книги / Электрооборудование одноковшовых экскаваторов

канате 3 ковш 2 опускается на грунт и врезается в него зубьями под собственной массой (положение А). Затем ковш подтягивается тяговым канатом к экскаватору и заполняется срезаемым грунтом ('положение Б). Гру­ женый ковш, сохраняя горизонтальное положение, под­ нимается вверх и вместе с платформой поворачивается к месту разгрузки. При разгрузке тяговый канат ослаб­ ляется («вытравливается») и ковш под собственной мас­ сой опрокидывается, принимая вертикальное положение. Затем платформа .экскаватора поворачивается, и ковш опускается в забой.

Общая продолжительность цикла экскаватора-драг­ лайна значительно больше, чем у экскаватора-лопаты (в 2—3 раза), и составляет для экскаваторов ЭШ-5/45 до 45 с, ЭШ-15/90 до 75 с.

При экскавации движению рабочих механизмов, при­ водимых в действие электродвигателем, препятствуют силы сопротивления (силы резания при копании, масса ковша и поднимаемого груза, силы трения в передачах и др.). Эти статические силы создают на валу рабочего механизма и электрического двигателя так называемый момент нагрузки, или статический ‘момент Мс.

В общем случае статические моменты по характеру их действия подразделяются на реактивные (противодей­ ствующие) Мр, например, моменты от сил резания, тре­ ния и деформации неупругих тел, и на потенциальные моменты Мп, связанные -с изменением запаса потенци­ альной энергии тела, например момент от силы веса. Реактивный момент всегда действует против движения (вращения), поэтому его часто называют моментом со­ противления. Потенциальный момент Мп при подъеме груза также препятствует вращению, а при спуске груза момент МПуже становится движущим, т. е. направлен согласно вращению двигателя. Поэтому потенциальный момент Л4ц называют активным.

Закономерность изменения статического момента Мс у различных механизмов экскаватора различна, и обыч­ но ее принято изображать в виде нагрузочной диаграм­ мы рабочего механизма, представляющей чаще всего за­ висимость момента Мс от времени, т. е. Mc= f(t). Для некоторых рабочих механизмов момент Мс легко опре­ деляется аналитическими расчетами. Так, для механиз­ ма подъема экскаватора-крана (рис. 1-1,д) статическая нагрузка Fc постоянна и равна массе груза Q, а момент

11

to

= М ДИН, который расходует­ ся на увеличение запаса ки­ нетической энергии во всехдвижущихся массах систе-. мы двигатель — рабочий ме­ ханизм, т. е. на ускорение их движения.

Изменение скорости подъема груза заканчивает­ ся, когда динамический мо­ мент двигателя полностью израсходуется на увеличе­ ние скорости движущихся масс системы и вращающий момент двигателя сравни­

вается с моментом сопротивления МДВ= М с, но уже при другой установившейся частоте вращения п% больше п\, которая была до нарушения равновесия моментов, т. е.

П2>П\.

Таким образом, при увеличении скорости подъема груза электродвигатель экскаватора развивает движу­ щий момент Мдв, преодолевающий как момент нагруз­ ки Мс, постоянно действующий в процессе всего периода движения на его валу, так и динамический момент, воз­ никающий на его валу при изменении частоты вращения согласно заданному закону n=tf(t) на рис. 1-2,г. Поэто­ му в период fp,n на рис. Т-2,в момент двигателя показан

отрезком ОА (Мдв==Мс+Мдин).

С уменьшением скорости движения кинетическая энергия, запасенная вращающимися массами системы, расходуется и инерционный момент стремится поддер­ жать вращение привода в неизменном направлении. При этом момент Мдин, возникающий на валу электродвига­ теля, способствует движущему моменту двигателя Мдв, и последний уменьшается (см. отрезок ГУ в период вре­ мени tT)Uна рис. 1-2,в, когда МДВ= М С—Мдин).

В процессе торможения механизма подъема (участок

’t.г,ц) момент двигателя Мдв в зависимости от соотноше­ ния величин МДИн и Мс может быть как отрицательным, так и положительным. Если масса- .поднимаемого груза незначительна и, следовательно, незначителен активный момент Мс, последний создает небольшой тормозной момент и процесс замедления движения системы осу­

ществляет в основном электродвигатель, т. е.

