книги / Скребковые конвейеры

гидромуфту на стенд и заливают рабочую жидкость. С помощью фрик­ ционного тормоза останавливают турбинное колесо и включают электро­ двигатель. После достижения рабочей жидкостью температуры 70-80 °С турбинное колесо следует растормозить и прокрутить гидромуфту на холостом ходу в течение 10 мин. Наличие утечки рабочей жидкости определяют с помощью листа белой бумаги размером 100x450 мм, установленного параллельно оси гидромуфты на расстоянии 100—150 мм в течение 5 -10 с. Затем производят снятие внешних характеристик при различных наполнениях гидромуфты. Снятие внешних характеристик как гидромуфт, так и электродвигателей осуществляется при плавном росте нагрузки (в течение не менее 20 с) до полной остановки турбин­ ного колеса (при испытании гидромуфт) или ротора двигателя (при испытании электродвигателей). В процессе испытаний производится запись передаваемого крутящего момента М, частот вращения ротора двигателя со и турбинного колеса 12 с помощью тахогенераторов ТМГ- ЗОП, тензоусилителя ТА-5 и светолучевого осциллографа типа Н700 или Но42. КПД гидромуфты находят по формуле v = (12/со) 100 %. Затем строят внешние характеристики М = /(5 ), где 5 = 1 —т?,или электро­ двигателя М = /(со).

Внешние характеристики гидромуфт строят для каждого заполне­

ния.

На этом же стенде проводят испытания гвдромоторов с примене­ нием дополнительного редуктора, тиристорного привода и др.

Проверку отношения пускового крутящего момента к номиналь­ ному производят путем замера крутящего момента, передаваемого гидромуфтой (или другой передачей) при застопоренном вале турбин­ ного колеса, а в случае одного электродвигателя при застопоренном роторе с помощью колодочного фрикционного тормоза. Через 10—15 с электродвигатель отключают от сети.

Проверку отношения динамического момента к номинальному производят путем замера величины динамического момента при вре­ мени торможения вала турбинного колеса или ротора электродвигателя (в случае испытаний электродвигателя без гидромуфты или тиристор­ ного привода) и 0,5 с до полной его остановки. Начальная температура исследуемого агрегата при снятии всех характеристик должна быть равной 60-70 °С.

Проверку превышения установившейся температуры исследуемо­ го агрегата над температурой окружающей среды производят на стенде при номинальной нагрузке и номинальной частоте вращения электро­ двигателя. Агрегат при этом закрывают специальным кожухом.

Температуру измеряют с помощью термопары ТХК и милливольт­ метра МПП-154М в течение 3—4 ч до наступления установившейся тем­ пературы.

Температуру и надежность срабатывания тепловой защиты гидро­ муфт с температурой плавления пробки 130 °С проверяют при пол­

ностью заторможенном турбинном вале. При этом производят замеры времени (секундомером С-П-18) и регистрацию крутящего момента до полного опорожнения гидромуфты.

Для проведения указанных исследований необходимы следующие приборы и инструменты: тахогенератор ТМГ-ЗОП; тензоусилитель ТА-5; осциллограф Н700 или НО-42; термопара ТХК; милливольтметр МПП154М; секундомер С-11-18; электросекундомер ПВ-53; реле времени Е-52; счетчики импульсов СБ 1м/100; переносной измерительный комп­ лект К51 с блоком трансформаторов тока и напряжения. Плавное нагру­ жение обеспечивают электромагнитным порошковым тормозом. Пус­ ковые режимы и режимы экстренного торможения обеспечивают с по­ мощью электромагнитного фрикционного колодочного тормоза. В ка­ честве рабочей жидкости при испытании гидромуфт применяют масло Индустриальное-12А. Крутящие моменты измеряют с помощью датчи­ ков омического сопротивления, наклеенных по полумостовой схеме на специальном тензовале, который служит соединительным звеном между исследуемым объектом и тормозом. Съем электросигналов от датчиков омического сопротивления осуществляется с помощью токо­ съемного устройства на тензовале.

Каждый из режимов работы осциллографируется не менее трех раз с целью получения достоверных результатов. Точность измерений крутящих моментов составляет ±2,5 % в переходных режимах работы и ±0,5 % в установившихся. Точность измерений частоты вращения составляет в переходных режимах ±3 %, в установившихся — ±0,1 %.

