Обоснование и выбор рациональных параметров гидравлического привода одноканатных передвижных проходческих подъемных установок тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.06, кандидат наук Курочкин, Антон Иванович

  • Курочкин, Антон Иванович
  • кандидат науккандидат наук
  • 2017, Магнитогорск
  • Специальность ВАК РФ05.05.06
  • Количество страниц 144
Курочкин, Антон Иванович. Обоснование и выбор рациональных параметров гидравлического привода одноканатных передвижных проходческих подъемных установок: дис. кандидат наук: 05.05.06 - Горные машины. Магнитогорск. 2017. 144 с.

Оглавление диссертации кандидат наук Курочкин, Антон Иванович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Особенности работы проходческого подъема и основные требования, предъявляемые к приводам передвижных проходческих

подъемных установок

1.2 Анализ систем приводов проходческих подъемных установок

1.3 Перспективы применения безредукторного гидропривода в приводе мобильных проходческих подъемных машин

1.4 Постановка задач исследований

Выводы по первой главе

ГЛАВА 2 УРАВНЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО И ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ПРИВОДОВ ОДНОКАНАТНОГО ПРОХОДЧЕСКОГО ПОДЪЕМА

2.1 Выбор динамической модели и вывод уравнений движения механической системы одноканатного проходческого подъема

2.2 Составление и анализ дифференциальных уравнений движения безредукторного гидравлического привода проходческого подъема

2.3 Составление уравнений движения электромеханического асинхронного

привода проходческого подъема

Выводы по второй главе

ГЛАВА 3 СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО И ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ПРИВОДОВ ОДНОКАНАТНОГО ПРОХОДЧЕСКОГО ПОДЪЕМА

3.1 Подготовка системы дифференциальных уравнений к решению

3.2 Начальные условия движения системы

3.3 Исследование влияния конструктивных и динамических параметров подъемных установок на динамические нагрузки системы

проходческого подъема с безредукторным гидроприводом

3.3.1 Динамические усилия в упругих элементах при изменении

удельных утечек и перетечек жидкости в гидроприводе

3.3.2 Оценка влияния гидравлической податливости гидролиний

3.3.3 Влияние эквивалентного демпфирования гидропривода

на динамику проходческого подъема

3.3.4 Динамические нагрузки при изменении жесткости валопровода подъемной машины

3.3.5 Оценка влияния глубины проходки ствола на динамику

подъемной установки

3.3.6 Определение максимальных динамических усилий при изменении величины концевой нагрузки

3.3.7 Степень влияния величины вязкого внутреннего трения каната

3.4 Оценка влияния рациональных конструктивных и динамических параметров подъемной установки с безредукторным высокомоментным гидроприводом на динамические нагрузки и производительность проходческого подъема

3.5 Влияние колебаний скорости передвижной проходческой подъемной машины на режимы предохранительного торможения

3.6 Использование привода передвижной проходческой подъемной установки в режимах предохранительного торможения

3.7 Исследование влияния параметров электромеханического асинхронного

привода на динамичность системы проходческого подъема

Выводы по третьей главе

ГЛАВА 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ БЕЗРЕДУКТОРНОГО ВЫСОКОМОМЕНТНОГО ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРИВОДА ОДНОКАНАТНОГО ПРОХОДЧЕСКОГО ПОДЪЕМА

4.1 Основные задачи экспериментального исследования динамики гидропривода передвижной проходческой подъемной установки

4.2 Экспериментальная проходческая подъемная установка с безредукторным гидравлическим приводом

4.3 Экспериментальная проверка соответствия уравнений движения реальным

процессам, происходящим в системе

4.4 Исследования работы гидропривода в рабочих режимах

проходческого подъема

4.5 Оценка эффективности гидравлического и асинхронного приводов

передвижных проходческих подъемных установок

Выводы по четвертой главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Нормализованная система дифференциальных уравнений

одноконцевой подъемной установки с безредукторным гидроприводом

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Исходные данные системы уравнений асинхронного

привода

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Блок-схема программы «Динамика мобильных проходческих

подъемных установок»

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Технические характеристики передвижных проходческих

подъемных машин типа МПП

ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Техническая характеристика подъемной установки

Ц-1200/1030

ПРИЛОЖЕНИЕ 6. Технические данные основных элементов

безредукторного гидропривода

ПРИЛОЖЕНИЕ 7. Технические данные элементов редукторного

асинхронного привода

ПРИЛОЖЕНИЕ 8. Справка об использовании в учебном процессе МГТУ

им. Г.И. Носова результатов диссертационной работы

ПРИЛОЖЕНИЕ 9. Акт внедрения кандидатской диссертационной работы в ООО

«ВЕЛД»

ПРИЛОЖЕНИЕ 10. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ «Динамика мобильных проходческих подъемных установок»

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Горные машины», 05.05.06 шифр ВАК

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование и выбор рациональных параметров гидравлического привода одноканатных передвижных проходческих подъемных установок»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Выполнение задач развития топливно-энергетической базы Российской Федерации, намеченных на будущую перспективу, во многом определяется научно-техническим прогрессом в шахтном строительстве.

Высокие темпы роста добычи полезных ископаемых, залегающих на больших глубинах, могут обеспечиваться главным образом за счет сооружения новых крупных шахт с высокими технико-экономическими показателями.

Основное время в строительстве новых шахт занимает проходка вертикальных стволов, на долю которых приходится 25-30 % стоимости и более 40-50 % общего времени строительства.

Скорость проходки стволов в большой степени зависит от правильного выбора, размещения, эксплуатации и эффективной работы проходческих подъемных установок.

Передовая практика шахтного строительства характеризуется широким использованием для проходки стволов специальных передвижных подъемных машин. Применение в настоящее время для проходки передвижных одноканатных подъемных машин типа МПП с асинхронным приводом способствовало снижению трудоемкости по их монтажу более чем в 10-15 раз в сравнении со стационарными подъемными машинами.

