книги / Скребковые конвейеры
..pdfРис. 7.3. Схема конвейера
В точке 4 натяжение цепи
S4 = S 3 + qLWn = qL (k + 1)W4>
а ее вытяжка
Д /4 = L 2q(k + 1)W4 p/EF, |
(7.11) |
причем k = 1,05 —коэффициент потерь на звездочке.
С учетом транспортируемого угля величина натяжения в точке 4 будет
S , r = S 3 +(qWn +qTWr) L = S 2k+ (qWn + qr WJL = = qL Wnk + qWnL + qp W^L = qLWJk + 1) + qr WrL =
= L[qWn(k+1) +qr Wr ], |
(7.12) |
тогда вытяжка цепи |
|
Д /4Г =L2 H K f r + 0 +ЯГ Wr)plEF, |
(7.13) |
при этом процесс разрушения угля не учитывается, так как в расчете принята прямолинейная, (идеальная) трасса конвейера; qT — масса угля (груза) на 1 м длины конвейера; WT — коэффициент сопротив ления движения угля.
Для количественной оценки вытяжки цепи примем параметры кон вейера СП202М: <7 = 23 кг/м; L =200 м; Wn =0,5; Wr =0,6; k = 1,05; р= 53; <7Г= 60 кг/м; Е - 2,6 х Ю6 кг/см2; F=9$7 см2;
Д /4 = 2002 [23; р ,5 -2,05 + 60 0,6]р _ 0,0928 р = 0,538 м.
2.6106 • 9,87
Вреальных условиях эксплуатации вытяжка цепей тягового орга? на в установившемся режиме работы из-за разрушения угля в процес се транспортирования в несколько раз больше. Такая слабина цепи на сбеге с приводной звездочки опасна из-за возможности соскакивания цепей в направлении, обратном вращению звездочки, удара о зубья и разрушению цепи или звездочки, что влечет за собой опасную ситуа цию для обслуживающего персонала.
Как правило, предварительное натяжение цепей осуществляют дву мя приводными блоками (конвейер СП202М) мощностью по 55 кВт каждый. Стопорную колодку устанавливают на утюгах рамы, вклю чают на реверс два электродвигателя и храповой механизм. При этом
S = — Л^ ом П Ж-Р |
V РР----- = -2-136,4-2,6-29,7-0,8 |
= 233020,35 Н г |
||||
Язв |
|
|
0,193 |
|
|
|
а 233 кН, |
|
|
|
|
|
|
где М1юм — номинальный крутящий |
момент |
гиромуфты; /р — пере |
||||
даточное число |
редуктора; |
п |
= *2,6 |
— кратность |
пускового момента |
|
гидромуфты по |
отношению |
к |
номинальному; |
а |
— число приводных |
|
блоков; т? —КПД привода.
Если в цепном контуре допустить величину предварительного на тяжения цепей, равную S = 233 кН; то, как увидим далее, потери энер гии составляют неприемлемую величину. Такой способ натяжения це пей требует усовершенствования по соображениям, отмеченным в на чале этого раздела и, кроме того, по требованию органов Госгортехнад зора.
