Электропривод непрерывного транспортёра

1 КЛАССИФИКАЦИЯ ЭКСКАВАТОРОВ 

      Экскаваторы используются для разработки угольных, рудных и строительных карьеров, для выемки полезных ископаемых открытым способом, на строительстве каналов, гидротехнических сооружений, железных дорог и других объектов, где имеется большой объем земляных работ. В соответствии с назначением одноковшовые экскаваторы подразделяются на:

1. строительные, гусеничные и пневмоколесные с ковшами емкостью от 0,25 до 2,0 м³;
2. карьерные экскаваторы-лопаты, гусеничные с ковшами емкостью 4,6 и 8,0 м³;
3. вскрышные экскаваторы-лопаты, гусеничные с ковшами емкостью от 4,0 до 35 м^{3 ;}
4. шагающие экскаваторы-драглайны с ковшами емкостью от 
   4,0 до 80 м³.

      Тип экскаватора расшифровывается его  наименованием, например: экскаватор типа ЭВГ-15 является экскаватором (Э) для вскрышных работ (В) на гусеничном ходу (Г) с ковшом объемом 15 м³. Шагающие экскаваторы-драглайлы имеют в цифровом обозначении объем ковша и длину стрелы. Например, экскаватор ЭШ-14/65 имеет ковш 14 м³ и длину стрелы 65м.

      Все экскаваторы можно классифицировать по конструкции рабочего оборудования, мощности или емкости ковша, роду привода и типу ходовой части. По конструкции рабочего оборудования различаются следующие типы экскаваторов:

1. прямая механическая лопата; ковш перемещается по забою 
   от машины под совместным действием напорного и подъемного механизмов;
2. лопата-струг; ковш двигается по направляющей стреле от машины в горизонтальном направлении;
3. экскаватор-драглайн; ковш перемещается по забою к машине при помощи тягового и подъемного канатов;
4. экскаватор  с грейфером, захватывающим   грунт   из забоя смыканием створок; вместо грейферного устройства может быть подвешен крюк или копер;
5. роторный экскаватор, имеющий роторное колесо с черпаками 
   для зачерпывания породы;

  6) многочерпаковый цепной экскаватор, имеющий непрерывную цепь с черпаками, предназначенный для вскрышных работ.

      По  емкости ковша, или мощности, одноковшовые экскаваторы классифицируются на: экскаваторы малой мощности с емкостью ковша от 0,25 до 2,0 м³, предназначенные для строительных работ; средней мощности – с емкостью ковша от 2,0 до 6,0 м³, используемые для работы в легких, средних и разрыхленных грунтах; большой мощности – с емкостью ковша от 6,0 до 80м³, применяемые для производства вскрышных работ.

      По роду привода экскаваторы разделяются на электрические, дизель-электрические, паровые, с двигателями внутреннего сгорания, По типу электропривода различают экскаваторы с приводом на переменном и постоянном токе.

      По  конструкции ходовой части экскаваторы  подразделяются на гусеничные, железнодорожные (на рельсовом ходу) и шагающие. Конструкция отдельных узлов в зависимости от назначения может быть весьма разнообразной, но основная компоновка механизмов у экскаваторов одинаковой производительности остается неизменной. 
 

2. ТРЕБОВАНИЯ К ЭЛЕКТРОПРИВОДУ ЭКСКАВАТОРОВ 

      Режимы  работы экскаватора определяются его  механической конструкцией и особенностями процесса копания. В связи с этим требования, предъявляемые к электроприводу одноковшовых и многоковшовых экскаваторов, имеют существенное различие. Основные требования к электроприводу одноковшовых экскаваторов могут быть сформулированы следующим образом:

1. механические характеристики главных приводов (подъема, поворота, напора или тяги) должны обеспечивать надежную защиту при перегрузках, т. е. иметь «экскаваторную» характеристику;
2. экскаваторные двигатели должны быть надежными и прочными по конструкции, обеспечивать возможность реверсирования привода и допускать большие перегрузки. Изоляция электродвигателя должна быть влагостойкой и надежно рассчитана по теплостойкости. Большие габариты двигателей обусловливают применение машин с разъемными статорами.  Электродвигатели   должны выдерживать большое число включений в час (400-600);
3. электродвигатели главных приводов должны иметь наименьший момент инерции якорей для уменьшения времени переходных процессов при пуске и торможении привода, что достигается увеличением осевой длины якоря при уменьшении его диаметра;
4. электрическая аппаратура управления должна обеспечивать 
   надежную работу при самых тяжелых условиях нагрузки (тряска, 
   толчки, большое число включений в час);

  5) система управления электроприводом должна быть простой, 
надежной и легкой, а также должна допускать максимальную автоматизацию управления главными приводами экскаватора с тем, чтобы внимание машиниста было сосредоточено на основной работе.