Однако применение в настоящее время подъемных машин типа МПП уже не обеспечивает необходимых темпов проходки стволов строящихся шахт. Используемые быстроходные асинхронные электродвигатели в качестве привода подъемных машин требуют применения редуктора, который повышает габариты и металлоемкость привода, значительно увеличивает стоимость подъемной машины и её массу на 30-35 %.

В настоящее время не решена задача создания высокоэффективного компактного, малой массы безредукторного привода одноканатных передвижных проходческих подъемных машин. Решение этой задачи возможно путем применения компактного высокомоментного безредукторного гидравлического привода.

Существенным препятствием на пути его широкого применения для одно-канатных передвижных проходческих подъемных установках стало, в первую очередь, отсутствие в настоящее время методических основ динамического расчета гидропривода и рациональных его параметров.

Следовательно, научное обоснование параметров и совершенствование привода проходческого подъема с учетом необходимости существенного повышения эффективности одноканатных проходческих подъемных установок является актуальной научно-технической задачей.

Цель работы - обоснование и выбор рациональных параметров высокомо-ментного безредукторного гидравлического привода одноканатных передвижных проходческих подъемных установок, обеспечивающего повышение производительности проходческого подъема и снижение сроков сооружения вертикальных стволов строящихся шахт.

Идея работы заключается в использовании гидропривода, обладающего компенсационно-демпфирующими свойствами, способствующими снижению динамических нагрузок в упругих элементах одноканатных передвижных проходческих подъемных установок.

Методы научных исследований. Использованы методы численного интегрирования дифференциальных уравнений гидравлических и электромеханических систем; экспериментальные исследования систем гидравлического привода на базе промышленной подъемной установки; методы программирования на языке Python.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Снижение динамических нагрузок в переходных режимах работы проходческого подъема может быть обеспечено за счет компенсационно-демпфирующих элементов гидропривода.

2. Достичь уменьшения габаритов привода проходческого подъема и его металлоемкости можно использованием высокомоментного гидравлического привода с объемным регулированием.

3. Рациональными следует считать параметры гидропривода проходческого подъема, обеспечивающие минимальные динамические нагрузки.

Научная новизна результатов исследований заключается в следующем:

1. Разработана методика динамического расчета переходных процессов колебательных систем проходческого подъема с гидравлическим и электромеханическим асинхронным приводами, позволяющая выполнить их сравнительный анализ.

2. Установлены взаимосвязи силовых параметров гидравлического привода с технологическими режимами работы одноканатных подъемных машин.

3. Выявлены обобщенные закономерности и установлены рациональные параметры гидропривода, обеспечивающие эффективную работу одноканатных подъемных установок в условиях проходки стволов.

4. Разработаны математические модели и компьютерная программа для численного решения систем дифференциальных уравнений подъемных установок с гидравлическим и асинхронным приводами.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: корректным использованием математического моделирования; численными методами расчета, применяемыми в теоретической механике и теории электрогидравлических приводов; удовлетворительной сходимостью (в пределах 510%) теоретических и экспериментальных исследований подъемных установок.

Практическая значимость работы заключается в разработке:

- методики динамического расчета переходных процессов колебательных систем проходческого подъема с гидравлическим и электромеханическим асинхронным приводами;

- методики, при использовании персонального компьютера, определения и обоснования на стадии проектирования рациональных динамических параметров гидропривода, при которых динамические нагрузки в упругих элементах проходческого подъема имеют минимальные значения;

- методики экспериментальных исследований гидравлического привода на промышленной подъемной установке в эксплуатационных режимах проходческого подъема.

Личный вклад автора заключается в:

- разработке математических моделей одноканатных передвижных проходческих подъемных установок с гидравлическим и электромеханическим асинхронным приводами;

- разработке методики динамического расчета и анализа характеристик в неустановившихся режимах работы одноканатной проходческой подъемной установки;

- установлении зависимостей динамических нагрузок в упругих элементах подъемной установки от конструктивных и динамических параметров гидромеханической системы подъема;

- обосновании рациональных параметров гидропривода одноканатных подъемных установок, обеспечивающего минимальные динамические нагрузки;

- проведении экспериментальных исследований на подъемной установке с гидравлическим приводом в технологических режимах работы проходческого подъема;

- разработке программного продукта «Динамика мобильных проходческих подъемных установок».

Реализация результатов работы

Материалы диссертационной работы и «Методика определения рациональных параметров высокомоментных гидроприводов мобильных проходческих подъемных установок» принята к использованию ООО «ВЕЛД» в проектах при разработке новых образцов машин для горного производства.

Получено свидетельство о регистрации программы для ЭВМ № 2014611900 от 13.02.2014 г. «Динамика мобильных проходческих подъемных установок» для исследования динамических нагрузок в подъемных установках с гидравлическим приводом.

Основные научные положения и практические рекомендации по расчету и исследованию динамики подъемных установок с гидравлическим и электромеханическим асинхронным приводами используются в курсовом и дипломном проектировании Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова студентами специальности 21.05.04 «Горное дело» профиля «Горные машины и оборудование» и магистрантами направления 15.04.02 «Технологические машины и оборудование».

Апробация работы. Основные положения и научные результаты обсуждались на международных научно-технических конференциях: «Неделя горняка» (г. Москва, 2013-2017 гг.), «Теория и практика добычи, обработки и применения природного камня» (г. Екатеринбург, 2012-2017 гг.), «Чтения памяти В.Р. Кубаче-ка «Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности» (г. Екатеринбург, 2015 г.), «Актуальные проблемы современной науки, техники и образования» (г. Магнитогорск, 2011-2017 гг.); на всероссийской научно-технической конференции: «Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных ископаемых. Нефтегазовое и горное дело» (г. Пермь, 2012 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, из них 5 работ в научных изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России, получено 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 143 страницы машинописного текста, 54 рисунка, 16 таблиц, библиографический список из 64 наименований и 10 приложений.

