Кондрахин В.П. д.т.н., проф.; Стадник Н.И. д.т.н.; Косарев А.В. магистрант
       Донецкий национальный технический университет
     &nbspСтатья из сборника научных трудов ДонНТУ, 2004 г.

      

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗОК МЕЖДУ ДВИЖИТЕЛЯМИ МЕХАНИЗМА ПОДАЧИ ОЧИСТНОГО КОМБАЙНА

 

Проблема и её связь с научными или практическими задачами. Наиболее перспективными механизмами перемещения очистных комбайнов считаются двухдвижительные безцепные системы подачи с цевочно-реечным тяговым органом и частотно-регулируемым асинхронным приводом [1]. Они обладают высокими тяговыми характеристиками и значительно большей надежностью по сравнению с гидравлическими механизмами перемещения. Однако в отличие от гидравлических механизмов при асинхронном частотно-регулируемом приводе отсутствует автоматическое выравнивание крутящих моментов в приводе обоих движителей. Поэтому нагрузка в приводах такого механизма перемещения может быть различной, причем степень этого различия определяется двумя основными факторами: разницей в межцентровых расстояниях зацеплений «колесо - цевочная рейка» и разбросом номинальных скольжений электродвигателей. В неблагоприятных случаях неравномерность распределения нагрузки может существенно уменьшить фактическое тяговое усилие механизма перемещения.

Анализ исследований и публикаций. В работе [2] выполнен анализ распределения нагрузки между работающими на один вал электродвигателями подсистемы привода исполнительных органов очистного комбайна. Однако проблема распределения нагрузки между частотно-регулируемыми приводами цевочно-реечного механизма перемещения до настоящего времени не исследовалась.

Постановка задачи. Целью настоящего исследования является разработка математической модели, позволяющей количественно оценить степень неравномерности распределения нагрузок между приводами, анализ этой неравномерности и разработка на основе результатов анализа возможных способов ее устранения или уменьшения.

Опыт проектирования и эксплуатации очистных комбайнов показывает, что обратные захваты опор, с которыми совмещены движители механизма перемещения, должны иметь зазор 10-15 мм. Он необходим для того, чтобы исключить заклинивание  машины при работе на пластах со сложной гипсометрией.  В процессе выемки происходит неконтролируемое раскрытие зазоров в обратных захватах, что сопровождается изменением межцентрового расстояния в зацеплениях «колесо – цевочная рейка». Разница в межцентровых расстояниях левого и правого движителей может достигать 9 %, причем по мере износа обратных захватов она будет возрастать. Этот фактор, а также имеющийся на практике разброс фактических механических характеристик электродвигателей определяет возможную существенную неравномерность распределения технологических нагрузок между приводами двух механизмов перемещения.

Изложение материала и результаты. Суммарное тяговое усилие F_т определяется режимом работы комбайна и распределяется между двумя механизмами так, что 

F_т = F₁ +  F₂ .                                                       (1)

Тяговое усилие i –го (i =1, 2) движителя определяется, как

                                                          (2)

где M_i –  вращающий момент i-го электродвигателя;

        u – передаточное число редуктора;

         r_i – межцентровое расстояние цевочного зацепления;

         η – к.п.д. привода.

В первом приближении представим механическую характерис-тику i –го электродвигателя на устойчивом участке  в виде [3]

                                                    (3)

где M_н –  номинальный момент электродвигателя;

       S_нi – номинальное скольжение i –го электродвигателя;

        S_i  –  скольжение i –го (i =1, 2) электродвигателя.

В установившемся режиме окружные скорости обоих движителей одинаковы. Отсюда следует

                                          (4)

Решая систему уравнений (1)…(4), получим

                             (5)  

где        -   разница в межцентровых расстояниях зацепления «колесо-рейка» .

Для простоты положим, что тяговое усилие F_т соответствует работе обоих приводов в номинальном режиме, то есть

                                                 

Тогда                                 F₁ = F_ТK_н1 ,                                            (6)

где                          .

Из формулы (6) следует, что  K_н1 – это коэффициент, показывающий долю тягового усилия первого движителя в общем тяговом усилии механизма перемещения.

Нетрудно видеть, что при Δ= 0 и  нагрузка распределяется между приводами равномерно  (K_н1 = 0,5  или  F₁ = F₂ = F_Т /2).  При Δ ≠ 0 и  распределение нагрузки между приводами может быть в значительной степени неравномерным.

На рис.1 приведен график зависимости коэффициента K_н1 от величины Δ для случая, когда частота питания электродвигателей ЭКВ4-30-6 равна 50 Гц (применительно к параметрам комбайн УКД300 это соответствует скорости перемещения примерно 10,8 м/мин), r₁ = 146 мм. Линия 1 соответствует случаю =0,038, линия 2 -, линия 3 - . Указанный разброс значений номинальных скольжений является вполне возможным, так как  ГОСТ 16565-71 допускает разброс номинальных скольжений до +25%).