3.2. СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Забойные скребковые конвейеры в большинстве случаев приводят­ ся от короткозамкнутых асинхронных электродвигателей, движуцшй момент которых зависит в основном от угловой скорости ротора. Эта зависимость обычно задается графически в виде статической механичес­ кой характеристики. Асинхронный электродвигатель имеет одну стати­ ческую и бесконечное множество динамических характеристик.

Статическая характеристика для асинхронных двигателей обычн^го исполнения с достаточной точностью выражается известной формулой Клосса. Для двигателей с двойной беличьей клеткой зависимость. элект_ ромагнитного момента от скольжения может быть выражена формулой

2МХ(J + 6)	2М2 (1 + 6)
Л*э(5) =	(3-0

где Мх иМ 2 —условный критический момент соответственно пусковой и рабочей беличьей клеток; 5Г S2 - соответствующие условные критиЧес“

Рис. 3.1. Устойчивые участки паспортной и реальной статической характеристик электро­ двигателя ЭДКОФ42/4

*>р,<Г

/5о\-

!25У~	Мг, Н м
2fut 5 0 0

ный момент двигателя; а>р —угловая скорость ротора двигателя.

На рисунке показано влияние изменения скорости ротора электро­ двигателя, на статическую характеристику серийного блока при напол­ нении гидромуфты Тл32Н рабочей жидкостью в количестве 11 л (штри­ ховыми линиями показаны величины и характер изменения передавае­ мых моментов и скоростей при незначительном изменении скорости двигателя).

Гидродинамическая муфта, так же как и асинхронный электродви­ гатель, имеет одну статическую и бесконечное множество динамических характеристик. Однако статическая характеристика гидромуфты - пространственная, так как передаваемый гидромуфтой Момент М яв­ ляется нелинейной функцией двух независимых переменных —угловых скоростей насосного о? и турбинного £2 колес.

кие скольжения; SR — критическое скольжение двигателя, S K « е. В период действия значительных перегрузок снижается напряжение на зажимах двигателя. Это вызывает уменьшение электромагнитного мо­

мента, связанного с напряжением квадратичной зависимостью. На осно­

вании рассмотрения схемы замещения системы сеть -

трансформатор -

двигатель при учете xapaKfepa изменения

реактивных

сопротивлений

и паспортной токовой характеристики двигателя

получено упрощенное

выражение для поправочной функции

___

NTn

0,155 .— 7 T — y / S 2+ S v

zN

______

*

* „(*)

= I-

ДВ

] 2,(3.2)

N ..

____

N

+ ~

^

~ )

0,15— Т ^ - У /S

+ S +5(0,01 e + X

л

N C

гАГдв

к

к

где

—полная мощность соответственно трансформатора и дви­

гателя;

кВ •

A;

z — число двигателей, одновременно

подвергнутых

перегрузкам;

ек

— относительное напряжение короткого замыкания;

Хл —реактивное сопротивление кабельной линии; Nc - мощность шахт­ ной сети.

На рис. 3.1 показаны устойчивые участки паспортной статической характеристики электродвигателя серии ЭДКОФ42/4 (кривая 1) и реаль­ ная характеристика в условиях питания двигателя от участковой транс­ форматорной подстанции при значительной длине кабельной линии (кривая 2). Здесь приняты следующие обозначения: ~М - электромагнит-

На плоскости (£2, М) характеристика гидромуфты изображается

семейством кривых М(£2), каждая из которых справедлива при опре­ деленном значении со. При этом любой точке плоскости (£2, М) при за­ данном направлении вращения насосного колеса соответствует опреде­ ленный режим работы муфты. Основные из этих режимов следующие:

1)	редукторный, при котором |<о| >	|£2|; со/£2 > 0;
2)	мультипликаторный, при котором	|с о |< |£ 2 |; со/£2 > 0;

3)режим противовключения, при котором со/£2 < 0;

4)режим стопорения, при котором со=£ 0; £2 > 0.

Совместная работа насосного и турбинного колес является слож­ ным процессом, в основу современных методов рачета которого поло­ жена струйная теория лопастных машин Эйлера. Согласно этой теории при решении задач должны быть приняты следующие допущения.

1. Поток в области рабочего колеса, имеющего бесконечно большое число бесконечно тонких лопаток, представляет собой элементарные струи, разделенные поверхностями тока осесимметричного потока в меридиональном сечении.