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА

И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Особенности работы проходческого подъема и основные требования, предъявляемые к приводам передвижных проходческих

подъемных установок

В Российской Федерации на сегодняшний день разработка месторождений полезных ископаемых, залегающих на большой глубине, обусловила необходимость строительства крупных шахт, в которых функциональную значимость занимает сооружение вертикальных стволов.

Темпы проходки стволов зависят от скорости ведения работ по выемке породы, степени механизации погрузочных работ и, в большей степени, от маневренности проходческого подъема.

Маневренность проходческого подъема определяется способом разгрузки породы на поверхности, скоростью движения подъемных сосудов, способом крепления ствола шахты, его оборудованием, оборудованием поверхности и, самое главное, конструкцией и регулировочными свойствами применяемой системы привода подъемной машины.

Практика шахтного строительства характеризуется широким использованием для проходки стволов комплексов передвижного проходческого оборудования в виде специальных мобильных подъемных машин типа МПП-2,5; МПП-4 и передвижных подъемных машин серии МПП-6,3; МПП-9; МПП-17,5 со статическим натяжением каната 61,8; 88,3; 171,7 кН соответственно (приложение 4). Основным направлением в выборе подъемных установок при проходке стволов следует считать работу подъемных установок в одноконцевом режиме [1,2].

Условия работы передвижных проходческих подъемных установок существенно отличаются от условий работы стационарных подъемных установок в силу небольших габаритов машин и размещения их приводов на отдельных от подъемной машины рамах. Эти подъемные установки характеризуются малыми массами вращающихся частей подъемной машины, значительной массой редуктора и

асинхронного электродвигателя и, вместе с тем, имеют большие концевые нагрузки [2].

В условиях проходки стволов важно, чтобы временная машина была установлена непосредственно у проходческого копра. В этом случае проходческая подъемная машина не мешает сооружению фундаментов стационарных установок будущей шахты [3].

Однако при трехслойной навивке каната для проходки стволов свыше 1000 м требуется совершенно по-новому рассматривать весь цикл проходки ствола и по-иному решать вопросы кинематики и динамики машин.

Интенсификация работы современных проходческих подъемных установок приводит к возрастанию динамических нагрузок. Формирование динамических усилий в узлах машины зависит не только от величины и характера нагрузки, но и параметров привода и всей системы в целом.

В связи с увеличением глубины проходки стволов и одновременным снижением габаритов и моментов инерции вращающихся частей передвижной проходческой подъемной машины переменная составляющая динамических усилий, возникающая из-за упругих свойств элементов конструкции машины и особенно канатного тягового органа, стали оказывать значительное влияние на величину колебаний усилий и скорости во время разгона, замедления и предохранительного торможения [4,5]. В настоящее время уже невозможно оценить работоспособность проходческих систем подъема и правильно выполнять расчет основных параметров движения проходческого подъема и настройку режимов его работы без учета упругих свойств конструктивных элементов подъемной машины и ее новейших, перспективных систем приводов.

Скорость проходки стволов в большой степени зависит от правильного выбора, размещения, ухода и эксплуатации подъемных установок, поэтому они должны отвечать целому ряду предъявляемых требований [4].

Проходческие подъемные машины на протяжении срока их эксплуатации используются на многих шахтных проходках, поэтому передвижная машина должна быть транспортабельной. Ее отдельные узлы должны быть легкими и ма-

логабаритными. Подготовительные работы, связанные с монтажом и демонтажом подъемной машины, должны быть минимальными по объему и капитальным затратам. Управление подъемной машиной должно отвечать непрерывно меняющемуся режиму работы вследствие непрерывного изменения высоты подъема. Подъемная машина должна обеспечивать скорость подъема от минимальной до наибольшей, разрешаемой правилами безопасности при минимальных потерях электрической энергии. Ввиду того, что глубина проходки ствола меняется и может доходить до 1500 и более метров, с помощью одной подъемной машины это осуществить не представляется возможным. В связи с этим необходимо иметь несколько типов проходческих машин, позволяющих обслуживать любую глубину при различных емкостях бадей [6].

Разработка и создание новых конструкций подъемных установок, а также совершенствование существующих теснейшим образом связано с выбором и разработкой для них рациональных систем приводов [4,7].

Привод проходческих подъемных установок работает в условиях, значительно отличающихся от условий работы приводов стационарных подъемных установок. Это различие заключается в том, что проходческие подъемные двигатели обслуживают установки с непрерывно меняющейся высотой подъема, с различной грузоподъемностью при различных скоростях подъема [8]. При этом имеют место сложнейшие диаграммы скорости. Так, диаграмма скорости одноконцевого проходческого подъема имеет 25 периодов, двухконцевого - 22 периода [9]. Действительная высота проходческих подъемных установок изменяется от минимальной до максимальной, равной конечной глубине ствола.

Переменные концевые нагрузки: от максимальной, равной весу груженой бадьи, до минимальной, равной весу прицепного устройства без бадьи после спуска балок или рельсов, - требуют от привода подъемной машины обеспечения устойчивой работы при различной величине движущих моментов [2,3]. Ограниченные размеры здания подъемной машины при расположении у ствола строящейся шахты, необходимость частых перебросок подъемной машины с одной

проходки на другую требуют применения привода, имеющего малый вес и незначительные габариты.

1.2 Анализ систем приводов проходческих подъемных установок

В шахтном строительстве, в период проходки стволов, в основном применяются одноканатные передвижные и временные стационарные подъемные машины [1,2], последние из которых мало приспособлены для работы в условиях проходки.

Современная проходка оборудуется крупными и сложными передвижными подъемными машинами, имеющими значительную массу и габариты, маневренность и управляемость которых в большой степени зависит от применяемого для подъемной установки привода [11].

