CC BY
21
.ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО Том 88 ИНСТИТУТА имени С. М, КИРОВА 1956 г.
О РЕЖИМЕ РАБОТЫ НЕУРАВНОВЕШЕННОЙ СКИПОВОИ ПОДЪЕМНОЙ УСТАНОВКИ
И. К. ХРУСТААЕВ
(Представлено проф., докт. техн. наук Балашевым И. А.)
Рациональный режим работы подъемной установки должен отвечать следующим условиям.
1. При заданных производительности и высоте подъема подъемная установка должна иметь максимальный к. п. д. или, что то же самое, иметь минимальный расход энергии.
2. При тех же условиях иметь минимальную строительную мощность подъемного электродвигателя.
Краткий анализ этих требований дает возможность судить о их противоречивости.
К. п. д. подъемной установки приближенно можно определить из следующей зависимости [10]
ак
^тчах
где ^р- — к. п. д. электродвигателя, а =--множитель скорости,
Ъср
тг]зп — к. п. д. зубчатой передачи, к — коэффициент шахтных сопротивлений.
Из (1) видно, что к. п. д. подъемной установки растет с уменьшением "ос, но при этом сокращается период пуска в ход подъемной установки, а следовательно, растет ускорение ] движущейся системы. Последнее, в свою очередь, приводит к увеличению строительной мощности подъемного электродвигателя, так как увеличивается максимальное пусковое усилие (Ртах—]}-С увеличением а ускорения движущейся системы уменьшаются, а еле довательно, и уменьшаются максимальные движущиеся усилия в пусковой период, что приводит к уменьшению строительной мощности подъемного электродвигателя, так как
I— - (¿г, (2)
г сто
где Ртах — максимальное пусковое усилие,
Рстр —строительное усилие подъемного электродвигателя, —допустимая перегрузка электрических двигателей. Но с увеличением а растет максимальная скорость движения сосудов Утах> а это вызывает увеличение строительной мощности электродвигателя, так как
р > р , — Утах
гСтр гЭф — , . {3)
102 7) Зп
где РЭф и Рэф — эффективное движущее усилие и мощность.
Таким образом» анализируя режимы работы подъемной установки, надо найти такой рациональный режим, при котором будут выполнены в наибольшей степени указанные условия в комплексе.
Режим работы нодъемной установки определяет главным образом диаграмма скорости движения сосудов, поэтому решение задачи о наивыгоднейшем режиме работы сводится к выбору рациональной диаграммы скорости.
Автором проанализированы режимы работ большого количества скиповых подъемов шахт Кузбасса [4; 7] и ни один подъем, на наш взгляд, не отвечает полностью вышеуказанным условиям. Так, например, на одной из скиповых подъемных установок треста „Анжероуголь" по заданным производительности, высоте подъема и емкости сосуда получается средняя скорость движения скипов 1/^ = 6 м/сек. Там принята максимальная скорость 1Лиах=10,6 м/сек и установлен подъемный электродвигатель со строительной мощностью Рстр — Ю50 кет. Здесь можно было бы принять Утах — 7,8 м/сек; при этом будет Рстр — 800 кет.
На одной из скиповых подъемных установок треста „Кагановичуголь", при Уср — 2,45 м\сек принято Утах — 5,2 м/сек и ^^ — 1200 кет. В этом случае надо было бы принять Утах = 3,2 м1сек и РСтр ~ 750 кет. Эти два примера показывают, насколько неэкономично работают подъемные установки. Поэтому вопрос выбора рационального режима является вопросом первостепенной важности.
При проектировании подъемной установки обычно задана ее годовая производительность и глубина шахты. По указанным значениям А20д Т и определяется часовая производительность подъемной установки, при этом
А _ с & год
нас — . ,
ЬI
т/час
(4)
где с = 1,15— 1,25—коэффициент резерва, Ь — число рабочих дней в году, Ь—число часов ргботы подъема в сутки. Добавляя к глубине шахты Нш ориентировочную высоту от устья ствола до разгрузочного устройства кэ = 15-^-30 м и высоту от загрузочного устройства до рабочего горизонта А3 = 15 н-30 му получим ориентировочную высоту подъема Н в метрах.
По часовой производительности и высоте подъема определяется емкость скипа.
Для определения наивыгоднейшей емкости скипа нами предложена формула [3]:
= 0,005 АчасН*<™. (5)
Полученная по (5) наивыгоднейшая вместимость скипа в тоннах округляется до ближайшей стандартной. На рис. 1 показан график для выбора скипа, составленный на основании (5).