2.Входные условия лопастной системы последующего колеса опре­ деляются выходными условиями лопастной системы предыдущего ко­ леса. Поток на выходе из рабочего колеса следует по направлению вы­ ходного элемента лопатки.

3.Относительное движение в струйках является установившимся

ибезотрывным.

4.Соблюдается закон подобия и предполагается, что гидравличес­

кие потери не зависят от числа Рейнольдса.

Физическая картина потока в гидромуфтах достаточно близко отражается этой теорией. Однако только с помощью эксперименталь­ ных исследований по изучению сложной структуры потока и теоретичес­ кого обобщения этих исследований на основе теории подобия позволяет дать точное решение и расчет гидравлических процессов.

Методы расчетов гидродинамических передач исходят из представ­ лений о ’’средней” струйке, как это принято в теории гидравлических машин. Реальная картина потока при этом заменяется идеализированной схемой, где движение массы жидкости представляется эквивалентной ’’средней” струйкой. Это облегчает задачу, т.к. позволяет осреднить кинематические параметры и иметь дело с одной ’’средней” линией тока.

Внешние статические характеристики серийно выпускавшейся гидро­ муфты Тл32Н, используемой в приводах забойных скребковых кон­ вейеров (см. рис. 3.2). Зависимость момента от скольжения М = /($ ) при работе с электродвигателем ЭДКОФ42/4 имеет ’’провал”. Kpo-i ме того, в зоне скольжений от 20 до 100% электродвигатель начи­ нает опрокидываться, так как частота его вращения снижается до 1100 мин’ 1 Это свидетельствует о неудовлетворительных предохрани­ тельных свойствах гидромуфты Тл32Н.

Рис. 3.2. Влияние изменения частоты Рис. 3.3. Статические характеристики вращения ротора электродвигателя на гидромуфты Тл32 статическую характеристику серийно* го блока

Статическая характеристика гидромуфты ТЛ32, которую широко применяли в приводе забойных конвейеров, приведена на рис. 3.2. Здесь же показаны динамические характеристики при различной про­ должительности торможения на стенде при заполнении 8,5 л. В процессе нагружения часть жидкости сливается из рабочей полости в предкамеру, в связи с этим характеристики серийно выпускаемых гидромуфт имеют три характерные зоны (рис. 3.3) —устойчивый участок, неустойчивый участок и соединяющий их участок провала. На устойчивом участке гидромуфта работает вплоть до начала слива жидкости в предкамеру. Участок ’’провала” характеризуется сливом жидкости, и уменьшение момента продолжается до тех пор, пока не заполнится предкамера. Неустойчивая часть характеристики соответствует работе муфты при но­ вом заполнении, определить которое для этого типа муфт оказывается сложно.

3.3. ПУСКОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Частые запуски привода забойных конвейеров требуют учета дина­ мических усилий, которые в основном зависят от динамических харак­ теристик элементов привода —электродвигателей и гидромуфт.

Исследование динамических характеристик элементов привода при пуске в связи с этим имеет важное значение.

Пусковая динамическая характеристика электродвигателя ЭДКОФ42/4, полученная путем интегрирования на ЭЦВМ дифференци­ альных уравнений движения двигателя при разгоне вхолостую на кон­ вейере от трансформатора ТМШ 320/6 напряжением 380 В при длине кабельной линии трансформатор — потребитель 300 м, приведена на рис. 3.4, где Мэ —электромагнитный момент двигателя, S —скольже­ ние.

s

-О,г

о

Ц2

0,ь

Оф

Ш	8 0 0 Мъ,н - м

Рис. 34 . Пусковая динамическая характеристика электродвигателя ЭДКОФ42/4

Рис. 3.5. Осциллограммы запуска асинхронно­ го короткозамкнутого электродвигателя ЭДКОФ53/4 при застопоренном роторе

Экспериментальная проверка на стендах завода ’’Свет шахтера” подтвердила полученное теоретическим путем описание электромагнит­ ного момента двигателя при запуске вхолостую.