В последнее время в практику проходки глубоких стволов строящихся но-

-5

вых шахт внедряются большегрузные бадьи [12,13] объемом 5,5; 6,5; 8 м , которые требуют значительной мощности привода подъемных установок.

Двигатели проходческих подъемных машин работают в условиях, значительно отличающихся от условий работы стационарных подъемных двигателей. Эти различия заключаются в том, что проходческие подъемные двигатели обслуживают установки с непрерывно меняющейся высотой подъема, с различной грузоподъемностью при различных скоростях подъема.

Проходческая подъемная установка обеспечивает спуск и подъем людей, подъем породы, спуск крепежного материала, взрывчатки, инструментов, оборудования и т. д. При этом скорости движения подъемных сосудов, при различных грузах, строго регламентируются Правилами безопасности.

Ввиду сравнительно небольших величин концевых нагрузок, не превышающих 150 кН, мощность привода проходческого подъема относительно невелика и для стволов глубиной порядка 1000-1500 м не превышает величины 1000 кВт. Указанное значение мощности привода проходческого подъема является областью применения редукторного асинхронного привода с фазным ротором, который имеет следующие достоинства: наименьшая первоначальная стоимость

электродвигателя; стабильность подсинхронной скорости на естественной характеристике; высокий КПД при номинальной нагрузке и номинальной скорости; относительная простота устройства; система управления комбинируется из нормализованных стандартных элементов [4].

Однако хотя асинхронный привод с фазным ротором и имеет исключительное распространение в проходческом подъеме, он далеко не полностью отвечает всем требованиям [2,4].

Приводы этого типа имеют большие пусковые потери, неэкономичны при работе на сниженных скоростях, обладают низкой управляемостью, чувствительны к колебаниям напряжения в сети, имеют большие габариты и значительную массу не только двигателя, но и пускорегулирующей аппаратуры. Не обеспечивают поддержание малой скорости при нагрузке ниже номинальной; получение малых двигательных и тормозных моментов, выполнение проектной диаграммы скорости без механического тормоза [10].

В последние годы большое внимание уделяется частотно-регулируемым приводам. При этом предпочтение отдается машинам переменного тока, асинхронным с короткозамкнутым ротором и синхронным, т.к. они имеют меньшие габариты, более высокую надежность и значительный срок службы, проще в обслуживании и ремонте в сравнении с другими типами электрических машин.

В частотно-регулируемых приводах традиционно и чаще всего продолжают использовать нерегулируемые двигатели общего применения, рассчитанные на питание от промышленной сети и работу с постоянной скоростью вращения ротора. По некоторым оценкам [15], использование обычных серийных асинхронных двигателей в частотном приводе снижает КПД и требует завышения их установленной мощности на 15-20 % при работе в установившихся режимах и до 40-45 % при работе в динамических режимах.

Ведущие российские и зарубежные разработчики и производители электрических машин и электроприводов единодушны в том, что для частотного регулирования нужны специальные двигатели. Известно, что если в регулируемом при-

воде используется серийный двигатель, без специальных мер ему зачастую не достает напряжения на выходе преобразователя частоты [16].

Как хорошо известно, проходческая подъемная установка представляет собой машину, имеющую механическую характеристику типа постоянного момента [14] и работающую в самом сложном скоростном режиме [2,8]. Достаточно заметить, что диаграммы скорости проходческого подъема многопериодные, особенно для одноканатного подъема [7]. То есть основное время работы занимают маневровые операции с пониженной скоростью в неустановившемся режиме. Значит, в тепловом отношении самой тяжелой будет работа при минимальных частотах, что ухудшает условия охлаждения и, кроме того, снижается КПД и сos(ф) привода при низкой частоте вращения.

Из всех известных способов торможения при спуске грузов с передачей энергии в сеть наиболее приемлемым является способ рекуперативного торможения. Однако он требует в преобразователе частоты установки автономного инвертора и обратимого выпрямителя. При этом стоимость преобразовательной установки может существенно возрасти за счет стоимости силовых транзисторов [16].

Приведенные выше сведения дают достаточно полное представление о том, что пока применение асинхронного двигателя с преобразователем частоты в приводе передвижных проходческих подъемных установок крайне ограниченно и не может конкурировать с традиционным асинхронным приводом, имеющим двигатель с фазным ротором.

Анализируя вышеизложенное, следует заметить, что существенным недостатком использования электропривода в передвижных проходческих подъемных машинах является чрезмерная быстроходность электродвигателей при сравнительно малых крутящих моментах на валу, это вызывает необходимость применения механического редуктора. Элементарные расчеты показывают, что использование редуктора в шахтном подъеме с канатным тяговым органом увеличивает массу всей подъемной установки на 20-35%[10].

Следовательно, наличие редуктора в приводе малогабаритных передвижных проходческих подъемных машин следует рассматривать как существенный не-

достаток. Поэтому разработка и применение безредукторного привода подъемных машин является одним из важных путей совершенствования передвижных подъемных установок.

Суммарные эксплуатационные затраты [17] безредукторного привода меньше, чем редукторного, а капитальные оказываются примерно равными, однако эксплуатационно-технические преимущества, связанные с изменением электромеханических параметров привода, выше, и это улучшает работу подъемной установки. Данные соображения следует учитывать и при проектировании приводов для различных систем подъемных установок.

Вопрос о применении безредукторного асинхронного привода с дуговым статором на шахтных подъемных установках уже обсуждался в периодической печати [18]. Наряду с положительными отзывами были представлены также сомнения о целесообразности его использования. Поэтому необходимо указать возможности технического осуществления безредукторного привода ППМ с дуговым статором.

