Жаботін Андрій Анатолійович

РЕФЕРАТ З ТЕМИ ВЫПУСКНОЇ РОБОТИ

      Мета та задачі

      Метою цієї роботи є розробка рекомендацій з удосконалення електроприводів транспортуючих пристроїв з урахуванням гранулометричного складу транспортуємих вантажів.
      Для досягнення зазначеної мети поставлені наступні основні задачі:
1) дослідити режими роботи механізмів;
2) провести аналіз властивостей транспортуємих вантажів;
3) розробити математичну модель насипного вантажу на стрічці конвеєра;
4) визначити фактичний вантажопотік і характер навантаження приводу;
5) проаналізувати вплив гранулометричного складу вантажу на навантаження на валу привідного електродвигуна і його режими роботи.

      Постановка проблеми
      Аналіз відмов приводних електродвигунів гірничих машин показав, що на даний час почастішали випадки аварій, які призводять весь електродвигун в неремонтопригодний стан, а саме виплавлення обмотки ротора.
      Традиційно вважається, що причиною цієї відмови є неправильні умови експлуатації, зокрема, перевантаження приводних електродвигунів. Однак, часті появи цих відмов дозволяють припустити, що на даний час істотно ускладнилися умови експлуатації всього гірничо-шахтного устаткування і перегрузочной здібності приводних електродвигунів, в ряді випадків, стає недостатньо
      Таким чином, неправильна експлуатація є лише однією з причин появи цих відмов. Визначення інших обставин роботи електродвигунів, які призводять до їх виходу з ладу, є актуальним завданням.


      Аналіз останніх досліджень і публікацій
      На даний час накопичений досить великий досвід з дослідженням режимів робіт приводних електродвигунів гірничих машин.
      Зокрема, для очисних комбайнів навантаження електродвигунів формується в залежності від виїмки вугілля (руйнування, винос із зони різання, навантаження на конвеєр) та переміщення комбайна вздовж забою.
      Головним у формуванні навантаження на електродвигун є процес руйнування вугілля, а так як опірність руйнівного масива змінюється за законом випадкових чисел, то навантаження на електродвигун в процесі роботи очисного комбайна також мають випадковий характер і можуть бути описані випадковою функцією шляху його руху або - при постійній швидкості подачі - випадковою функцією часу. 
      Приводні механізми конвеєрів так само відчувають накиди навантаження. Чисельними спостереженнями на вугільних шахтах встановлено, що вантажопотоки, що надходять з механізованих забоїв, характеризуються великою нерівномірністю, причому поява в часі того чи іншого значення вантажопотоку є випадковою подією.
      Навантаження на конвеєрі змінюється випадково, тому завантаженість і пов'язане з нею дійсне навантаження на одиницю довжини установки необхідно приймати з певним рівнем імовірності. Таким чином, тягове зусилля і потужність приводу залежить від прийнятого нами рівня. Прийняття необгрунтовано низького рівня завантаженості може привести до перегріву двигуна, скорочення терміну служби і відмови конвеєра.
      Аналіз джерел показав, що причинами накидів навантажень на данний час вважаються організаційні та технологічні фактори. До них відносять: нерівномірність вантажопотоку, не визначене місце загрузки (скребковий конвеєр в лаві), простої обладнання, випадковий характер витрат часу на кінцеві операції та інші явища, визначающі режими роботи приводних механізмів.
      Однак, при аналізі умов роботи приводів, на даний час, не враховуються фізичні властивості транспортуємих вантажів. Хоча очевидно, що для конвеєрів, випадковий характер насипною щільності так само впливає на нерівномірність навантаження на валу привідного електродвигуна. Очевидно, що величина діапазону для вибору насипної щільності із збільшенням довжини конвеєра може призвести до суттєвих розходжень в значеннях розрахункових параметрів стрічкового конвеєра. З огляду на те, що в даний час намітилася тенденція до збільшення довжини транспортування і вантажопотоків, питання уточнення величини насипною щільності є актуальним.
      На даний час, кількісної оцінки впливу розміру часток на коефіцієнт розрихлення транспортуємого вантажу не проводилось.
      Крім того, огляд основних груп загальнопромислових приводних механізмів показує, що в даний час існує наступна класифікація їх режимів роботи - жорстка, екскаваторний та вентиляторна. Однак, аналіз умов експлуатації приводів гірничих машин показав, що цієї класифікації недостатньо для аналізу їх режимів роботи. Приводні електродвигуни гірничо-шахтного обладнання мають жорстку характеристику з частими накидами навантажень.


