книги из ГПНТБ / Глушко В.В. Характеристики режимов работы горных машин и их автоматическое управление

электродвигателя исполнительного органа нагрузка резко возра­ стает до 17 квт.

Вследствие большой неравномерности загрузки приводов и эле­ ментов струговой установки, а также неравномерного распределения нагрузок между верхним и нижним приводами в струговых установ­ ках имеются резервы повышения производительности.

Режим работы приводов комплекса У К Р и других для разработки крутых пластов отличается тем, что ввиду большой длины тягового

• МСр

t

Рис. 17. Диаграмма момента на валу исполнитель­ ного органа комбайна ПКЛ-8

каната ток двигателя механизма подачи не зависит от изменения на­ грузки двигателя комбайна.

Неравномерность нагрузок на привод и элементы некоторых горных машин определяется и их конструктивными особенностями. Так, например, усилие резания на исполнительном органе проход­ ческого комбайна ПКЛ-8, работающего по принципу забуриванияи последующего расширения выработки, даже при неизменной крепости разрушаемого массива, изменяется в связи с непрерывным увели­ чением скорости резания. На рис. 17 показан характер изменения момента на валу исполнительного органа при изменении скорости резания. Ее изменение происходит в связи с увеличением радиуса движения режущего инструмента по мере расширения выработки. Скорость вращения исполнительного органа остается постоянной. Момент на исполнительном органе этого комбайна может быть опре­ делен из уравнения (2-15), в котором

40

и равным по величине номинальному. Поэтому описанный комбайн

ми. о

где М'и о и М"и о — момент на валу исполнительного органа соот­ ветственно в конце и начале расширения выра­ ботки;

V — коэффициент, учитывающий наличие момента на валу исполнительного органа при отсутствии подачи.

Подставив значения М'и_0 и Ml „ из (2-52) и (2-53) в (2-51), после преобразований получим

При трехступенчатом исполнительном органе, у которого переме­ щение разрушающих элементов производится синхронно от одного привода, коэффициент ха равен

Эффективное регулирование режима работы машинистом не­ возможно, так как частота изменения нагрузки на привод горной машины может составлять более 0,5 гц; поэтому для ее выравнивания необходимо с соответствующей частотой изменять и режимы работы машины. По мере роста скоростей подачи машин частота изменения нагрузки также возрастает.

Таким образом, исследования режимов работы горных машин показывают, что:

нагрузка на привод имеет неравномерный характер ввиду изменений условий работы машин (переменная крепость угля, включения колчедана, заштыбовка исполнительного органа и т. п.);

41

средняя нагрузка привода ниже номинальной; коэффициент вариации нагрузки скорости подачи имеет зна­

чительную величину, что указывает на случайный характер измене­ ний нагрузки машин;

улучшение режима работы горных машин возможно лишь путем их автоматизации;

в процессе создания автоматизированных горных машин необ­ ходимо исследование их режимов работы с целью определения ха­

удельная энергоемкость разрушения угольного массива, надежность работы и межремонтный срок службы горных машин. В связи с этим одной из основных задач при расчете привода подачи горных машин является выбор рационального сочетания параметров, влияющих на частоту и амплитуду колебаний скорости перемещения исполнитель­ ных органов горных машин. Повышение частоты и амплитуды пуль­ саций скорости подачи, степени прерывистости этой скорости ведет к ухудшению указанных трех факторов [70]. Поэтому представляет практический интерес выявление причин, влияющих на степень пульсации скорости подачи горных машин, имеющих механизм плавной подачи.

На характер движения горных машин в лаве и их динамические свойства оказывают существенное влияние жесткость тяговой цепи или каната, жесткость механических характеристик привода пода­ ющей части, масса поступательно движущихся и вращающихся частей, величина и характер сил трения, характер колебаний ре­ зультирующих сил сопротивления горных пород разрушению ис­ полнительными органами.

Нагрузка в передачах горных машин режущего типа в рабочем режиме определяется силами внешнего сопротивления, а также дина­ мическими параметрами колебательной системы машины. На эту нагрузку влияют маховые массы привода и его механическая ха­ рактеристика.

Промышленные исследования внешней динамики горных машин показали, что для разных типов машин основным источником, формирующим характер изменения нагрузки на электрический при­ вод, может быть: исполнительный орган, механизм подачи, тяговый орган или изменения горногеологических условий пласта.

Так, например, для струговых установок характер изменения ско­ рости подачи и нагрузки определяется в основном типом механизма подачи, характеристикой тягового органа, крепостью угля и на­ личием включений.

