Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса приводов рабочих органов некоторых строительных машин
1.1. Оборудование, применяемое для разработки глубоких траншей 9
1.2. Оборудование, применяемое для забивки свай 14
2. Использование линейных асинхронных двигателей в промышленности и задачи исследования
2.1. Применение линейных асинхронных электродвигателей для различных приводных устройств 17
2.2. Методы исследования линейных асинхронных электродвигателей 20
3. Теоретические доследования линейной асинхронной электрической машины с кусочно-лршейным бегуном
3.1. Исследование линейной асинхронной электрической машины с учетом несимметрии токов вторичного контура 25
3.2. Схема замещения линейного асинхронного электродвигателя с кусочно-линейным бегуном для симметричной системы токов прямой последовательности 40
3.3. Схема замещения линейного асинхронного электродвигателя для симметричной системы токов обратной последовательности 50
3.4. Совмещенные схемы замещения линейного асинхронного электродвигателя 60
3.5. Электромагнитная мощность, тяговое усилие, КПД, энергетическая диаграмма линейного асинхронного электродвигателя 64
4. Экспериментальные исследования линейного асинхрон ного электродвигателя с кусочно-линейным бегуном
4.1. Экспериментальные исследования асинхронного электродвигателя в рабочем режиме 85
4.2. Экспериментальные исследования линейного асинхронного электродвигателя на нагрев 101
4.3. Экспериментальные исследования траншейной установки с линейным приводом в производственных условиях 102
5. Методика расчета линейного асинхронного электро двигателя для привода рабочего органа траншейной установки ТУЭМ-500
5.1. Силы сопротивлений резанию грунта 116
5.2. Расчет линейного асинхронного электродвигателя для привода траншейной установки 119
5.2.1. Исходные данные на проектирование ЛАД 119
5.2.2. Выбор основных параметров ЛАД
5.2.2.1. Выбор коэффициента геометрии полюса 120
5.2.2.2. Определение числа витков обмотки статора 121
5.2.2.3. Высота статора линейного асинхронного электродвигателя 127
5.2.2.4. Расчет параметров обмоток статора ЛАД
5.2.2.5. Расчет параметров обмоток кусочно-линейного бегуна 128
5.2.2.6. Коэффициент несимметрии токов ЛАД 134
5.2.3. Расчет механических характеристик ЛАД для при вода рабочего органа траншейной установки
Выводы 139
Список литературы 141
Приложение I
- Оборудование, применяемое для забивки свай
- Методы исследования линейных асинхронных электродвигателей
- Схема замещения линейного асинхронного электродвигателя с кусочно-линейным бегуном для симметричной системы токов прямой последовательности
- Экспериментальные исследования линейного асинхронного электродвигателя на нагрев
Введение к работе
Главная задача одиннадцатой пятилетки состоит в обеспечении дальнейшего роста благосостояния советских людей на основе устойчивого, поступательного развития народного хозяйства, ускорения научно-технического прогресса и перевода экономики на интенсивный путь развития, более рационального использования производственного потенциала страны, всемерной экономии всех видов ресурсов и улучшения качества работы [ I] .
Обеспечение дальнейшего ускорения научно-технического прогресса, являющегося одним из важнейших элементов экономической стратегии КПСС, выдвинутой ХХУІ съездом КПСС, предполагает проведение во всех отраслях народного хозяйства линии на более быстрое техническое перевооружение производства, создание и выпуск машин и оборудования, позволяющих улучшить условия труда и повышать его производительность, эконоглить материальные ресурсы и, в частности, создание высокопроизводительных машин для комплексной механизации основных работ на всех стадиях строительного производства, обеспечивающих улучшение труда и охрану окружающей среды.
Одним из типов таких машин в строительном производстве являются установки для проходки глубоких траншей и забивки свай.
Траншейные установки для проходки глубоких траншей используются при создании противофильтрационных завес вдоль каналов, искусственных и естественных водоемов, в гидротехническом строительстве, при строительстве доков, а также при водопонижениях на различных карьерах и на специальных объектах, где требуется защита от подземных вод.