      Результати досліджень
      Для оцінки впливу розміру i-й частинки на величину Kp пропонується модель «ідеального» насипної вантажу на стрічці конвеєра. При побудові цієї моделі прийняті наступні допущений:

    1) Відомо, що форма верхньої частини насипного вантажу має вигляд, близький до параболічного сегменту. При цьому, для зручності розрахунків продуктивності конвеєра, поперечного перерізу вантажу на стрічці, параболічний сегмент замінюється трикутником. Отже, у моделі насипного вантажу на стрічці так само можна представити його поперечний перетин у вигляді багатокутника (рис.1) .
      Будь-який багатокутник завжди можно представити як суму трикутників. Тому в якості розрахункової схеми для визначення Kp можно прийняти трикутний перетин вантажу на стрічці.




Рис. 1 - Насипний вантаж на жолобчатій стрічці.

     2) В даний час при перевірці стрічки по кусковатості вважають, що вантаж має форму еліпса. Крім того, в результаті вібрацій вантаж приймає горизонтальне положення, як найбільш стійке. Тобто, достатньо підстав прийняти, що частка вантажу має форму еліпса, який лежить на стрічці горизонтально.
      Таким чином, на першому етапі в якості об'єкту досліджень прийнята модель «ідеального» насипного вантажу, що складається з частинок одного розміру еліптичною форми, що лежать горизонтально і займають трикутний перетин на стрічці конвеєра.
      Тобто, у даній моделі поперечний перетин вантажу представлено у вигляді рівнобокого трикутника з вписаними в нього еліпсами однакового розміру.



Рис. 2


      В результаті повороту площини навколо осі OX, що проходить через основання трикутника, можна отримати рівносторонній трикутник з вписаним колами.





Рис. 3


Як відомо, відношення площ фігур при цьому перетворенні простору зберігається.
Тобто, Кр можно представити як:




Шляхом геометричних розрахунків площ отримуємо (рис. 3) :

     (1)
де  Kp   – коефіцієнт розрихлення;
         n – кількість вписаних кіл, розташованих паралельно одній стороні трикутника і які мають (кожна) одну точку дотику з цією стороною;
При цьому,
        (2)
де В – ширина стрічки, м;
В результаті підстановки (2) в (1) отримуємо:


      Таким чином, для «ідеального» насипного вантажу отримано однозначну відповідність Kp значенням n та r. Тобто, Kp повністю визначається розмірами частинок і для «ідеального» насипного вантажу знаходиться в діапазоні Kp = 0,5672 -- 0,9054. Оцінка значення Kp справедлива і для будь-яких насипних вантажів.
      Kp є складною функцією f(n(r)). При цьому, n – дискретна величина. Тому ця функція є стрибкоподібною, «стрибки» якої зменшуються зі зменшенням фракції вантажу. Аналіз залежності при великих значеннях r показав, що при розрахунку Kp для дрібнокускових вантажів (n>18 ; r<0.022 ) функцию f(n(r)) можно вважати непреривною.
Для крупнокускових вантажів (n<18 ; r>0.022 ), необхідно враховувати дискретний характер f(n(r)).
       Так як модель «ідеального» насипного вантажу на стрічці конвеєра дозволяє оцінити вплив розміру частинок на коефіцієнт розрихлення, тому для вантажів з частинками різної фракції Kp можно визначити за методикою:

  где  Kpi - коефіцієнт розрихлення, для частинок однакової фракції;
          pi - процентний вміст фракції.
      Так як розмір частинок вантажу є випадковою величиною, тому значення коефіцієнта розрихлення теж має ймовірностний характер. Таким чином, значення насипною щільності транспортуюмого вантажу так само буде коливатися в діапазоні.
      Врахування впливу цієї нерівномірності на розрахункові параметри конвейеров дав такий результат.
      При розрахунку конвеєра та виборі потужності привідного двигуна значення погонної маси вантажу необхідно приймати з діапазону:





      З урахуванням нерівномірності гранулометричного складу транспортуємого вантажу, можно припустити, що фактичне значення погонної маси вантажу може бути як більш, так і менше розрахункового і змінюватися у часі, що і є причиною накидів навантажень.
      Таким чином, при коливанні значення насипною щільності буде змінюватися значення необхідної потужності привідної двигуна.
Діапазон коливання потрібной потужності двигуна (без урахування Км):





Залежність (при різних значеннях Кр) на прикладі стрічкового конвеєра типу КЛС-1600, встановленого на Авдіївському КХЗ, представлений на рис. 4.



(анімація: 7 кадрів; 5 циклів повторення; час прокрутки одного кадра - 1 секунда)

Рис. 4 - Графіки залежностей N=f(L)при різних значеннях Кр для конвеєра КЛС-1600


      Де: 1 – потрібна потужність при табличному значенні насипної щільності; 2 – потрібна потужність при Kp min; 3 – потрібна потужність при Kp max ; 4 – потужність холостого хода; 5 – установочна потужність при табличному значенні насипною щільності.


