты (по температуре и давлению), а также в изоляции подшипниковых узлов от рабочей жидкости с помощью манжетных уплотнений. К марке гидромуфт харьковского завода ’’Свет шахтера” к названию ”ГП” с указанием активного диаметра добавлялась буква ”Э”, а гидромуф там Прокопьевского завода буква ”В”
Исследование гидромуфт с ’’отнесенной” рабочей полостью по |
||
применению воды и водомасляной |
эмульсии было |
проведено ИГД |
им. А.А. Скочинского совместно ,с |
Прокопьевским |
заводом ПЗША. |
Была предложена и внедрена в серийное производство |
гидромуфта |
с защитой по давлению в виде разрывной мембраны. |
|
Испытания гидромуфт показали, что характеристики с рабочей |
|
жидкостью или водомасляная эмульсия соответствуют |
требованиям |
к гидродинамическому приводу забойных скребковых |
конвейеров. |
Но применение эмульсии опасно из-за интенсивного парообразования
ироста давления в рабочей полости при перегрузках.
*При испытаниях с глухой пробкой и без специальной разрывной мембраны в лаборатории завода ’’Свет шахтера” на специальном стен де был осуществлен взрыв испытуемой гидромуфты ГП480. Кроме того, ротор электродвигателя был смещен по оси на 60 мм. Необхо димость введения второй ступени защиты по давлению диктовалась соблюдением безопасных условий эксплуатации гидродинамического
привода. С этой целью был создан специальный стенд, помещенный
вбезопасном бункере со специальной защитной сеткой-кожухом, где
ибыл проведен цикл Экспериментальных работ по определению проч ностных параметров гидромуфт на разрыв от избыточного давления. При этом фиксировалась следующие параметры при работе гидро
муфты в стоповом режиме: со, Р —давления в рабочей полости; Т — температура в рабочей полости. В результате испытаний десяти гид ромуфт установлено, что максимальным разрушающим давлением является 7—7,5 МПа. Срабатывание первой ступени защиты но тем пературе происходит при 130 °С и 0,8 МПа.
Для установления рациональных параметров срабатывания за щиты по давлению необходимо было изучить явление дроссельного эффекта при разрыве мембраны. Полное представление о состоянии рабочей жидкости и пара дают такие величины как удельный объем, энтальния, теплоемкость и другие термодинамические свойства. Все эти свойства можно определить экспериментально, однако такая не обходимость отсутствует, так как термодинамические свойства ре альных газов и веществ находятся в тесной взаимосвязи. Дифферен циальные уравнения термодинамики, полученные на основе ее пер вого и второго законов, устанавливают эту взаимосвязь. Совокуп ность этих уравнений является мощной расчетной базой современной теплофизики.
Внутренняя энергия рабочей жикости и пара в случае применения водомасляной эмульсии выражается в частных производных вида
(ди/дР)т= - Т(Ъи/дТ)р - P { b v ! b P ) T \ |
(5.15) |
(du/bv)T = T(dPlbT)v - Р ; |
(5.16) |
энтальпия выражается |
|
(Ы / b v ) т = —T(bv!bT)p ; |
(5.17) |
(дЦдР)т=Т(ЪР/ЪТ)ь +» (dP/dv)T ; |
(5.18) |
энтропия выражается |
|
(dS/dP)T = —(dv/dT)p ; |
(5.19) |
(dS/dv)T = (dP/dT)v . |
(5.20) |
Значение дроссельного эффекта, т.е. изменения температуры пара во время дросселирования через образовавшуюся щель мембраны и далее через жалюзи в крышках проставки составляет
dr |
ЪТ |
(Ы1ЪР)Т |
|
) t = - (.di/ЪТ) р |
|||
ЪР |
|||
|
T ( b v / b T ) p - v
(5.21)
где Ср —изобарная теплоемкость;
|
Э2 у |
(5.22) |
|
( |
ЪТ2 ) |
||
Р |
Принимая 5-кратный запас прочности корпусных деталей гидро муфты по отношению к ослабленному сечению мембраны, экспери
ментально |
проверим срабатывания защиты по давлению (приведены |
в таблице) |
при заглушенной первой ступени. Проверку защиты по |
давлению производили с помощью тензометрического датчика давле ния ТДДМ-25, установленного со стороны турбинного колеса при пол ностью заторможенном турбинном вале. Замеры температуры сраба тывания тепловой защиты первой ступени, а также второй ступени по давлению производят с помощью термопары ТХК и милливольт-, метра МПП-154М при допустимом значении разрушающего давления 1,5*°'2 МПа и числе опытов, равном 40 (см. ниже).
