Управление приводами ленточных конвейеров Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

- © А. А. Реутов, А. А. Мясников,

2006

УДК 621.867

А.А. Реутов, А.А. Мясников

УПРАВЛЕНИЕ ПРИВОДАМИ ЛЕНТОЧНЫХ КОНВЕЙЕРОВ

Семинар № 15

арактерной особенностью современных мощных ленточных конвейеров является применение нескольких, как правило, унифицированных приводов барабанов, расположенных в головной и хвостовой частях конвейера. В приводах используют асинхронные коротко-замкнутые электродвигатели (ЭД), цилиндрические и коническо-цилиндрические редукторы, жесткие и гидродинамические муфты. Конвейеры оснащены автоматическим натяжным устройством, обеспечивающим заданное натяжение ленты.

На рис. 1 представлены схемы ленточных конвейеров с двумя и тремя приводами. Схема рис. 1, а соответствует конвейеру 2Л80, а рис. 1, б - 2ЛУ120Б.

Рассмотрим стационарный режим работы конвейера, при котором скорость V, сопротивление движению ленты, а также тяговые усилия приводов постоянны.

Тяговые усилия приводов Wi определим из системы уравнений, учитывающих

механические характеристики электроприводов и растяжение конвейерной ленты.

= Щ, I = 1...П (1)

1=1

Щ = /(е1) при условии (2)

Щ <[1 -ехр(-на,)], (3)

Щ = [1 - ехр(-на)] при невыполнении условия (3). (4)

Здесь - суммарное сопротивление движению ленты на грузовой и порожняковой ветвях, п - число приводов, у(е,) -функция механической характеристики -го привода, е1 - величина электромеханического скольжения I -го привода, 8п1 - сила

Рис. 1. Схема расположения приводов конвейера: а - с двумя приводными барабанами, б - с тремя приводными барабанами (1 - приводной, 2 -натяжной, 3 - отклоняющий, 4 - головной, 5 -концевой барабаны, НУ - натяжное устройство, V - скорость ленты)

натяжения набегающей ветви ленты /-го барабана, ц - коэффициент сцепления ленты с поверхностью /-го барабана, а, -угол охвата лентой барабана /-го привода.

Нумерация приводов и барабанов начинается с первого после грузовой ветви по ходу движения ленты.

При отсутствии скольжения в муфтах ротор ЭД жестко связан с приводным барабаном. Поэтому величина скольжения определяется фактической скоростью вращения барабана, то есть скоростью ленты V, в точке набегания на барабан.

е = 1 - V /Жт

(5)

Мшах I / > ^

[ N ] > N

(8) (9)

К« = V, + V■ [1 - ехр(-ц^)]

Е„

где I - передаточное отношение привода, Я,- - радиус приводного барабана, юс - угловая скорость электрического поля статора ЭД.

Значения скорости ленты У^ и У, в точках набегания на барабаны +1 и с учетом растяжения связаны формулой

V+1 = V (1+ Д£), (6)

где - приращение относительного удлинения ленты на участке между барабанами +1 и .

Уравнения (1-4), описывающие распределение тяговых усилий между приводами, необходимо дополнить условиями нормальной работы ленты и приводов в диапазоне допустимых нагрузок:

[5 ] > 5 > 5,ш1и, (7)

где Ус , - скорость скольжения ленты в точке набегания ,-го барабана, ^ - угловая координата (0 < С, < а,).

Ус = V, - V,

где Уы - скорость барабана.

При наличии дуги относительного покоя Ус , =0. При отсутствии дуги относительного покоя из (5) определим К, =(1 -е) тРс.

Износ обкладки ленты и обечайки барабана за время Т контакта точки ленты с поверхностью барабана оценим с использованием степенной зависимости [1]

= } Р'

VI &.

(12)

где [Б], БШ1П - максимальная и минимальная допускаемые величины натяжения ленты Б, N [М] - фактически реализуемая и длительно допустимая мощность ЭД, Мшах - максимальный момент ЭД.

N = w¡v¡ /п, (10)

где п - КПД привода.

Скорость скольжения ленты Уск по поверхности -го барабана определяется формулой

где р - давление ленты на поверхность барабана, у и ^ - эмпирические показатели.

Рассчитаем распределение тяговых усилий Wl и W2 конвейера 2Л80, оснащенного двумя унифицированными приводами с ЭД ВАО 82-4 мощностью 55 кВт, ц, = 0.3, а , = 240°, резинотканевой лентой 2ШТК200-2х3 с жесткостью на растяжение Е0 = 3,2 МН.

Номинальная скорость ленты набегающей ветви первого барабана У1 = 2 м/с, натяжение сбегающей ветви второго барабана БШ1П = 6 кН поддерживается постоянным, [Б] = 60 кН.