По Ачас и определяется время цикла работы подъемной установки Ти и время движения сосудов Т
Т- 3600 <? /6Ч
1ц— (6)
^час
и т= Гц-в, (6а)
где в — пауза при работе подъемной установки. Ее можно принимать [4]: для скипов емкостью до 4 тп — 7 сек,
6 771 — 8 сек, 8 т — 11 сек.
скорости
(7)
(8)
В технической литературе [1; 2; 5; 6; 9 и др.] наивыгоднейшие значения множителя скорости рекомендуется принимать а —1,1 — 1,3.
Как видим, диапазон рекомендуемых множителей скорости довольно широк, а поэтому в различных случаях проектирования режимов довольно широко будут изменяться и показатели работы подъемных установок.
На самом деле предположим, в расчете получили УСр ~ 8 м/сек. В этом
случае при а=1,1, Утах — 8,8 м1сек, а при а — 1,3, Утах: = 10,4 м\сек. Различными будут и все экономические показатели.
Исходя из сказанного, необходимо установить более узкие пределы изменения наивыгоднейших значений а.
Рассмотрим вначале трехпериодную диаграмму скорости движения сосудов.
Далее определяются средняя ориентировочная и максимальная движения сосудов. При этой
* н
ср ™ у.
1/ Г/ Н
* тах = а =
7I V
Принимая vj „ = 0,9, т] п~0,93 и k —1,15, на основании (1) получим 0,73
отсюда — ср (а) будет иметь следующие значения:
(9)
а =1,1; 1,2; 1,3; 1,4; 1,5; 1,8; 2,0; 7, V = 0,663; 0,61; 0,56; 0,52; 0,487; 0,405; 0,365.
На основании (2) ориентировочная мощность подъемного электродвигателя может быть определена из выражения
р _ Ртах Углах ._а Р/пах Уср
102 ^зпТ
Здесь Уси определяется на основании выражения (7).
Ртах = Ка+-рН+ ш/. (Ю>
Массу т, приведенную к окружности барабана, можно заменить произведением коэффициента массивности р подъемной установки на вместимость сосуда С), т. = (11)
В предварительных расчетах в скиповых подъемах при //<^400 м без больших погрешностей можно принимать тогда
Ртах= +рН. (12)
На рис. 2 нами построены графики для определения веса погонного метра каната р кг1м в зависимости от С?.
^ 50 100 2.00 300 ^00 500 600 700 S00 900 1000 Рис. 2. Тип каната в зависимости от ёмкости скипа и высоты подъема
Для определения ускорения у воспользуемся следующей зависимостью
[8|: V*mt,x — 2 TV щах hh. 2 И —— = 0. (13)
Ji+Js Ух-ЬУз
Принимая ji—j-i, получим:
(14)
7>- 1)
Принимая для расчета ¿=1,15; ^зп = 0,93, 7 = 1,8 и подставляя (14) и (12) в (9), получим:
P = *Vfí 1___(15)
170
На основании (15) представлена зависимость Р = ср(а; Fmax\ VCp)t которая приведена в табл. 1 и на рис. 3.
Из рис. 3 видно, что наиболее рациональные режимы представлены на графиках 1, 2, 4, 7, 9, И, 14, 17, 20, 26, 29, 32, 34 и 37. Здесь имеем минимальную ориентировочную мощность подъемного электродвигателя и 7]у > 60%.
Из приведенных наивыгоднейших режимов работы средний рациональный множитель скорости для скипа Q = 3 m ранен сс — 1,2; для Q =4 m а = 1Д9; для Q-6 m а = 1,18; для Q= 12 m а= 1,19.
Отсюда имеем средний наивыгоднейший множитель скорости для скиповых подъемов при трехпериодной диаграмме скорости о.н = 1,19~ 1,2. При этом рациональные максимальные ускорения не превышают значения 7 =---0,7 л ¡сек2.
При существующих загрузочных и разгрузочных устройствах скиповые подъемы не могут работать по трехпериодной диаграмме скорости. Они работают по пятипериодной диаграмме или в лучшем случае могут работать по четырехпериодной диаграмме скорости [4, 7]. В этом случае экономические показатели работы установки значительно понижаются.
Скиповая подъемная установка, ввиду наличия загрузочного и разгрузочного " устройств, не может иметь однородные законы движения как в период пуска, так и в период останова Во избежание аварий скорости движения сосудов в разгрузочном и загрузочном устройствах должны быть ограничены определенными пределами.