Интервал давления |
1,3-1,35 |
1,4-1,45 |
1,5-1,55 |
1,6-1,65 |
1,7 |
срабатывания защиты, |
|
|
|
|
|
МПа |
|
|
|
|
|
Частота повторения |
5 |
13 |
17 |
4 |
1 |
результатов |
|
|
|
|
|
Зависимости давления, температуры срабатывания второй ступени защиты, крутящего момента, частоты вращения насосного колеса от времени показаны на рис. 5.10.
Температура пара у наружной поверхности проставки при этом имела значение Г = 28-29,5 °С при Г = 23 °С. Материал мем браны - алюминиевый лист АД1М-1,5 (ГОСТ 21631-76) теряет свои
рис. 5.10. Зависимости давления Л температуры срабатывания Т второй ступени защиты, крутящего момента М и частоты вращения со насосного колеса от вре мени t
№ опыта |
Температура, |
Давление, |
№ опыта |
Температу |
Давление, |
|
°С |
МПа |
ра, °С |
МПа |
|||
|
|
|||||
1 |
19 |
1,3 |
9 |
103 |
U |
|
2 |
19 |
1,3 |
10 |
130 |
1,0 |
|
3 |
19 |
1,4 |
И |
131 |
1,0 |
|
4 |
54 |
1,2 |
12 |
132 |
0,9 |
|
5 |
50 |
1,2 |
13 |
150 |
0,9 |
|
6 |
52 |
1,2 |
14 |
150 |
0,9 |
|
7 |
103 |
1,1 |
15 |
200 |
0,6 |
|
8 |
101 |
U |
16 |
201 |
0,6 |
прочностные свойства в зависимости от температуры нагрева. Для выявления степени этой зависимости были произведены эксперимен ты на специальном стенде в виде камеры, которая наполнялась мас лом ОМТИ. Камеру устанавливали на нагревательную печь, контроль температуры осуществляли хромель-алюмелевой термопарой, уста новленной внутри камеры. Измерения производили с помощью при бора ПП63, класс 0,05. Давление в камере создавали насосной стан цией 150-тонного гидравлического пресса. Контроль давления разрыва мембран фиксировался визуально по манометру класса 1,5. Резуль
таты сведены в табл. 5.2.
С ростом температуры рабочей жидкости от 19 до 130 °С давле ние срабатывания мембраны уменьшали в 1,3 раза, а с ростом тем пературы рабочей жидкости от 19 до 200 °С —в 2,16 раза. Этот факт необходимо учитывать при конструировании средств защиты гидро муфты.
Экономический эффект применения гидромуфт на водной эмуль сии. Задача сводится к выбору лучших образцов гидромуфт. Важней шую роль здесь играет при сравнении качеств гидромуфт ’’Отрасле вая методика оценки уровня качества гидромуфт для приводов скреб ковых конвейеров”.
Исходя из общих требований к предохранительным гидромуфтам и сделанного анализа гидромуфт различных конструкций приходим к выводу, что наиболее отвечающей современным требованиям явля ется гидромуфта по А.С. № 373464. Поэтому ее и принимаем за базо вую модель при создании ряда гидромуфт гидродинамического привода забойных скребковых конвейеров нового технического уровня.
Работы по созданию предохранительных пожаробезопасных гид ромуфт для гидродинамического привода скребковых конвейеров в последнее десятилетие велись по двум основным направлениям, в результате чего созданы два типа гидромуфт, отвечающие по своим характеристикам требованиям работы в приводе скребкового кон вейера. Это разработка завода ’’Свет шахтера” совместно с ИГД им. А.А. Скочинского и разработка ИГД им. А.А. Скочинского совмести
174
но с ПЗЩА. Общий объем выпуска указанных гидромуфт в настоя щее время составляет примерно 30 тыс.шт. в год. Из них 10 тыс.шт. изготавливает завод ’’Свет шахтера” и 10 тыс.шт. — рудоремонтные заводы по чертежам завода ’’Свет шахтера”, еще 10 тыс.шт. — изго тавливает ПЗЩА.
