ВВЕДЕННЯ

У комплексі питань, що стоять перед вугільною промисловістю по її технічнім переозброєнню, велике місце займає вдосконалювання транспортних систем, що забезпечують доставку продукту від місця виробництва (лава) до місця переробки, складування, підйому на поверхню. Це висуває високі вимоги до технічних характеристик конвейєрів. Зокрема, до запасу по пропускній здатності. Створення потужних високопродуктивних стрічкових конвейєрів, що володіють високими техніко-економічними показниками, можливо тільки на базі глибоких теоретичних і експериментальних досліджень і уточнених методів розрахунків основних параметрів і елементів конструкції. Стрічкові конвейєри як найбільш економічний, продуктивний і надійний вид транспорту масових вантажів одержали широке розповсюдження в нашій країні і за кордоном. Вони є основним засобом безперервного транспорту на вугільних шахтах, але, як показує тривалий досвід їх експлуатації, коефіцієнти використання конвейєрів по продуктивності й за часом через нерівномірно вступників на них вантажопотоків вугілля залишаються ще дуже низькими й коливаються в межах 0,28-0,75. Це приводить до додаткових витрат електроенергії й устаткування конвейєрів і отже, до підвищення вартості транспортування вугілля. У цей час зі збільшенням довжини конвейєрів і їх продуктивності особливе значення набувають питання плавного пуску стрічкового конвейєра [1]. Даному питанню й буде присвячена дана робота.

1 АКТУАЛЬНІСТЬ ТЕМИ

Питаннями пускових режимів стрічкових конвейєрів займаються вітчизняні й закордонні вчені: член кореспондент СРСР А.О.Співаковський [1], проф. В.М.Дмитрієв [10], проф. І.Г.Штокман [11], проф. Б.А.Кузнецов, буд.т.зв. Н.Я.Біличенко, к.т.зв. проф. Л.Г.Шахмейстер [9], к.т.зв. Е.Х.Завгородний, к.т.зв. В.І.Лескевич, к.т.зв. В.М.Назаренко.

Недовикористання конвейєрів приводить до невиправданих витрат на електроенергію, зменшенню термінів служби стрічки й роликів і, отже, до підвищення вартості транспортування вугілля. Для ефективного функціонування конвейєрного транспорту необхідно забезпечувати максимально можливе заповнення стрічки. Але гірничий вантажопотік відрізняється нерівномірністю через простої виємочного устаткування. Як наслідок із цього виникають труднощі із заповненням вантажонесущого органа конвейєра - стрічки. При зменшенні швидкості руху стрічки, зменшується довжина пробігу, при транспортуванні певної кількості вугілля. Знижуючи швидкість стрічки у заданий час, ми збільшуємо технічний ресурс стрічки. Як відомо стрічка становить 60 % вартості конвейєра, і якщо нам удасться продовжити термін служби стрічки хоча б на декілька місяців, то ми одержимо величезний економічний ефект.

Показник питомої витрати енергії на транспортування одиниці маси вантажу не відбиває дійсну енергоефективність систем приводу при змінній продуктивності завантаження конвейєра. При пуску збільшуються результуючі натяги в конвейєрній стрічці й зусилля в елементах конвейєра, ці зміни можуть привести до нестійкої роботи приводного барабана, наприклад часткової або повній пробуксовці. Пробуксовка неприпустима з багатьох причин: відбуваються інтенсивне зношування футеровки барабана й нижньої обкладки стрічки, нагрів барабана, різке зниження коефіцієнта зчеплення, при якому затрудняється пуск конвейєра і його подальша нормальна робота. Усе це може стати причиною аварійних ситуацій і навіть бути причиною виникнення пожежі, що неприпустимо в умовах шахт Донбасу, оскільки приводить не тільки до матеріального збитку, але й до більших людських жертв. З вище сказаного випливає, що тема даної роботи актуальна.

