Управління в технічних системах
Шахтні підйомні установки призначені для видачі корисного викопного або породи, підйому і спуску людей, обладнання та матеріалів. Від надійної безперебійної та продуктивної роботи шахтного підйому залежить робота всієї шахти в цілому, тому до підйомних установкам пред'являють особливі вимоги щодо надійності і безпеки роботи. Фактичний ресурс підйомної установки, як правило, збігається з терміном служби гірничого підприємства, однак для збереження конкурентоспроможності продукції гірничодобувне підприємство зобовʼязане постійно вдосконалювати не тільки техніку і технологію видобутку корисних копалин, а й інші технологічні ланки, серед яких підйомна установка є найбільш значущим.
Одним із способів підвищення ефективності роботи підйомної установки є оптимальна настройка системи управління електроприводу з метою зменшення поздовжніх коливань в канатах, що дозволяє знизити їх знос, так як заміна канатів в підйомної установці є трудомісткою і дорогою операцією, при якій підйом корисної копалини неможливий.Тому підвищення експлуатаційних властивостей підйомної установки на основі обґрунтування і вибору структур систем управління електроприводом підйомних установок за критерієм максимального демпфірування коливальних процесів в пружних елементах є актуальною науковою задачею.
Автоматизація виробничих процесів відіграє величезну роль в сучасному виробництві. Особливо останнім часом, коли в апаратуру автоматизації стали, впроваджуючи досягнення мікропроцесорної техніки, можливості цієї апаратури вийшли на новий технічний рівень.
Підвищення потужності гірничих підприємств, інтенсифікація гірських робіт, збільшення глибини шахт зумовлюють зростання енергоспоживання і збільшення одиничної потужності шахтних стаціонарних машин. зростає необхідність подальшого вдосконалення їх систем автоматичного управління.
До основних вимог, що предʼявляються до перспективних систем, електроприводу, слід віднести велику потребу в застосуванні регульованого електроприводу, що необхідно для підвищення продуктивності праці.
Підйомна установка шахтна – основний транспортний комплекс, зв'язує підземну частину шахти з поверхнею; придназначена для видачі ні поверхню видобувається корисної копалини і одержуваної при проходці гірських виробок породи, спуску і підйому людей, транспортування гірничо – шахтного устаткування і матеріалів, а також огляду армування і кріплення стовбура шахти.
Підйомні установки класифікують за призначенням – на головні або вантажні (для транспортування корисних копалин), допоміжні або грузолюдские (для транспортування породи, матеріалів, обладнання, спуску і підйому людей); за типом стовбура шахти – на вертикальні і похилі; по числу канатів; за типом органів навивки; по типу підйомних посудин – на скіпові, клітьового, Скіп – клітьового, бадейние; за ступенем врівноваженості.
Як вантажних застосовуються, як правило, двухскіповімі підйомні установки; односкіповіе підйомні установки з протівагою Використовують на шахтах невелікої продуктівності при многогорізонтной работе або необхідності роздільного відачі різніх сортів (марок) корисних копалин. Клітьові підйомні установки застосовуються для шахт невелікої продуктівності и Глибинне. Найбільші скіпові установки ма ють продуктивність более 1200 т/ч (Скіпі вантажопідйомністю до 60 т, швидкість руху до 25 м/с).
Для вертикального підйому використовують барабанні одноканатні або багатоканатні зі шківом тертя підйомні машини.
Метою магістерської дисертації є – забезпечення динамічних режимів роботи підйомної установки за рахунок розробки системи автоматичного управління, що дозволить витримувати задану тахограми швидкості підйому при дотриманні допустимих напруженнями в вузлах підйомної машини.
Для виконання даної мети поставлені наступні завдання дослідження:
Обʼєкт дослідження:система автоматичного управління підйомною установкою в умовах шахти Комсомолець Донбасу.
Предмет дослідження: підйомна шахтна установка.
Більше 90% підйомних машин, що знаходяться в експлуатації у вугільній і гірничорудної промисловості країн СНД, оснащуються електроприводом з двигунами змінного струму, в основному асинхронними електродвигунами з фазним ротором. Це пояснюється перевагою цього електроприводу, а саме: низька ціна обладнання і будівельно-монтажних робіт, простота обслуговування, малі витрати часу на обслуговування і на відновлення при відмовах, легкість резервування, висока експлуатаційна надійність.
Як електроприводу змінного струму в залежності від потужності і типу підйомної машини застосовуються асинхронні двигуни з фазним ротором серії АК і АКН.
Електродвигуни незахищеного виконання серії АКН встановлюються на двох стоякових, литих, рознімних підшипниках ковзання з кільцевим мастилом, з двома кінцями валу: один – для приєднання до редуктора підйомної машини за допомогою напівмуфти, інший – для зчленування з тахогенератором через клиноременную передачу. Виконання двигуна – відкрите з самовентиляцією. Обмотка статора має шість висновків для підʼєднання до мережі 6 або 3 кВ. вона двошаровий петлевая з ізоляцією класу А, а ротора – класу В. Контроль температури обмоток статора двигуна ведеться за допомогою термореле, а підшипників – термосигналізатори.
Електродвигуни серії АКН входять в комплект шахтних підйомних машин потужністю від 200 до 1600 кВт з синхронною частотою обертання від 250 до 600 об/хв.