При выполнении условий (8) и (9) ЭД работают в пределах линейного участка механической характеристики, поэтому обозначим жесткость механической характеристики привода С, (С, = W¿ / е,). Для данного примера С1 = С2 = 1,08 МН.

Для диапазона допускаемого натяжения ленты приемлем линейный вид зависимости (6)

V+, = V (1+ Д5 / Е0),

(13)

где ДБ , - изменение натяжения ленты на участке между барабанами +1 и .

На рис. 2 показаны зависимости тяговых усилий Wl, W2 приводов и скорости

30 30 10

/ .Ц

-Ve

'Ve?

60 40 20

0 10 20 30 40 У. кН

скольжения ленты Vc2 от суммарного сопротивления движению ленты W£, рассчитанные для конвейера 2 Л 80.

Найденные тяговые усилия Wl и W2 позволяют вычислить мощности N1, реализуемые приводами. Для указанных параметров конвейера и п = 0,98 приводы развивают максимальное тяговое усилие W1 + W2 = 41,8 кН при N1 = 55 кВт и N = 30,5 кВт, прочность ленты используется на 79,7 %, а мощность ЭД - на 77,6 %. На всей дуге охвата второго барабана происходит скольжение ленты со скоростью, изменяющейся от величины 38 мм/с в точке набегания до 47 мм/с в точке сбегания. На первом барабане скорость скольжения ленты в точке сбегания равна 16 мм/с, а дуга скольжения составляет 2,73 рад.

При абразивном износе у = С, = 1 и для первого барабана З1 = 2,3 кН-м, для второго З2 = 7,28 кН-м. То есть, износ на втором барабане в 3,17 раза больше, чем на первом.

Одним из путей снижения износа является регулирование скорости барабана последнего привода. Оптимальная скорость последнего барабана Vь„ обеспечивает минимум функции износа З = РлЗ + РбЗ .

Здесь Зл и Зб - износ обкладки ленты и обечайки барабана, рл и рб - коэффициенты, учитывающие стоимость восстановления обкладки ленты и обечайки барабана.

При 0= 1 оптимальное значение Vb„ = ^и для данного примера З2= 0,81 кН-м. Таким образом, регулирование скорости

Рис. 2. -Зависимости тяговых усилий W¡ и W2 и скорости скольжения Vc2 от суммарного сопротивление движению лентыг Wz

второго барабана позволяет снизить износ на приводных барабанах в 3,09 раза.

Поскольку реализуемая мощность второго привода ограничена тяговой способностью барабана, то искусственное изменение жесткости С2 не увеличивает N2.

При полном использовании прочности ленты Sni =[S], Smin = 9,4 кН приводы обеспечивают W1 + W2 = 50,6 кН при N = 55 кВт и N2 = 47,8 кВт. То есть, суммарная

мощность приводов используется на 93,5 %.

Для сравнения отметим, что однобара-банный привод при полном использовании прочности ленты 60 кН развивает максимальное тяговое усилие 42.96 кН при реализуемой мощности ЭД Ni = 87,6 кВт. То есть, применение двух приводов вместо одного позволяет увеличить тяговое усилие на i8 %.

Рассмотрим теперь конвейер 2ЛУ120Б с тремя унифицированными приводами мощностью 40 кВт каждый (рис. 1, б). Для сравнения с двухприводным конвейером будем использовать конвейерную ленту такой же жесткости Ео = 3,2 МН и постоянное натяжении сбегающей ветви третьего барабана Smin = 6 кН. Тяговые усилия вычислим аналогично с учетом n = 3 и С,- = 0,8 МН.

Для указанных параметров конвейера и П = 0,98 приводы развивают максимальное суммарное тяговое усилие ZW,- = 51,2 кН при Ni = 3i,7 кВт, N2 = 40 кВт и N3 = 30,4 кВт. При этом прочность ленты используется на 93 %, а мощность ЭД - на 85 %. На поверхности третьего барабана происходит скольжение ленты по всей дуге охвата. При полном использовании прочности ленты Sn1 = [S], Smin = 7 кН, ZW¿ = 53 кН, N1 = 32,1 кВт, N2 = 40 кВт и N3 = 35,5 кВт. То есть, мощность ЭД используется на 89,6 %.

В двух рассмотренных примерах при Бш1п = 6 кН мощность последнего по ходу движения ленты привода не используется полностью из-за ограниченной тяговой способности его бара-бана. Однако, при использовании более прочной и жесткой ленты возможен режим, при котором последний привод перегружен по сравнению с приводами, расположенными впереди. Так для примера конвейера с тремя приводами применение ленты с характеристиками [Б] = 72 кН, Ео = 3,84 МН обеспечивает реализацию суммарного тягового усилия EW¿ = 49,6 кН при N = 27,6 кВт, N = 33,2 кВт, N3 = 40 кВт и Бш1п = 22,4 кН. То есть, последний привод реализует максимальную допустимую мощность [N1, не исчерпав тяговой возможности барабана.

