Обоснование способов обеспечения устойчивой работы двухбарабанного привода мощных ленточных конвейеров для горной промышленности

Основными направлениями экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года", утвержденными ХХУ1 съездом КПСС, предусмотрено «. увеличение выпуска новых видов самоходного горного оборудования и горнотранспортных машин непрерывного действия большой производительности «, а также «. осуществление работ по созданию систем машин для комплексной механизации труда горняков в сложных горно-геологических условиях «.

Большие возможности повышения производительности труда, снижения себестоимости продукции, а также создание благоприятных условий для комплексной механизации и полной автоматизации транспортных процессов на горных предприятиях, открывает применение поточных видов транспорта, в основном конвейерного. Кз существующих типов конвейеров наибольшее распространение получили ленточные конвейеры традиционной конструкции. Они являются основным средством непрерывного транспорта на шахтах, рудниках и карьерах .

Характерной тенденцией современного развития ленточных конвейеров в СССР и за рубежом является значительное увеличение их производительности, длины и мощности. Это связано с увеличением грузопотоков и длины транспортирования. Для обеспечения современных шахтных и карьерных грузопотоков отечественной промышленностью выпускаются конвейеры производительностью до 5000−6000 м3/ч. На горных предприятиях СССР эксплуатируются конвейерные линии длиной 10 км и более, а в мировой практике известны конвейерные линии длиной более 100 км при длине одного конвейера 8−10 км.

Оценивая современные темпы повышения мощности шахт и карьеров, можно предвидеть, что самое ближайшее время потребует конвейеры производительностью до 10 000 м3/ ч и более для шахт и до 20 000 м" /ч для карьеров. Мощность приводов таких конвейеров будет достигать 10 000 кВт. При таких нагрузках на ленточные конвейеры обеспечить необходимое тяговое усилие с помощью одного приводного барабана при допустимых натяжениях ленты не всегда удается. Зто объясняется тем, что ленточные конвейеры эксплуатируются в сложных горнотехнических и горногеологических 2/словиях, характеризующихся значительной неравномерностью грузопотоков и малыми значениями коэффициентов сцепления ленты с приводными барабанами. Поэтому высокопроизводительные конвейеры на горных предприятиях тлеют по два и более приводных барабана.

Наибольшее распространение на шахтах, рудниках и карьерах, в силу своих преимуществ, получил двухбараба. нный привод с близко расположенными приводными барабанами и раздельными приводивши механизмами на каждый барабан. Из всех существующих схем таких приводов особым преимуществом пользуется схема с обводкой приводных барабанов чистой нерабочей стороной ленты. Такой привод позволяет наиболее эффективно использовать тяговые способности обоих приводов в различных режимах работы конвейера, допускает дробление мощности между 2−4 двигателями, позволяет существенно уменьшать потери на истирание ленты, обладающей большим удлинением. Особым достоинством двухбарабанного раздельного привода является то, что он может «подстраиваться» под изменение скорости ленты в точках набегания на приводные барабаны, связанные с продольным удлинением.

Основной задачей проектирования раздельных приводов является рациональное распределение тяговых усилий между приводными барабанами, обеспечивающее их работу без пробуксовки. В процессе эксплуатации поддержать заданное рациональное распределение тяговых усилий без значительных потерь энергии, связанных с принятыми методами смягчения характеристик двигателей, не удается. В предыдущих работах, посвященных выбору средств и способов, обеспечивающих заданное распределение нагрузки, не ставилась задача исследования колебательных процессов, протекающих в электромеханической системе рассматриваемых конвейеров при срыве сцепления на одном из приводных барабанов.

При нарушении заданного рационального распределения возможен срыв сцепления на одном из приводных барабанов. При проектировании конвейеров стремятся к унификации основных узлов, в том числе, и приводных блоков. В этом случае распределение установленных мощностей принимают кратным 2:1 или 1:1, что еще в большей степени увеличивает возможность срыва сцепления на одном из приводных барабанов. Кроме того, принятое установленное распределение нагрузки может отличаться от действительного распределения из-за возможных отклонений параметров привода от расчетных в связи с допусками на номинальное скольжение двигателей и изготовление приводных барабанов.

3 выполненных до настоящего времени работах [J3I, 33, 37] учитывалось влияние вариации параметров привода на распределение нагрузки. При определении тяговой способности привода учитывалось максимальное значение возможного отклонения параметров привода от расчетного. Однако, в действительности, вероятность того, что отклонения параметров будут достигать максимальной величины, незначительна. Поэтому при проектировании конвейеров необходимо применять вероятностную оценку возмо. жного отклонения распределения нагрузки.

При срыве сцепления на одном из приводных барабанов в электромеханической системе конвейера с двухбарабанньм раздельным приводом возможно возникновение устойчивых колебаний. Частота и амплитуда возникающих автоколебаний зависит от параметров привода и условий эксплуатации. Поэтому при проектировании конвейеров необходимо учитывать возможность возникновения автоколебаний и принимать меры, которые бы позволили снизить их влияние на ленту и двигатели.

