CC BY
53
Оригинальная статья
УДК 622.682-882:621.867.152.3 © С.Б. Алиев, И.В. Брейдо, Н.А. Данияров, А.К. Келисбеков, 2020
Перспективы применения в угольной промышленности многодвигательного пластинчатого конвейера с частотно-регулируемым электроприводом
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2020-5-45-48 -
АЛИЕВ С.Б.
Доктор техн. наук, профессор, академик НАН РК, старший научный сотрудник ИПКОН РАН, 111020, г. Москва, Россия, е-mail: [email protected]
БРЕЙДО И.В.
Доктор техн. наук, профессор, заведующий кафедрой КарГТУ, 100027, г. Караганда, Республика Казахстан, e-mail: [email protected]
ДАНИЯРОВ Н.А.
Доктор техн. наук, руководитель Корпоративного университета Службы персонала ТОО «Корпорация Казахмыс», 100012, г. Караганда, Республика Казахстан, e-mail: [email protected]
КЕЛИСБЕКОВ А.К.
Магистр, докторант специальности
«Электроэнергетика» КарГТУ,
100027, г. Караганда, Республика Казахстан,
e-mail:[email protected]
ческого внедрения данного перспективного вида конвейерного транспорта необходимо решить проблемы обеспечения пуска многоприводного пластинчатого конвейера значительной длиныы из-за наличия провисающих участков рабочего полотна и его упруго-вязких свойств. Это возможно при применении современныхрегулируемых электроприводов, комплексно решающих задачи обеспечения пусковых режимов, регулирования скорости движения тягово-несущего органа, управления распределением нагрузки между приводами, исключения уравнительных усилий в тяговом контуре конвейера и ряда других факторов. В статье представлены/ результаты/ исследований по разработке способов управления в пусковых режимах частотно-регулируемы/м электроприводом многодвига тельны1х пластинча тых конвейеров. Цель данной работы/ - обоснование перспектив применения частотно-регулируемого асинхронного электропривода в многодвигательных пластинчатых конвейерах для по-вы/шения эффективности их эксплуатации. Ключевые слова: многодвигательный пластинчатый конвейер, частотно-регулируемый асинхронный электропривод, плавный пуск, управление состоянием тягово-несущего органа, распределение нагрузок. Для цитирования: Перспективы применения в угольной промышленности многодвигательного пластинчатого конвейера с частотно-регулируемым электроприводом / С.Б. Алиев, И.В. Брейдо, Н.А. Данияров и др. // Уголь. 2020. № 5. С. 45-48. 001: 10.18796/0041 -5790-2020-5-45-48.
Одним из перспективны/х направлений развития конвейерной технологии транспортировки угля при открытых горны1х работах в условиях непреры/вного увеличения глубины разрезов является применение положительно зарекомендовавших себя при транспортировке руды/ пластинчатых конвейеров. Основны/е преимущества пластинчатых конвейеров заключаются в возможности работы/ в крутонаклонных искривленных вы/работках разрезов с углом подъема до 30°, а также в обеспечении транспортировки угля на расстояние до 6 км. Однако для практи-
ВВЕДЕНИЕ
Угольная промышленность является одной из ключевых отраслей промышленного комплекса Республики Казахстан [1]. Сегодня угледобывающая отрасль обеспечивает выработку в Казахстане более 70% электроэнергии, а также полную загрузку коксохимического производства. Промышленные запасы угля в стране, пригодные для разработки открытым способом, составляют 21 млрд т и сосредоточены главным образом в Экибастузском бассейне (51%) [2]. Поточная технология с полной конвейери-
зацией транспорта добытого угля при наклонном падении угольных пластов и отработки вскрышных пород внедрена на разрезе «Восточный», где эксплуатируются пять ленточных конвейеров, общая длина которых составляет 1610 м. Конвейеры, которые транспортируют уголь на поверхность, имеют максимальный угол подъема - 18°, однако небходимость дальнейшего углубления разреза ставит под сомнение возможность применения полной конвейеризации из-за существенного возрастания затрат при добыче угля.
ОБОСНОВАНИЕ АКТУАЛЬНОСТИ
И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
При непрерывном увеличении глубины разрезов, ведущей к необходимости увеличения добываемой и перемещаемой горной массы, применяемая на открытых горных работах цикличная технология с автомобильным и железнодорожным транспортом приводит к увеличению себестоимости добычи полезного ископаемого. Из опыта эксплуатации установлено, что на каждые 100 м глубины разреза затраты по использованию автотранспорта грузоподъемностью 30-40 т увеличиваются в среднем в 1,5 раза [3]. Недостатком ленточных конвейеров является то, что они не могут работать на искривленной в плане трассе, а также при больших углах наклона.