Как указывалось выше, применение редукторов в шахтном подъеме на 20-35% увеличивает вес всей подъемной машины, а следовательно, удорожает стоимость ее изготовления, так как стоимость машины является функцией веса машины при известных допущениях [63]. Кроме того, исследования показывают, что стоимость передачи возрастает с увеличением момента вращения и передаточного отношения [18].

Из указанного следует, что весьма целесообразно осуществление безредукторного привода подъемных машин, обеспечивающего минимум движущихся частей, сокращение массы машины и ее стоимости.

При асинхронном приводе эта задача может быть решена применением так называемого электродвигателя с дуговым статором системы П. А. Фридкина, т. е. такого двигателя, у которого магнитная система статора разомкнута и охватывает только часть окружности ротора (ротационного органа).

В электроприводе системы П. А. Фридкина непосредственно на вал ротационного органа (барабана, маховика) рабочей машины насаживается ротор, аналогичный короткозамкнутому ротору обычного асинхронного двигателя. Статор в системе этого

электропривода подобен статору обычного асинхронного двигателя, но находится только над частью ротора.

Дуговой статор, как и механический редуктор, выполняет две функции: изменяет угловую скорость вала и вращающий момент. Дуговой статор играет при этом роль ведущей быстроходной шестерни, но развернутой в дугу и имеющей 100% поверхности сцепления. Этим он отличается от обычной круговой механической шестерни, у которой поверхность сцепления измеряется единицами процентов (1-2% у редукторов шахтных подъемных машин). Ведомым колесом этого своеобразного редуктора оказывается ротационный орган рабочей машины.

Следовательно, дуговой статор представляет собой как бы электрическую аналогию механического редуктора. В этом случае ротационный орган ПМ может служить короткозамкнутым массивным ротором дугостаторного привода.

При применении дугового статора с тем или иным ротационным органом ПМ необходимо учитывать, что осуществление дугового статора возможно лишь при определенных окружных скоростях.

Недостатками такого привода при использовании в передвижных проходческих подъемных машинах являются:

1) относительно большой маховый момент ОЭ2 ротора, который пропорционален Эб1 , где Э - диаметр ротора, I - расчетная длина статора. Конструируя машину определенной мощности, можно выбрать большой диаметр и меньшую длину и наоборот. Но, тем не менее, ОЭ дугостаторного привода на 30-35 % меньше, чем у обычного асинхронного двигателя с редуктором. При увеличении мощности выше 600 кВт для подъемных машин применение дугостаторного привода становится более благоприятным;

2) у дугостаторного низкооборотного двигателя сояф) ниже, чем у быстроходного асинхронного двигателя;

3) КПД шахтных подъемных машин с дугостаторным двигателем на 2 -4% ниже установки, оборудованной редукторным асинхронным двигателем.

Поэтому применение асинхронного безредукторного дугостаторного привода дает относительно небольшой эффект в сравнении с редукторным приводом стационарных подъемных машин [18].

1.3 Перспективы применения безредукторного гидропривода в приводе мобильных проходческих подъемных машин

Одним из основных направлений научно-технического прогресса в машиностроении и его многочисленных отраслях является переход на гидравлический привод. Гидропривод, благодаря своим значительным преимуществам, стал неотъемлемой частью подавляющего большинства современных передвижных машин.

Похожие диссертационные работы по специальности «Горные машины», 05.05.06 шифр ВАК

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Курочкин, Антон Иванович, 2017 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Малевич, Н.А. Машины и комплексы оборудования для проходки вертикальных стволов / Н.А. Малевич. - М.: Недра, 1975. - 312 с.

2. Федоров, М.М. Шахтные подъемные установки / М.М. Федоров. - М.: Недра, 1979. - 309 с.

3. Федоров, М.М. Монтаж и наладка шахтного стационарного оборудования / М.М. Федоров. - М.: Недра, 1974. - 432 с.

4. Кантович, Л.И. Влияние системы привода на динамические нагрузки передвижных проходческих подъемных установок / Л.И. Кантович, В.С. Вагин // Горное оборудование и электромеханика. - 2012. - № 6. - С. 26-33.

5. Борохович, А.И. Уравнения динамики передвижных проходческих подъемных установок с безредукторным гидроэлектроприводом / А.И. Борохович, В.С. Вагин // Изв. вузов. Горный журнал. - 1989. - № 4.- С. 92 - 96.

6. Нестеров, П.П. Проходческие подъемные установки / П.П. Нестеров, З.М. Федорова, В.М.Зелинский. - Киев: Гостехиздат УССР, 1963. - 312 с.

7. Вагин, В.С. Безредукторный высокомоментный гидравлический привод передвижных проходческих подъемных установок / В.С. Вагин. - Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2012. - 149 с.

8. Шахтный подъем / В.Р. Бежок, В.И. Дворников, И.Г. Манец, В.А. При-стром - Донецк: ООО «Юго-Восток, Лтд», 2007. - 624 с.

9. Подъемные установки в шахтном строительстве / Е.А. Бубликов, О.С. Докукин, Д.Я. Телепнев, Г.Д. Федоров, С.В. Федоров - М: Госгортехиздат, 1960. -256 с.

10. Вагин, В.С. Динамика одноконцевого проходческого подъема / В.С. Вагин, А.И. Курочкин // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2012. - № 9. - С. 232-238.

11. Вагин, В.С. Демпфирование динамических нагрузок передвижных проходческих подъемных установок с безредукторным высокомоментным гидропри-

водом / В.С. Вагин, А.И. Курочкин // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. - 2013. - № 2. - С. 12 - 16.

12. Меликсетов, С.С. Передвижное проходческое оборудование для оснащения строящихся шахт / С.С. Меликсетов //Шахтное строительство. - 1975. - № 12. - С. 35-42.

13. Проектирование организации строительства угольных шахт / И.К. Стан-ченко, Е.В. Петренко, Ю.И Свирский и др. - М.: Недра, 1979. - 366 с.