Существующие установки для проходки глубоких траншей французских фирм "Бенато" и "Сетиков", итальянских "Йкос-Федер",
"Радио-Маркони" и "Титания", американской "Крониз", западногерманской "Зальгиттер", английской "Эльзе", канадской "Иканда", отечественные траншейные установки типа УКС-22М, а также созданные в институте Гидропроект Минэнерго СССР агрегаты СВД-500 и СВД-500Т из-за сложности и несовершенства приводов рабочих органов имеют ряд недостатков, а именно: большую энергоемкость, малую надежность приводов буровых устройств и рабочих органов, а также небольшую глубину, проходки траншеи.
При возведении промышленных, гражданских и других сооружений выполняется огромный объем свайных работ. Известно, что от правильного выбора наиболее эффективных машин для выполнения соответствующей работы зависят как трудовые, так и стоимостные показатели работы строительных организаций. В настоящее время для забивки свай широко используются также устройства,как дизель-молоты, вибропогружатели и паровоздушные молоты. Перечисленные установки для забивки свай из-за сложности привода ударного механизма имеют ряд недостатков: малую надежность работы механизма приводного устройства, недостаточную универсальность установок /для каждого вида свай используется соответствующий агрегат/. Как правило, при работе дизель-молотов выделяется большое количество отработанных газов, загрязняющих окружающую среду.
Таким образом, известные траншейные установки для проходки глубоких траншей и установки для забивки свай по своим техническим данным не полностью отвечают современным требованиям строительства.
Использование линейных асинхронных электродвигателей /ЛАД/ для приводов различных строительных машин и механизмов позволит устранить такие недостатки,как сложность приводных устройств рабочих органов, большие металлоемкость и энергоемкость, недостаточные производительность и надежность, загазованность окру-
жаіощей среды.
Конструктивные свойства линейного асинхронного электродвигателя с кусочно-линейным бегуном позволяют использовать его в качестве совмещенного электропривода рабочего органа траншейной установки. Это исключает различные промежуточные механические звенья типа редукторов, а также позволяет равномерно распределить тяговое усилие по значительной части цепного рабочего органа, что приводит к снижению его металлоемкости.
Разработанная траншейная установка представляет собой несущую раму с размещенным на ней двухсторонним ЛАД, бегун которого является рабочим органом установки, подобным рабочему органу /бару/ угольного комбайна, и представляет собой плоскую шарнирную цепь с расположенными на ней резцами. Разработанная электромагнитная установка для забивки свай имеет вид вертикальной рамы, на которой расположен двухсторонний ЛАД. Ударной частью установки является бегун ЛАД, который поднимается на определенную высоту бегущим магнитным полем и падает под собственным весом или же с добавочным ускорением,за счет реверсирования магнитного поля.
Такая конструкция установки для забивки свай позволяет увеличить надежность работы машины, исключить загазованность окружающей среды. Благодаря регулированию энергии удара данная установка может считаться универсальной.
Обширные теоретические исследования линейных электродвигателей были проведены Япольским Я.С, Садовским Б.М., Штурманом Г.И., Вольдеком А.И., Квачевым Г.С, Веселовским О.Н. и другими. Однако, в работах этих ученых не затрагивались вопросы теории линейных асинхронных электрических машин с кусочно-линейным бегуном, конструкция которых вызывает несимметршо токов вторичного контура, что влияет на энергетические показатели, механические и рабочие характеристики данного типа ЛАД.
Целью диссертационной работы являлись исследования рабочих и механических характеристик ЛАД с бегунами различных конструкций, пригодных для создания совмещенных электроприводов строительных машин и установок, а также разработка методшш расчета ЛАД с уче« том конструктивных особенностей рабочих органов этих машин.
В настоящей работе изложены результаты теоретических и экспериментальных исследований, влияния несимметрии токов вторичного контура ЛАД на его рабочие характеристики, которые определяются конструктивными особенностями статора и бегуна ЛАД. Кроме того, теоретические исследования позволили получить аналитические выражения механических характеристик ЛАД с учетом конструктивных особенностей бегуна.
Экспериментальные исследования проводились по разработанной методике на специальном стенде, позволяющем воспроизводить различные режимы работы двигателя как по нагрузке, так и по продолжительности.