В этой связи несомненную актуальность имеет применение в условиях открытых горных работ циклично-поточных технологий с использованием пластинчатого конвейерного транспорта, имеющего возможность работать в крутонаклонных выработках разрезов с углом подъема до 30° [3]. Высокая прочность тягово-несущего органа пластинчатого конвейера, возможность транспортирования полезного ископаемого по искривленным выработкам на большие расстояния по криволинейной трассе и простота наращивания длины конвейера являются его преимуществом по сравнению с другими типами конвейеров.
Достигнутый прогресс в развитии силовой полупроводниковой техники, создание высококачественных и мощных преобразователей частоты с использованием ШИМ-модуляции, внедрение быстродействующих и высокоразрядных промышленных контроллеров сделали возможным использование частотно-регулируемых электроприводов переменного тока в конвейерном транспорте, включая пластинчатые конвейеры, на основе серийно выпускаемых для горной промышленности асинхронных электродвигателей [4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13].
Это перспективное напра вление, обеспечива ющее регулирование скорости движения несущего полотна, управление распределением нагрузки между приводами, исключение уравнительных усилий в тяговом контуре конвейера, автоматический пуск многоприводного конвейера с учетом упруго-вязких свойств тягово-несущего полотна и ряда других факторов [5, 6].
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТКА
СПОСОБА ПЛАВНОГО ПУСКА
ПЛАСТИНЧАТОГО КОНВЕЙЕРА
Для нерегулируемых асинхронных электроприводов горных машин, в том числе конвейеров, наиболее тяжелыми являются пусковые режимы, дл я которых характер-
ными являются большие пусковые токи, многократно превышающие номинальные значения, и колебания пускового момента [5, 6]. Это является, с одной стороны, причиной перегрева обмоток электродвигателя и уменьшения его ресурса, а с другой стороны, приводит к перегрузкам в редукторах и в цепном тяговом рабочем органе. Большие пусковые токи оказывают также отрицательное влияние и на электрические сети, приводя к недопустимым падениям напряжения.
С учетом анализа технических решений, представленных в работах [14, 15], авторами данной статьи предлагается способ плавного запуска двухприводного пластинчатого конвейера, основанный на измерении токов нагрузки и выделении их активных составляющих, а также на управлении приводами в процессе пуска, когда в процессе запуска многодвигательного электропривода конвейера в начальный момент пуска задают минимальную частоту вращения электроприводов конвейера, а при интенсивном возрастании активной составляющей тока нагрузки ведущего привода увеличивают задание по скорости вращения ведущего и ведомых приводов до номинального значения [16].
В процессе запуска двухприводного пластинчатого конвейера, в начальный момент пуска задают минимальные частоты вращения ведущего и ведомого электродвигателей. При движении тягово-несущего органа с небольшой скоростью постепенно вытягивается цепь, при этом ток нагрузки незначителен, так как в формировании момента сил сопротивления не участвует основная часть цепи из-за ее провиса. Интенсивное увеличение тока нагрузки ведущего привода свидетельствует об окончании процесса выборки провиса, то есть о полном натяжении тягово-несущего органа.
Принцип, основанный на измерении в электродвигателе потребляемого тока нагрузки, рассмотренный в данном способе плавного запуска двухприводного пластинчатого конвейера, можно применить и к многодвигательному электроприводу пластинчатого конвейера в пусковых режимах (см. рисунок). Для обеспечения нормального пуска и безаварийной работы многоприводного пластинчатого конвейера в установившемся режиме предлагается следующая схема плавного пуска. В частности, перед пуском конвейера производится предварительное натяжение тягового органа на каждом участке соответствующим электроприводом, для чего на период подготовки конвейера к пуску затормаживается последний ведомый привод конвейера 4, а затем поочередно включаются, начиная с электропривода 3, далее электропривод 2 и электропривод 7, которые на соответствующих участках на «ползучей» скорости движения натягивают верхнюю ветвь тягово-несущего органа. Когда натяжение на определенном участке достигнет расчетного значения, о чем свидетельствует увеличение потребляемого тока нагрузки, электроприводы синхронно, с одинаковым ускорением, увеличивают скорости всех приводов до номинального значения.