14. Ключев, В.И. Теория электропривода / В.И. Ключев. - М.: Энергоатом-издат, 1998. - 704 с.

15. Загорский, А.Е. Взаимосвязь динамических и массогабаритных показателей частотно-управляемых асинхронных двигателей / А.Е. Загорский, К.М. Га-лустян // Электротехника - 1983. - № 9. - С.2-6.

16. Беспалов, В.Я. Перспективы создания отечественных электродвигателей нового поколения для частотно-регулируемого электропривода / В.Я. Беспалов // Труды IV Международной (XV Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу «Автоматизированный электропривод в XXI веке: пути развития» (АЭП-2004, Магнитогорск, 14-17 сентября 2004 г.). - Ч. 1. - Магнитогорск, 2004. - С. 24-32.

17. Вагин, В.С. Технико-экономическая эффективность применения передвижных проходческих подъемных установок с безредукторным гидравлическим приводом при проходке вертикальных стволов строящихся шахт / В.С. Вагин // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. - 2012. - № 1. - С. 10-12.

18. Степанов, М.Л. Особенности дугостаторного привода и возможности его применения в шахтном подъеме / М.Л. Степанов // Горная электромеханика: науч. сообщение ИГД им. А.А. Скочинского. - М.: Недра, 1968. - Вып. 48. - С. 58-63.

19. Вагин, В.С. Высокомоментный безредукторный гидропривод в передвижных проходческих подъемных машинах при строительстве шахт по добыче природного камня / В.С. Вагин, А.М. Филатов, А.И. Курочкин // Добыча, обработка и применение природного камня: сб. науч. тр. / под ред. Г.Д. Першина. -

Вып. 14. - Магнитогорск: Изд.-во Магнитогорк. гос. техн. ун-та им. Г, И. Носова, 2014. - С. 134-139.

20. Оценка надежности шахтных подъемных установок и ее элементов / А.И. Курочкин, В.С. Вагин, Р.В. Липовой, А.В. Шмаков //Добыча, обработка и применение природного камня: сб. науч. тр. / под ред. Г.Д. Першина. - Вып. 15. -Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2015. -С. 47-58.

21. Вагин, В.С. Оценка надежности систем приводов передвижных подъемных установок / В.С. Вагин, М.Ю. Гуров, А.В. Виноградова // Процессы и оборудование металлургического производства: межрегион. сб. науч. тр. - Вып. 6. -Магнитогорск: МГТУ, 2004. - С. 77 - 86.

22. Голубенцев, А.Н. Динамика переходных процессов в машинах со многими массами / А.Н. Голубенцев. - М.: Машгиз, 1969. - 145 с.

23. Гаркуша, Н.Г. Исследование переходных процессов в нелинейной системе подъемная машина-канаты-грузы / Н.Г. Гаркуша, В.И. Дворников, В.А. Кос-тюченко // Стальные канаты. - Киев: Техника, 1968. - № 5. - С. 23-26.

24. Гамынин, Н.С. Основы следящего гидравлического привода / Н.С. Га-мынин. - М.: Оборонгиз, 1962. - 293 с.

25. Вагин, В.С. Перспективы создания малогабаритных передвижных проходческих подъемных машин / В.С. Вагин // Добыча, обработка и применение природного камня: сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ, 2008. - С. 168 - 175.

26. Тюркян, Р.А. Разработка и внедрение экономического паспорта для оперативного нормирования и оценки фактических расходов при сооружении стволов в тресте Донецкшахтопроходка / Р.А. Тюркян, П.Е. Третьяк // Шахтное строительство. - 1972. - Вып. 6. - С. 3-11.

27. Гидроприводы вращательного движения для горных машин / А.Я. Рогов, Ю.А. Никитин, А.И. Алеев, М.В. Сафонов. - М.: ЦНИИЭ уголь, 1972. - 120 с.

28. Миндели, Э.О. Сооружение и углубка вертикальных стволов шахт / Э.О. Миндели, Р.А. Тюркян. - М.: Недра, 1982. - 312 с.

29. Горное оборудование: Номенклатурный каталог 16-2-84/1. - М.: Недра, 1984. - 230 с.

30. Исследование и оптимизация гидропередач горных машин / А.В. Докукин, В.М. Берман, А.Я Рогов., Г.Ю. Козин, Л.С. Фейфец, Ю.А. Никитин, В.М. Гольдин, Е.А. Етингоф, Т.С. Климанова. - М.: Наука, 1978. - 196 с.

31. Борохович, А.И. Уравнения динамики передвижных проходческих подъемных установок с безредукторным гидроэлектроприводом / А.И. Борохович, В.С. Вагин // Изв. Вузов. Горный журнал . - 1989. - № 4.- С. 92 - 96.

32. Козин, Г.Ю. Повышение эффективности карьерных роторных экскаваторов на основе гидрофикации главных приводов при разработке сложнострук-турных забоев: автореф. дис. ... д-ра техн. наук / Г.Ю. Козин. - М., 1986. - 34 с.

33. Гамынин, Н.С. Гидравлический привод систем управления / Н.С. Гамы-нин. - М.: Машиностроение, 1972. - 376 с.

34. Борохович, А.И. Оценка динамических свойств электро - и гидромеханических систем проходческого подъема / А.И. Борохович, В.С. Вагин // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1990. - № 4. - С. 47-49.

35. Электромагнитные переходные процессы в асинхронном электроприводе / М.М. Соколов, Л.П Петров., Л.Б. Масадилов, В.А. Ладензон - М.: Энергия, 1967. - 201 с.

36. Вагин, В.С. Уравнения движения безредукторного гидравлического привода проходческих подъемных установок / В.С. Вагин // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2011. - № 9. - С. 269-273.

37. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ «Динамика мобильных проходческих подъемных установок»: [ФГБОУ ВПО «МГТУ им. Г.И. Носова] / Курочкин А.И., Миков А.Ю., Вагин В.С., Кольга А.Д. -2014611900; заявл. 2013661696; опубл. 20.03.2014, 100 МБ.

