книги / Скребковые конвейеры

разработанный математический аппарат теории вынужденных коле­ баний в оговоренных пределах для исследования автоколебательной системы. Хотя автоколебания по существу своей природы отличны от вынужденных, все же форма их при установившемся режиме работы мало отличается.

Перепишем дифференциальное уравнение движения забойного скребкового конвейера (4.13) в виде, удобном для анализа:

где М(ф) — в конкретно рассматриваемом случае установившегося движения нелинейная функция угловой скорости. Предположим, что периодическое движение системы, соответствующее автоколебатель­ ному процессу, определено как функция времени:

момента в ней явно зависит от времени. Именно в этом случае автоко­ лебания можно представлять вынужденными, от внешнего момента, вид которого определяется самой системой.

Функция M[f(t)] является случайной, так как процесс раздав­ ливания, измельчения горной массы в зазорах между тяговым орга­ ном и рештачным ставом забойного скребкового конвейера случай­ ный. Единственным математическим аппаратом, пригодным для ис­ следований таких процессов, является аппарат теорий случайных фун­ кций.

Основная задача анализа динамической системы заключается в определении ее реакции на заданное воздействие. При этом учтем сле­ дующее: 1) определенную экспериментальную функцию M[f(t)] для конкретной машины можно применить для расчетов новых машин, но конструктивные, динамические параметры и режимы работы их

энергии на колебания, а таковым является электродвигатель системы. Целесообразно определение сил сопротивления движению тягового органа осуществлять методом статической обработки записей фак­ тических усилий работающих забойных скребковых конвейеров. Та­ кими методами пользуются например, при расчетах и исследованиях

добычных машин.

Вероятные методы оценки нагрузки в системе, как функции вре­ мени, предполагают значение частотных характеристик привода. По­

Таким образом, анализ, проведенный в данном подразделе, по­ зволяет обоснованно в оговоренных пределах использовать теорию вынужденных колебаний и теорию случайных функций для исследо­ вания автоколебательной системы ’’привод — тяговый орган” совре­ менного забойного скребкового конвейера.

Силы сопротивления движению тягового органа определяют не только его взаимодействием с грузом и рештачным ставом, но ди­ намическими параметрами конвейера. В связи с этим появляется необ­ ходимость в разработке методики расчета системы ’’привод —тяговый орган с насыпным грузом в рештачном ставе”.

Эта методика должна позволить еще на стадии проектирования определять нагрузки в системе и устанавливать ее рациональные дина­ мические параметры.

Достоверность теоретических исследований забойных скребко­ вых конвейеров, правильность выводов и рекомендаций в значитель­ ной мере определяется способом задания сил сопротивления движе­ нию системы ’’тяговый орган — привод”. В п. 6.1 приведены сущест­ вующие способы задания сил сопротивления движению тягового ор­ гана. Все они сводятЪя к определению коэффициентов сопротивле­ ния движению, однако этот способ задания внешней нагрузки имеет недостаток, заключающийся в том, что позволяет определить сред­ ние значения сил сопротивления движению и не учитывает влияние параметров привода и динамики самого процесса. Для исследований динамики установившегося движения необходимо вводить в расчеты мгновенные значения сил сопротивления движению.

Поэтому требуется экспериментальное исследование фактичес­ ких нагрузок в тяговом органе и приводе забойных скребковых кон­ вейеров. Исследование высокочастотных и низкочастотных составля­ ющих нагрузок велось с помощью самопишущих киловаттметров (на­ грузки с частотой 0,1—0,3 Гц) и измерительного преобразователя мощ­ ности трехфазных электрических цепей П004, действие которого осно­ вано на эффекте Холла (нагрузки с частотой 0—50 Гц). Осциплографирование крутящих моментов на выходных валах редукторов в течение 1,5—2 мин велось с помощью осциллографа Н700 и усилителя ТД-5.