      Аналіз даної залежності дозволяє зробити висновок, що при збільшені довжини транспортування суттєво збільшується вплив нерівномірності гранулометричного складу вантажу. Тобто, збільшується діапазон коливань потрібної потужності привідного двигуна. І при певній довжині конвеєра (Lкрит) значення коефіцієнта запасу потужності, який застосовується при розрахунку устоновочної потужності (Км), може виявитися недостатнім. До того ж, чим більше ширина стрічки, тим менше значення Lкрит.
      Тобто, можна припустити, що при довжині транспортування більше критичної (Lкрит) і певних значеннях насипною щільності вантажу (так як величина коефіцієнта розрихлення має ймовірносний характер) приводний двигун може бути перевантажений.
      Таким чином, для конвеєрів з довжинами L > Lкрит при розрахунку потрібної потужності двигуна необхідно враховувати нерівномірність гранулометричного складу та застосовувати електродвигуни спеціальної конструкції, що володіють підвищеною перегрузочною здатністю.
      Крім того, відомо, що механічна частина конвеєра являє собою складну систему з розподіленими по довжині конвеєра параметрами: масою вантажу, масою і пружністю тягового органу, зусиллям статичного опору. Тому, випадковий характер насипною щільності є фактором, що сприяє виникненню коливань, які при несприятливих умовах істотно збільшують динамічне навантаження на елементи конструкції конвеєра.



      Висновки та напрямки наступних досліджень
      Аналіз умов роботи приводних механізмів гірничих машин показав, що класифікації режимів роботи приводів, яка існує в даний час, недостатньо. Очевидно, що приводні електродвигуни гірничо-шахтного обладнання мають жорстку характеристику з частими накинули навантажень.
      Однією з причин накидів навантажень є нерівномірність насипної щільності вантажу, що транспортується.
      Дослідження теоретичної моделі вантажу на стрічці показали, що коеффіціент розрихлення Кр повністю визначається його гранулометрічним складом і для будь-яких насипних вантажів знаходиться в діапазоні Кр = 0,5672 -- 0,9054. При цьому, нижня межа діапазону відповідає крупнокусковим, а верхня - дрібнокусковим грузам. Розроблена методика розрахунку Кр дозволяє уточнити значення коефіцієнта розрихлення Кр та насипною щільності вантажу в залежності від його гранулометричного складу.
      Облік гранулометричного складу вантажу при розрахунку конвеєра показав, що при збільшенні довжини транспортування значно збільшується діапазон коливання потрібнрї потужності привідного двигуна і прийнятого в даний час коеффіцієнта запасу потужності може виявитися недостатньо. Тобто, при досягненні критичного значення довжини конвеєра (Lкрит) можливе перевантаження його привідного електродвигуна.
      Для визначення значення критичної довжини конвеєра і необхідного коеффіцієнта запасу потужності привідного електродвигуна належить враховувати гранулометричний склад вантажу, що транспортується.
      Таким чином, при великій довжині транспортування з'являється додаткова причина виходу з ладу приводних електродвигунів стрічкових і скребкових конвеєрів - накиди навантаження, викликані випадковим характером гранулометричного складу транспортуємого груза. Одним із способів виключення цієї відмови є використання електродвигунів спеціальної конструкції, що володіють підвищеною перегрузочною здатністю.



ПЕРЕЛІК ЛІТЕРАТУРИ

1. Княжев С.Н., Калюжный В. В., Понамаренко В. В., Повышение надежности горных машин с многодвигательным электроприводом// Уголь Украины. –2005. – № 9 . – С. 21-22.

2. Шахмейстер Л.Г., Дмитриев В.Г., «Теория и расчёт ленточных конвейеров»// «Машиностроение», Москва - 1987. - 334с.

3. Под ред. Будишевского В.А., Сулимы А.А., «Теоретические основы и расчеты транспорта энергоемких производств»// Высшее образование, Донецк - 1999. - 216с.

4. Ключев В.И., Терехов В.М., «Электропривод и автоматизация общепромышленных механизмов»// Москва «Энергия» - 1980 г. -379с.

5. Чиликин М.Г. , Сандлер А.С., «Общий курс электропривода»// Москва «Энергоиздат» - 1981. - 361с.

6. Шахмейстер Л.Г., Дмитриев В.Г., «Вероятностные методы расчета транспортирующих машин»// Москва, «Машиностроение» - 1983. - 254с.

7. Беклемишев Д. В., «Курс аналитической геометрии и линейной алгебры»// Москва, Наука - 1984. - 295с.

8. Чиликин М.Г., Ключев В.И., Сандлер А.С., «Теория автоматизированного электропривода»// Москва, Энергия - 1979. - 371с.

9. Шахмейстер Л.Г., Солод Г.И., «Подземные конвейерные установки»// Москва, «Недра» - 1976г. - 431с.

10. Стариков Б.Я., «Асинхронный электропривод очистных комбайнов.»// Москва, «Недра» - 1981г. - 238с.