38. Димашко, А.Д. Шахтные электрические лебедки и подъемные машины: справочник / А.Д. Димашко, И.Я. Гершиков, А.А. Кревневич. - М.: Недра, 1973. -363 с.

39. Курочкин, А.И. Снижение динамичности передвижных проходческих подъемных установок с безредукторным гидроприводом / А.И. Курочкин, В.С. Вагин, А.М. Филатов // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова - 2014. - № 3. - С. 25-29.

40. Курочкин, А.И. Коррекция динамических нагрузок в передвижных проходческих подъемных установках с безредукторным гидроприводом / А.И. Курочкин, В.С. Вагин, А.М. Филатов // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2014. - № 6 - С. 234-238.

41. Курочкин, А.И. К вопросу о применении ЭВМ для анализа высокомоментного гидропривода мобильных проходческих подъемных установок / А.И. Курочкин, В.С. Вагин, А.Ю. Миков // Добыча, обработка и применение природного камня: сб. науч. тр. / под ред. Г.Д. Першина. - Вып. 15. -Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2015. - С. 81-84.

42. Курочкин, А.И. Совершенствование мобильных и передвижных проходческих подъемных установок / А.И. Курочкин // Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности /сборник статей XIII Международной научно-технической конференции. Сер. «Чтения памяти В.Р. Кубачека». -Екатеринбург, 2015. - С. 86-89.

43. Курочкин, А.И. Высокомоментный безредукторный гидропривод в передвижных проходческих подъемных машинах при строительстве шахт по добыче природного камня / А.И. Курочкин, В.С. Вагин, А.М. Филатов // Добыча, обработка и применение природного камня: сб. науч. тр. / под ред. Г.Д. Першина. -Вып. 14. - Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2014. - С. 134-139.

44. Использование привода проходческих подъемных установок в режимах предохранительного торможения / А.И. Курочкин, А.Д. Кольга, В.С. Вагин, А.М. Филатов //Добыча, обработка и применение природного камня: сб. науч. тр. / под ред. Г.Д. Першина. - Вып. 16. - Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2016. - С. 126-129.

45. Курочкин, А.И. Влияние колебаний скорости передвижной проходческой подъемной установки на режимы предохранительного торможения / А.И. Курочкин, А.Д. Кольга, В.С. Вагин // Добыча, обработка и применение природного камня: сб. науч. тр. / под ред. Г.Д. Першина. - Вып. 16. - Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2016. - С. 130-134.

46. Копылов, И.П. Математическое моделирование асинхронных машин И.П. Копылов, Ф.А. Мамедов, В.Я. Беспалов. - М.: Энергия, 1969. - 97 с.

47. Копылов, И.П. Электромеханические преобразователи энергии / И.П. Копылов. - М.: Энергия, 1973. - 254 с.

48. Вагин, В.С. Сравнительный анализ динамики передвижных проходческих подъемных установок с асинхронным редукторным и безредукторным гидравлическим приводами / В.С. Вагин // Перспективы развития горнотранспортного оборудования: П26 Сборник статей - 2012 г. Отдельный выпуск Горного информационного аналитического бюллетеня. - 2012. - С. 63-67.

49. Вагин, В.С. Сравнительная оценка динамики передвижных проходческих подъемных установок, оснащенных тиристорным постоянного тока и гидравлическим приводами / В.С. Вагин // Перспективы развития горнотранспортного оборудования: П26 Сборник статей - 2012 г. Отдельный выпуск Горного информационного аналитического бюллетеня. - 2012. - С. 77-83.

50. Гидромотор ДП510И. Техническое описание и инструкция по эксплуатации ДП510.000И.Т0. - Горловка: ГМЗ, 1975. - 16 с.

51. Насос радиально-плунжерный НП-120. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. - Горловка: ГМЗ, 1975. - 14 с.

52. Временные нормы технологического проектирования проходки стволов с использованием передвижного проходческого оборудования. Проходческий подъем: РТМ 12.58.010.-82. - Донецк: Минуглепром СССР, 1982. - 42 с.

53. Тарасов, А.М. Выбор ряда бадей и подъемных машин для проходки стволов / А.М. Тарасов, Е.М. Федоров, Е.Н. Беленцов //Шахтное строительство. -1987. - № 1. - С. 12-15.

54. Зайцев, Н.Л. Экономика промышленного предприятия / Н.Л. Зайцев. - 3-е изд. - М.: ИНФРА-М, 2004.

55. Маслов, Г.С. Расчеты колебаний валов / Г.С. Маслов. М.: Машиностроение, 1980. - 185 с.

56. Писаренко, С.Д. Колебания упругих систем с учетом рассеяния энергии в материале / С.Д. Писаренко. - Киев: АН УССР, 1955. - 229 с.

57. Крагельский, Н.В. Коэффициенты трения / Н.В. Крагельский, И.В. Виноградова. - М.: Машгиз, 1955. - 345 с.

58. Савин, Г.Н. Динамика нити переменной длины / Г.Н. Савин, О.П. Го-рошко. - Киев: АН УССР, 1982- 258 с.

59. Горошко, О.А. Введение в механику деформируемых тел переменной длины / О.А. Горошко, Г.Н. Савин. - Киев: Наук думка, 1971. - 220 с.

60. Давыдов, Б.Л. Динамика горных машин / Б.Л. Давыдов, Б.А. Скородумов. - М.: Машгиз, 1959. - 335 с.

61. Голубенцев, А.Н. Динамика переходных процессов в машинах со многими массами / А.Н. Голубенцев. - М.: Машгиз, 1969. - 145 с.

62. Копылов, И.П. Расчет на ЭВМ характеристик асинхронных машин / И.П. Копылов, О.П. Щедрин. - М.: Энергия, 1973. - 216 с.