2 ЗВ'ЯЗОК РОБОТИ З НАУКОВИМИ ПРОГРАМАМИ, ПЛАНАМИ, ТЕМАМИ

Кваліфікаційна робота магістра виконувалася протягом 2009-2010 рр. відповідно до наукових напрямків кафедри "Гірничозаводського транспорту й логістики" Донецького національного технічного університету.

3 МЕТА ТА ЗАДАЧІ ДОСЛІДЖЕНЬ

Ціль роботи: розробити й вибрати раціональні параметри для плавного пуску стрічкового конвейєра, що дозволить підвищити ефективність використання конвейєрів, збільшити термін служби інших рухливих вузлів конвейєра, знизити витрата електроенергії на матеріал, що транспортується. Для досягнення поставленої мети необхідно розв'язати наступні основні завдання:

1. Проаналізувати різні способи й конструктивні схеми;
2. Скласти математичну модель для плавного пуску асинхронного двигуна;
3. Установити ступінь взаємозв'язку динамічних процесів двигуна й конвейєра;
4. Обґрунтувати оптимальні параметри пуску стрічкового конвейєра;

Об'єктом досліджень є стрічковий конвейєр, який служить основним засобом безперервного транспорту на вугільних шахтах. У даній роботі зроблений огляд літератури по даній темі, вивчені питання про розрахунки перехідних процесах при пуску конвейєра, динамічних натягах, визначення натягів у стрічці при пуску конвейєра. Проаналізовані способи регулювання пуску стрічкового конвейєра: реостатне регулювання, регулювання величини напруги, що запитує статорні обмотки, частотне регулювання, складена математична модель асинхронного двигуна.

4 НАУКОВА НОВИЗНА

Наукова новизна роботи полягає в моделюванні процесів у стрічці конвейєра при пуску, що дозволить визначити раціональне значення часу розгону приводу, забезпечуючи максимально швидкий пуск при мінімальних динамічних зусиллях у стрічці.

5 ПРАКТИЧНЕ ЗНАЧЕННЯ ОТРИМАНИХ РЕЗУЛЬТАТІВ

Складена програма - алгоритм, яка показує на графіку більш природню механічну характеристику асинхронного електродвигуна з урахуванням витиснення магнітного потоку в роторі, у зв'язку із цим пусковий момент збільшується. Моделювання процесів у стрічці конвеєра при пуску дозволить визначити раціональне значення часу розгону приводу, забезпечуючи максимально швидкий пуск при мінімальних динамічних зусиллях у стрічці.

6 РОЗРАХУНОК І АНАЛІЗ МЕХАНІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК АСИНХРОННОГО ЕЛЕКТРОДВИГУНА

Приблизно можна вважати розподіл опорів рівномірним по довжині конвейєра.

Схема конвейера показана на рис.1

Рисунок 6.1 – Розподіл опорів по довжині конвейєра

Сили тяги Fт визначається моментом асинхронного електродвигуна M(w), і залежать від швидкості обертання вала двигуна w:

(6.1)

Однієї з основних характеристик АД є механічне характеристика n2 = f(М) – залежність частоти обертання n2 від моменту М на валу двигуна описується рівнянням:

(6.2)

При збільшенні навантаження на валу ковзання S збільшується, а частота обертання ротора знижується на 5...10%, тобто механічна характеристика n = f (M) АД є твердою. Зміна напрямку обертання ротора АД - реверсування - здійснюється перемиканням будь-яких двох проводів трифазної системи, що живить двигун. Залежність моменту асинхронного електродвигуна від частоти обертання виражається механічною кривою асинхронного електродвигуна. Обертаючий момент АД пропорційний квадрату фазної напруги U1ф мережі й залежить від ковзання S, тобто:

(6.3)

где m1 - число фаз статора; – активний, індуктивний опір обмотки статора й наведенні опори обмотки ротора, S - номінальне ковзання, р - число пар полюсів, f - частота мережі, U1 - фазна напруга.