Как видно из рис. 1, при  Δ = 13 мм движитель 1 (с меньшим значением  межцентрового расстояния в зацеплении) даже при равенстве номинальных скольжений обоих электродвигателей практически не работает, и все тяговое усилие формируется  движителем 2 опоры. Электродвигатель последнего при этом работает с нагрузкой примерно в 2 раза больше номинальной.

1

3

2

  

Рисунок 1 – Зависимость коэффициента распределения  нагрузки между приводами от величины     (частота питающей сети 50 Гц, скорость подачи 10,8 м/мин)

 

При уменьшении частоты питающей сети (а, следовательно, и  скорости подачи) в принятом для механизмов перемещения режиме регулирования номинальный и критический моменты двигателя остаются примерно постоянными, а критическое и номинальное скольжение изменяются примерно обратно пропорционально частоте. Таким образом, при уменьшении скорости перемещения (для частоты сети менее 50 Гц) номинальное скольжение увеличивается обратно пропорционально частоте сети.

На рис. 2 приведен график зависимости коэффициента K_н1 от величины скорости перемещения для случая, когда Δ =13 мм, r₁ = 146 мм. Линия 1 соответствует случаю , линия 2 - , линия 3 - .

Из рис. 2 следует, что неравномерность загрузки приводов механизма перемещения при больших скоростях перемещения больше, чем при малых скоростях. Например, при скорости перемещения  1 м/мин приводы даже при максимальном значении Δ приводы нагружены примерно одинаково, а при скорости 4 м/мин при одинаковом номинальном скольжении электродвигателей первый движитель  обеспечивает формирование примерно 33 % требуемого тягового усилия, а оставшиеся примерно 67 % тягового усилия приходится на второй движитель.

3

2

1

 

Рисунок 2 - Зависимость коэффициента распределения  нагрузки между приводами от величины скорости подачи (Δ=13 мм)

 

Выводы и направление дальнейших исследований. Таким образом, при работе двухдвижительных механизмов перемещения с частотно-регулируемым приводом возможна существенная неравномерность нагрузки электродвигателей, которая приведет к снижению  суммарных тяговых характеристик механизма.  Для устранения этого недостатка можно предложить ряд мер:

-  снижение до минимума (1-2 мм) зазора в обратных захватах, при этом для исключения заклинивания опор следует предусмотреть дополнительные степени свободы в узлах крепления рейки к конвейеру и обратных захватов комбайна к его корпусу;

-  проводить выборочную комплектацию двигателей для механизмов подачи каждого комбайна;

- ввести в конструкцию механизма перемещения  уравнительный  механизм, обеспечивающий механическую связь редукторов обоих двигателей;

- усовершенствовать алгоритм управления электродвигателями, предусмотрев повышение питающего напряжения при появлении разницы между токами двигателей механизма подачи (за счет повышения максимального вращающего момента можно компенсировать недостачу тягового усилия, обусловленную неравномерной загрузкой двигателей, однако при этом следует принять меры по упрочнению конструкции редуктора и движителя);

При дальнейших исследованиях целесообразно уточнить математическую модель процесса формирования нагрузок в приводах механизма перемещения за счет учета нелинейности статической характеристики электродвигателей, а также выполнить анализ условий, при которых возникает разница в межцентровых расстояниях зацеплений «колесо – рейка».

Предусматривается проверка установленных зависимостей в процессе проведения экспериментальных исследований комбайна УКД300 на стенде, для чего будут выполнены замеры нагрузки в приводах (токи двигателей, мощность, крутящие моменты) при различных скоростях перемещения  и различных Δ, а также установлены фактические значения номинальных скольжений электродвигателей механизма перемещения.                                                          

 

      

ЛИТЕРАТУРА

     &nbsp1. Косарев В.В. Новая горная техника Донгипроуглемаша - основа интенсификации до-бычи угля / Уголь Украины, №9, 2003 - С.5-9.

     &nbsp2. Гуляев В.Г., Семенченко А.К., Горбатов П.А. Вероятностная оценка скольжений дви-гателей ЭКВ-4У при безвыборочной комплектации ими двухдвигательных комбайнов типа 1ГШ-68 / Известия вузов. Горный журнал, №8, 1974 – С.123-128.

     &nbsp3. Общая электротехника // Под ред. А.Т. Блажкина. Л.: Энергия, 1979. – 472 с.

Авторы: Кондрахин В.П. д.т.н., проф.; Стадник Н.И. д.т.н.; Косарев А.В. магистрант

© 2006 Лысенко О.А.
© 2006 ДонНТУ