63. Курочкин, А.И. Перспективы создания малогабаритных передвижных проходческих подъемных установок / А.И. Курочкин, Л.И. Кантович, В.С. Вагин // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). - 2016. - №S1. - С. 396-417.

64. Кантович, Л.И. Влияние системы привода на динамические нагрузки передвижных проходческих подъемных установок / Л.И. Кантович, В.С. Вагин // Горное оборудование и электромеханика. - 2012. - №6. - С. 26-33.

Нормализованная система дифференциальных уравнений одноконцевой подъемной установки с безредукторным гидроприводом

Ух = [кнУ7У -Сп(у1-у2)~ Суу7 - дшу9 ];

У2

2 К.

НКЛ 5

-кну7у + Сп (У - у2) - Суу2 + у9 ] при у2 > Рг

У2=^[-кнУ7Г + Сп{у1-у2)-Суу2 + цшу9-гшу2 + (}пн] при у2 < Р

Ул= Уз',

НКЛ 5

1 [ со0—у5

Уз =—\ ~Уз

Т„ I со и

у5 =[Уз-с12(У4-Уб)^^-', У6=У7;

•Л

у7 = [с12 {Ул -Уб)-кнг(у1-у2)-/ижУч]-у-;

уз=у9; Ую=Уп; Уи

У13

У9 = \_Ягм (У1 -У2)~ /тыэкУэ - сЪА (у& - у10)];

^ 3

У\\А\ \ + У\3Д2 = А 5 У\ 1^21 + А3^22 = ^2 5 где = ^4 + -Я2 + - (/ - у 10Л)Я2;

Аг ('-Ую)

(1-У10*)

я2;

= С34 (У8 - У10 ) - —Я - — я2УцУ1Ъ - - (1 - У10Я) - —я2(1 - У10Я) У11У1З ;

§ §

А21 =-У ^

0 +1 (I - УюЯ)

А22 = 1 (I - УюЯ) О + ^ ('- УюЯ)

у Ь 3

В = — + -(I - У10Я) + У11Я-[— + -(I - У10Я)]У13 - ^У13 - ВРУ 2 § 2

1

-

12-

Исходные данные системы уравнений асинхронного привода

№ п/п Параметр Размерность Численное значение Обозначение Примечание

1 Mas В 310 cos w0t ULS

2 U ßs В 310 sin w0t UBS

3 Ú)0 рад/с 314 W^

4 a's - 0,1797 L1S

5 a/ - 2,6143 L1R при t =0-0,83

6 a/ - 1,107 L1R при t2 =0,83-1,17

7 a/ - 0,4673 L1R при t3=1,17-1,37

8 a/ - 0,1953 L1R при t4 =1,37

9 K/ - 0,9205 KR

10 Ks - 0,9533 KC

11 P - 4 POL

12 ^s - 3,644 XS

13 a - 0,1224 SIGM

14 Ji кг-' м2 1270,64 J1

15 J 2 . 2 кг м 2169,25 J2

16 J3 кг' м2 909,46 J3

18 C C12 Н-м/рад 300,62 -10б C12

20 Qi Н 14750 Q1

22 q Н/м 6,92 Q3

23 Rn м 0,6 RN

25 g м/ c2 9,81 G

26 ^ 01 м 50 Lф1

27 ^ 02 м 250 Lф2

28 C C34 Н-м/рад 166-107 C34

29 a Нос 0-20000 AL

30 E Н/м2 20,6 -1010 E

31 F 2 м 0,9 -10-4 F

32 EF Н 18,54 -106 EF

33 Z - 29,4 Z

34 Xr Ом 3,774 XR

35 xo Ом 3,474 Хф

Блок-схема программы «Динамика мобильных проходческих подъемных

установок»

Технические характеристики передвижных проходческих подъемных машин типа МПП

Основные параметры Тип подъемной машины

МПП-2,5 МПП-4 МПП-6,3 МПП-9 МПП-17,5

Статическое натяжение каната, кН (тс) 24,5 (2,5) 39,2 (4,0) 61,8 (6,3) 88,3 (9,0) 171,1 (17,5)

Размеры барабана, мм:

диаметр 1200 1600 2000 2500 2850

ширина 1000 1200 1500 1350 1550

Скорость подъема, м/с 2 2 5 7 8

Диаметр каната, мм 16 20 22 25 33

Глубина подъема, при ёмкостях бадей, м3:

1,5 1000 1040 740 1070 -

2,0 - - 390 1070 -

3,0 - - - 300 1140

4,0 - - - - 1140

Электродвигатель:

мощность, кВт 75 100 320 630 2х630

частота вращения, об/мин 980 1000 985 985 985

напряжение трехфазного тока, В 380 400 6000 6000 6000

Редуктор:

количество, шт. 1 1 1 1 2

передаточное число 20 20 20 20 20

Количество блоков в комплекте машины, шт. 2 2 4 7

Габариты наибольшего блока, м

длина 12 11 ,5 10,5 10,3 8, 6

ширина 3,75 3,75 3,75 3,75 3,8

высота 2,9 2,9 3,33 3,34 3,53

масса, т 16 39,2 45 46,2 49

Масса машины в целом, т 29 49 63,2 113 177

Количество фундаментных блоков, шт. 2 4 6 11 20

Техническая характеристика подъемной установки Ц-1200/1030

Типоразмер Ц-1200/1030

Барабан:

количество, шт. 1

диаметр, мм 1200

ширина, мм 1030

Нагрузка, Н:

статическое натяжение 25000

Тяговый орган:

Канат ГОСТ 3081-80

количество, шт. 1

диаметр (макс.), мм 17,5

скорость подъема, м/с 2

Высота подъема при навивке

каната на барабан в метрах:

в один слой 140

в два слоя 325

в три слоя 515

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.