Перспективна также возможность распределения нагрузки между частотно-регулируемыми приводами многоприводного пластинчатого конвейера в соответствии с фактической загрузкой рабочего полотна несущего органа конвейера.
Многоприводной пластинчатый конвейер: 1 - первый ведущий электропривод; 2 - второй электропривод; 3 - третий электропривод; 4 - четвертый ведомый электропривод Fig. Multi-drive plate conveyor: 1 - the first leading electric drive; 2 - second electric drive; 3 - third electric drive; 4 - fourth guided electric drive
ВЫВОДЫ
Таким образом, на основе анализа и выявления недостатков существующих способов запуска цепных конвейеров разработан способ плавного пуска многодвигательного частотно-регулируемого электропривода пластинчатого конвейера с учетом упругих свойств тягово-несущего органа. Рассмотрена возможность распределения нагрузки между частотно-регулируемыми приводами многодвигательного пластинчатого конвейера в соответствии с фактической загрузкой рабочего полотна тягово-несущего органа. Предполагаемыми эксплуатационными результатами внедрения частотно-регулируемых приводов многодвигательного пластинчатого конвейера является увеличение срока эксплуатации тягово-несущего органа за счет снижения динамических перегрузок в различных режимах работы конвейера. Широкое внедрение поточной технологии на основе пластинчатых конвейеров с многодвигательными частотно-регулируемыми электроприводами позволит сократить объемы вскрышных работ за счет увеличения угла подъема и возможности приспособления конструкции конвейера к горно-геологическим условиям при транспортировке угля из забоя на поверхность.
Список литературы
1. Углубленный обзор инвестиционного климата и структуры рынка в энергетическом секторе Казахстана. Секретариат Энергетической Хартии, 2013. [Электронный ресурс]. URL: https://www.energycharter.org/fileadmin/ DocumentsMedia/ICMS/ICMS-Kazakhstan_2013_ru.pdf (дата обращения: 15.04.2020).
2. Каренов Р.С. Приоритеты совершенствования процесса угледобычи в отрасли путем реализации инновационных технологий и достижений науки в создании инновационного горного оборудования // Вестник Карагандинского университета (Серия «Экономика»). 2015. № 4 (80).
3. Сагинов А.С., Данияров А.Н., Акашев З.Т. Основы проектирования и расчета карьерных пластинчатых конвейеров. Алма-Ата: Наука, 1984. 328 с.
4. Брейдо И.В. Принципы управления и методы синтеза регулируемых электроприводов подземных горных машин. Алматы: Гига Трейд, 2012. 154 с.
5. Mathematical model of apron conveyor controlled Electric drive in operation starting modes / I.V. Breido, T.S. Intykov,
N.A. Daniyarov et al. // News of the Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan. 2019. Vol. 2. Р. 232-237.
6. Using Soft Start Method in Multi-Drive Apron conveyor Operation / I.V. Breido, N.A. Daniyarov, A.K. Kelisbekov et al. // University proceedings KSTU. 2018. N 4. P. 124.
7. Шайдо С.П. Эффективность применения частотных преобразователей для запуска многоприводных высокопроизводительных ленточных конвейеров // Уголь. 2011. № 5. С. 70. URL: http://www.ugolinfo.ru/Free/052011 .pdf (дата обращения: 15.04.2020).
8. Reliability assessment of the single motor drive of the belt conveyor on Drmno open-pit mine / S. Statkic, I.B. Jeftenic, M.Z. Bebic, Jovic S. Milkic // International Journal of Electrical Power and Energy Systems. 2019. Vol. 113. Р. 393-402.
9. Wojcik A., Pajchrowski T. Torque Ripple Compensation in PMSM Direct Drive with Position-based Iterative Learning Control (2019). Proceedings of the 2018. 18th International Conference on Mechatronics - Mechatronika, ME 2018.
10. Windmann S., Niggemann O., Stichweh H. Computation of energy efficient driving speeds in conveying systems // At-Automatisierungstechnik. 2018. Vol. 66 (4). Р. 308-319.
11. Richter U. Gearless drives for medium-power belt conveyors. 2018. ABB Review 2. Р. 76-81. [Электронный ресурс]. URL: https://www2.scopus.com/record (дата обращения: 15.04.2020).