Для измерения усилий в тяговом органе забойных скребковых конвейеров харьковским машиностроительным заводом ’’Свет шах­ тера” разработано, изготовлено и опробовано в промышленных ус­ ловиях самопишущее устройство, позволяющее вести непрерывные длительные измерения и запись усилий по всему цепному контуру конвейера, раздельно в забойной и завальной ветвях тягового орга» на. Устройство устанавливают непосредственно в тяговую цепь вместо пятнадцатизвенного отрезка, что обеспечивает проведение измерений без нарушений нормальной работы лавы. Устройство состоит из раз­ несенных силовой и регистрирующей частей, связанных гибкими мас­

лопроводами. Благодаря такой компоновке оно проходит через привод­ ные звездочки и на порожней ветви конвейера.

В устройстве используют гидравлическую передачу сигнала от си­ ловой части к регистрирующей с одновременным его усилением в 15 раз за счет различных диаметров измерительного и регистрирующего плунжеров.

Силовая часть устройства включает в себя две симметрично рас­ положенные упругие динамометрические скобы, в которых установ­ лены измерительные плунжеры. Поршни прижаты пружинами к нож­ кам скоб. Усилие от цепи к динамометрическим скобам передается через скребки, скобы и кольца. Для предохранения от разрушения при нагрузках, превышающих расчетные, на ножки динамометричес­ ких скоб надеты ограничительные кольца. Динамометрические скобы, сверху и снизу закрытые крышками, служат одновременно корпу­ сом для измерительных циллиндров.

Регистрирующая часть состоит из двух цилиндров малого диа­ метра, расположенных друг над другом в вертикальной плоскости, лентопротяжного механизма и подниточных циллиндров, предназна­ ченных для заполнения гидросистемы рабочей жидкостью и последую­ щей установки перьев в нулевое положение. Регистрирующая часть помещена в корпус, закрепленный на тяговых цепях.

Привод лентопротяжного механизма состоит из микроэлектро­ двигателя и редуктора. Микроэлектродвигатель получает питание от элементов постоянного тока. Включение и выключение лентопротяж­ ного механизма осуществляется микровыключателем с кнопкой. За­ пись усилий в цепях ведется на мелованной бумажной ленте перьями, закрепленными на плунжерах регистрирующих цилиндров. Плунжеры поджаты пружинами.

В зависимости от скорости движения ленты, которая устанавли­ вается с помощью сменных шестерен редуктора лентопротяжного ме­ ханизма, устройство позволяет вести непрерывную запись усилий в течение от 10 мин до 36 ч. Рабочей жидкостью является масло Индуст­ риальное 12А.

При увеличении усилия в цепи конвейера упругая динамометри­ ческая скоба деформируется и увлекает поршень, перемещая подпру­ жиненный плунжер. Малая деформация динамометрической скобы, создающая движение поршня, преобразуется за счет различных диа­ метров плунжеров, увеличивая масштаб записи. При уменьшении уси­ лий в цепи упругая динамометрическая скоба, восстанавливая преж­ нюю форму, давит на поршень, который через жидкость передает дав­ ление на плунжер, начинающий двигаться в сторону исходного поло­ жения.

Главным требованием к регистрирующей аппаратуре является обеспечение неискаженной записи всего спектра частот действующих

нагрузок. Для проверки выполнимости этого требования проводили параллельную запись усилий в тяговом органе тензометрическим ме­ тодом на испытательном полигоне завода ’’Свет шахтера” Сравнитель­ ная запись показала, что погрешность не превышает 10 % при высо­ кой чувствительности.

Обширные экспериментальные исследования работы забойных скребковых конвейеров показывают, что нагрузки в тяговом органе и приводе не постоянны, а колеблются с переменной частотой и амп­ литудой.

Попадая в зазоры между рештачным ставом и тяговым органом, горная масса разрушается, дробится, вызывая из-за случайного харак­ тера ее прочности неупорядоченный, стохастический характер сил со­ противления движению. Поэтому к исследованию их следует применять методы изучения случайных процессов и математический аппарат тео­ рии случайных функций.

