Технологические особенности автоматизации бетоносмесителя Математическая модель бетоносмесителя

Решение поставленных в работе задач требует составления уравнений геометрических связей бетоносмесителя, рассмотрения различных факторов, определения динамических характеристик объекта при различных возмущающих и управляющих воздействиях.

Рассмотрим схемы ВИД на примере использования их в качестве привода бетоносмесителя(рис. 5.1). Двойной комплект электроприводов(рис. 5.1,а) обеспечивает пуск и изменение скорости вращения лопаток. Однако при этом требуются специальные устройства автоматического регулирования распределения нагрузок. Стоимость такой системы из-за100%-ного резерва высока.

При параллельном включении статоров СМ(рис. 5.1,б) преобразователи пропускают двойной ток. В случае использования данной схемы во всех режимах работы привода требуется специальная синхронизация валов машин и датчиков положения. Если применяется система, показанная на рис. 5.1,в, то нет необходимости в синхронизации валов, однако, так же, как и при реали-зации предыдущей схемы, требуются внешние устройства распределения нагрузок.  

В каскадном ВИД с последовательным соединением обмоток статоров (рис. 5.1,г) осуществляется самовыравнивание нагрузки, поскольку в фазных обмотках СМ течет один и тот же ток. Помимо этого, обеспечивается50%-ный резерв со стороны преобразователя, так как второй инвертор может использоваться в качестве выпрямителя. Такое решение позволяет наиболее просто осуществить экономичный режим работы бетоносмесителя, заключающийся в поддержании постоянной погонной нагрузки на уровне номинальной(или площади поперечного сечения груза на ленте) и расчетной загрузки двигателей при одинаковых коэффициентах сцепления и минимальном давлении на лопасти.

Рис. 5.1 Каскадные схемы электроприводов с ВИД

При условии равенства мощностей приводных двигателей для схемы, показанной на рис. 5.1,г, записываем следующие выражения

После несложных преобразований получаем систему уравнений, по которой выбираются параметры электрооборудования каскада

Исследованиями установлено, что для обеспечения оптимального тягового режима необходимо регулировать текущее соотношение скоростей в зависимости от степени загрузки бетоносмесителя. Отличие реального распределения нагрузок между машинами от расчетного обусловлено механической связью между валами посредством зубчатой передачи. Перераспределение нагрузок в процессе работы бетоносмесителя зависит от деформации лопаток, изменения сил сцепления, загрязнения внутренней поверхностей барабана, а также от разброса параметров электрических машин и кинематических передач.

Разность относительных скоростей машин при деформации лопаток определяется по формуле

где і, Р η - соответственно передаточное число и КПД редуктора; RБ- радиус тягового барабана; FЛ, ρЛ- площадь поперечного сечения.

Записываем следующие выражения для тока и моментов каскада

где Е1, Е2– ЭДС двигателей; R∑– суммарное сопротивление преобразовательной цепи.

Учитывая, что МC= М1+ М2, имеем

Используя выражение(5.3), находим

Решая совместно уравнения(5.6) и(5.7), получаем

Согласно выражениям(5.5) и(5.6) для моментов двигателей записываем

Из этих выражений видно, что отношение моментов двигателей не зависит от величины нагрузки. Скорости валов двигателей автоматически меняются с изменением степени загрузки конвейера в соответствии с выражением

Однако их сумма всегда остается постоянной

что вытекает из баланса мощностей.

Из формул(5.8) и(5.9) видно, что при увеличении модуля, скорость первого приводного двигателя увеличивается, а второго– падает. Максимальное значение ω1 определяется скоростью идеального холостого хода при Id= 0.

Отсюда минимально допустимое значение модуля упругости, при котором выполняется распределение нагрузок, находим из выражений(5.4) и(5.8)

При дальнейшем уменьшении модуля упругости система не сможет обеспечить автоматическое распределение нагрузок. В этом случае необходимо увеличить напряжение на выходе выпрямительного агрегата. Самокомпенсация распределения нагрузок будет выполняться при любой скорости движения лопостей.

Таким образом, каскадный ВИД постоянного тока с последовательным соединением обмоток статоров удовлетворяет всем технологическим требованиям, предъявляемым к регулируемым многодвигательным электроприводам шахтных стационарных установок. В нем происходит самораспределение моментов, такой привод нечувствителен к изменению статической нагрузки и параметров рабочей машины.

Типы сравниваемых электроприводов представлены на рис. 5.2, а в табл. 5.1 приведены их краткие технические характеристики.

Рис. 5.2 Схемы сравниваемых электроприводов: а- ВП; б, д- ЧРП; в– ВИД переменного тока; г- АВК; е- ВИД постоянного тока

Из табл. 5.1 видно, что ВИД является одним из наиболее универсальных типов регулируемого привода, технические характеристики которого лучше аналогичных характеристик каждой из существующих систем.

Таблица5.1

Краткие технические характеристики сравниваемых электроприводов

Таким образом, по режимам работы ВИД не уступает приводу постоянного тока и частотному, выгодно отличаясь от них практически неограниченным диапазоном мощностей и частот вращения, большей надежностью и простотой.

Универсальность ВИД проявляется также в возможности реализации каскадных многодвигательных схем. Например, условиям экономичного режима работы бетоносмесителя наиболее полно отвечают каскадные ВИД, которые характеризуются простотой реализации пуска и регулирования частоты вращения, в них осуществляется самокомпенсация неравенства распределения нагрузок.