Величини критичного ковзання Sкр і пускового моменту Мп залежать від опору пасма ротора, при чому момент Мп росте зі збільшенням, досягаючи Ммах при – наведений опір пускового реостата, використовуваного в АД з фазним ротором для зниження пускового струму, збільшення пускового моменту, забезпечення плавності пуску й регулювання частоти обертання ротора.

Побудуємо уточнену механічну характеристику M = f (S) трифазного асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором типу 4А160М4У3, напругою 220/380 В, частотою обертання 1465 про/хв. Параметри схеми заміщення цього двигуна: Перевантажувальна здатність двигуна a = 2,3, кратність пускового моменту Мп/Мнон = 1,0, ковзання Sн = 0,023.

Для одержання даних, необхідних для побудови механічної характеристики двигуна використовуємо формулу обертаючого моменту:

(6.4)

Пусковой момент двигуна Мп = Мном = 121 Н•м.

Максимальний момент двигуна Ммах = a Мном = 2,3•121 = 278 Н•м

Критичне ковзання Sкр = 0,158/(0,521+0,892)=0,112.

Зміна ковзання S від 0 до 1,0 будуємо механичну характеристику двигуна, наведена на рис.6.2

Рисунок 6.2 – Механічна характеристика двигуна 4А160М4У3 (анімація: об’єм – 28,2 КБ; розмір – 509x388; кількість кадрів – 5; затримка між кадрами – 50 мс; затримка між першим та останнім кадром – 100 мс; кількість циклів повторення – 5)

Механічна характеристика двигуна побудована на рис.6.2 суттєво відрізняється значенням пусковим моментом двигуна, за рахунок наведеного активного опору ротора, що суттєво збільшує плавний запуск конвеєра й регулювання частоти обертання ротора.

Загальне тягове зусилля конвейєра W0, складається з опору руху на вантаженій і порожній галузях конвейєра:

W0= k (Wгр+Wпор),

где: k – узагальнений коефіцієнт, що враховує додаткові зосереджені опори;

Wгр – опір руху на вантажній галузі;

Wпор – опір руху на порожній галузі;

Загальне тягове зусилля конвейера W0:

W0= 1.3 (70000-5250)=84000 Н.

Поряд із системами, що мають тільки елементи, що перебувають в обертовому руху, іноді доводиться зустрічатися із системами, що рухаються поступально. У цьому випадку замість рівняння моментів необхідно розглядати рівняння сил, що діють на систему.

При поступальному руху зрівняльна сила F завжди врівноважується силою опору машини Fc і інерційною силою виникаючої при змінах швидкості. Якщо маса тіла m виражена в кілограмах, а швидкість V - у метрах у секунду, то сила інерції, як і інші сили, що діють у робочій машині, виміряються в ньютонах.

Відповідно до викладеного рівняння рівноваги сил при поступальному руху записується так:

(6.5)

Приймемо, що маса тіла є постійна, що справедливо для значного числа виробничих механізмів.

Повне рівняння для знаходження характеристики розгону двигуна V(t):

(6.6)

Для реалізації режиму ефективного пуску необхідне застосування технічних обладнань, що забезпечують плавне наростання моменту двигуна протягом певного часу до значення, відповідного до рушання стрічки, після чого проводиться переключеня двигуна в номінальний режим роботи.

ВИСНОВОК

У результаті науково-дослідної роботи були зібрані й вивчені матеріали з питань, пов'язаним з темою магістерської роботи. Математична модель розробляється таким чином, що крім обертаючого моменту враховуються також сили інерції й сили опору, що дозволить одержати більш точну пускову характеристику двигуна. Змінюючи такі параметри як напругу, частоту й швидкість можна буде одержувати різні механічні характеристики двигуна. Параметри робочої напруги у свою чергу розраховуються по Т - образній схемі, Г - образна схема вимагає уточнення із за коефіцієнта, що представляє відношення напруги мережі U1 до ЕРС статора, але це досить мало відрізняється від одиниці. І при розрахунках погрішність виміру складе від 2 до 5 %. На даному етапі розробляється графік залежності швидкості від часу при пуску конвейєра, що дозволить у перспективі вибирати оптимальні параметри для плавного пуску конвеєра й реальних умов його експлуатації.