Как видно из приведенных осциллограмм, фактором, формиру­ ющим характер нагрузки на привод струга, является характер измене­ ния скорости подачи (рис. 18). Частота и форма пульсаций скорости

42

подачи при одинаковых конструктивных особенностях ножа струга зависят от длины струговой установки, степени предварительного натяжения тяговой цепи струга, положения струга по длине лавы, угловой частоты ведущей звездочки, крепости угля и других парамет­ ров, характеризующих угольный пласт. Чем меньше длина струговой установки, короче ведущая ветвь тяговой цепи и выше крепость угля, тем больше частота пульсаций скорости подачи.

Ів

IhU)

Рис. 18. Осциллограммы тока и скорости струговой установки:

а — в лаве с относительно мягким углем; б — в лаве с относи­ тельно крепким углем

Кроме этого изменение величины нагрузки приводов струга опре­ деляется характером изменений вдоль лавы крепости и вязкости разрушаемого угля. Причем колебания нагрузки привода, в сторону

Средняя величина нагрузки привода струга, от которого движется исполнительный орган, изменяется от указанных факторов незна­ чительно, а частота и амплитуда пульсаций нагрузки зависит от частоты и амплитуды пульсаций скорости подачи.

43

Равномерность движения струга, при прочих равных условиях, в значительной степени повышается при увеличении предваритель­ ного натяжения холостой ветви тяговой цепи. При этом увеличива­ ется частота пульсаций скорости и нагрузки струга, но уменьшается амплитуда пульсаций. Так, фирма «Вестфалия Люмен» [72] доби­ лась относительно спокойного хода струга путем повышения пред­ варительного натяжения. Однако величина предварительного натя­

Для комбайнов 2К52, МКМ-1, БК52 и МК и других подобного типа определяющим фактором в формировании характера нагрузки на привод и характера пульсаций скорости подачи являются динамика исполнительного органа и связанные с ней пульсации результиру­ ющей нагрузки на машину.

Корреляционный анализ режимов работы добычных комбайнов показывает, что при нагрузках на машину, близких к номиальным, нормированная корреляционная функция скорости подачи может описываться уравнением

Rv(x) = vleг а ' ( т ) cos сот -Ь 2 ѵЬу cos ку сот,

где а" — коэффициент; со — частота гармонических колебаний случайной составляющей

скорости подачи;

I —число элементов рабочего органа;

ѵпу — амплитудное значение пульсаций скорости подачи, об­ условленных каждым элементом;

ку — коэффициент кратности гармонических составляющих. Наличие первого слагаемого определяется существованием в функции скорости случайной составляющей. Второе слагаемое

говорит о наличии детерминированной составляющей.

Однако при увеличении периода реализации и шага квантования детерминированная составляющая в нормированной корреляционной функции нагрузки может и отсутствовать.

При плохой динамике исполнительного органа комбайна возни­ кают колебания этого органа в вертикальной или горизонтальной плоскости и всей машины в целом, что оказывает значительное влияние на характер формирования нагрузки н пульсаций скорости подачи. Амплитуда этих колебаний Ал зависит от уравновешенности испол­ нительного органа, числа резцов, находящихся одновременно в кон­ такте с забоем, затупленности резцов, массы комбайна, степени устойчивости корпуса машины в пространстве и величины момента на валу исполнительного органа. Эта зависимость может быть вы­ ражена в виде

44

в свою очередь, зависит от крепости угля, скорости подачи комбайна и некоторых других факторов.

В период выемки угля при движении горной машины снизу вверх или сверху вниз значения коэффициентов k^, к^, кж изменяются. В связи с этим изменяется и амплитуда вынужденных колебаний кор­ пуса, нагрузки и скорости подачи комбайна.

Отношение максимального момента на валу исполнительного ор­ гана Мтах к среднему моменту Мср с увеличением числа резцов, одновременно находящихся в контакте с забоем, уменьшается. Эти

&п = Л-——h 1)

У п

где к{ — кратность нагрузки при работе единичного резца;

п— число одновременно работающих резцов.

Всвязи с этим в пульсации скорости подачи имеется как случай­ ная, так и детерминированная составляющая.

Степень преобладания той или иной составляющей может за­

ности. Так, например, при движении комбайна МКМ-1 снизу вверх при ручном регулировании скорости подачи колебания нагрузки на исполнительный орган в несколько раз превышают, при прочих рав­ ных условиях, его колебания в период движения комбайна сверху вниз. В такой же степени изменяется и амплитуда колебаний нагрузок на электропривод, формируемых работой исполнительного органа. При значительных колебаниях исполнительного органа и большой длине цепи частота пульсаций скорости подачи этого комбайна пол­

прочих равных условиях, частота пульсаций скорости подачи выше частоты пульсаций нагрузки, но кратна ей.

