книги из ГПНТБ / Электрические подъемные установки учебное пособие для студентов горных вузов проф. В. Б. Уманский ; под редакцией Барамидзе К. М. 1960- 20 Мб

196 Подъемная машина с асинхронным подъемным двигателем

на новую характеристику, которая при новой нагрузке обеспе­ чила бы движение с заданной скоростью. Особенно трудно осу­

ществлять такую регулировку при малых нагрузках, когда для получения скорости движения меньше нормальной приходится работать на очень крутых характеристиках, при которых малей­ шее изменение статического момента сопровождается значитель­ ным изменением скорости движения.

Когда подъемная машина работает вхолостую (натяжение

•обеих ветвей каната одинаково, в поднимающейся и опускаю­ щейся клетях установлен одинаковый груз), получить устойчи­ вую скорость, меньше нормальной, вообще невозможно. В самом деле, при нулевом моменте вращения любая характеристика дает синхронную скорость вращения двигателя. Поэтому, чтобы при нулевой нагрузке получить устойчивую скорость меньше нормальной, приходится прибегать к специальному приему. На валу органа навивки создается искусственный статический момент сопротивления при помощи механического тор­ моза.

Если необходимо произвести спуск груза со скоростью мень­ ше нормальной, приходится прибегать к режиму противотока, механического торможения или лучше всего — к режиму дина­ мического торможения.

Таким образом мы видим, что если работа двигателя с нор­ мальной скоростью в период равномерного хода не требует ника­ кого вмешательства машиниста или автоматизирующих устройств,

то, приняв в период равномерного хода скорость ниже нормаль­

ной, приходится констатировать значительные трудности в упра­ влении подъемной машиной. Следует еще добавить, что работа

машины при пониженной скорости связана с потерями в рео­ стате, пропорциональными скольжению двигателя (разности

между нормальной и действующей скоростью).

Все это заставляет сделать заключение о принципиальной

целесообразности избегать для подъемной машины с приводом

от асинхронного двигателя в период равномерного хода работы с пониженной скоростью движения по сравнению с нор­

мальной.

В подавляющем большинстве случаев подъемную установку

можно спроектировать так, чтобы она все свои основные функции

(подъем груза, спуск и подъем людей, спуск материалов и т. д.) выполняла с одной и той же максимальной скоростью. Действую­ щие правила безопасности в большинстве случаев (при скоро­ стях до 10—12 м/сек) допускают движение людей с той же ско­ ростью, что и движение груза, поэтому с описанными трудно­ стями управления в период равномерного хода приходится стал­ киваться лишь в редких случаях. При правильно выбранной

тельства машиниста в управление машиной в период равйомерного хода не требуется.

Управление машиной в период замедления.

Перейдем теперь к периоду остановки машины (периоду замед­ ления) . Здесь обычно приходится иметь дело либо с небольшим положительным моментом вращения (двигательное замедление), либо с небольшим отрицательным моментом (тормозное замедление).

(отрицательный момент) была уже освещена выше. Не менее сложно управление в период замедления при двигательном ре­

жиме. Расчетный режим работы представлен на рис. 121. По­

смотрим, как может быть на практике осуществлен этот режим на участке периода замедления. В период равномерного хода рабочая точка процесса была Т (рис. 122). В начале периода за­ медления машинист перемещает рукоятку, например, в шестое положение (рис. 122). При этом движущее усилие резко умень­ шается (точка S). Система начинает двигаться с замедлением,

определяющимся разностью между статическим сопротивлением

Затем рукоятка перемещается в третье и, наконец, в первое по­

ложение, при котором и происходит окончательная остановка

машины.

Недостаток такого способа управления заключается в следу­ ющем. Расчетная'диаграмма (см. рис. 121) соответствует нор­ мальной нагрузке машины. Но в процессе эксплуатации на­

грузка машины лишь в редких случаях бывает жестко посто­

янна. Обычно нормальный (расчетный) груз бывает в то же

198 Подъемная машина с асинхронным подъемным двигателем

время максимальным. Часто же приходится иметь дело с подъ­ емом меньшего груза; тогда Ест будет меньше. С момента начала замедления подъемный сосуд должен пройти путь, соответствую­ щий заштрихованной площади на рис. 121. Для этого он должен двигаться с заданным замедлением. В период пуска отклонение замедления от заданного не вызывало никаких осложнений.