Електродвигуни серії АКЗ в захищеному виконанні призначені для приводу підйомних машин малих потужностей від 55 до 320 кВт на напрузі 220/380, 380, 500 і 3000 В. Ці електродвигуни більш швидкохідні (600-1000 об/хв).
Найбільшого поширення в шахтному підйомі отримало регулювання швидкості і моменту асинхронних двигунів з фазним ротором зміною опору в ланцюзі ротора. при металевих опорах (металевому реостате) в ланцюзі ротора швидкість змінюється ступінчасто, при рідинному реостате - безступінчатий. на поверхневих підйомних установках застосовується, в більшості випадків, асинхронні двигуни з фазним ротором і металевим реостатом в ланцюзі ротора, на підземних - з рідинним реостатом.
При всій простаті приводу змінного струму з опорами в ланцюзі ротора, він має істотні недоліки:
Шахтна підйомна машина входить до складу іншого піднімального встаткування і є основною частиною шахтної підйомної установки (рис 1). З усіх машин, що застосовуються при підземному видобутку в гірничій промисловості, підйомна машина займає найбільш відповідальне місце. вимушений останов машини фактично припиняє всю видобуток шахти, приносячи величезних збитків. Це визначає високі вимоги до технічного рівню підйомних машин і якістю їх виготовлення.
Підйомна машина (далі машина) складається з головного валу, що включає орган навивки, механізм перестановки і корінні підшипники; гальмівного пристрою; з'єднувальних муфт; редуктора; електроприводу; апаратури управління, захисту і блокувань.
Так як орган навивки (барабан або канатоведучий шків) відіграє чільну роль, дамо такі визначення підйомних машин по типу органу навивки.
Рисунок 1– Шахтна підйомна установка ШПУ
Машини однобарабанні одноконцевие - складаються з одного циліндричного барабана, на який намотується один канат з вантажем на кінці. Такі машини застосовуються, головним чином, при проходці вертикальних стволів і в похилих виробках.
Машини однобарабанні з розрізним барабаном двухконцевая - складаються з одного циліндричного або біціліндроконіческого барабана. Кінці двох незв'язаних між собою канатів закріплені у протилежних реборд, і при цьому один канат навивається на барабан, а другий в цей час змотується, тобто відбувається одночасно підйом і спуск двох судин. Обечайка барабана поблизу однієї з реборд має поперечний кругової розріз. При цьому велика частина барабана жорстко з'єднана з корінним валом, а менша, завдяки механізму перестановки, - може повертатися і жорстко з'єднуватися з валом в будь-якому положенні. Ці дві частини барабана так і називаються - заклиненому і переставна частини.
Машини з розрізним барабаном можуть бути ефективними при обслуговуванні декількох робочих горизонтів у вертикальному шахтному стовбурі. Однак на практиці наявність переставной частини барабана використовується, як правило, лише в процесі зміни навішування канатів і для точної установки судин на приймальному майданчику основного обслуговується горизонту.
Машини двухбарабанние двухконцевая - складаються з двох автономних
барабанів. Кінці двох незв'язних між собою канатів закріплені у
протилежних реборд різних барабанів. При цьому один канат навивається
на один барабан, а другий в цей час змотується з другого, тобто
відбувається одночасно підйом і спуск двох судин, як і в системі з
одним розрізним барабаном. Один з барабанів жорстко з'єднаний з корінним
валом, а другий, завдяки спеціальному механізму перестановки
, - може
повертатися і жорстко зʼєднуватися з валом в будь-якому положенні. ці два
барабана так і називаються - заклинений і переставной.
Машини одноканатні і багатоканатні зі шківами тертя (Канатоведучих шкивами) - являють собою шків з одного канавкою під канат або суцільнозварний барабан з декількома кільцевими канавками (Струмками) для такої ж кількості канатів. Робота таких машин заснована на передачі тягового зусилля силами тертя (зчеплення) на ділянці прилягання каната до обода шківа.
Машини нескінченної відкатки
. Застосовувані в горизонтальних і
похилих виробках. У таких машинах один, спеціальним чином
зчалених канат, утворюючи нескінченну
петлю, приводиться в рух
шківом тертя з конічним або параболічним профілем канавки. при
цьому канат обвивається навколо шківа декількома витками, які в міру навивки безперервно зміщуються в осьовому напрямку шківа в сторону
найменшого радіуса навивки.
Машини з багатошарової навивки каната на барабан. багатошарова навівка каната (до трьох шарів) використовується в тих випадках, коли через обмежених експлуатаційних умов немає можливості застосувати машину з належним діаметром і шириною барабана. У таких системах канат піддається додатковому зносу, часто має місце неврегульована кладка каната, але в ряді випадків багатошарове намотування є єдино можливим засобом для підйому вантажу з великих глибин.
Головний стовбур обладнаний двома скипами СН15-223-1,1 для видачі гірської маси і Ськіпом СН-7-185-1,1 для видачі породи. допоміжний стовбур обладнаний двоповерхової кліттю 2НОВ400-13,2-0,2. вентиляційні стовбури №1 і №2 призначені для видачі вихідного струменя повітря і в Як запасних виходів, обладнані одноповерховими клітями 1НОВ400- 9,0.