Расчетным путем проанализируем зависимость вытяжки цепей и потерь энергии от величины предварительного натяжения цепей. Для этого, как ранее, примем в расчет параметры конвейера СП202М
При5! =0 (см.рис.7.3) А/0 =0,538 м,
При Si =10 кН, как следует из формулы (7.13), имеем
L2 [qW (k + l)+q Wr]p |
L S xk |
All = ---------------------- -—----- |
(7.14) |
EF |
EF |
где Al i =0,491 м (слабина), |
npnSi =50 кН; Д/5 =0,304 м (слабина) |
при Si = 100 кН; Д/10 =0,07 |
(слабина) |
при 150 кН; Д /!5 =0,174 м (на |
тяг) при 200 кН; Д/2о ^0,391 |
м (натяг) |
при 250 кН. |
Потери мощности при различных значениях предварительного натя
жения цепей можно определить по зависимости |
|
|
|||||
N = S< vl 102 ипр, |
|
|
(7.15). |
||||
где 5'4 |
— усилие в |
цепях с учетом предварительного натяжения (см. |
|||||
рис. 7.3) и формула (7.12) в случае, если Si =0. Если Si =£0, то |
|
||||||
SA = S i k +qn LW4 + (q Wn + <7r W JL . |
|
|
|||||
При Si |
= 10 кН |
S4 = 1000 |
1,05 + 23 200 • 0,5 + (23 • 0,5 + 60 x |
||||
x 0,6)200 = |
128,5 кН, тогда Ni |
= 12850 ~1,12---- = 176,4 |
кВт |
(здесь |
|||
• ' |
|
|
|
|
102 • 0,8 |
|
|
v = 1,12 м/с —скорость движения тягового органа). |
|
|
|||||
При |
Si |
= 30 кН |
S = 3000 -1,05 + 11800 = 149500 Н, |
тогда |
N3 = |
||
- 14950 |
• |
1,12 =205 ,2 кВт. |
|
|
|
||
102 • |
0,8 |
|
|
|
|
|
|
N,KBm
Рис. 7.4. Зависимости пдедварителытого натяжения цепей (Si) от слабины на сбеге приводной звездочки (А/)
7*5* Кривая изменения потерь мощности в зависимости от предварительного натяжения цепей Тс
При Si = 100 кН 54 = 10000 -1,05 + 11800 = 223 кН, тогда N i0 =
= |
2v°!--' 1lL12 |
=306 кВт. |
|
|
102 |
• 0,8 |
|
|
При Si = 180 кН S4 = 18000 • 1,05 + 11800 = 307 кН, тогда N ia = |
||
= |
307<°° |
±’12 |
=421,3 кВт. |
|
102 |
• 0,8 |
|
|
На основании приведенных расчетных величин построим график |
||
(рис. 7.4). |
|
||
|
Из графика видно, что при малом предварительном натяжении це |
||
пей (51 |
= 5 |
кН) имеет место значительная слабина цепей на сбеге с |
|
приводной зЬездочки (Д/0(5 =0,53 м). С кинематической точки зре ния нас бы устроила слабина цепей на сбеге цепи со звездочки 150— 200 мм, но при этом необходимо предварительно натянуть цепи с уси лием 80 кН. Общий расход мощности привода составит 270 кВт, по тери на натяжение 270—163,5 = 106,5 кВт, что явно не подходит для работы.
Если же натянуть цепи приводом с предварительным натяжением, равным 130 кН, что является вполне реальным, то слабины под при водной звездочкой на сбеге цепи не появится, а будет натяг (-0,1 м) и общий расход Мощности приводом составит 337,5 кВт. На предва рительное натяжение будет расходоваться 337,5 — 163,5 = 174 кВт. При такой работе с перегрузкой 1,53 тепловая защита гидромуфты срабо тает через 40 мин (см. рис. 5.8).
Приведенный расчетным путем анализ подтверждается экспери ментальными данными.
Экспериментальные исследования, проведенные на конвейерах СП202М, СП87ПМ в условиях испытательного полигона завода ’’Свет шахтера” по специальной методике с замерами мощности, потребляе мой приводом, и тензометрированием усилий в цепях на рабочей ветви
конвейера и при сбеге с приводной звездочки с различными предвари тельными натяжениями тягового органа, позволяют оценить величину потерь мощности. На полигоне испытывали конвейер СП202М и СП87ПМ длиной по 60 м. Кривая изменения потерь мощности в зависимости от предварительного натяжения цепей представлена на рис. 15.
Увеличение натяжения цепей ведет к резкому увеличению расхода мощности. Поэтому в современных конвейерах предварительное натя жение цепей ведет к нежелательным явлениям: срабатыванию тепло вой защиты гидромуфт, износу всех элементов конвейера и потерям энергии.