закон распределения сумм достаточно большого числа независимых случайных величин, сравнимых по порядку своего влияния на рассеи­ вание суммы, сколь угодно близок к нормальному закону распреде­ ления. Случайные усилия от разрушения горной массы в зазорах между рештаками и соединительными звеньями цепей со скребками весьма близки по закону распределения случайных величин. Число таких взаи­ модействующих пар при рабочих длинах конвейеров, как правило, превышает 100. Этого вполне достаточно, чтобы получить практически

ность распределения случайной величины Y, характеризующая нормаль­ ный закон распределения.

Согласно теоремам сложения математических ожиданий и диспер­

сий

Вероятность попадания Р случайной величины Y в пределы интер­ вала а —0 находят по формуле

веденным в п. 6.1). Верхний предел интервала нагрузок 0 получится прибавлением к нижнему пределу а сопротивлений движению с учетом процесса разрушения частиц груза в зазорах между рештаками и тя­ говым органом. При этом удобно воспользоваться зависимостью по

Практически возможная максимальная нагрузка по разрушению массы угля, попавшей в зазоры между рештачным ставом и тяговым органом, для конвейеров типа СП составляет 2640 кН, при массе угля находящегося в зазорах на рабочей и холостой ветвях, равной 132 кг. Здесь в расчет принят конвейер длиной 200 м, при этом мощность,

Этим объясняется тот факт, что в эксплуатации довольно часто бывают случаи стопорения тягового органа из-за ’’заштыбовки”, как принято говорить. Привод конвейера в этом случае не может преодо­ леть сопротивлений движению из-за недостаточной мощности.

Для подтверждения правильности приведенных расчетов по опре­ делению верхнего предела нагрузки 0 Ьыли проведены специальные испытания конвейера СП63М на испытательном полигоне завода ’’Свет шахтера”. На длине 100 м (по осям приводных звездочек) став кон­ вейера был. загружен углем марки ”ПЖ” (60 кг на 1 м длины). Длина загруженной части конвейера составляла 60 м. Перед испытаниями загруженный уголь был смочен водой, а затем перемещался по кон­ вейеру с реверсом. Частицы угля заполнили зазоры между тяговым органом и рештачным ставом. После этого сделана выдержка по вре­ мени в течение суток с целью испарения влаги. Включение конвейера

четырьмя двигателями по 45 кВт каждый не сдвинуло тяговый орган с места. При этом расходуемая мощность составляла с учетом пуско­ вых характеристик гидромуфт 2,5 х 4 х 45 = 450 кВт. Пересчет на длину конвейера 200 м с учетом заполнения зазоров на холостой ветви и рас­ хода мощности на собственно транспортирование груза дает макси­ мально возможную мощность 3000 кВт, т.е. полученные разными пу­ тями мощности на преодоление максимальных сопротивлений движе­ нию практически совпадают. Следовательно, пределы интервала а —/3 назначены правильно и можно, пользуясь зависимостью (6.17), опре­ делить максимальную нагрузку для расчета на статическую прочность и вероятную возможную мощность конвейера.

Знание закона распределения случайных величин не достаточно для исследований динамики установившегося движения системы ’’тя­ говый орган —привод” забойных скребковых конвейеров, хотя и по­ зволяет определить вероятные значения усилий и мощности.

Экспериментальными работами, проведенными заводом ’’Свет шахтера”, установлено, что нагрузки в тяговом органе забойных скребковых конвейеров можно считать с достаточной для инженер­ ных расчетов точностью случайными стационарными функциями вре­ мени с периодическим наложением влияния кинематики.

При обработке записей усилий, действующих в тяговом органе, методами теории случайных функций получаются практически посто­ янные значения математических ожиданий и дисперсий, а зависимость корреляционных функций от разности моментов времени указывает на стационарность сил сопротивления движению. Эти случайные функ­ ции нагрузки можно считать эргодическими, так как полученные за­ висимости определяются конкретными физико-механическими свой­ ствами горной массы при установившемся режиме работы конвейера с определенными тяговым органом и приводом.