Результаты этих экспериментов позволили с достаточной достоверностью подтвердить справедливость полученных в данной работе основных теоретических положений.
В работе сформулированы основные рекомендации по конструированию ЛАД с различными по конструкции бегунами, а также определены основные требования, предъявляемые к совмещенным электроприводам с линейным асинхронным двигателем различных строительных машин и установок.
На основании теоретических и экспериментальных исследований была разработана инженерная методика расчета линейного асинхронного электродвигателя с учетом несимметрии токов вторичного контура, которая использовалась при проектировании траншейной установки и машины для забивки свай.
В процессе выполнения данной работы были сконструированы и изготовлены опытные образцы траншейной установки и электромагнитного молота для забивки свай, прошедшие испытания в производственных условиях.
Проведенный технико-экономический анализ эффективности использования указанных машин показывает, что экономический эффект от использования одной траншейной установки составляет 48 тысяч рублей в год, а одного электромагнитного молота 20 тысяч рублей в год.
Настоящая работа была выполнена в Киевском ордена Трудового Красного Знамени инженерно-строительном институте, которая тесно связана с решением проблемы: "Нулевой цикл", РН 55.І2Ц32.05.02.ТІ Минпромстроя УССР.
В данной работе на защиту выносятся следующие положения и выводы: основные теоретические положения об электромеханических свойствах линейных асинхронных двигателей с различными по конструкции бегунами, предназначенными для совмещенных электроприводов различных строительных машин, результаты исследований влияния несимметрии токов вторичного контура ЛАД на механические и рабочие характеристики двигателя, инженерная методика расчета ЛАД для совмещенных электроприводов различных строительных машин и установок, методика экспериментального исследования линейного асинхронного электродвигателя и испытательный стенд для ЛАД, разработанные опытные образцы траншейной установки для проходки глубоких траншей и электромагнитный молот для забивки свай с совмещенными электроприводами ЛАД.
Оборудование, применяемое для забивки свай
В настоящее время при сооружении промышленных и жилых зданий, при строительстве линий электропередач, эстакад, мостов, морских и речных причалов, дамб и других строительных работ используются различные агрегаты ударного действия [8,9] , основными из которых являются дизель-молоты [Ю] .
Дизель-молоты работают по принципу двухтактных дизелей. Ударная часть молота при совершении рабочего хода сжимает заключенный в цилиндре воздух, значительно повышает его температуру; подаваемая в этот период в цилиндр горючая смесь взрывается и отбрасывает цилиндр вверх, совершая холостой ход. При дальнейшем падении ударной части рабочий цикл повторяется. Несмотря на сравнительную простоту конструкции дизель-молотов [II ] , их рабочий процесс довольно сложен, вследствие чего производительность оказывается очень низкой, а долговечность и надежность -недостаточными. Дизель-молотам присущ общий недостаток, связанный с зависимостью его оптимального режима работы от крепости грунта, в который погружается свал. Иными словами, дизель-молот лишен свойства "самонастройки" на грунт переменными физико-механическими свойствами, что сказывается на его производительность. Кроме этого, дизель-молоты при работе загрязняют окружающую среду и создают неблагоприятные условия работы для машиниста.
Для забивки свай в легкие грунты /преимущественно несвязанные и водонасыщенные/ применяют вибрационный метод [ 12 ] , который осуществляется с помощью вибропогружателя, размещенного на головке сваи.
К недостаткам этих машин можно отнести малую надежность их приводов и потерю сцепления грунта со сваей. Первая попытка создания электромагнитного молота была предпринята в 1885 году французским ученым Марселем Депре [ 13) .
Для погружения тяжелых железобетонных свай институтом горного дела СО АН СССР совместно с Красноярским филиалом ВНИИСДМ был разработан экспериментальный образец сваебойного электромагнитного молота. Энергия удара этого электромолота составляла 30 кДж, частота ударов - 654-70 в мин. .потребляемая мощность -90 кВт,масса бойка - 2000 кг. К недостаткам электромагнитного молота можно отнести его низкий КПД, большую металлоемкость [14,15] .
