CC BY
31
2004
УДК 622.23.05
Т.В. Бочарова, В.М. Бочаров
ПРИВОД КОЛЕБАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ ДВУХ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ДЛЯ МАШИН РАЗЛИЧНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Семинар № 18
звестен способ запуска мощного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором посредством установленного на общем валу разгонного асинхронного двигателя. Число пар полюсов и мощность разгонного двигателя меньше чем у разгоняемого. Д ля снижения пускового тока в два (и более) раза статорные обмотки двигателей соединены на время запуска пофазно-последовательно. После запуска обмотка разгонного двигателя шунтируется. [1, 2].
Полное сопротивление АД при изменении скольжения изменяется нелинейно от некоторого минимального значения, соответствующего режиму короткого замыкания, до максимального значения, соответствующего значению идеального холостого хода. При последовательном соединении статорных обмоток двух асинхронных двигателей напряжение источника распределяется между двигателями пропорционально их полным сопротивлениям, величины которых определяются конструктивными параметрами двигателей и моментами нагрузки на их валах. Эту особенность двухдвигательного асинхронного каскада с последовательным соединением статорных обмоток можно эффективно использовать в приводах машин с возвратно поступательным движением рабочего органа.
Недостатки существующих приводов колебательного движения с реверсированием приводного двигателя, либо реверсирующими механизмами исключены в двухдвигательном приводе с последовательным соединением статорных обмоток. Двигатели могут отличаться по мощности и частоте вращения, но их номинальные напряжения должны быть одинаковыми и равными номинальному напряжению сети.
Рассмотрим кинематические схемы горных и других машин циклического действия
с каскадным асинхронным приводом. Рабочий орган машины с приводными двигателями может иметь жесткую, гибкую или дифференциальную связь. Валы двигателей каскада могут быть жестко соединены общим валом, иметь связь через дифференциальный механизм, не иметь механической связи. На рис. 1 приведены кинематические схемы
станков с двумя долотами для ударного разрушения крепких пород при проходке скважин, щелей, траншей различной конфигурации, глубины и протяженности по горизонтали.
Основными элементами станков являются: 1 - направляющая штанга (а, Ь) или труба (с); 2 - долото; 3 - пригруз (а, Ь), периферийное долото (с); 4 - пружина (а, Ь), канат (с); 5 - телескопическая вышка; 6 - зубчатая рейка (а), тяговая цепь (Ь), перекладина (с); 7 - шестерня (а), звездочка (Ь), барабан (с); 8 - направляющий шкив. Источником механической энергии служат два одинаковых асинхронных двигателя, соединенных общим валом. Статорные обмотки двигателей соединены последовательно так, чтобы их моменты к общему валу были направлены встречно. Для первоначального запуска каскада в работу необходимо кратковременное шунтирование одного из двигателей каскада. Для автоматического поочередного запуска в работу двигателей необходимы аккумуляторы потенциальной энергии. Ими служат упругие элементы, массы долот и утяжелителей.
Преимуществами рассматриваемых станков перед известными станками ударно канатного бурения являются: простота конструкции, возможность уменьшить массу и увеличить высоту подъема и предударную скорость долота, наличие двух долот. У станков по схемам (а, Ь) предударная скорость долота может превышать скорость
свободного падения, причем у (а) значительно. Станок по схеме (а) может применяться для бурения скважин любого направления, однако в подземных условиях имеет ограничение по высоте выработки. Станки по схемам (Ь,с), могут быть использованы в подземных условиях для бурения достаточно глубоких скважин.
Машина для проходки в породах с крепостью 6-10 по Протодьяконову щелевых водоприемных колодцев и водопропускных канав в коренных штреках и камерах, высота которых не менее 2,5 м, представлена на рис. 2.
Компьютерным моделированием установлено, что машина ударного действия с асинхронным каскадным приводом и с гибкой связью привода и инструмента, имеющего массу от 40 кг до 100 кг, сопоставима с существующими станками ударно-канатного бурения по частоте ударов и энергии удара при мощности двигателей привода 17-20 кВт. При этом ее габариты и масса существенно меньше. Из условия ограничения по высоте выработки приняты следующие параметры: высота инструмента не более 0,5 м; масса инструмента от 40 кг до 60 кг; длина пружины амортизатора (работающей на сжатие) в свободном состоянии не более 2 м; жесткость пружины амортизатора от 7500 Н/м до 15000 Н/м; свободный ход инструмента от забоя до амортизатора - 0 м.
В приводе использованы асинхронные двигатели с фазным ротором серии МТН 411-6. Машина предназначена для проходки щелей заглублением не более
15 м, длина каната, с учетом кратности полиспаста, принята равной 30 мс технологическим напуском 0,1 м. Диаметр каната 0,008 м. В качестве разрушаемой породы принят песчаник с крепостью / =7. Машина медленно перемещается вдоль забоя, так, чтобы последующий удар на поверхности забоя приходился с малым смещением относительно предыдущего. Это уменьшает измельчение буровой мелочи. Удаление бурового шлама производится непрерывно гидравлическим способом. [3]
На рис. 3 приведены кинематические схемы машин различного технологического назначения с каскадным асинхронным приводом, защищенных авторскими свидетельствами СССР и патентами РФ.
Станок ударно-канатного бурения по А.С. СССР № 751949 (рис. 3,а) имеет на общем валу с двигателями 9 и 10 барабан 7 для укладки ленты 11 (каната) виток на виток. Длина ленты несколько больше расстояния от точки ее крепления к барабану до забоя скважины, так что после удара долота 12 по забою лента полностью сходит с барабана и снова начинает на него укладываться с противоположным направлением намотки. Барабан остановится, когда увеличивающийся по причине роста радиуса бобины момент от силы тяжести долота превысит момент работающего двигателя. Этот момент для работающего двигателя тормозной, а для не работающего - пусковой.