Запуск асинхронного короткозамкнутого электродвигателя Э1ЦСОФ53/4 мощностью 110 кВт при застопоренном роторе был осу­ ществлен на этом же стенде с записью осциллограмм (рис. 3.5). Здесь

t - время протекания процесса запуска, с; MQ	суммарный момент на
тензометрическом валу измерительного устройства, Н • м.
При пуске на заторможенный вал динамический крутящий момент
достигает максимального значения (6,6 ^ ном)	—номинального значе­

ния для этих электродвигателей. При этом значении электродвигатель опрокинулся. Пульсации динамического момента электродвигателя как при пуске вхолостую, так и при застопоренном тяговом органе вызывают значительные динамические усилия в трансмиссии, тяговом

126

органе. В случае применения гидромуфт эти пульсации сглаживаются и действуют, как это показали исследования, только в соединительном элементе между насосным колесом и электродвигателем.

Введение предохранительной гидродинамической муфты в кинема­ тическую схему привода забойного конвейера позволяет довольно простым способом осуществлять управление пуском машины, ограни­ чить действующие динамические усилия.

Передаваемый гидромуфтой момент в неустановившемся режиме работы определяется не только скольжением рабочих колес, но и дейст­ вующими ускорениями.

Уравнение напоров в переходном режиме работы гидромуфты с учетом инерционного напора:

' ' « - Я , - 2:Я по, + « д .

где Нн — напор насосного		колеса;	Н -	напор турбинного колеса;
2 # п0т ~ суммарные потери напора;			Яд	— инерционный напор; L —
длина средней струйки; W		скорость циркуляции рабочей жидкости;
g —ускорение свободного падения.
При составлении баланса напоров в переходном режиме необхо­
димо учитывать	допущения для статических режимов и, кроме этого,
следующие: 1)	коэффициенты потерь напора сохраняют в переходных

режимах значения, установленные для статических режимов. Нестационарность потока учитывается только инерционным напором; 2) в ^уста­ новившихся режимах жидкость в межлопастных каналах движется по тем же траекториям, что и в установившихся.

При рассмотрении пускового режима гидродинамический привод можно представить как двухмассную систему, считая жесткость связей электродвигателя с насосной частью и турбинного колеса с конвейером бесконечно большими. Движение такой двухмассной системы (рис. 3.6)

описывается двумя дифференциальными уравнениями, которые можно получить, применяя принцип Деламбера к ведущей и ведомой частям привода:

	d со
	d t
	(3.4)
М	с +Jт dt

где Л/дв —момент двигателя; MQ — момент внешнего сопротивления, приведенный к турбинному валу; / —момент инерции насосной части; / - момент инерции турбинной части.

Решение системы дифференциальных уравнений (3.4) позволяет

Рис. 3.6. Двухмассная система пуска-	Рис. 3.7. Экспериментальная пусковая
вого режима гидродинамического при-	характеристика гидромуфты Тл32Н
вода

установить продолжительность пуска, действующие динамические наг­ рузки, а также ускорения и скорости. Длительность процесса пуска зависит от величин моментов внешних сопротивлений и инерции турбин­ ной части привода.

Пусковой режим забойного конвейера исследован в работах Б.Л. Да­ выдова, Б.А. Скородумова, Г.В. Вишневецкого. Здесь применены ана­ литические методы исследований, особенность'которых заключается в использовании статических характеристик гидромуфты с применением кусочно-линейной аппроксимации кривых.

Аналитические методы сложны и требуют применения электронных вычислительных машин.

Известны также графоаналитические методы расчета пусковых характеристик гидродинамического привода. При этом предполагаются известными моментные характеристики электродвигателя, гидромуфты и график зависимости внешней нагрузки от скорости ведомого вала.

Поэтому не будем здесь подробно останавливаться на расчете пус­ ковых характеристик серийных гидромуфт Тл32, Тл32М, Тл32Н и им подобных, а приведем для иллюстрации преимуществ привода с гидро­ муфтой лишь экспериментально полученную пусковую характеристику гидромуфты Тл32Н на застопоренный вал с электродвигателем ЭДКОФ42/4 (рис. 3.7).

При указанном темпе роста момента М (см. рис. 3.7) электродви­ гатель разгоняется за 1,5 1,8 с до номинальной скорости. А величи­ на перегрузки трансмиссии и тягового органа при пуске на заклинен­ ный тяговый орган не превышает (1,8 2,2) Л/ном, что в 3,0 3,67 раза меньше динамических нагрузок при пуске электромеханического привода в таких же условиях.

