Выплавление обмотки ротора приводит двигатель в неремонтопригодное состояние, при этом традиционно считается, что причиной данного отказа являются перегрузки двигателя, вызванные нарушениями при его эксплуатации. Однако высокий процент данного отказа свидетельствует о том, что причинами его появления является не только неправильная эксплуатация, но и недостатки в самой конструкции двигателя, которая, вероятно, недостаточно удовлетворяет возросшим требованиям к его перегрузочной способности.

В настоящее время нагрузка на тяговый орган определяется по формуле:

                  (1)

       где  γ – насыпная плотность груза, т/м³;

       V_{см i} – объём транспортируемого груза, м³;

       V – скорость движения ленты, м/с².

В приведенной выше формуле насыпная плотность γ транспортируемого груза принимается постоянной величиной.

Для учёта вероятностного характера насыпной плотности γ пользуются следующей зависимостью [3]:

                                                 ,                          (2)

где  – плотность материала насыпки в целике, т/м³;

          – коэффициент разрыхления груза;

                                                    (3)

        – относительный линейный размер частицы;

                                                                                                (4)

       d_i – линейный размер i-ой частицы;

       D_max – максимальный линейный размер частицы.

При этом линейный размер i-ой частицы является случайной величиной, распределённой по нормальному закону, чем выше неравномерность d_i, тем выше разброс значений насыпной плотности γ.

Тогда нагрузка на тяговый орган определяется исходя из гранулометрического состава транспортируемого груза по формуле:

                                                                                 (5)

где  F – площадь поперечного сечения груза на ленте, м².

Очевидно, что погонная нагрузка q на тяговый орган тоже является случайной величиной.

Сравнение результатов расчетов погонных нагрузок на тяговые органы конвейеров показало, что погонная нагрузка является случайной величиной, распределённой по нормальному закону, средние значения её расчетных величин при постоянном и переменном характере насыпной плотности груза практически совпадают. Однако разброс значений оказался выше при учёте вероятностного характера гранулометрического состава транспортируемого груза, при этом из (3) и (5) следует, что разброс значений будет тем выше, чем выше разброс значений относительных линейных размеров частиц .

Например, при определении погонной нагрузки на ленту магистрального ленточного конвейера КЛМ-1,2-800-2М, установленного на Жеголевском карьере ОАО «Комсомольское рудоуправление», рассчитанной по существующей методике (γ = const), полученные значения лежат в интервале:

67 ≤ q ≤ 90 кг/м ,

а при вычислении способом, учитывающем вероятностный характер гранулометрического состава транспортируемого груза:

56 ≤ q ≤ 102 кг/м.

При этом разброс полученных значений погонных нагрузок распределяется по нормальному закону,  законы  распределения приведены на рисунке 2.

Таким образом, учет в расчетах конвейеров гранулометрического состава транспортируемого груза показывает, что реальная неравномерность грузопотока намного выше, чем предполагает усреднённый расчет.

Представленные выше расчеты были приведены для ленточного конвейера с коэффициентом неравномерности грузопотока k_н равным (1,1 ÷ 1,5). У скребковых конвейеров, работающих в лаве, неравномерность грузопотока значительно выше, чем у ленточных, и составляет (2 ÷ 2,5), следовательно, учёт вероятностного характера гранулометрического состава в этом случае приведёт к ещё большим показателям неравномерности нагрузки на тяговый орган. [4].

Кроме того, набросы нагрузки в конвейерах возможны не только за счёт неравномерности грузопотока, но и при заштыбовке, заклинивании тягового органа, пуске перегруженного конвейера и т. д.

В перечисленных выше случаях ток ротора возрастает в 6 ÷ 9 раз по сравнению с номинальным. При двухклеточной роторной обмотке этот ток магнитным полем вытесняется на верхнюю пусковую обмотку, что влечет за собой быстрый её нагрев и срабатывание температурного реле, установленного на лобовой части обмотки статора. Включение двигателя будет возможным после остывания лобовой части обмотки статора до температуры срабатывания температурного датчика при возврате. Однако температура роторной обмотки будет выше статорной, так как она остывает медленнее, что обусловлено наличием воздушного зазора. Следовательно, при последующем включении нагрев роторной обмотки будет происходить с более высокого значения температуры, что вновь приведет к срабатыванию тепловой защиты. При этом, как показал опыт эксплуатации, уже после восьмого пуска температура ротора достигнет температуры плавления алюминия (658˚С) и произойдет выплавление алюминиевой короткозамкнутой обмотки ротора [5].