14

—А1дв=*Мо—Мдан, так как Мс<М т . Такой режим ра­ боты электродвигателя называется тормозным или гене­ раторным, а его момент будет отрицательным (действует против направления вращения). Поэтому на рис. 1-2,в момент Мдв на этом участке работы изображен ниже оси абсцисс сплошной линией ДЕ. Когда же масса груза, а следовательно, и статический момент достаточно вели­ ки (см, МсЛ>М с на рис. 1-2,а), то степень участия по­ следнего в процессе торможения привода значительно возрастает, и поэтому электродвигатель может и не пе­

(совпадать с п), что и показано штриховой линией УФ на участке /т,п (рис. 1-2,в).

Таким образом, при переходном режиме, т. е. во вре­ мя перехода от одного установившегося (равновесного) состояния системы к другому, могут быть два случая работы двигателя: тормозной и двигательный.

С изменением скорости спуска груза (участок /р>сна рис. 1-2,а) "могут быть два режима работы двигателя: двигательный, обозначенный сплошной линией ЕЖ (ког­ да момент нагрузки М9 мал, см. рис. 1-2,а), и тормоз­ ной, обозначенный штриховой линией ЦФ (когда момент нагрузки достаточно велик, см. Mc,i). Поскольку при спуске груза направление вращения п изменилось по сравнению с подъемом, то и положительный момент дви­ гателя (двигательный режим) на рис. 1-2,в как совпа­ дающий с п откладывается ниже оси абсцисс, а отрица­

удерживается механическим тормозом, а двигатель от­ ключен.

Итак, на рис. 1-2,в представлены изменения значе­ ния момента двигателя привода подъемного механизма экскаватора-крана в виде зависимости МдВ= /(0 > т. е.

нагрузочная диаграмма электропривода.

Следует подчеркнуть принципиальное различие меж­ ду нагрузочной диаграммой рабочего механизма (рис. 1-2,а) и нагрузочной диаграммой электро-, двигателя (рис. 1-2,в) из-за наличия динамического мо­ мента. Только в частном случае, при установившемся

15

те на выгрузку (ковш удерживается от падения тормозным Мо­ ментом, создаваемым двигателем, подробнее см. § 4-2) и его раз­ грузка; te — разгон привода при опускании ковша; tj — опускание порожнего ковша (увеличение скорости опускания ковша при этом по сравнению со скоростью подъема койша связано за счет ослаб­

tи и *15— разгон, движение с установившейся скоростью и тор­ можение при повороте в забой с порожним ковшом. На рис. 1-4,в

с груженым ковшом после окончания копания (для увеличения

По нагрузочной диаграмме привода определяется не­ обходимая мощность электродвигателя. Мощность ма­ шин должна быть достаточной для реализации предель­ но допустимых из условий механической прочности кон­ струкций усилий, скоростей и ускорений, чтобы получить максимально возможную производительность экскава­ тора.

Надо также отметить, что переходный режим работы привода сопровождается не только изменением запаса механической энергии во вращающихся частях системы, как показано выше, но и изменением электромагнитной энергии в электрических и электромагнитных цепях (об­ мотках электрических машин). Соответственно различа­ ют механический и электромагнитный переходный про­ цесс. Если учитывают их одновременно, то переходный режим называют электромеханическим (см. § 1-6).

При испытаниях экскаватора осциллографом снима­ ют действительные нагрузочные диаграммы электропри­ водов основных механизмов (рис. 1-5), которые учиты­ вают все факторы: изменение сопротивления грунта при экскавации, электромеханическую инерционность систе­ мы и другие факторы. Однако общий характер измене­ ния Мдв=? (t) остается примерно таким же, каким пока­ зан на рис. 1-4. Так, привод подъемного механизма экс­ каватора-лопаты (рис. 1-5,а) работает почти в течение всего рабочего цикла. Нагрузка носит пиковый характер.

Нагрузка двигателя механизма поворота (рис. 1-5,6) в основном динамическая вследствие больших инерци-

18