В период же замедления необходимо точное соблюдение задан­ ного режима, так как в противном случае к моменту приближе­ ния подъемного сосуда к приемной площадке скорость машины не будет доведена до нуля и может произойти переподъем; или же, наоборот, подъемный сосуд может не дойти до приемной пло­

щадки, остановившись раньше, вследствие чего потребуется до­ полнительное подтягивание его.

Если нагрузка машины меньше расчетной, то может ока­ заться, что для соблюдения заданного режима придется приме­ нить не двигательный, а тормозной момент. Машинист должен будет либо перейти на противоток, или динамическое торможе­

ние, либо применить механический тормоз. Таким образом, машинисту, в зависимости от нагрузки машины, в период замедле­ ния приходится прибегать к одному или другому методу управ­

ления. Это уже серьезный недостаток, так как требует от маши­

ниста высокой квалификации и быстрой ориентировки.

Обычно предпочитают проектировать диаграмму скорости так, чтобы в третьем периоде движения при расчетной нагрузке

требовалось небольшое тормозное усилие (см. пунктир на рис. 121). Тогда, если нагрузка машины окажется меньше рас­ четной или будет иметь место режим спуска груза, машинисту придется увеличить тормозное усилие, но не изменять метод управления машиной. Все же и в этом случае управление подъ­ емной машиной в период замедления представляет определенные трудности. В зависимости от нагрузки машины машинист дол­

жен либо начинать торможение машины в различных положе­ ниях подъемного сосуда (относительно приемной площадки)

с тем, чтобы, несмотря на разные значения замедления системы, обеспечить остановку подъемного сосуда на уровне приемной площадки, либо, начиная торможение при одних и тех же поло­ жениях подъемного сосуда, путем применения различного тормо­ зящего усилия в зависимости от нагрузки машины, обеспечить одно и то же замедление системы при любой нагрузке и точную

остановку подъемного сосуда у приемной площадки.

Значение и трудность полной автоматиза­ ции процесса управления подъемной маши­ ной с приводом от асинхронного двигателя.

Приведенный обзор показывает, что управление подъемной ма­ шиной с приводом от асинхронного двигателя весьма сложно.

В различные периоды движения приходится прибегать к различ­ ным методам регулирования, причем применение того или иного метода зависит от нагрузки машины. Выбором рационального динамического режима (нормальная скорость вращения асин­

хронного двигателя в период равномерного хода, применение

тормозного момента в период замедления) можно несколько упростить управление. Но все же оно остается чрезвычайно сложным. Особенно ответственным и трудным является управ­ ление подъемной машиной в период замедления. В период уско­ рения некоторая неточность в управлении машиной может вы­ звать несколько большее или меньшее ускорение. Это может быть связано с большей или меньшей перегрузкой двигателя {тот или иной пусковой момент), но решающего значения откло­ нение заданного режима в период пуска от действительного не имеет.

Иначе обстоит дело с периодом замедления. Здесь при любых

условиях совершенно необходимо обеспечить остановку машины точно у приемной площадки. Только очень квалифицированный машинист может успешно справиться с этой задачей при любой нагрузке машины. Недостаточно квалифицированный машинист не сумеет обеспечить тонкой дозировки тормозного усилия в за­ висимости от нагрузки. Поэтому подъемный сосуд будет иметь тенденцию либо перейти уровень приемной площадки, либо оста­ новиться, не доходя до него. В первом случае налицо непосред­ ственная опасность аварии (переподъем подъемного сосуда к на­ правляющим шкивам). Эта опасность может быть устранена лишь применением значительного тормозного усилия в конце

движения. Обычно это обеспечивается специальной предохра­ нительной аппаратурой, которая в случае опасности переподъема включает предохранительный тормоз (см. главу XI). Во втором случае неточность управления связана с необходимостью по­

вторно включать двигатель и подтягивать подъемный сосуд до уровня приемной площадки, что связано с потерей производи­ тельности.