Рациональным выходом в зарубежной практике при натяжении цепей является применение телескопических секций привода с гидро домкратами. Не менее приемлемым для эксплуатации является устрой
ство, испытанное |
на конвейере СП202М, позволяющее в соответствии |
с изобретением № |
1154165 (приоритет от 20.12.83 г.) при минималь |
ном предварительном натяжении тягового органа осуществлять пра вильное взаимодействие цепей со звездочками и утюгами. Натяжение тягового органа удобно осуществлять с помощью устройства для на тяжения цепей скребкового конвейера (в соответствии с изобретением
№925793, приоритет от 26.02.79 г.) червячным механизмом.
7.3.ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ
ЗА СЧЕТ ОТНЕСЕНИЯ ТЯГОВЫХ ЦЕПЕЙ ИЗ ЗОНЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С ГРУЗОМ В НАПРАВЛЯЮЩИХ РЕШТАКОВ
Покажем на основе сравнения усилий, возникающих в тяговом ор гане, преимущества новых конструкций забойных конвейеров СПЦ261, СПЦ262, СПЦ271 с центрально расположенными цепями отечествен ного производства или фирм ’’Эйкгофф”, ’’Хальбахи Браун”, ’’КлекнерБекорит” по сравнению с серийными конвейерами СП202М, СП30ГМ, СП87ПМ. В серийных забойных конвейерах тяговые цепи расположены в направляющих рештачного става. Практика эксплуатации этих кон вейеров убедительно показывает, что общепринятый метод расчета тя говых усилий методом обхода по контуру с применением коэффици ентов сопротивления движению тягового органа и материала явно не учитывает реальные физические процессы, происходящие в направляю щих рештачного става.
В разд. 6.4 дано анатилическое определение сил сопротивления дви жению системы ’’тяговый орган с углем - привод” [2]. Качественный и ориентировочный количественный анализ этих сил показал, что они могут быть значительными и, более того, в несколько раз превосходить возможности привода современных забойных конвейеров с цепями в направляющих.
Рассмотрим влияние конструктивного отнесения тяговых цепей
204
из-под направляющих к центру рештачного става на силы сопротивле ния движению системы ’’тяговый орган с углем —привод” на примере конвейеров СП202М и СПЦ261, СП301М и СПЦ271, СП87ПМ и СПЦ262.
Для осуществления количественного анализа необходимо задать одинаковые условия работы забойных конвейеров различной конструк ций.
Характеристику трассы в вертикальной плоскости определяют в соответствии с технической документацией шахты. В общем случае для характерных условий региона, где будет эксплуатироваться кон вейер, число изгибов в вертикальной плоскости характеризуется ма тематическим ожиданием т и средним квадратическим отклонением
опоявления изгибов.
Вчастном случае угол изгиба в соединении рештаков определяют маркшейдерской съемкой или отвесом.
Характеристику трассы в горизонтальной плоскости определяют шагом передвижки конвейера (захватом добычного агрегата) и для упрощения принимают равной нулю, т.е. конвейер считают прямоли нейным в горизонтальной плоскости.
Для расчетов примем схему изгибов рештачного става в вертикаль ной плоскости (рис. 7.6). Здесь каждый из участков 1-5 содержит по
четыре рештака, а угол перегиба каждого из участков составляет 3° £ р —усилие в рабочей ветви, S x —усилие в холостой ветви.
Как видно из представленной схемы трассы конвейера, клинооб разное тело между рештачным ставом и тяговым органом образуется на участках 1, 3,5 на рабочей и холостой ветвях.
При прочих равных условиях различия в тяговых усилиях на ра бочей и холостой ветвях конвейеров, представленных на рисунтках, определяются по формуле (6.16) для рабочей ветви. S =/^сж Sb cos(3 + + Л^Ж sb sin/3 для холостой ветви: S x =f R cyK Sb cos(3 +R'cyKSb sin/3. Как видим, величины f , R и угол (3 являются для сравниваемых конструк ций конвейеров одинаковыми. Разницу тяговых усилий определяют произведением величин (Sb) по формулам для S v и 5 Х.