Таким образом, забойный скребковый конвейер можно предста­ вить в виде сложной динамической системы, обладающей упругими,

тоте и амплитуде нагрузка, которая формируется в процессе взаимо­ действия транспортируемой горной массы р тяговым органом и рештачным ставом. Работа этой динамической системы определяется ве­ личиной и характером нагрузки тягового органа и динамическими характеристиками самой системы (двигатель, гидромуфта, редуктор, тяговый орган).

Математическое описание движения такой системы с распределен­ ной и дискретными массами, выражается, *как правило, нелинейной системой дифференциальных уравнений в частных производных. Од­ нако различ! хми исследователями было показано, что представление машин в виде линейной системы с дискретными массами и диссипа­ тивными силами, которые пропорциональны относительной скорости

(О2 + Ъ

С помощью дифференциальных уравнений, описывающих дви­ жение забойного конвейера в установившемся режиме работы, мож­ но определить амплитудно-частотные характеристики системы.

Для этого необходимо знать динамические параметры системы, например в случае гидромуфты — квазициручий коэффициент, и ко­ эффициент демпфирования. Воспользуемся полученными зависимос­ тями этих коэффициентов для гидромуфт с ’’отнесенной” рабочей по­ лостью применительно к исследуемой конструкции гидромуфт. Так как

L 2 со2 + 4 X2 W2

рассматривается рабочий режим, такой прием допустим и относитель­ но амплитудно частотной характеристики между моментом гидро­ муфты и моментом на входе привода:

а также относительно амплитудно-частотной характеристики гидромуфты

на возникающие динамические Нагрузки в установившемся режиме работы конвейера.

6.4. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ СИСТЕМЫ "ПРИВОД - ТЯГОВЫЙ ОРГАН С ГРУЗОМ В РЕПГГАЧНОМ СТАВЕ”

Силы сопротивления движению тягового органа, определенные методом статической обработки записей фактических усилий рабо­ тающих забойных скребковых конвейеров, нельзя применить для рас­ четов новых машин, у которых конструктивные, динамические пара­ метры и режимы работы отличаются от тех конвейеров, где были осу­ ществлены замеры фактических усилий. Поэтому необходимо анали­ тическое определение сил сопротивления движению системы ’’тяго­ вый орган — привод”. Расчеты, приведенные в п. 6.3, убедительно по­ казывают, что силы сопротивления движению тягового органа могут быть значительными — наибольшая часть их приходится не на трение материала и тягового органа о желоб, а на разрушение транспортируе­ мой массы груза в рештачном ставе при заклинивании в зазорах между органом и рештачным ставом.

Практика эксплуатации забойных скребковых конвейеров убеди­ тельно показывает, что общепринятый метод расчета тяговых усилий обходом по контуру с применением коэффициентов сопротивления движению тягового органа и материала явно не учитывает реальные физические процессы, происходящие в направляющих рештачного става.

Физическая картина взаимодействия тягового органа с грузом, попавшим в направляющие, представляется следующим образом. В

зазорах между рештачным ставом и тяговым органом горная масса разрушается, дробится, создавая силу сопротивления движению. При этом взаимодействие может бйть представлено в виде нескольких клиньев, которые образуются вдоль става при горизонтальных и вер­ тикальных изгибах соответственно в зависимости от шага передвиж­ ки конвейера и состояния гипсометрии пласта. Эта схема видна из рис. 6.3, где 1 — репггачный став, 2 —тяговый орган, 3 —клинообразное тело материала, расположенное между тяговым органом и рештач­ ным ставом при вертикальных изгибах от гипсометрии пласта.

Значение силы F p в направлении движения тягового органа оп­ ределяется по формуле (6.3) из схемы сил, показанных на единичном клине (рис. 6.4),

Рис. 6.3. Схема взаимодей­ ствия тягового органа с грузом, попавшим в на­ правляющие