Расчеты показали, что вероятностный подход к оценке распределения нагрузки между барабанами в могцных ленточных конвейерах (с суммарной мощностью более 1000 кВт) дает возможность выбирать параметры конвейера и привода, которые обеспечивают увеличение длины конвейера на I5- 205S при той же установленной мощности привода и при этом коэффициент запаса по тяговой способности для станции остается на том’же уровне. Экономический эффект за счет этого может составлять 35 360 рублей на одну конвейерную установку (для конвейера типа 2ЛУ120А) .

Таким образом, данные исследования, посвященные режимам работы ленточного конвейера с двухбарабанньм раздельным приводом и выбору параметров привода с учетом характера распределения нагрузки между приводными барабанами на основе вероятностного метода являются актуальными.

И, а у ч н о й задаче й данной работы является обоснование способов обеспечения устойчивой работы двухбарабан-ного привода мощных ленточных конвейеров для горной промышленности .

Цель работы. Установление зависимости распределения нагрузки между приводными барабанами в двухбарабанном раздельном приводе ленточного конвейера от параметров привода с учетом вероятностного характера отклонения диаметров приводных барабанов и скольжений двигателей для обоснования способов обеспечения устойчивой работы двухбарабанного привода мощных ленточных конвейеров для горной промышленности.

Идея работы. Путем учета случайного разброса значений диаметров приводных барабанов и скольжений двигателей выбрать рациональные способы обеспечения устойчивой работы двухбарабанного привода мощных ленточных конвейеров для горной промышленности.

Научные положения, разработанные лично г.' 7 X соикателем, и новизна.

Коэффициент распределения нагрузки между приводными барабанами является случайной величиной, отличающейся тем, что имеет нормальный закон распределения плотности вероятностей.

Коэффициент запаса по тягозой способности для приводной станции, отличающийся тем, что учитывает случайный характер разброса параметров привода (значений диаметров приводных барабанов, скольжений двигателей, действительного коэффициента распределения нагрузки), зависит от значения минимального гарантированного коэффициента сцепления ленты с барабанами и углов обхвата.

Процесс передачи тягового усилия в двухбарабанном раздельном приводе при срыве сцепления на одном из приводных барабанов, отличающийся тем, что носит автоколебательный характер, определяется частотой и амплитудой, зависящими, в основном, от коэффициента сцепления ленты с барабанами и жесткости ленты на участке между приводными барабанами.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается применением аналитических методов анализа движения электромеханических систем, принятых в теории электропривода, применением современных математических методов теории вероятностей с использованием ЭВМ для определения рациональных параметров привода, удовлетворительной сходимостью результатов экспериментальных исследования, выполненных в промышленных условиях, и результатов исследования системы ленточного конвейера на аналоговой модели, расхождение не превышает 10−15%.

Значение работы. Научное значение работы состоит в установлении зависимостей устойчивой работы привода от его параметров, учитывающих случайный разброс значений диаметров приводных барабанов и скольжений двигателей, что является уточнением теории расчета двухбарабанных раздельных приводов мощных ленточных конвейеров.

Практическое значение работы состоит в разработке методики расчета тяговой способности двухбарабанного раздельного привода мощных ленточных конвейеров, позволяющей улучшить эксплуатационные показатели работы конвейера за счет повышения эффективности использования установленной мощности привода, и рекомендаций по оптимальным параметрам демпфирующего устройства, обеспечивающего устойчивую работу привода и конвейера в автоколебательном режиме при возможном ухудшении условий реализации тягового усилия.

Реализация выводов и рекомендаций работы.

Методика расчета тяговой способности двухбарабанного раздельного привода мощных ленточных конвейеров использована Александровским машиностроительным заводом при разработке новых конструкций двухбарабанного привода конвейеров типа 2ЛУ120.

Установленные в работе зависимости распределения нагрузки между приводными барабанами в двухбарабанном раздельном приводе от его параметров также использована Брянским ордена «Знак Почета» институтом транспортного машиностроения в учебном процессе .

Использование разработанной методики при проектировании конвейеров типа 2ЛУ120 позволит исключить пробуксовку привода в номинальном режиме и увеличить длину конвейера при той же установленной мощности привода. Расчетный годовой экономический эффект при этом составит 35 360 рублей на одну конвейерную установку.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены на межотраслевой конференции «Пути повышения надежности и производительности работы конвейерного транспорта на горнодобывающих предприятиях», г. Челябинск, I960 г. — на заседании секции промышленного транспорта 43-й научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава ЕИТМ, г. Брянск, 1984 г.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 5 печатных работ.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения — содержит 235 страниц машинописного текста, 62 рисунка, 18 таблиц, список литературы из 76 наименований и приложения.

5.5. Выводы.

Исследование режимов работы ленточного конвейера с двухбарабанным раздельным приводом на АВМ (параметры конвейера соответствуют параметрам конвейера, установленного на вскрышном комплексе — Михайловского ГОКа ЮЛА — «МихайловкаIй») позволило сделать следующие выводы :

I. Режим пуска конвейера сопровождается периодическими пробуксовками ленты относительно приводных барабанов в том случае. если коэффициент запаса по тяговой способности для станции в целом /V < 2 .