Обычно в технической литературе [5, 6, 8 и др.] дается предел скорости входа скипа в разгрузочные кривые и выхода из них 1/^1,5 м1сек. Однако практика работы скиповых подъемов Кузбасса показывает, что скорости входа скипа в разгрузочные кривые и скорость выхода из них не являются лимитирующим фактором в режиме работы скиповых подъемных установок |4]. На основании исследований автора можно сделать заключение, что лимитирующим фактором в работе установки является движение скипов в загрузочном устройстве. При этом скорость посадки скипа на каретку дозатора (скорость входа в загрузочное устройство) при существующей (жесткой) системе посадки должна быть м1сек и при упругой по-
садке (с применением хотя бы резиновых пакетных амортизаторов на каретке) Vfc^C 1 м1сек [4, 7]. Скорость же выхода скипа из загрузочного устройства должна быть м/сек.
Установим рациональную величину множителя скорости для пятипериодной диаграммы скорости. При этом для облегчения расчетов примем симметричную диаграмму, при которой Vz—V¡? и у, :.- j?>.
-да5""Лбоо noo
Г0° ; Г 50 60 ГО so ео too ¡U
iO
to
50 60 . МОЩностн подомного электродвигателя и к. п. д.
Рис. 3. Зависимость ^Г^Г^ГоГЛГмно.и^еля скорости .
; „ Таблица!
Зависимость ориентироиочнои мощности подъёмного электродвигателя от а, ^тйх и ^гп
Я, м 100 200 300 400
Анас Т \ Q,r а 1 : 3 1 4 6 | 8 \ I 3 4 1 6 1 I | 8 ! 12 1 3 ! | 4 \ | о ! ' 12 3 1 4 6 ( 8 12
100 _ 1,1 1,2 1.3 1.4 1.5 ! ( 1 1 1 ! | 1 1 1 1 \ 1 ; [ 1 1 1 156 151 159 167 177,5
200 1,1 1,2 1.3 1.4 1.5 2 81.4 77,0 7 8,5 80,3 86.5 3 224 197 196 203 212 4 170 154 159 176 5 428 358 350 359 374 6 296 271 276 289 304 7 213 212 223 251 8 ¡689 561 ! 540 ¡570 570 .9 353 339 354 398
300 1,1 1,2 1.3 1.4 1.5 10 226 187 181 184 192 11 141 127 130 136,5 143 12 730 557 470 523 535 13 406 343 336 341 360 14 240 230 234 260 15 806 652 595 639 642 16 428 391 395 410 410 17 331 325 342 380 1 18 1320 1045 995 990 1030 19 685 602 600 620 655 20 506 480 500 525 553
400 1,1 1,2 1.3 1.4 1.5 630 465 430 425 433 21 303 250 243 248 257 22 162 153 156 174 23 980 748 700 701 720 605 504 507 405 542 24 320 302 312 346 1 1 ! 1 1 25 854 710 692 712 743 26 576 523 53) 551 570 1 1 27 1950 1540 1460 1470 1530 28 9)7 798 800 832 870 2) 603 585 612 690
600 „ ! 1.2 | 1.3 ; 1.4 ! 1.5 | 38 449 372 361 370 380 37 284 259 262 270 289 | 36 ! 1460 1 1120 1050 1050 1060 35 805 679 663 676 708 34 474 450 460 512 33 1740 1270 1220 1230 1290 32 1 850 ! 1 773 ; ! I 780 ! 1 1 810 | | ! 860 | ) | 31 2600 2040 1940 1945 2010 30 1336 1175 1170 1210 1270
Цифрами, набранными жирным шрифтом, указаны номера графиков на рис. 3.
Воспользуемся следующими зависимостями [9]:
Утах 2 I /"," / \ У,' //'
+ук(-]----—\ (16).
\ Л" Уз' /
и Я0 = И- 2 + -1/з-- + • (17),
^ 2 у," ^ 2у/
Здесь У/' и уУ — максимальные ускорения и замедления,
У/ и уУ — ускорение и замедление прА движении скипа в загрузочном устройстве, — путь, проходимый скипом в загрузочном устройстве. Принимая 1,5 м; уУ —/У и уУ—уУ, на основании (16) и (17) при
1/3 = Уд, = 1 м/сек имеем:
+ —^--2
а I/ср
]тах — п | д (18)
• г—£!+£__ 6
и при 1/3 = 1/д, = 0,5 м/сек,
т/ 1 I °-23
/,,, =_____________аХсР
Т -//ч - 6
(19)
Далее, на основании зависимостей (1), (9), (10), (12) и (15), найдем я — f
{Ачас; Q; Н) и = ф (а),- Р = р(а), =
Указанная зависимость приведена в табл. 2
Из табл. 2 видно, что в большинстве случаев минимальная мощность подъемного электродвигателя получается при a ^ 1,4. Однако при этом значительно снижается у\у. Считая снижение к. п. д. установки ниже 56% нерациональным, наивыгоднейший множитель скорости будет
Расчеты показывают, что точно таким же будет рациональный множитель скорости и при четырехпериодной диаграмме скорости.