Величины S и b представляют собой соответственно ширину и длину раздавливаемого слоя транспортируемого угля, который попал в зону между тяговым органом и рештачным ставом.
Для различных конструкций конвейеров произведения величин S
иЪ будут отличаться. При расчете на 1 м длины для конвейеров СП301М
иСПЦ271 величина тягового усилия определяется из формул :
Рис. 7.6. Схема изгибов рештачного става в верти кальной плоскости
7301 - fR'cx с 3 cos Р +л'сж С3 sin р +//г'сж (С3 + с3) cos р +
+ Лсж(Сз +c3)sinj3;
^ 27i = f R сЖСк2 cos Р + R*Cy Ск2 sin р +/ Д 'ж (С2 + с2 + ск2) cos р +
+ К ж ( Ъ +С2 +CK2) sinP‘>
^зо^271 = ^3oi/^271 = (2С3 +с3)/(С 2 + с2 + 2ск2),
где С — контактная площадь поверхности цепи; с — контактная пло щадь поверхности скребков, т.е. конструкция конвейерного става и тягового органа СПЦ271 менее энергоемка по сравнению с СП301М при взаимодействии тягового органа с насыпным грузом и рештачным ставом.
р 202м = / Д 'ж с cos 0 + R'CMС sin 0 + fR ’cyK(с + с)cos 0 +
+ЯсЖ(С + с)81п 0;
^261 = f R CM’ Ск cos 0 + Л ;ж Ск sin0 +/ Л^Ж + ci)cos0 +
+ ^ /?сж(С» + ci ) sin)3;
0202/261 = F202IF26I = (2C+C)/(Ct +Cj +СК).
Конструкция тягового органа СПЦ261 и конвейерного става также менее энергоемка по сравнению с СП202М.
Еще более существенное снижение энергоемкости 'дает конструк ция тягового органа и рештачного става СКП1У, так как холостая ветвь вынесена из зоны взаимодействия с грузом.
Однако при расчете энергоемкости необходимо учитывать предва рительное натяжение цепи в конвейерах с цепями, расположенными в центре става, а также увеличение массы тягового органа в этих кон вейерах, что несколько снижает приведенную выше эффективность указанных конструкций.
8. ПРИВОДЫ ЗАБОЙНЫХ КОНВЕЙЕРОВ (С ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ МУФТОЙ И ТИРИСТОРНЫЙ)
Привод с электромагнитной муфтой. Ряд функций, выполняемых гидромуфтой, а также возможность регулирования скорости, можно осуществлять электромагнитной муфтой.
В настоящее время Гипроуглемашем проведены работы по созда нию привода с электромагнитной муфтой. Заводские и шахтные испы тания подтвердили целесообразность этого направления. Регулирова ние скорости (две скорости) в исполнении привода П110Э произво дится с помощью электромагнитной муфты скольжения путем изме нения тока в ее обмотке возбуждения и планетарным редуктором.
206
Регулирование может осуществляться вручную и автоматически при снижении нагрузки в тяговом органе.
Привод П110Э предназначен для установки на базовых передвиж ных скребковых конвейерах СП87П, СП202 и др.
Область применения —очистные забои с мощностью пласта от 0,6 м и выше в лавах с механизированной или индивидуальной крепью.
Характерной особенностью привода является применение в нем дифференциально-цилиндрического редуктора и предохранительной муфты скольжения.
Конструкция привода обеспечивает:
запуск перегруженного конвейера с предварительным пуском его электродвигателей вхолостую;
автоматическую раскачку заштыбованной скребковой цепи без реверса электродвигателей;
регулирование величины максимально допустимой нагрузки при вода;
автоматическое уменьшение скорости при отсутствии нагрузки; равенство максимальных моментов при пуске и при заклинива
нии цепи конвейера; натяжение скребковой цепи с заданным усилием;
ведение вспомогательных работ на пониженной скорости цепи; сокращение простоев при срабатывании тепловой защиты; увеличение надежности и безопасности работы конвейера; самозаправку скребков рабочей ветви цепи при выходе их из верх
них направляющих.