Опыт эксплуатации указанных гидромуфт показал, что необходи мы мероприятия по унификации присоединительных размеров двух типов гидромуфт с целью обеспечения их взаимозаменяемости в при водах. Гидромуфтами ПЗЩА ГПВ400, ГПВ400У комплектуют скреб ковые конвейеры, выпускаемые Анжерским машиностроительным заводом. Базовые забойные скребковые конвейеры нового техни ческого уровня комплектуются гидромуфтами, выпускаемыми харь ковским заводом ’’Свет шахтера”. С целью окончательного решения по унификации присоединительных размеров гидромуфт Харьковс кого и Прокопьевского заводов были организованы шахтные испы тания этих гидромуфт. В работе находились по 60 каждого типа гид ромуфт. В результате длительных испытаний установлено, что более надежным и долговечным является конструктивное решение завода ’’Свет шахтера” с посадкой ступицы гидромуфты на две центрирую щие шейки первого вала редуктора. Проведена работа по переводу всех типов гидромуфт на такие соединения.
Гидромуфты с ’’отнесенной” рабочей полостью выпускают для скребковых конвейеров типа СР70 на модность 45—55 кВт в одном блоке. Хотя принцип ’’отнесения” рабочей полости дал определенные преимущества этой конструкции в части снижения динамики приво да, малый коэффициент момента этих гидромуфт ограничил область их распространения как в сторону уменьшения передаваемой мощ ности из-за значительного наружного диаметра, не вписывающегося в проставКУ привода для тонких пластов, так и в сторону увеличения передаваемой мощности до 110 кВт и более из-за существенного уве личения габаритного размера по диаметру.
Приняв за основу конструкцию гидромуфты предохранительного типа завоДД ’’Свет шахтера”, обеспечен охват всего существующего в настоящее время диапазона мощностей забойных скребковых кон вейеров (22, 30, 32, 45, 55, 110 кВт) тремя типоразмерами гидромуфт с активными диаметрами 345 и 400 мм.
Гидромуфты предохранительного типа должны были бы конст руироваться для конкретной мощности конвейеров, но, если учесть допустимое изменение наполнения рабочей полости при заданном КПД и изменении коэффициента момента, то появляется возможность обес печения одним типоразмером гидромуфты определенного диапазона мощностейЕще одним из возможных резервов является увеличение
отношения ^шах^ном |
ПРИ сохранении энергетических показателей |
и предохранительных свойств. |
|
Электродвигатели забойных скребковых конвейеров имеют от |
|
ношение опрокидного |
момента к номинальному ^ опр/^ чом = 2,8 -г |
-г 3,1, поэтому гидромуфты должны иметь Мтах ^ 2,5Л^ном• Такое соотношение величин передаваемых моментов обеспечивает работу электродвигателей на устойчивой части рабочей характеристики.
Коэффициент момента гидромуфты будет зависеть от величины передаваемой мощности.
Кроме указанного, при разработке ряда гидромуфт для базовых забойных скребковых конвейеров необходимо учитывать требова ния ГОСТ 17172—71 ’’Муфты гидродинамические. Основные парамет ры” и отраслевой методики оценки уровня качества гидромуфт для приводов скребковых конвейеров.
В качестве главного параметра при выборе базовой модели гид ромуфты мы исходили из наибольшей величины коэффициента мо мента X при наименьших размерах активного диаметра Z>a при одних Ъ тех же потерях. При построении параметрического ряда гидромуфт, удовлетворяющего потребности забойных конвейеров с учетом перс пективы, в качестве главного параметра принят активный диаметр гидромуфты, который позволяет определить геометрию рабочей по лости, а по заданной мощности найти номинальную частоту вращения.