Из всего сказанного ясно, насколько важное значение для

подъемной установки с приводом от асинхронного двигателя имеет автоматизация управления. Мы уже говорили выше об ав­

томатизации процесса запуска; но совершенно очевидно, что несравненно большее значение имеет автоматизация процесса остановки с обеспечением остановки подъемного сосуда точно на уровне приемной площадки. Однако из описания этого процесса ясно, что автоматизация его весьма трудна; здесь приходится говорить об автоматической дозировке тормозящего (или дви­ жущего) усилия в зависимости от нагрузки машины. К этому вопросу мы еще вернемся.

200 Подъемная машина с асинхронным подъемным двигателем

ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНОГО ДИНАМИЧЕСКОГО РЕЖИМА ДЛЯ ПОДЪЕМНОЙ МАШИНЫ С АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

Расход энергии при асинхронном подъем­ ном двигателе. Мощность, потребляемая асинхронным

двигателем из сети, не зависит от мгновенного значения скорости

его вращения и определяется произведением развиваемого им мо­ мента вращения и синхронной угловой скорости. Так как нор­ мальная скорость вращения двигателя, соответствующая при проектировании динамического режима расчетной максимальной

скорости, лишь ничтожно отличается от синхронной, то в первом приближении можем написать выражение для мгновенного зна­

чения потребляемой из сети мощности в таком виде:

Ро = MQ, кглРсек

или

n

ро = -1б2’ квт-

Заменяя при постоянном радиусе навивки угловые единицы через линейные, мы можем те же выражения переписать так:

Л = ^тах> кгм[сек

или

=квт,

®тах — максимальная линейная скорость движения.

Максимальная скорость движения для данной установки есть величина постоянная. Таким образом, мощность, потребляемая асинхронным двигателем из сети, прямо пропорциональна мгно­ венному значению развиваемого им усилия (или момента враще­ ния). В то же время мощность, отдаваемая на валу асинхрон­ ного двигателя, равна произведению этого усилия на мгновен­

ное значение скорости движения.

На рис. 123 вычерчены, в одной и той же координатной системе, диаграмма мощности, отдаваемой на валу асинхронного

202 Подъемная машина с асинхронным подъемный двигателем

увеличивается динамическая слагающая момента вращения, а следовательно, и пусковой момент подъемного двигателя; по­

следний ограничен перегрузочной способностью двигателя. Сле­

довательно, нижний предел для множителя скорости устанав­

ливается перегрузочной способностью двигателя.

Таким образом, при асинхронном двигателе экономически выгодно выбирать такую диаграмму скорости, при которой пе­ регрузка двигателя при пуске получается максимально допу­ стимой. Это положение дает достаточный критерий для выбора величины ускорения для первого периода движения. При поль­ зовании этим критерием на практике возникает следующее за­ труднение.

Начальное значение движущей силы определяется выраже­

нием

F^kQ + tp-qjH+jW.

Задавшись допустимой перегрузкой и, следовательно, пре­ дельным значением начального усилия, можно из этого выраже­ ния определить ускорение, при котором это значение усилия бу­ дет иметь место. Но перегрузка определяется отношением пуско­ вого усилия к нормальному, т. е. среднему квадратичному зна­ чению движущих сил, которое .в значительной степени зависит от выбранной диаграммы скорости.

Заранее, до построения рабочих диаграмм, эта величина мо­ жет быть определена лишь ориентировочно. Автором были раз­ работаны графики для точного предварительного определения множителя скорости в зависимости от заданной перегрузки и других параметров. 1

Ориентировочное определение эффективной мощности. При определении эффективной мощности двига­ теля нам необходимо знать значение приведенной массы системы,

вкоторую входит приведенная масса подъемного двигателя. Ма­

1Графики эти опубликованы в брошюре автора «Технико-экономический ■расчет электрических подъемных машин», а также в книгах проф. Ильичева «Рудничные подъемные машины» и проф. Пака «Горная механика», часть 1.

Они имеют большое значение при исследовании зависимости между раз­ личными параметрами (см. главу IX). Графики эти были разработаны авто­ ром в 1927—1928 гг., когда у нас не было еще достаточного проектного опыта ’и для выбора элементов подъемной установки и ее параметров в каждом отдельном случае нужно было теоретическое обоснование. Теперь, когда мы обладаем колоссальным проектным опытом и стандартизировали все основные элементы оборудования, эти графики сохраняют в основном лишь теорети­ ческий интерес. Поэтому я не счел целесообразным вводить их в вузовский

курс.