Технические характеристики П110Э |
|
Номинальная мощность, кВ т. |
110 |
Кратность крутящего момента: |
|
при пуске. |
< 2,75 |
при заклинивании цепи конвейера, |
< 2,75 |
Частота вращения выходного вала, мин- 1 : |
|
при номинальной нагрузке . . |
53,6; 66,6; 76,2; 86,5; 95,7 |
во вспомогательном режиме без нагрузки |
26,8; 33,3; 38,1; 43,2; 47,8 |
Номинальный крутящий момент на выходном |
|
валу, кН • м: |
|
в рабочем режиме . |
19,3; 15,5; 13,5; 11,9; 10,8 |
во вспомогательном режиме. |
9.65; 7,75; 6,75; 5,95; 5,4 |
Габариты, мм: |
|
длина . |
1690 |
ширина. |
2926 |
высота |
746 |
Редуктор: |
|
тип . |
Дифференциально-цилиндрический |
передаточное число |
27,6; 22,2; 19,4; 17,1; 15,5 |
КПД. |
0,96 |
Привод П110Э состоит из асинхронного короткозамкнутого элек тродвигателя воздушного охлаждения, электромагнитной муфты сколь-
женин, выполненной в виде муфты — тормоза, планетарно-цилиндри ческого редуктора, рамы привода и приводной звездочки. Принцип работы привода заключается в следующем: внешнее центральное колесо планетарного редуктора связано через шестерни с электромагнитной муфтой скольжения. Во время пуска конвейера включается электро двигатель при выключенном токе возбуждения в обмотке ЭМС. Так как колесо редуктора при этом не заторможено, то водило и выход ной вал редуктора неподвижны, а колесо, шестерни и индуктор ЭМС вращаются. После набора электродвигателем номинального числа обо ротов включается ток в обмотку возбуждения ЭМС и индуктор ЭМС затормаживает корпус, который в данной конструкции является актив ной частью муфты. При этом затормаживается колесо и от шестерен и начинает вращаться водило, передавая через шестерни крутящий момент на звездочку. В момент перегрузки электродвигателя конвейера ток возбуждения выключается, индуктор растормаживается и конвейер останавливается. При заштыбованном или перегруженном ставе кон вейера ЭМС включается в импульсный режим работы, обеспечивая рас качку цепи конвейера.
Экспериментальные работы в части исследования электромагнит ных муфт проводились Гипроуглемашем.
Опытная партия привода П110Э испытывалась на шахтах производ ственного объединения ’’Укрзападуголь” .
Приемочные испытания двух приводов П110Э с электродвигате лями ЭДКОФ-4/90, разработанными Донгипроуглемашем, проводили в лаве длиной 176 м. Мощность пласта 1,3-1,8 м, угол падения 0 -4°, размер выемочного поля по простиранию 1500 м.
Лава была оснащена механизированным комплексом КМ87Э с кон вейером СП87ПМ. Управление приводами конвейера осуществляется аппаратом автоматического управления АУП, разработанным и изго товленным НПО ’’Автоматгормаш”.
За 4 мес было добыто около 130 тыс. т угля. Средйесуточная макси мальная добыча составила 2066 т.
В первом периоде испытаний наблюдались порывы тяговой цепи конвейера, которые затем прекратились после ее замены.
На показатели работы лавы отрицательное влияние оказало геоло гическое нарушение.
В период испытаний были проведены технические измерения и наб людения сотрудниками ДонУГИ, Гипроуглемаша, НПО ’’Автоматгор маш”, Донгипроуглемаш. Хронометражные наблюдения проводились в течение 10 сут НИС ПО ’’Укрзападуголь” .
