CC BY
16
© B.C. Вагин, 2012
B.C. Вагин
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ДИНАМИКИ ПЕРЕДВИЖНЫХ ПРОХОДЧЕСКИХ ПОДЪЕМНЫХ УСТАНОВОК С АСИНХРОННЫМ РЕДУКТОРНЫМ И БЕЗРЕДУКГОРНЫМ ГИДРАВЛИЧЕСКИМ ПРИВОДАМИ
Приведены результаты сравнительного анализа динамики передвижных проходческих подъемных установок с асинхронным редукторным и безре-дукторным гидравлическим приводами.
Ключевые слова: передвижная проходческая подъемная установка; тяговый орган; стальная лента; безредукторный гидравлический привод; асинхронный привод с фазным ротором
Значительный и всевозрастающий объем строительства предприятий угольной и горнорудной промышленности и реконструкции действующих предприятий обуславливает увеличение масштабов работ по сооружению вертикальных стволов шахт и рудников на большую глубину. В этих условиях особое значение приобретает не только увеличение скорости проходки, но и повышение ее технико-экономической эффективности.
Коренное техническое перевооружение и совершенствование технологии шахтного строительства настоятельно требует оснащение проходки передвижными проходческими подъемными установками с высокими технико-экономическими показателями, что теснейшим образом связано с созданием и разработкой рациональных типов для них приводов.
Применение безредукторного высокомоментного гидропривода значительно повышает степень технического совершенства передвижных проходческих подъемных установок, снижая массу, габариты и повышая их надежность. Наряду с этим, целесообразно выполнить сравнение динамических качеств подъемных машин с безредукторным гидроприводом и машин, оснащенных широко применяемым редукторным асинхронным привод с фазным ротором.
Основные динамические свойства двухконцевой проходческой подъемной установки с безредукторным гидроприводом
описываются системой неоднородных дифференциальных уравнений 2-го порядка с переменными коэффициентами механической части подъема [1] и системой нелинейных уравнений безредукторного гидравлического привода [2], учитывающей динамические свойства электродвигателя насоса, основных элементов гидропередачи насоса и высокомоментного гидромотора, процессы, происходящие в сливной и напорной гидролиниях и подпиточном устройстве [2].
Уравнения движения редукторного электромеханического привода и выражения его электромагнитного момента, представленные для асинхронного двигателя с фазным ротором через по-токосцепления обмоток статора и ротора, общеизвестны [3].
Особенностью компактных передвижных проходческих подъемных установок с многоленточным тяговым органом является то, что масса их концевых грузов соизмерима с массой органов навивки при относительно малых моментах инерции вращающихся частей элементов безредукторного привода и подъемной машины. Поэтому следует ожидать существенное взаимное влияние системы привода и механической системы проходческого подъема. С целью оценки влияния типа привода на динамические нагрузки, возникающие в упругих элементах гидро- и электромеханических систем, известные уравнения [1, 2, 3], описывающие динамику подъема, были подвергнуты численному интегрированию методом Рунге-Кутта с помощью ЭВМ.
Характер динамических процессов рассмотрен применительно к условиям использования для проходки двухбарабан-ной подъемной установки 2Ц-1,2х0,8 для глубины проходки до250 м и бадьи емкостью до 1м3. При этом основными элементами безредукторного гидропривода приняты, в соответствие со статическими расчетами приводов, два гидромотора ДП-510И и два насоса НП-120. Для электромеханического асинхронного привода — подъемный двигатель МТВ 512—8 и редуктор ЦДН 4—115—30.
Наибольший интерес представляет переходный процесс режима разгона при подъеме с веса, когда под действием момента двигателя система подъема начинает движение с максимальным допустимым по правилам безопасности расчетным ускорением. Характер изменения динамических нагрузок в процессе разгона подъемных установок с различными системами приводов показаны на рис. 1—3.