В настоящее время выбор мощности привода конвейерных установок осуществляется по следующей методике [6]:

где  = 1,1 ÷ 1,2 – коэффициент запаса мощности;

          – необходимое тяговое усилие, Н;

       V – скорость движения тягового органа, м/с;

        – КПД привода.

Необходимое тяговое усилие  зависит от нагрузки q, приложенной на тяговые органы конвейеров, причём:

 ~ q

Таким образом, при полученных параметрах неравномерности q коэффициента запаса мощности 1,1 ÷ 1,2 от номинального значения недостаточно в случае максимального наброса нагрузки, что приводит к повышению температуры роторной обмотки и, как следствие, её выплавлению.

С другой стороны, наиболее вероятное значение нагрузки остаётся таким же, как и при усреднённых расчётах.

Следовательно, повышение мощности приводного двигателя на одну ступень не является эффективным решением вопроса повышения его надёжности, целесообразно предусматривать в конструкции двигателей повышенные максимальный М_max и пусковой М_пуск моменты, а также обеспечивать устойчивость отдельных узлов двигателя к повышению температуры.

Задачу повышения надёжности привода при сохранении его выбранной мощности можно решить, например, применением для обмотки статора изоляционных материалов более высокого класса нагревостойкости, а также заменой литых обмоток ротора из алюминия на сварные (спаянные) обмотки из других металлов, позволяющих повысить допустимую температуру нагрева, а также обеспечить стабильность сечения стержней обмотки ротора и высокие качества их материала.

Примером таких конструктивных решений является двухклеточная обмотка ротора, выполненная из круглых латунных (верхняя клетка) и трапециевидных медных стержней (нижняя клетка) приваренных или припаянных к короткозамыкающим кольцам.

Выводы. Систематизация отказов показала, что вероятность выплавления короткозамкнутой обмотки ротора приводных двигателей конвейерных установок достигает 40%, что свидетельствует не только о неправильной их эксплуатации, но и наличии недостатков в самой конструкции двигателей.

Учёт вероятностного характера гранулометрического состава транспортируемого груза показал, что набросы нагрузок на тяговые органы в реальных приводах возникают намного чаще, чем показывает усреднённый расчёт, что и является наиболее вероятной причиной выплавления короткозамкнутой обмотки ротора.

Повышение мощности приводных двигателей конвейерных установок на одну ступень не является эффективным решением задачи повышения его надёжности, целесообразно предусматривать в их конструкции повышенные максимальный М_max и пусковой М_пуск моменты, а также обеспечивать устойчивость отдельных узлов двигателей к повышению их температуры. Однако повышение максимального момента М_max неминуемо приводит к повышению пускового тока I_пуск , что иногда может потребовать совершенствования пусковой аппаратуры.

Перечень ссылок:

1.     Шахмейстер Л. Г., Дмитриев В. Г. Вероятностные методы расчёта транспортирующих машин.– М.: Машиностроение, 1983.– 256 с.

2.     А. Н. Ткачук, А. И. Аниканов. Влияние режима работы скребкового конвейера на аварийность приводного электродвигателя // Взрывозащищенное оборудование: Сб. научн. трудов УкрНИИВЭ.– Донецк. 2003.– С. 138–143.

3.     А. Н. Ткачук. Оценка влияния гранулометрического состава насыпного груза на его плотность // Известия Донецкого горного института.– Донецк, 1996. – № 2(4). – С. 81–83.

4.     Захарченко П. И., Каика В. В., Карась С. В. Концепция создания АД для привода забойных скребковых конвейеров // Уголь Украины.–1998.– №7.–С. 12 – 14.

5.     Ширнин И. Г., Ткачук А. Н. Выплавление короткозамкнутой обмотки ротора двигателя горных машин // Вісник СНУ ім. В. Даля – 2005.– №3.–    С. 143 – 148.

6.     Теоретические основы и расчёты транспорта энергоёмких производств. Под ред. В. А. Будишевского, А. А. Сулимы.– Донецк, 1999.– 216 с.