Было установлено следующее:
запуск перегруженного конвейера осуществляется с предваритель ным пуском его приводов и последующим включением тягового ор гана;
имеет место автоматическая раскачка заштыбованной скребко вой цепи без реверса электродвигателей;
аппарат управления позволяет производить изменение максималь но допустимой нагрузки привода;
обеспечивается равенство максимальных моментов привода при пуске и при заклинивании цепи конвейера;
обеспечивается натяжение скребковой цепи с заданным усилием; обеспечивается ведение вспомогательных работ по пониженной
скорости цепи.
При измерениях на ленте многоканального сампопишущего при бора Н327-5 записывались синхронно следующие параметры: мощность, потребляемая электродвигателем нижнего привода; мощность, пот ребляемая электродвигателем верхнего привода; суммарный ток воз буждения ЭМС нижнего и верхнего приводов; скорость движения цепи конвейера (определялась по частоте вращения тахогенератора ЭМС нижнего привода).
Одновременно на ленте регистрировали моменты начала и оконча ния сигналов защиты, отрабатываемые аппаратом управления приво дами.
В результате измерений были сделаны следующие выводы:
привод П110Э с электродвигателем ЭДКОФ4-90 и аппаратом управ ления АУП работоспособны и выполняют функции, предусмотренные технической документацией;
установлена ненадежная работа датчика скорости, определяющего работу конвейера во вспомогательном режиме.
Стендовые ресурсные испытания показали, что конструкция при вода П110Э обеспечивает работу с двигателем 160 кВт.
Учитывая положительный опыт, полученный за период промышлен ных испытаний, а также возможности привода с электромагнитной муфты в части повышения установленной мощности, уменьшения га баритов по высоте с 650 до 520 мм (для привода мощностью 110 кВт) следует рекомендовать применение приводов с электромагнитной муф той в конвейерах комплексов КМ137, КМ138, КМ142 и др.
Тиристорный электропривод забойных конвейеров. Особенности тиристорного электропривода забойных конвейеров определяются прежде всего условиями эксплуатации, режимами работы и техноло гическими особенностями процесса транспортировки угля.
Структурная схема электропривода забойных конвейеров пред ставлена на рис: 8.1. Тиристорный электропривод состоит из силовой и информационной частей. В состав силовой части входят: электро
двигатели постоянного тока, тиристорные преобразователи, специаль ные кабели и коммутационная аппаратура.
Информационная часть включает в себя системы телемеханическо го и автоматического управления. Систему автоматического управле-
Рис. 8.1. Структурная схема электро привода забойных конвейеров
ния подразделяют на подсистему управления электроприводом кон вейера в режимах нормальных эксплуатационных нагрузок, подсисте му ограничения динамических нагрузок в режимах кратковременных перегрузок, подсистему ограничения динамических перегрузок в ре жимах резкого нарастания сил сопротивления и подсистему измерения параметров.
Особенностью тиристорного электропривода забойных конвейеров является то, что тиристорные преобразователи, коммунационная аппа ратура, рсновные подсистемы информационной части располагаются на значительном (до 1500 м) расстоянии от конвейера. На машине на ходятся только электродвигатель и часть подсистемы измерения па раметров. Связь между тиристорными преобразователями и электро оборудованием, расположенным у конвейера, осуществляется по те лемеханическому каналу связи, образованному по заземляющей жиле силового кабеля. Электропривод конвейера может управляться в сле дующих режимах:
радиоуправления (в составе очистного комплекса); дистанционного телемеханического управления (в составе очистно
го или стругового комплекса); дистанционного местного управления (для индивидуального управ
ления конвейером, транспортировки грузов и материалов и производ ства ремонтных и профилактических работ). При этом как в режиме радиоуправления, так и в режиме дистанционного телемеханического управления скорость цепи конвейера изменяется в функции от ско рости подачи или скорости движения струга.
• Тиристорный преобразователь состоит из:
управляемого выпрямителя, собранного по трехфазной симмет ричной мостовой схеме с системой водяного охлаждения;
системы импульсно-фазового управления; силового контактора.
Преобразователь выполнен в виде блочной конструкции во взры вонепроницаемом корпусе. На выдвижной раме устанавливают: сило