Табл. 2 и расчеты показывают, что максимальное ускорение при рациональном режиме для скиповой устанозки не превышает J max = 0,85 м/сек а наивыгоднейшая максимальная скорость значительно ниже предельной скорости 0,8м\сек, допускаемой правилами безопасности.
Действительная максимальная скорость, как известно, определяется после установления стандартного числа оборотов электродвигателя rig и передаточного отношения редуктора /. При этом ориентировочное число
л „ - 60 Vmaxi /om оборотов двигателя подсчитывается по формуле п-------- —(¿0), а затем
r.D6
принимается ближайшее большее стандартное число оборотов и далее
т , It DfitlA v
определяется действительная максимальная скорость Vmax —__, (21)
60 i
где Dq — диаметр барабана.
Т а б л и ц а 2
Зависимость \тах , Р и от а
<2 Д час Н т ^ср 1тах Р V тах
Т Т м сек м\сек м\секъ кет ЛУ м\сек
56,5 1.2 0,994 (1,129)2) 171 (193) 0,61 4,24
3 1701) 200 3,53 1,3 0,455 (0,58) 143 (151) 0,56 4,59
7 1.4 0,322 (0,416) 142 (150) 0,52 4,95
55,6 1,1 1,15 (1,54) 237 (262) 0,663 3,94
4 230 200 3,58 1,2 0,973 (1,27) 231 (262) 0,61 4,3
0^7 1,3 0,448 (0,615) 193 (211) 0,56 4,66
1,4 0,305 (0,4) 183 (202) 0,52 5,01
1,1 М9 (1,57) 326 (404) 0,663 4,01
6 345 200 3,65 1,2 0,961 (1,25) 337 (376) 0,61 4,37
8 = 8 1,3 0,5 (0,64) 289 (321) 0,56 4,74
1,4 0,256 (45> 278 (320) 0,52 5,1
52,6 1,1 1,15 (1,51) 475 (550) 0,663 4,18
8 460 200 3,8 1,3 0,56 (0,704) 429 (463) 0,56 4,93
0 =10 1,4 0,42 (0,53) 428 (448) 0,52 5,31
52,6 1,1 1,15 (1,51) 534 (620) 0,663 4,18
9 520 200 1,3 0,56 (0,704) 477 (516) 0,56 4,93
« = 10 1.4 0,425 (0,53) 398 (512) 0,52 5,31
49,5 1.1 1,77 (2,28) 950 (1105) 0,663 4,43
12 700 200 4,03 1,3 0,664 (0,815) 7261 (780) 0,56 5,33
0=12 1.4 0,51 (0,617) 1245 (750) 0,52 5,64
Ачаг взято для всех скипов на основании рис. 1. 3) В скобках приведены цифры для пятипериодной диаграммы скорости при Уз ~ Vк —
— 0,5 м\сек.
Для быстрого нахождения рационального передаточного отношения редуктора I и облегчения расчетов нами построены графики, показанные на рис. 4 и 5.
Расчеты показывают, что при существующих стандартных Щ, и I можно подобрать У тах, Очень мало отличающуюся ОТ Утах = а Уср.
При проектировании режима работы проектанту важно знать, какое максимальное ускорение рационально задать той или иной скиповой подъемной установке.
Для этого, на наш взгляд, необходимо прежде всего установить ориентировочную мощность двигателя и произвести ориентировочный его выбор.
2>=3м
Рис. 4. Максимальная скорость в зависимости от числа оборотов двигателя
Ориентировочная мощность определяется по формуле
кС1 И
Ро=?
102 Т
(22)
где р — характеристика динамического режима. Ее можно определять по формуле [Ю]:
рН аЯ 42
Р=а........
/
14-2 1 —
При
Р = 1
" 1 кТ'1 & = 1,15, = 1 и а = 1,3
' Н Г
,о]/ 1 + 1,1
01 5,63
1
рН \2 (2
(23)
(24)
Подсчитанные по (24) значения р для наивыгоднейших значений АчасУ Н и какие встречаются в практике неуравновешенных скиповых подъемных установок, приведены в табл. 3.
Ориентировочную мощность двигателя можно также определить по формуле:
г) Ртах у тах
гор— —- — - -- ■ .