6. УСТАНОВИВШИЙСЯ РЕЖИМ РАБОТЫ ПЕРЕДВИЖНЫХ ЗАБОЙНЫХ СКРЕБКОВЫХ КОНВЕЙЕРОВ
6.1.СИЛЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ тягового ОРГАНА И СПОСОБЫ ИХ ЗАДАНИЯ
Рабочий режим скребковых конвейеров с точки зрения определения сечения насыпного груза на рештачном ставе, согласования по тока на конвейере с производительностью добычного агрегата, обра зования тела волочения и влияния на него углов наклона конвейера исследован в работах различных авторов. Вопросы исследований сил внешнего трения изложены в работах отечественных и зарубежных авторов, в том числе А.О. Спиваковского, Н.Д. Самойлюка, И.Г. Шток мана, X. Гудера. В практике расчетов забойных конвейеров широкое применение нашли коэффициенты сопротивления движению, которые в отличие от коэффициентов трения учитывают такие факторы, как качество сборки машины, ее конструкцию, характеристику материа ла и т.д.
Установившийся режим работы изучался рядом исследователей с точки зрения баланса энергозатрат. Полученный баланс энергозатрат подтвердил необходимость дальнейшего исследования механизма транс портирования насыпного груза забойными скребковыми конвейерами
с направляющими для тягового органа, так как этого требовал даль нейший рост производительности зыемочных машин.
Наиболее |
полные и обстоятельные исследования установивших |
ся режимов |
работы забойных скребковых конвейеров, проведенные |
в последние годы, приведены в работе [11]. Здесь изучен вопрос фор мирования тела волочения при стабилизации грузопотока в сплош ной поток без внутренних перемещений груза. Учтены характер трас сы конвейера и перекос цепей в направляющих. Изучены совместное
движение цепи и |
угля в направляющих, конструкция |
рамы, привода |
и компоновочное |
исполнение тягового органа. Даны |
рекомендации |
по^снижению удельных энергозатрат, заштыбовки и повышению про изводительности забойных конвейеров.
Достоверность теоретических исследований работы забойных скребковый конвейеров, обоснованность выводов и рекомендаций, полученных на основании этих исследований, зависит от способов за дания сил сопротивлений движению тягового органа и привода. 6 дан ном разделе рассмотрены исследования, в которых изложены совре менные существующие способы задания сил сопротивления. Основным недостатком этих способов является независимость заданных сил со противления от колебательной природы самого процесса движения
ипараметров привода забойного конвейера. Все процессы рассмат риваются обособленно от привода в статике. Об этом свидетельствуют
ипринятые РТМ24.076.07 ’’Конвейеры шахтные скребковые. Тяговый расчет. Методика” и РТМ ’’Конвейеры шахтные скребковые. Тяговый расчет”. Согласно РТМ необходимая мощность определяется в зависи мости от производительности с учетом дополнительных сопротивлений движению, направления транспортирования, угла наклона конвейера, расположения приводов.
Вместе с тем рядом исследователей в результате теоретических и экспериментальных работ установлено, что движение тягового ор гана забойного скребкового конвейера сопровождается колебатель ными процессами. В.П. Крот и Г.П. Перминов охарактеризовали про цесс нагружения тягового органа как автоколебательный при транс портировании угля на все рабочем диапазоне длин и производитель ности забойных конвейеров.
Вработах В.Ф. Шукайло и Т.А. Оболенской применен факторный
истатический анализ коэффициентов сопротивления движению на кон вейере. По известным гистограммам факторов, влияющих на коэффи циенты сопротивления движению, строится распределение этих коэф
фициентов по широко используемому в теории надежности методу статических испытаний, предложенному В.Ф. Шукайло. Определяется вариация тягового усилия и мощность электродвигателя забойного конвейера при переменной нагрузке.
В указанных исследованиях, хотя и учитывается колебательный характер нагрузки в тяговом органе и дается ее статический анализ,
все же не учитывается влияние параметров привода на характер ко> лебательного процесса и величины нагрузок по амплитуде и частоте.
Динамические процессы в приводе забойного скребквого кон вейера в рабочем режиме рассмотрены Б.Л. Давыдовым и Б А. Скородумовым.
Основной задачей исследования при этом авторы считают не оп ределение амплитуд вынужденных колебаний, а проверку удаленнос ти от резонанса. Авторы делят задачу анализа привода таким образом:
1)определение собственных частот крутильных колебаний сис
темы;
2)анализ внешних сил и.-определение частот их периодических составляющих;
3)выявление возможности резонанса и усиления путем сопостав
ления частот.