Эти графики послужили основанием для составления таблицы 25.

Проектирование рационального динам, режима для подъемной машины 203

тематически эта задача неразрешима, поэтому следует опреде­ лять мощность двигателя ориентировочно и после этого произ­ вести проверочный расчет.

Ориентировочное значение эффективной мощности опреде­

ляется по формуле

р__ С • kQv

Ю2т,3 '

При сугубо ориентировочных расчетах принимается: для кле­ тевых подъемов £=1,3—1,5 и для скиповых подъемов £=1,1—1,3.

Для более точных расчетов можно воспользоваться табли­

цей 25. Из таблицы видно, что коэффициент t, зависит от степени статической неуравновешенности

(р — g) Н kQ

и степени интенсивности подъемной установки

Со ~’ kQI'i '

При пользовании таблицей для выбора Л и Со можно пользо­ ваться нижеследующими рекомендациями.

Будем называть установки неинтенсивными, если значение степени их интенсивности составляет не свыше 0,4. Это относи­ тельно тихоходные машины, с относительно малыми значения­ ми маховой массы (скиповой подъем).

Подъемные установки средней интенсивности характеризу­ ются степенью интенсивности порядка 0,6; это, например, вспо­ могательные клетевые подъемы с относительно значительными массами, но в то же время относительно тихоходные.

Интенсивные подъемы Со = 0,8 —это подъемы со значитель­ ными массами и значительными скоростями (например, клетевые выданные подъемы).

Наконец, очень интенсивные подъемы — это установки со степенью интенсивности порядка Со = 1 (например, опрокидные клети, отличающиеся особенно неблагоприятными соотношения­

ми между приведенной массой и полезным грузом).

Степень статической неуравновешенности равна нулю при наличии равновесного хвостового каната. При отсутствии хвос­

204 Подъемная машина с асинхронным подъемным двигателем

подъемов глубине порядка 350 м, а для скиповых — 550 м.1 Мы будем различать три группы установок: уравновешенные систе­ мы, неуравновешенные при средних глубинах (степень статиче­ ской неуравновешенности порядка Д = 0,4) и неуравновешенные при глубинах, близких к предельным (Д = 0,6—0,7).

Таблица 25

Выбор параметров динамического режима.

Теперь, задавшись перегрузкой, мы можем найти пусковое уси­ лие и соответствующее ему ускорение.

Расчетная перегрузка при асинхронном двигателе выби­ рается в пределах у = 1,6—1,8. Меньшие цифры принимаются обычно при менее интенсивных и более уравновешенных систе­ мах, большие же значения перегрузки приходится выбирать при более интенсивных подъемах и при неуравновешенных подъемах для глубоких шахт.

Что касается величины замедления, то ее нужно выбирать из тех соображений, чтобы в конце движения пришлось приме­ нить торможение. Целесообразность этого была выявлена при исследовании процесса управления машиной в период замед­ ления; было показано, что при тормозном замедлении управле­

ние машиной несколько проще. В пользу тормозного замедле­ ния говорит еще и другое соображение: замедление при тор­

мозном режиме, при прочих равных условиях, всегда больше,

чем при двигательном режиме. Величина же множителя ско­

1 Эти цифры соответствуют тем отношениям между мертвым и полезным грузом подъемных сосудов, которые характерны для угольных шахт. Для руды отношение мертвого груза к полезному несколько более благоприятно (благодаря большому удельному весу руды); поэтому и предельные глубины, при которых рационально применение неуравновешенных систем, при руде несколько большие.

Проектирование рационального динам, режима для подъемной машины 205

рости а тем меньше, чем большими выбраны ускорения как

в первом, так и в третьем периодах движения. Таким образом, рациональная величина замедления определяется условием

(736) (см. главу IV).

В таблице 25, кроме данных коэффициентов £, приведены еще значения множителя скорости а, который обеспечивает работу машины с заданной перегрузкой. Эти значения а можно принимать при предварительном определении максимальной скорости движения машины.