12. Swider J., Herbus K., Szewerda K. Control of Selected Operational Parameters of the Scraper Conveyor to Improve Its Working Conditions // Advances in Intelligent Systems and Computing. 2019. Vol. 934. Р. 395-405.
13. Breido I.V. The State and Prospects of Development of the Interconnected Multi-Motor Semiconductor Electric Drives // Scientific Book, 2013. Vol. 12. Р. 193-212.
14. Авторское свидетельство СССР № 771831, кл. Н 02 Р 1/26, B65G 23/00, 1980.
15. Способ пуска асинхронного электродвигателя / Е.К. Ещин, В.Л. Соколов, В.Г. Иванов, Е.К. Каширских: Пат. № 2235410 РФ; МПК Н 02 Р 1/26; Заявл. 04.01.03; № 2003100098; Опубл. 27.08.04; Бюл. № 24.
16. Способ плавного запуска многодвигательного электропривода пластинчатого конвейера / И.В. Брей-до, А.К. Келисбеков: Пат. РК на Полезную Модель; № 3982; Завял. 05.03.2019; № 2019/0216.2; Опубл. 17.05.2019; Бюл. № 20. URL: https://gosreestr.kazpatent.kz/ (дата обращения: 15.04.2020).
COAL MINING EQUIPMENT
Original Paper
UDC 622.682-882:621.867.152.3 © S.B. Aliev, J.V. Breido, N.A. Daniyarov, A.K. Kelisbekov, 2020 ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2020, № 5, pp. 45-48 DOI: http://dx.doi.org/! 0.18796/0041 -5790-2020-5-45-48
Title
PROSPECTS OF application in THE COAL mDUSTRY OF MULTI-MOTOR PLATE conveyor
with frequency-controlled electric drive
Authors' Information
Aliev S.B.1, Breido J.V.2, Daniyarov N.A.3, Kelisbekov A.K.2
1 Research Institute of Comprehensive Exploitation of Mineral Resources of Russian Academy of Sciences (IPKON RAS), Moscow, 111020, Russian Federation
2 Karaganda State Technical University, Karaganda, 100027, Republic of Kazakhstan
3 "Corporation Kazakhmys" LLP, Karaganda, 100012, Republic of Kazakhstan
Authors' Information
Aliev S.B., Doctor of Engineering Sciences, Professor, Academician of the National Academy of Sciences of Kazakhstan, Senior Researcher, e-mail: [email protected]
Breido J.V., Doctor of Engineering Sciences, Professor, Head of Department, e-mail: [email protected]
Daniyarov N.A., Doctor of Engineering Sciences, Head of Corporate University of personnel service, e-mail: [email protected] Kelisbekov A.K., Master, Doctoral student specialty "Electroenergetics", e-mail: [email protected]
Abstract
One of the promising directions of development of conveyor technology of coal transportation to the surface in open-pit mining operations in conditions of continuous increase in the depth of cuts is the use of positively proven plate conveyors for ore transportation. The main advantages of plate conveyors are the ability to work in steeply inclined curved workings of sections with a lifting angle of up to 30°, as well as to ensure the transportation of coal at distances up to 6 km.
However, for the practical implementation of this promising type of conveyor transport, it is necessary to solve the problems of ensuring the start of a multi-drive plate conveyor of considerable length due to the presence of sagging sections of the working web and its elastic-viscous properties. This is possible with the use of modern drives, comprehensively solving the problems starting modes control the speed of the traction of the carrier body, control the distribution of the load between the drives, eliminating the surge of efforts in the traction circuit of the conveyor, and a number of other factors. The article presents the results of research on the development of control methods in starting modes of frequency-controlled electric drive of multi-motor plate conveyors.
The purpose of this work is to substantiate the prospects for the use of frequency-controlled asynchronous electric drive in multi-motor plate conveyors to improve the efficiency of their operation.
Keywords
Multi-motor plate conveyor, Frequency-adjustable asynchronous electric drive, Soft start, Control of the state of the traction-bearing body, Load distribution.
References
1. In-depth review of the investment climate and market structure in the energy sector of Kazakhstan. The Energy Charter Secretariat, 2013. [Electronic resource]. Available at: https://www.energycharter.org/fileadmin/Docu-mentsMedia/ICMS/ICMS-Kazakhstan_2013_ru.pdf (accessed 15.04.2020).