Например, при работе комбайна МКМ-1 в средней части лавы частота пульсаций скорости подачи при больших величинах нагрузок в два раза выше частоты пульсаций тока его двигателя, вызываемых динамикой исполнительного органа (рис. 19, б). В верхней части

45

лавы частота пульсаций скорости была в три раза выше частоты вы­ нужденных колебаний нагрузки привода, обусловленных динамикой исполнительного органа комбайна (рис. 19, в). Специфической осо­ бенностью характера скорости подачи (см. рис. 19, а) является спад скорости после каждого импульса до нуля, что создает неблагоприят­ ные условия для работы тягового органа и других звеньев машины. Коэффициент вариации скорости подачи при этом имеет весьма вы­ сокое значение (до 1,24).

Рис. 19. Осциллограммы тока привода и скорости подачи комбайна МКМ-1 при длине ведущей ветви тяговой цепи:

а — 150 м; б — 80 м; в — 15 м

Кроме того, амплитуда колебаний исполнительного органа зависит от внутренней динамики машины, величины средней скорости подачи, длины цепи, направления движения комбайна.

Исследование осциллограмм показывает, что частота и амплитуда этих пульсаций в значительной мере определены конструкцией и принципом работы исполнительных органов и машин. Например, корреляционный анализ осциллографических данных позволил

46

выявить периодичность изменения скорости подачи и тока нагрузки добычных комбайнов МКМ-1, 1К52Ш и проходческих комбайнов.

Корреляционный анализ осциллограмм при различных дли­ нах тягового органа показал, что частота пульсаций скорости по­ дачи мало зависит от длины тягового органа при длине ведущей ветви тяговой цепи свыше 25 м.

Малая зависимость частоты пульсаций скорости подачи от жест­ кости тягового органа при длине его свыше 25 м свидетельствует о том, что основной причиной возбуждения таких пульсаций является возмущающее воздействие исполнительного органа.

Анализ осциллограмм работы комбайна 1К52Ш показал, что частота пульсаций скорости подачи этого комбайна также мало за­

функции тока статора и скорости подачи (рис. 20) позволяют сделать вывод, что указанные параметры имеют тесную причинную связь. Это справедливо для всех исследованных машин.

Скорость подачи проходческих комбайнов типа ПК-ЗМ и ШБМ-3 также имеет пульсирующий характер, хотя коэффициент вариации ее значительно ниже, чем у добычных комбайнов. Так, коэффициент вариации скорости подачи комбайна ПК-ЗМ составил 0,41. Коэф­ фициент вариации скорости подачи комбайна ШБМ-3 несколько выше и на исследованных машинах составил 0,76, что объясняется меньшей крепостью солей по сравнению с углем и более равномерным характером изменения сопротивляемости солей разрушению. Ско­ рость подачи комбайна ШБМ-2 характеризуется наличием резких кратковременных пиков (рис. 21, а). Коэффициент вариации, ес­ тественно, здесь больше и составляет 1,61.

Исследования процесса движения исполнительного органа про­ ходческого комбайна ПК-ЗМ показали, что корреляционная функция не имеет гармонических составляющих, что свидетельствует об урав­ новешенности исполнительного органа или о принципиальных от­ личиях внешней динамики этих машин.

47

Усилие в тяговом звене механизма подачи при малых длинах тя­ гового органа или в звене, близко расположенном к горной машине, также имеет пульсирующий характер. Степень пульсации усилия при прочих равных условиях зависит от длины ведущей ветви тягового звена и от расположения звена по отношению к движущейся

lit)

Рис. 21. Осциллограммы тока и скорости подачи ком­ байнов:

а — ШБМ - 2; б — ПК-ЗМ

машине. В звене, расположенном на значительном удалении от ма­ шины, усилие изменяется плавно, без пульсаций. На рис. 22 при­ ведены осциллограммы тока двигателя, скорости подачи и тягового усилия комбайна 2К52 [43].

Диапазон частот пульсаций усилий подачи лежит в пределах 0,2-10 гц.

От частоты и амплитуды колебаний скорости перемещения исполнительных органов машины зависят усилия во всех звеньях кинематической части тягового и исполнительных органов. Диа­

48

бычных комбайнов лежит в пределах 0,5—11 гц, а проходческих —

1—20 гц.

Аналогичная картина наблюдается при работе горных машин с вынесенным механизмам подачи. Так, при работе комбайна БКТ-1 при нагрузках на машину и скоростях подачи, значительно меньших

а

Ô

Рис. 22. Осциллограммы тока двигателя, скорости и усилия подачи комбайна 2К52 при малом (а) и большом (б) расстояниях между датчиком усилий и ком­ байном

допустимых в данных условиях, детерминированная составляющая скорости подачи и нагрузки также незначительна (рис. 23). В этом случае движение горной машины с остановками (скачками) в значи­ тельной степени определяется характеристикой трения корпуса комбайна о забой, конвейер или почву пласта. Характеристика тре­ ния при достаточно малых скоростях имеет участок с отрицательным угловым коэффициентом (так называемое «падающее» трение). При