о ол
Рис. 1. Динамические характеристики натяжения тягового органа грузовой (Б1) и порожняковой (Б2) ветвей для подъемных установок с гидроприводом (ГП) и асинхронным приводом (АП)
<р3, с РгР2-МПа кН
1.5 ■ 10 30
1.0 ■ 8
0,5 ■ 6 ■ 18
0 , 4 12 0
I / Г4
ь (\А ^ Кл
1 \ ■ АП г
ОЛ
0,8
1,2
1.6
1г
Рис. 2. Динамические характеристики разности натяжений ветвей тягового органа (Б1 - Б2), перепада давления на гидромоторе (Р1 -Р2) и угловой скорости органа навивки (ф3) для подъемных установок с гидроприводом (ГП) и асинхронным приводом (АП)
О ОЛ 0,8 12 1,6 /,г
Рис. 3. Изменения коэффициентов динамичности по моменту на валу гидромотора и электродвигателя с фазным ротором в процессе разгона подъемной установки с гидроприводом (ГП) и асинхронным приводом
Максимальные значения основных параметров и коэффициентов динамичности подъемных установок с различными системами приводов
Наименование параметра Гидравлический привод Асинхронный привод
Максимальное значение Коэф-финиет динами чности Максимальное значение Коэф-финиет динами чности
Натяжение грузовой ветви 51, кН 26,9 1,093 35,97 1,461
Натяжение порожней ветви 52, кН 8,59 1,009 9,769 1,148
Разность натяжений 51 — 5 2, кН 19,0 1,179 33,29 2,067
Момент гидромотора , кН-м 13,1 1,424
Момент электродвигателя Мэд, 2108 3,950
Н-м
Перепад давления Р1 — Р2, МПа 11,6 1,355
Угловая скорость органа навивки 1,90 1,90
через 2 с., С
Максимальные значения динамических нагрузок в гидроэлектромеханических системах и результаты расчета коэффициентов динамичности подъемных установок приведены в таблице.
Сравнительный анализ динамических характеристик (рис. 1, 2, 3) и результаты расчетов коэффициентов динамичности показывают, что динамические нагрузки подъемных установок с асинхронным приводом выше, чем с безредукторным гидроприводом: на 32,65 % по натяжению в грузовой ветви 5^ 13,9 % по натяжению порожней ветви 52; 73,56 % по разности натяжений ветвей тягового органа 51 - 5 2; 232,6 % по моменту на валу подъемного двигателя.
Таким образом, динамический анализ проходческих подъемных установок с различными системами приводов свидетельствует о том, что применение безредукторного гидропривода способствует снижению амплитуд упругих колебаний динамических нагрузок. Суммарная величина нагрузок на упругие
элементы подъемной системы, и в частности на тяговый орган, имеющий обычно самый малый срок службы в сравнении с другими элементами подъемных машин, мало отличается от статических нагрузок, что подтверждается относительно низкими коэффициентами динамичности.
На основании изложенного становится ясно, что безредук-торная гидромеханическая система проходческого подъема нагружена значительно меньше и для обеспечения одинаковой загруженности с системой, имеющей электромеханический асинхронный привод, выявляются два пути повышения производительности проходческих подъемных установок: повышением величины поднимаемого груза, что реализуется за счет навески бадьи большего типоразмера, или менее эффективный для проходческих подъемов, за счет интенсификации режимов разгона и повышения максимальной скорости подъема при сокращении времени цикла подъема.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Вагин B.C., Туркин И.С. Уравнения движения многоленточных подъемных установок с высокомоментным гидравлическим приводом // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — М.:МГТУ-2011, № 4. — С. 301—303.
2. Вагин B.C. Уравнения движения безредукторного гидравлического привода проходческих подъемных установок // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — М.:МГТУ-2011, № 10. — С. 295—300.
3. Копылов И.П., Мамедов Ф.А., Беспалов В.Я. Математическое моделирование асинхронных машин. — М.: Энергия, 1969. — 97 с. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
Вагин B.C. — кандидат технических наук, профессор, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова.
д