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

1. Співаковський А.О. Стрічкові конвейєри в гірничий промисловості. Москва 1982 г,- 425 с

2. Шахмейстер Л.Г., Дмитрієв В.Г. Теорія і розрахунок стрічкових конвейєрів. Москва 1986 г.- 430 с.

3. Масандилов Л.Б., Москаленко В.В. «Регулювання частоти обертання асинхронних двигунів», Москва «Енергія», 1978 г – 98 с.

4. Вольдек А.И. Электричні машини. Видавництво «Енергия» Ленінградське віділення 1974 г., – 840 с.

5. Будішевський В.А., Сулима А.А. «Теоретичні основи і розрахунки транспорту енергоємних виробництв», Донецьк 1999 г,- 216 с.

6. Ороховський И.И. Доцільність регулювання стрічкових конвейєрів. "Вугілля України" 1977 г, №5, - 121 с.

7. Кучерявенко В.Ф. Регульований конвейєр - основа підвищення ефективності транспортування гірничої маси. Глюкауф 2008 №3, 153 с.

8. Шахмейстер Л.Г., Дмитрієев В. Г., Лобачьова А. К. “Динаміка вантажопотоків і регулювання швидкості стрічкових конвейєрів” М., 1972 – 173 с.

9. Шахмейстер Л.Г., Дмитрієв В.Г. Теорія і розрахунок стрічкових конвейєрів. – 2-е видання, перероблено и доповнене – М, 1987, - 336с.

10. Транспорт на гірничих підприємствах. Під загальною редакцією проф. Кузнецова Б.А., М.: “Недра” 1976, 552с. Авт.: Кузнецов Б.А., Ренгеніч А.А., Штокман В.Г. и др.

11. Шубенко В.А., Цеглярів В.М., Томашевский Н.І. Установка для експериментального запису статичних і динамічних характеристик асинхроних машин. Изв.вузів. Гірничий журнал, №1, 1968,- 34 с.

12. Сургай Н.С. – Перспективи напрямку розвитку вугільної промисловості. Вугілля України № 12, 2004 г. – с. 11 – 12.

13. Бєлов Н.В. Автоматизований електропривод типових виробничих механізмів і технологічних комплексів. М-2007 г,- 350 с.

14. Осипов О.И. Частотно-регульований електропривод. Москва 2002 г,- 205 с.

15. Оніщенко Г.Б. Електричний привод. Москва 2003 г,- 320 с.

16. Копилов И.П., Клоков Б.К. Довідник по електричним машинам. Москва 1988 г., – 455 с.

17. Кацман М.М. Електричні машини. Москва «Висша школа» 1990 г.,– 463 с.

18. Половінкін А.И. Основи інженерної творчості. М. 1988 г,- 368 с.

19. Кузнецов М. И. Основи Електротехніки. Навчальний посібник. Вид. 10-е, доп. «Висша школа», 1970. Режим доступа: ссилка http://www.td-helz.com.ua/Speed_Motor_article.html

20. Чубов А.В. Стаття. Заміна електроприводів постійного струму на асинхронний двигун і частотний перетворювач. Режим доступа: ссилка http://pechatnick.com/analitika/articles/index.phtml?id=837

ДОГОРИ

При написанні даного автореферату магістерська робота ще не завершена. Дата кінцевого завершення роботи: 1 грудня 2010 р. Повний текст роботи та матеріали за темою можуть бути отримані у автора або у його наукового керівника після вказаної дати.