Ранее /в 20-х годах этого столетия/ Япольским Я.С, Прессом С.А., Костенко МЛІ. линейные асинхронные двигатели использовались в различных машинах ударного действия. В частности, в 1924 году был построен электромолот с массой ударной части 400 кг. Однако практического применения этот молот не получил из-за ряда конструктивных недостатков [16,17] .
Результаты анализа литературных источников по строительным машинам, в частности, машинам для проходки глубоких траншей и сваебойным установкам показали, что существующие траншейные машины и сваебойные установки имеют существенные недостатки, а именно: малую надежность, низкую производительность, большую металлоемкость. Поэтому является актуальным создание новых строительных машин, исключающих эти недостатки.
Перспективным направлением в решении этой проблемы можно считать создание машин с совмещенными электроприводами, в которых используются линейные асинхронные двигатели [18] и [19] # Это позволяет значительно упростить конструкцию рабочего органа траншейной установки, распределить равномерно нагрузку по всей цепи исполнительного механизма, не сосредотачивая ее на отдельных звеньях, как это имеет место в существующих конструкциях.
Применение ЛАД для привода рабочего органа электромагнитного молота позволяет исключить загазованность окружающей среды, увеличить надежность работы сваебойного агрегата, его производительность, уменьшить энергетические затраты и металлоемкость.
Асинхронные машины с разомкнутым магнитопроводом могут быть представлены несколькими видами, различающимися, главным образом, конструктивно. Сюда относятся двигатели с дуговым статором, линейные, коаксиально-линейные и подковообразные двигатели.
Электрический двигатель с дуговым статором и линейный двигатель представляют собой одну и ту же конструкцию с различной степенью разворачивания окружности статора в дугу конечного радиуса кривизны для дуговой машины (20,21) и с радиусом кривизны, равным бесконечности, для плоского двигателя (22,23,24) .
Особенностью цилиндрической формы ЛАД является отсутствие привычных форм лобовых соединений. Обычная секция обмотки заменяется двумя шайбовыми обмотками. Ликвидация лобовых частей дает существенную экономию меди по сравнению с плоским или дуговым исполнением машин (25, 26, 27, 28, 29, 30] . Подковообразный ЛАД применен в качестве совмещенного электропривода рабочего органа навесного оборудования для разработки вертикальных траншей (18) . Конструкция подковообразного ЛАД представляет собой коаксиально-линейный статор с открытым пазом по всей его длине, через который проходят режущие элементы рабочего органа, прикрепленные к бегуну. Асинхронные машины с разомкнутым магнитопроводом, обладая специфическими особенностями, являются перспективныьш для использования в качестве привода механизмов поступательного движения. Двигатели такого типа находят все более широкое применение в технике, например, в системах привода высоковольтной аппаратуры,
Методы исследования линейных асинхронных электродвигателей
Впервые изучение краевого эффекта началось в связи с разработкой линейных и дуговых асинхронных электродвигателей. Из числа первых, наиболее обстоятельных исследований в этой области, следует отметить работы Б.Д.Садовского и Г.И.Штурмана. Б.Д.Садовский провел экспериментальные исследования магнитного поля линейного асинхронного электродвигателя вдоль воздушного зазора. Анализ полученных экспериментальных данных показал, что при конечной длине машины бегущий характер магнитного поля сохраняется, но поле значительно искажается.
В Харьковском электротехническом институте под руководством проф. Г.И.Штурмана были проведены большие исследования линейных электрических машин с разомкнутым магнитопроводом [85,86,87 ] .
Г.И.Штурман впервые провел теоретические исследования магнитного поля в зазоре машины (87) , дал выражение для тягового усилия при неподвижном бегуне:
Как показали исследования Б.Д.Садовского [22] и Г.И.Штурмана [87] , в общем случае пространственное распределение индукции магнитного поля в линейных машинах отличается от синусоидального распределения, имеющего место в зазоре обычных асинхронных двигателей. Причиной этого является разомкнутость магнитной цепи ЛАД.