7 С.

2. При исчерпании тяговой способности на одном из приводных барабанов т. е. когда при изменении загрузки конвейера или при снижении коэффициента сцепления ji, коэффициент запаса по тяговой способности на барабане становится меньше единицы в системе ленточного конвейера возникают устойчивые колебания (автоколебания).

3. Частота возникающих в электромеханической системе конвейера автоколебаний зависит от значения коэффициента сцепления, при котором произошел срыв сцепления. Чем больше значение коэффициента сцепления, тем выше частота автоколебаний. Кроме того, частота и ампилуда автоколебаний определяются жесткостью ленты на участке между приводными барабанами.

4. Применение демпфирующего устройства на участке между приводными барабанами приводит к снижению динамических усилий в ленте С гашению автоколебаний) .

5. При коэффициенте сцепления JH<0,4 снижение амплитуды автоколебаний тем значительнее, чем выше показатель демпфирования применяемого демпфирующего устройства.

6. При коэффициенте сцепления применение в исследуемом конвейере демпфирующего устройства с показателем демпфирования f~ приводит к некоторому увеличению амплитуды э. в т ок о л е б ани й.

7. Для ленточных конвейеров, работающих в различных условиях эксплуатации (когда коэффициент сцепления может изменяться от Ji =0,1 до Jli ~ 0,5) существует оптимальное значение показателя демпфирования, обеспечивающее достаточное снижение амплитуды автоколебаний.

Для исследуемых конвейеров показатель демпфирования.

8. Допустимая длина конвейера с двухбарабанным раздельным приводом должна определяться коэффициентом динамичности при автоколебаниях, т.к. при автоколебаниях максимальное натяжение ленты на промежуточной ветви конвейера может превосходить максимальное натяжение ленты при пуске.

Использование разработанной методики при проектировании конвейеров позволит исключить пробуксовку привода в номинальном режиме и увеличить длину конвейера при той же установленной мощности привода. Расчетный годовой экономический эффект при этом составит 35 360 рублей на одну конвейерную установку. рекомендуется выбирать равным.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи обоснования способов обеспечения устойчивой работы двухбарабанного привода мощных ленточных конвейеров для горной промышленности, что позволяет улучшить эксплуатационные показатели работы конвейера за счет повышения эффективности использования установленной мощности привода.

Выполненные теоретические и экспериментальные исследования позволяют сделать следующие выводы :

1. Установлено, что при срыве сцепления на одном из приводных барабанов в электромеханической системе ленточного конвейера с двухбарабакным раздельным приводом возникают автоколебания, частота которых достигает 1,5−3 Гц и зависит от значения от значения коэффициента сцепления ленты с барабанами.

2. Устойчивость электромеханической системы ленточного конвейера с двухбарабанным раздельным приводом при срыве сцепления на одном из приводных барабанов определяется жесткостью ленты на участке между приводными барабанами. Увеличение устойчивости системы достигается снижением жесткости.

3. Коэффициент запаса по тяговой способности на каждом приводном барабане при изменении загрузки ленты изменяется в зависимости от типа натяжного устройства и действительного коэффициента распределения нагрузки, который является случайной величиной, подчиняющейся нормальному закону распределения (например, при коэффициенте сцепления Jli — 0,3 действительный коэффициент распределения нагрузки находится в диапазоне 1,45−3,3) .

4. Для обеспечения беспробуксовочной работы привода в номинальном режиме при существующих допусках на изготовление приводных барабанов и номинальные скольжения двигателей коэффициент запаса по тяговой способности для приводной станции в целом должен выбираться с учетом закономерностей случайного распределения нагрузки, минимального гарантированного значения коэффициента сцепления ленты с барабанами и углов обхвата Г например, при Ji = 0,3, оС, = о= 180°, Нр = 2:1 -Кгн 1,4 — при JK = 0,5 — Нтн 2,35).

5. Для снижения отрицательного эффекта пробуксовки в двух-барабанном раздельном приводе, если стоимость ленты и другие факторы не позволяют обеспечить его работу без пробуксовки в номинальном режиме, необходимо устанавливать демпфер на участке между приводными барабанами или использовать электрическую систему защиты асинхронных двигателей по току.

6. Снижение амплитуды автоколебаний, возникающих в электромеханической системе ленточного конвейера с двухбарабанным раздельным приводом при срыве сцепления на одном из приводных барабанов, обеспечивается при показателе демпфирования ^Г=0,2т0,3.

7. Допустимая длина конвейера с двухбарабанным раздельным приводом должна определяться коэффициентом динамичности при автоколебаниях, т.к. максимальное натяжение ленты на промежуточной ветви в случае автоколебаний может превосходить максимальное натяжение ленты при пуске.

8. Использование разработанной методики при проектировании конвейеров позволяет исключить пробуксовку привода в номинальном режиме и увеличить длину конвейера при той же установленной мощности привода. Расчетный годовой экономический эффект при этом составит 35 360 рублей на одну конвейерную установку.