      Высокая производительность экскаватора и  защита его механизмов от поломок при перегрузках производится использованием систем электропривода, ограничивающих вращающий момент электродвигателя безопасной величиной и имеющих при номинальной нагрузке достаточно жесткие механические характеристики, но на практике используются более мягкие характеристики, имеющие небольшой наклон в области номинальной нагрузки (жесткость 85–90%). Повышение жесткости характеристик усложняет управляемость процессом работы, так как в случае зарывания ковша машинист не успевает регулированием толщины снимаемой стружки предупредить стопорение механизма. Стопорение ковша приводит к увеличению времени копания, что снижает производительность экскаватора .

       На рис.1 представлены        механические     характеристики     различных

Рис. 1. Механические характеристики    систем    электропривода экскаваторов:

а — определение коэффициента заполнения; б — характеристики различных типов электропривода

типов электродвигателей и систем электропривода в относительных единицах, позволяющие провести оценку оптимальности использования электроприводов. Асинхронный привод (характеристика 1) получил широкое распространение в экскаваторах с емкостью ковша до 1 м³. Применение двигателей с повышенным скольжением дает возможность обеспечивать токоограничение в необходимых пределах. Для некоторого смягчения естественной характеристики в цепь ротора двигателя включается дополнительное сопротивление, составляющее 10-15% от номинального. Включение в цепь статора асинхронного двигателя реакторов с подмагничиванием или магнитных усилителей (характеристика 2) позволяет получить более оптимальную характеристику привода.

      Система генератор — двигатель с трехобмоточным генератором (характеристика 3) получила распространение на экскаваторах средней мощности с емкостью ковша 2—5 м³. Механическая характеристика электропривода приближается к оптимальной и позволяет получать широкий диапазон и плавность регулирования скорости механизма. Наиболее полно отвечают предъявляемым требованиям механические характеристики системы генератор–двигатель с управлением от электромашинных, магнитных и полупроводниковых усилителей (характеристика 4). В настоящее время эта система применяется на всех экскаваторах большой мощности с емкостью ковша 10—80 м³.

      Электропривод многоковшовых и роторных экскаваторов должен и удовлетворять следующим основным требованиям:

   1) электропривод должен обеспечивать плавный многоступенчатым пуск, ограничивающий величину максимальных  ускорений   и моментов в пределах, допустимых для механической конструкции черпаковой цепи экскаватора;

2. электродвигатели должны иметь большой пусковой момент 
   для преодоления усилий, возникающих в черпаковой цепи, имеющей большие моменты инерции, и сил трения в направляющих  и 
   роликах; механические характеристики привода должны обеспечивать надежную защиту при перегрузках механизмов;
3. система управления электроприводом должна допускать возможность регулирования скорости двигателя вниз на 30% от номинальной величины и плавный многоступенчатый пуск, при котором ускорения и моменты не должны превышать пределов, опасных для механической конструкции механизма;
4. электропривод должен иметь смягченную механическую характеристику, позволяющую снижать   скорость   черпаковой   цепи или роторного колеса при изменении нагрузки.

      Требования  к аппаратуре управления и условиям эксплуатации электрооборудования многоковшовых экскаваторов не отличаются от требований, предъявляемых к электрооборудованию одноковшовых экскаваторов. 

3. НАГРУЗОЧНЫЕ ДИАГРАММЫ 

      Построение  точных нагрузочных диаграмм главных  приводов экскаватора требует знания параметров приводного двигателя, системы управления, значений приведенных маховых масс и статических моментов механизмов ори различных режимах работы. Эти данные могут быть получены только после предварительного выбора мощности двигателей. Вид реальной нагрузочной диаграммы зависит от типа экскаватора, его механической конструкции и технологических режимов работы экскаватора и во многом определяется квалификацией машиниста.