Рис. 1. Кинематические схемы станков для ударного разрушения крепких горных пород: а) связь долот и привода зубчато-реечной передачей; б) связь долот и привода тяговой цепью; с) канатная связь долот и привода.
Рис. 2. Машина и инструмент для проходки глубоких щелей в камере главного водоотлива: 1 - тележка; 2 -подвижная платформа; 3 - направляющие для подвижной платформы; 4 - портал; 5, 6 - шкивы портала; 7 - телескопическая направляющая; 8 - породоразрушающий инструмент; 9 - возвратная пружина; 10 - ударник; 11 - шкив на ударнике; 12 - пружина аккумулятора; 13 - канат; 14 -барабан; 15 - подшипниковые стояки; 16 - соединительные муфты; 17-18 - асинхронные двигатели; 19 - припа-совочный барабан; 20 - упорное кольцо
В станке для ударно-канатного бурения по А.С. СССР №1258977 (рис. 3, Ь) на общем валу двигателей 20, 21 установлены три барабана 14, 15, 16 аналогичных вышеописанному. Долото 29 повещено на двух канатах 22 и 24, которые через неподвижные шкивы 5, 7 и подвижные шкивы 9, 10 связаны с барабанами 11, 19 при-пасовочной лебедки. Долото 29 канатом 23 через неподвижный шкив 7 и подвижный шкив 8 связан с барабаном 19 припасовочной лебедки. Подвижные шкивы 9, 10 лентами 27, 25 соединены с барабанами 16, 14. Подвижный шкив 8 лентой 26 соединен с барабанами 15. Намотка бобины 15 противоположна намоткам бобин
14, 16. Глубина буримой скважины определяется длиной канатов, уложенных на припасо-вочных барабанах.
Буровая машина по А.С. СССР №765501 (рис. 3 с) может бурить вращательным и ударным способами с саморегулированием удельной подачи инструмента на забой. На стреле 4 в неподвижной 10 и подвижной 11 опорах установлен винт 12, к которому крепится инструмент 13. Винт 12 через шлицевую втулку 14 и редуктор 5 соединен с двигателем 8 и проходит через установленную в подшипниках гайку 12, которая через редуктор 6 связана с тормозным устройством 7 и двигателем 9. Двигатели имеют одинаковые паспортные данные. Коммутирующим устройством их статорные обмотки могут быть соединены между собой параллельно, последовательно треугольником или звездой.
Устройство для дробления негабаритов (А.С. №559052, рис. 3д), молот (А.С. № 478745, рис. 3е), устройство для погружения винтовых свай комбинированным
водом
способом (А.С. № 897952, рис. 3,к) имеют каскадные приводы, у которых валы двигателей связаны не самотормозящейся винтовой парой. Устройство для привода скважинных штанговых насосов (А.С. № 870756, рис. 3g) в варианте для двух скважин вообще не имеет механической связи двигателей каскада. Привод ракеля трафаретной печатной машины (А.С. №867678, рис. 3/) может найти применение и для других машин, например, для шлифовки и полировки панелей, листового стекла, покраски больших площадей. Устройство для погружения свай (А.С. №723028, рис. 3г) в отличие от станков ударно-канатного бурения не требует устройств для компенсации изменения хода инструмента при заглублении, так как устанавливается на сваю и перемещается вместе с ней. Аналогичное устройство по А.С. № 1254115 (рис. 3к) имеет два асинхронных каскада включенных друг с другом параллельно. Это обеспечивает движение ударной части к наголовнику сваи со скоростью превышающей скорость свободного падения.
В приводе рассмотренных устройств колебательные движения рабочего органа осуществляются реверсированием общего вала двигателей каскада или изменением разности угловых скоростей винта и гайки. При этом направления действия элек-
1. Рихтер Р. Электрические машины, т. 4. 1939, изд. Конти. - 320 с.
2.Каскадные системы пуска асинхронных короткозамкнутых двигателей /Васильевский С.П., Манн Э.Г., Шулаков Н.В., Земсдорф Т.К.// Электричество. 1970, №8.
тромагнитных моментов двигателей постоянны. Но величины этих моментов изменяются от нуля при вращении общего вала в одну сторону, до некоторого максимума при вращении в обратном направлении. Однако для нормальной работы привода необходимы аккумуляторы меха
нической энергии. Ими служат подвижные массы машины или дополнительные упругие элементы. Кроме того, реверсирование рабочих органов сопровождается резким увеличением динамических нагрузок, что является нормальным для машин ударного действия. В случае, когда это не желательно, остановка рабочего органа может осуществляться плавно до нулевой скорости и обратный ход начнется также плавно. С этой целью в приводе скважинного насоса (Патент РФ № 2214534, рис. 3 /) барабан 5 выполнен бицилиндроконическим симметричным. Петля каната 12 на котором через полиспаст 7, 10 подвешена колонна насосных штанг, прикреплена к цилиндрическим частям барабана. Начало каната присоединено к левому торцу барабана, мерная длина его уложена в канавку цилиндрической части. Вторая мерная длина каната, равная первой, уложена в продолжение канавки барабана на цилиндрической части с первой стороны от оси симметрии. Конец каната прикреплен к правому торцу барабана.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Бочарова. Т.В. Машина ударного действия с канатной связью рабочего органа и асинхронного каскадного привода для проходки глубоких щелей в крепких породах. Автореф. дисс. канд.тех. наук. - Новочеркасск, 1999. - 21 с.
— Коротко об авторах ------------------------------------------------------------------
Бочарова Т.В., Бочаров В.М. — Шахтинский институт Южно-Российского государственного технического университета.