\

Переходную динамическую характеристику короткозамкнутого асинхронного двигателя при резком набросе нагрузки определяют следующими основными факторами: 1) величиной и характером изме­ нения напряжения на зажимах электродвигателя; 2) электромагнитной инерцией обмоток, проявляющейся как запаздывание изменений элект­ ромагнитного момента электродвигателя Мэ при изменении угловой скорости ротора. На рис. 3.1 показана одна из переходных характерис­ тик при резком торможении (кривая 3).

В период действия значительных перегрузок снижается напряжение на зажимах электродвигателя. Это, в свою очередь, уменьшает электро­ магнитный момент, связанный с напряжением квадратичной зависи­ мостью. Резкое изменение скольжения двигателя не вызывает одновре­ менного изменения электромагнитного момента вследствие инерцион­ ных явлений. Влияние электромагнитной инерции тем больше, чем жестче участок механической характеристики двигателя.

На устойчивом участке характеристики влияние электромагнитной инерции описывается: дифференциальным уравнением

- ТэМа п р и 5 < 5 К>	(3.5)
где Л/д — момент, определенный	с учетом статической механической

характеристики и электромагнитной инерции обмоток двигателя при изменении скольжения; Т = ---- -— — электромагнитная постоянная

времени.

От рассмотренных характеристик следует отличать выходные харак­ теристики двигателя, представляющие собой зависимости крутящего момента на валу ротора ЛГдв от его частоты вращения (рис. 3.8). Кру­ тящий момент на валу ротора отличается от электромагнитного момента двигателя на величину момента сил инерции, пропорционального уско­ рению ротора. На рисунке показаны устойчивые участки статической характеристики электродвигателя ЭДКОФ42/4 (кривая 7), реальная статическая характеристика в условиях питания двигателя от участко­ вой трансформаторной подстанции при значительной длине кабельной линии (кривая 2), а также одна из переходных характеристик при рез­ ком торможении ротора (кривая 3).

Существенное влияние на динамические характеристики гидроди­ намического привода оказывает изменение во времени частоты вра­ щения ротора двигателя. Эти изменения связаны в основном с процес­ сами, происходящими в гидромуфте, а также зависят от величины и закона изменения сил сопротивления, от приведенного момента инер­ ции ротора и насосной части гидромуфты и других факторов.

На рис. 3.9 показано влияние изменения скорости ротора на ди-

Рис. 3.8. Устойчивые участки статической характеристики электродвигателя ЭДКОФ42/4

®>ис* 3.9. Влияние изменения скорости ротора на динамическую характеристику серийного приводного блока

намическую характеристику серийного приводного блока при наполне­ нии в гидромуфте ТЛ32Н-11л масла (штриховыми линиями показаны значения и характер изменения передаваемых крутящих моментов и скоростей при незначительном изменении частоты вращения ротора).

Для оценки статических и переходных динамических процессов при резком торможении турбинного колеса были использованы положения, изложенные в трудах ряда отечественных исследователей.

Семейство динамических характеристик гидромуфты ТЛ32 полу­ ченные при различной продолжительности торможения на стенде при наполнении ее 8,5 л (см. рис. 3.3). Анализ результатов проведенных стендовых исследований показал, что динамические характеристики в неустановившемся режиме резкого торможения турбинного колеса существенно отличаются от статической, при этом гидромуфта передает значительно больший крутящий момент, чем реализуется по статической характеристике.

Экспериментальные исследования современных электродвигателей серии ЭДКОФ53/4 в динамических режимах резкого торможения пока­ зали, что работа электродвигателя без гидромуфты характеризуется по­ вышенной динамикой (рис. 3.10). При резком торможении ротора электродвигателя за 0,5 с максимальное значение динамического крутя­ щего момента составляет 5,1 —5,4 номинального значения.

Из приведенных графиков видна необходимость гидромуфт в при­ воде забойных конвейеров с асинхронными короткозамкнутыми элект­ родвигателями. Однако, как видно из приведенных выше данных (рис. 3.3 и рис. 3.9), гидромуфты забойных конвейеров типов Тл32, Тл32М, Тл32Н имеют ряд существенных недостатков - провал в ста­ тической характеристике, повышенный максимальный момент и зна­ чительную инерционность при динамических режимах. Указанные недос-

130