Таким образом, применение нескольких унифицированных приводов на ленточном конвейере приводит к неполному использованию установленной мощности приводов. Увеличение числа унифицированных приводов не приводит к существенному увеличению суммарной реализуемой мощности и тягового усилия.

Увеличение жесткости конвейерной ленты и уменьшение жесткости механической характеристики привода способствует выравниванию нагрузки между приводами при п > 3.

Для повышения эффективности совместной работы нескольких приводов конвейера необходимо использовать системы регулирования приводами. Основными задачами регулирования являются более полное использование установленной мощности приводов, уменьшение скольжения ленты на барабанах, ограничение пускового и тормозного моментов.

Способы управления асинхронными ЭД (тяговым моментом, скоростью, жесткостью механической характерис-тики) определяются уравнениями, описывающими работу асинхронного ЭД [2]

Стоимости систем управления асинхронными ЭД

Способ управления Мощность, кВт Цена, $

Системы управления фир- 75 4011

мы POWERBOSS (регули- 90 4246

рование напряжения) 132 4779

Системы управления фир- 75 7500

мы ТРИОЛ (комбиниро- 90 9200

ванное регулирование) 132 12100

М =-

2Мк(1 + Щек /Я2) е/ек +ек/е + 2Я1ек / Я2

а>0 = 2п/п / Мр, (14)

где М - момент ЭД, Мк - критический момент, ю0 - угловая скорость холостого хода (рад/с), 4 - частота тока питающего статор (Гц), N - число пар полюсов, ек -критическое скольжение, Я.! и Я2 - приведенные сопротивления статора и ротора.

На основании уравнений (14) используют частотное управление, управление напряжением и комбинированное управление.

Частотное управление основано на изменении частоты питающей сети Данный способ управления используют редко, так как при изменении частоты происходит одновременное изменение Мк и ю0 . Это затрудняет регулирование конкретного параметра привода.

При управлении напряжением регулируемая величина, момент ЭД, изменяется пропорционально квадрату напряжения.

Наиболее часто используют комбинированное управление частотой и напряжением одновременно. Данный способ используют для регулирования момента и скорости ЭД. При его использовании жесткость рабочего участка механической характеристики ЭД практически постоянна.

В настоящее время системы управления ЭД, основанные на комбинированном способе, достаточно распространены. Стоимость таких систем приближенно можно оценить соотношением 100 долл/кВт.

Системы управления, использующие Стоимости систем управления двух

только регулирование напряжения, более типов представлены в таблице. просты и дешевле.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Чичинадзе, А.В. Основы трибологии (трение, износ, смазка) / А.В. Чичинадзе, Э.Д. Браун, Н.А. Буше и др. - М.: Машиностроение, 2001. -664 с.

2. Копылов, И.П. Электрические машины /И.П. Копылов - М.: Высш. шк.; Логос; 2000. -607 с.

— Коротко об авторах -

Реутов А.А. - доктор технических наук, доцент, начальник учебно-методического управления, МясниковА.А. - аспирант кафедры «Подъемно-транспортные машины»,

Брянский государственный технический университет

--© Ю.Н. Миняев, А.В. Угольников,

В.В. Молодцов, 2006

УДК 622.272:621.5

Ю.Н. Миняев, А.В. Угольников, В.В. Молодцов

ИССЛЕДОВАНИЕ ОБЪЕМНЫХ ПОТЕРЬ В ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СЕТЯХ РУДНИЧНЫХ КОМПРЕССОРНЫХ УСТАНОВОК

Семинар № 15

ахтная пневматическая сеть является соединительным звеном между компрессорной станцией, вырабатывающей сжатый воздух, и горными машинами и механизмами с пневмоприводом - потребителями сжатого воздуха. На шахтах, где широко используется пневматическая энергия для приводов забойных и проходческих машин, общая протяженность сети может достигать десятков километров. Вследствие динамики горных работ происходит изменение топологии пневмосети и длины ее отдельных участ-

ков во времени. Прокладываемый по горным выработкам трубопровод сжатого воздуха эксплуатируется в неблагоприятных условиях, характеризующихся высокой влажностью окружающего воздуха, вызывающей высокую коррозию труб, а также возможность деформации крепи выработок, на которой монтируются трубы, приводящей к нарушению герметичности их соединений. Кроме того, реальные условия монтажа труб в горных выработках не всегда позволяют выдержать уклон трубопровода, необходимый для