При неблагоприятном соотношении собственных частот и частот возмущений вносят соответствующие изменения в динамические ха рактеристики машины —подбирают величины масс и жесткости транс миссии, а при необходимости вводят коррективы в кинематику при вода.
В этой же работе так же, как и в приведенных выше, не учитыва ются реально действующие силы сопротивления и их взаимосвязь с параметрами привода.
Проведенный анализ работ по исследованию рабочего режима за бойных скребковых конвейеров показывает, что существующие мето ды расчета усилий в элементах привода требуют дальнейших разра боток. В приведенных работах не учитывается влияние динамических параметров привода на сопротивления движению тягового органа. Кроме того, расчет мощности привода ведется по средним значениям сил сопротивления движению, однако для учета динамических про цессов в забойном скребковом конвейере необходимо вводить в рас четы мгновенные значения сил сопротивления движению.
6.2. КОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЗАБОЙНЫХ КОНВЕЙЕРАХ
При исследовании динамики забойного скребкового конвейера его можно рассматривать как систему, которая с одной стороны огра ничена источником энергии (электромагнитным моментом электро двигателя), а с другой —тяговым органом с грузом в рештачном ста ве. Введение направляющих тягового органа повысило динамичность системы и транспортирование груза сопровождается колебательными процессами как в тяговом органе, так и в приводе конвейера из-за заклиниваний материала и его разрушения.
Физические представления о работе здбойного скребкового кон вейера и результаты исследований подтверждают, что имеет место вза имное влияние привода и тягового органа с грузом в рештачном ставе.
178
Забойный скребковый конвейер является замкнутой системой. На эту систему (’’тяговый орган с грузом в рештачном ставе —привод”) не действуют периодические силы, которые явно зависят от времени и вносят в систему энергию. Электромагнитный момент, создаваемый электродвигателем, определяется параметрами конвейера, груза и не зависит от времени. Именно поэтому забойный конвейер с его при водом можно считать автономной системой.
Для анализа и синтеза работы забойных скребковых конвейеров, установления их динамических и Энергетических параметров рассмот рим, к какому типу следует отнести колебания, возникающие при транспортировании горной массы.
Известны следующие типы колебаний: вынужденные, собствен ные, параметрические автоколебания. На основании определения каж дого типа колебаний установим, к какому типу можно отнести, про
цессы, происходящие в |
системе забойного скребкового конвейера. |
Как известно, вынужденные колебания возникают под действием |
|
внешних периодических |
сил, которые не зависят от происходящих |
в системе явлений. При этом происходящие процессы определяются свойствами системы и существенно зависят от внешней силы. Энергия колебаний доставляется источником от внешней силы. В системе ’’при вод - тяговый орган с грузом в рештачном ставе” силы сопротивления движению зависят от колебаний привода и не вносят в систему энер гию. Именно поэтому происходящие колебательные процессы нельзя отнести к вынужденным колебаниям.
Собственные колебания происходят в изолированной системе в результате действия внешнего возмущения. При этом колебательный процесс зависит от физического строения системы и определяется внут ренними силами. Энергия доставляется извне в начальный момент возбуждения колебаний. Со временем эти колебания затухают и по этому не могут характеризовать динамический режим установившейся работы системы.
Параметрические колебания отличаются от вынужденных спосо бом внешнего воздействия. Они вызываются периодическим изме нением извне какого-либо физического параметра системы. В забой ном скребковом конвейере имеют место такие колебания, и возникают они BJ результате взаимодействия цепи с рештаками на стыках. Эта ситуация возникает при изгибах рештачного става в зависимости от гипсометрии пласта. Внедрения рекомендаций И.Г. Штокмана позво ляет устранить параметрические колебания на стыках секций с конусо образными лотками.
Кроме того, как указано в исследовании того же автора, имеет место затухание параметрических колебаний после прохождения сты ка звеном цепи на первых трех контактах.
Автоколебательные процессы возникают в системе при отсутст вии внешнего периодического воздействия, характер колебаний оп