      Для предварительного выбора мощности двигателя  может быть построена упрощенная нагрузочная диаграмма, в которой  учитывается только статическая нагрузка механизма. Точный учет всех особенностей работы экскаватора связан с большими трудностями, поэтому для расчета привода используют нагрузочные диаграммы, достаточно близкие к реальным режимам работы экскаватора. Цикл работы механизма подъема (рис.2,а) состоит из следующих основных рабочих периодов: t₁ – разгон двигателя в начале черпания (копания) грунта; t₂ – подъем ковша с рукоятью в период черпания грунта; t₃ – остановка ковша с грунтом после выхода из забоя; t₄ – равновесное поддержание ковша с грунтом при повороте его к месту выгрузки; t₅ – выгрузка ковша, момент двигателя уменьшается с опорожнением ковша от грунта; t₆ – разгон двигателя при опускании пустого ковша; t₇ – опускание порожнего ковша с постоянной скоростью;      t₈ – торможение ковша перед опусканием, на грунт.

  Из  нагрузочной диаграммы следует, что двигатель подъема экскаватора–лопаты работает с относительной продолжительностью включения ПВ= 100%. Знак момента двигателя определяется статическим моментом нагрузки, который на механизме подъема носит потенциальный характер.

      Нагрузочная диаграмма напорного двигателя  представлена на рис.2, б. Работу напорного механизма можно разбить на следующие участки:               t₁ – разгон двигателя для внедрения ковша в грунт при совместном действии с механизмом подъема; t₂ – ход рукояти вперед (от экскаватора) в процессе зачерпывания грунта; t₃ – реверс двигателя напора при отводе рукояти назад от забоя для частичной компенсации веса ковша с грунтом; t₄ – движение рукояти с равномерной скоростью от забоя; t₅ – торможение привода рукояти при частичном уравновешивании веса ковша. Обычно отвод рукояти совпадает с выходом ковша из забоя и началом поворота экскаватора для выгрузки ковша; t₆ – пауза, обусловленная поворотом экскаватора; t₇ – разгон привода напора для выдвижения рукояти на максимальный радиус при необходимости выгрузки грунта на наибольшее расстояние от экскаватора; t₈ – движение рукояти с постоянной скоростью; t₉ – затормаживание привода перемещения рукояти; t₁₀ – пауза, связанная с выгрузкой грунта из ковша.

   Окончание движения рукояти обусловливает  начало выгрузки ковша (М₅, рис.2,а) и торможение механизма поворота (М₃, рис.2,в). В некоторых случаях выдвижение рукояти на максимальный радиус не производится, тогда привод напора не работает и пауза равна  t₆+t₇+t₈+t₉+t_10.

   Далее на рис.2,б t₁₁ – разгон привода для выдвижения рукояти к началу забоя; t₁₂ – движение рукояти с постоянной скоростью; t₁₃ – торможение привода напора перед внедрением ковша в забой. При внедрении ковша в разрабатываемый грунт (t₂) механизм напора подвергается максимальным перегрузкам, и режим работы его является наиболее тяжелым.

  Работа  поворотного двигателя начинается после выхода ковша из забоя (рис.2,б), здесь t₁ – пауза при движении ковша в забое; t₂ – разгон двигателя при повороте груженого ковша; t₃ – движение экскаватора с постоянной скоростью;    t₄ – торможение двигателя. При небольших углах поворота экскаватора (45°–60°) движение с постоянной скоростью (t₃) может отсутствовать, а сразу же за разгоном привода следует торможение; t₅ – пауза для выгрузки грунта из ковша; t₆ – разгон привода для поворота порожнего ковша в обратном направлении; t₇ – движение механизма с постоянной скоростью; t₈ – торможение механизма поворота.

  В некоторых случаях для упрощения расчетов нагрузочная диаграмма не учитывает динамических режимов привода, тогда для механизма напора обычно принимают М₁= М₂; M₃ = М₄; М₅ = М₄; М₆==М₇; М₈ = М₇; М₉ = М₁₀ и M₁₁ = M₁₀. Аналогичным образом может быть упрощена нагрузочная диаграмма подъемного двигателя.

      Рис.2  Нагрузочные диаграммы рабочих механизмов экскаватора с прямой лопатой:

а – механизма тяги; б – механизма подъёма мощного шагающего

экскаватора-драглайна

  Поворотный  механизм драглайна имеет нагрузочную  диаграмму, аналогичную диаграмме для экскаватора-лопаты (см. рис.2). Цикл работы механизма тяги (рис.3,а) можно разбить на следующие участки: t₁ – разгон двигателя при внедрении ковша в грунт; t₂ – черпание грунта (по мере наполнения ковша момент двигателя М₂ увеличивается); t₃ – окончание зачерпывания.