Ю2-/]3пТ
102 ^зпТ
(9а) 31
По Щ и Рор, определенной по (22), предварительно принимается стандартный электродвигатель, а далее устанавливается
*
аг> 4
с О.
о ю
с «
<
CJ £ ST
н о
(О ж
5 I
/п
В паспортных М max
м.
данных отсюда Мтах :
двигателем,
т Ми.
как известно, дается
значение (25)
Учитывая падение напряжения при пуске мощных двигателей на 5-4-7%, МШах уменьшится на 10~-14°/о. Далее, имея в виду пуск подъемного электродвигателя при по лощи металлического реостата в цепи ротора с 5-5-9 ступенями сопротивления, для получения средней перегрузочной способности максимальный момент еще необходимо уменьшить на 10-4- 15 %. Следовательно, допустимая расчетная перегрузка электродвигателя будет
^ = (0,75-0,8) т = (0,75-г- 0,3) ~ . (26)
Мн
Таблица 3
Значения р для наивыгоднейших значений А , Н и С?
<3 А нас И Т V г ср V ¥ тах
т т . м сек м/сек ли сек Р
210 100 44,4 2,25 2,92 1,37
3 180 150 53 2,83 3,67 *,4
170 200 56,5 3,53 4,59 1,44
150 400 65,2 6,12 7,9 1,69
280 100 44,4 2,25 2,92 1,38
Л 250 150 50,6 2,97 3,85 1,42
230 200 55,6 3,58 4,66 1,46
200 400 65,2 6,12 7,9 1,74
400 100 46 2,17 2,82 1,36
к 375 150 49,6 3,03 3,93 1,415
345 200 54,7 3,65 4,74 1,5
300 400 65,2 6,15 8,0 1,82 .
540 100 43,4 2,3 2,99 1,37*5
500 150 47,5 3,16 4,1 1,43
о 460 200 52,6 3,8 4,93 1,47
400 400 62 6,45 8,4 1,73
610 100 43,2 2,31 3,0 1,37
560 150 47,5 3,16 4,1 1,425
520 200 52,6 3,8 4,93 1,465
440 400 , 63,5 6,3 8,2 1,68
800 100 41,9 2,39 3,1 1,384
12 740 700 150 200 46,5 49,5 3,23 4,03 4,2 5,33 1,435 1,49
580 400 63,5 » 6,3 8,2 1,65
Приравнивая (22) и (9а) и производя преобразования, получим:
к / 1 \ рН
тах
-(
РТ^ЧЗп
м/сек
При ¿ — 1,15 и а = 1,3 имеем:
рН
)тах = 0,88 Р Т]311 — --0,68.
(27)
(28)
Подсчеты показывают, что величины максимальных ускорений во всех случаях не превышают предельных норм, установленных правилами безопасности.
3. Изв. ТПИ, т.
33
выводы
1. Исходя из изложенного материала, рациональной максимальной скоростью для неуравновешенной скиповой подъемной установки следует считать Утах = йнУср> Причем = 1 ,3.
2. Рациональным максимальным ускорением является ускорение, определяемое по формуле (28).
3. Для улучшения режима работы установки и приближения ее работы к трехпериодной диаграмме скорости необходимо реконструировать загрузочные устройства, и в первую очередь чрезвычайно желательным является применение резиновых пакетных амортизаторов на каретке дозатора.
ЛИТЕРАТУРА
1. Федоров М. М. Наивыгоднейший динамический режим к некоторых типах рудничных подъемных установок. „Уголь и железо", № 11, 12, 14, 1926.
2. Е л а н ч и к Г. М. Наивыгоднейший динамический режим эксплуатации и принципы рационального расчета электрических рудничных подъемных машин. „Горный журнал",
№ 7, 8, 9, 1935.
3. Хрусталев И. К. Наивыгоднейшая емкость скипа. Известия ТПИ, т. 78, 1955.
4. Хрусталев И. К. Диаграмма скорости движения сосудов скиповых подъемных установок. Известия ТПИ, т. 78, 1955.
5. К и с е л е в В. И. Горная механика. Металлургиздат, 1947.
В. Е л а н ч и к Г. М. Рудничные подъемные установки. Гостоптехиздат, 1941.
7. Хрусталев И. К. Динамика загрузки скипов. Известия ТПИ, т. 78, 1955.
8. X а д ж и к о в Р. Н. Шахтные подъемные установки, Углетехиздат, 1950.
9. К ис е л е в В. И. Подъемные установки для глубоких шахт. Металлургиздат, 1954.
10. Нестеров П. П. и др. Проходческие подъемные машины. Киев, 1953.