2. Karenov R.S. Prioritety sovershenstvovaniya processa ugledobychi v otrasli putem realizacii innovacionnyh tekhnologiy i dostizheniy nauki v sozdanii innovacionnogo gornogo oborudovaniya [Priorities for improving the process of coal mining in the industry through the implementation of innovative technologies and scientific achievements in the creation of innovative mining equipment]. Bulletin of Karaganda University (The economic series), 2015, No. 4 (80). (In Russ.).
3.Saginov A S., Daniyarov A.N. & Akashev Z.T. Osnovy proektirovaniya i rascheta karyernyh plastinchatyh konveyerov [Fundamentals of design and calculation of career plate conveyors]. Alma-Ata, Nauka Publ., 1984, 328 p. (In Russ.).
4. Breido I.V. Principy upravleniya i metody sinteza reguliruemyh elektro-privodovpodzemnyh gornyh mashin [Principles of control and methods of synthesis of regulated electric drives of underground mining machines]. Almaty, Giga Trade Publ., 2012, 154 p. (In Russ.).
5. Breido I.V., Intykov T.S., Daniyarov N.A., Kelisbekov A.K. & Semykina I.Yu. Mathematical model of apron Conveyor controlled Electric drive in operation starting modes. News of the Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan, 2019, Vol. 2, pp. 232-237.
6. Breido I.V., Daniyarov N.A., Kelisbekov A.K. et al. Using Soft Start Method in Multi-Drive Apron conveyor Operation. University proceedings KSTU, 2018, No. 4, pp. 124.
7. Shaido S.P. Efficiency of application of frequency converters for start of multi-drive high-performance belt conveyors. Ugol' - Russian Coal Journal, 2011, No. 5, pp. 70. Available at: http://www.ugolinfo.ru/Free/052011 .pdf (accessed 15.04.2020). (In Russ.).
8. Statkic S., Jeftenic I.B., Bebic M.Z. & Milkic Jovic S. Reliability assessment of the single motor drive of the belt conveyor on Drmno open-pit mine. International Journal of Electrical Power and Energy Systems, 2019, Vol. 113, pp. 393-402.
9. Wojcik A. & Pajchrowski T. Torque Ripple Compensation in PMSM Direct Drive with Position-based Iterative Learning Control (2019). Proceedings of the 2018. 18th International Conference on Mechatronics - Mechatronika, ME 2018.
10. Windmann S., Niggemann O. & Stichweh H. Computation of energy efficient driving speeds in conveying systems. At-Automatisierungstechnik, 2018, Vol. 66 (4), pp. 308-319.
11. Richter U. Gearless drives for medium-power belt conveyors. 2018, ABB Review 2, pp. 76-81. [Electronic resource]. Available at: https://www2.sco-pus.com/record (accessed 15.04.2020).
12. Swider J., Herbus K. & Szewerda K. Control of Selected Operational Parameters of the Scraper Conveyor to Improve Its Working Conditions. Advances in Intelligent Systems and Computing, 2019, Vol. 934, pp. 395-405.
13. Breido I.V. The State and Prospects of Development of the Interconnected Multi-Motor Semiconductor Electric Drives. Scientific Book, 2013, Vol. 12, pp. 193-212.
14. Author's certificate of the USSR No. 771831, CL. N 02 R 1/26, B65G 23/00, 1980. (In Russ.).
15. Eshchin E.K., Sokolov V.L., I vanov V.G. & Kashirskikh E.K. Method of starting an asynchronous motor: RF Patent No. 2235410 IPC N 02 R 1 /26, Claimed. 04.01.03, No. 2003100098, Publ. 27.08.04, Bulletin No. 24. (In Russ.).
16. Breido I.V. & Kelisbekov A.K. Method of smooth start of multi-motor electric drive of plate conveyor: Patent of Kazakhstan on utility model, No. 3982, Claimed. 05.03.2019, No. 2019/0216.2, Publ. 17.05.2019, Bulletin No. 20. Available at: https://gosreestr.kazpatent.kz/ (accessed 15.04.2020).
For citation
Aliev S.B., Breido J.V., Daniyarov N.A. & Kelisbekov A.K. Prospects of application in the coal industry of multi-motor plate conveyor with frequency-controlled electric drive. Ugol' - Russian Coal Journal, 2020, No. 5, pp. 45-48. (In Russ.). DOI: 10.18796/0041-5790-2020-5-45-48.
Paper info
Received January 23,2019 Reviewed February 14,2020 Accepted March 23,2020