Согласно выводам Г.И.Штурмана, поле в воздушном зазоре линейного асинхронного двигателя имеет три составляющих. Основная составляющая представляет собой бегущее магнитное поле, а две другие составляющие - это пульсирующие магнитные поля. Бегущееполе обеспечивает тяговое усилие машины,аналогично вращающему моменту в обычных машинах. Пульсирующие поля вызывают дополнительные потери двигателя. Одно пульсирующее поле,распределяющееся вдоль магнитопровода по закону гиперболического косинуса,обусловлено явлением магнитного шунтирования междужелезного пространства. Второе пульсирующее поле,изменяющееся по закону гиперболического синуса,предопределяется относительной проницаемостью ярма магнитопровода. Указанные обстоятельства приводят к переменной величине амплитуды магнитной индукции в зазоре как во времени, так и по длине магнитопровода.
Гашение пульсирующих магнитных полей может быть достигнуто с помощью добавочной корригирующей катушки, охватывающей весь статор и включенной последовательно со средней фазой [85] . Проведенные эксперименты показали действенность этого метода. Другой метод компенсации магнитных пульсаций осуществляется при помощи короткозамкнутого витка, охватывающего статор (88 ] .
Исследования, проведенные в Таллинском политехническом институте, позволили определить оптимальную конструкцию обмотки статора, при которой присутствие пульсирующего поля минимально. Это двухслойная обмотка с корригирующими катушками, уложенными в свободные полупазы на концах магнитной системы [50, 51, 52, 53, 54 1 . Известны и другие методы улучшения структуры поля ЛАД [59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69 ] .
Другим свойством разомкнутых машин является несимметрия токов и напряжений по фазам статора [85 ] .
А.И.Вольдеком были рассмотрены вопросы теории индукционных МТД - машин с жидкометаллическим рабочим телом. В их числе были рассмотрены вопросы влияния первичного продольного краевого эффекта на симметрию фаз статора линейного асинхронного электродвигателя [49 ] .В его монографии даны выражения электромагнит ной мощности и электромагнитной силы МГД - машины. Электромагнитная сила ЇВД - машины FSM - РЭМО + Рдмк, /2.2/ где Рзмо - электромагнитная сила, развиваемая МГД-машины при отсутствии краевых эффектов; Рэнк - электромагнитная сила, обусловленная краевыми эффектами.
Уравнение /2.6/ отражает влияние краевого эффекта на силу тяги идеализированного ЛАД. Выражения тягового усилия, развиваемого ЛАД /2.1, 2.4, 2.5, 2.6/, были получены методом рассмотрения магнитного поля с распределенными параметрами.
О.И.Веселовский [96] предложил схемы замещения линейного асинхронного электродвигателя, используя при этом аналоговые модели ЛАД, и выражение для электромагнитной силы, действующей на вторичный контур
Кроме того, имеется ряд работ [29, 37, 40, 45, 56, 97] по методике расчета линейного асинхронного электродвигателя, где при помощи введенных различных коэффициентов определяются основные параметры ЛАД, его механические и рабочие характеристики. В перечисленных работах авторами не предложены инженерные методы расчета линейного асинхронного электродвигателя с кусочно-линейным бегуном, не рассматривается теория линейной асинхронной машины, учитывающая влияние несимметрии токов вторичного контура на энергетические показатели ЛАД /вызванных конструкцией как ротора, так и статора /.В данной работе при анализе ЛАД использован метод электрических цепей с сосредоточенными параметрами [lOO, 101J . Линейные электрические двигатели, обладая специфическими особенностями, являются перспективними для использования их в качестве привода механизмов поступательного движения. Двигатели такого типа находят все более широкое применение в технике, например, в системах привода высоковольтной аппаратуры, в качестве электромагнитных насосов для перекачивания, перемешивания и дозирования жидких металлов, как привод высокоскоростного транспорта и т.д.
В известных исследованиях достаточно подробно рассматривались вопросы распределения магнитного поля в зазоре ЛАД; методы улучшения структуры поля; рациональные схемы обмоток, позволяющие добиваться улучшения структуры поля. Исследованы также вопросы влияния вторичного контура на свойства двигателя. Однако влияние несимметрии вторичных токов, обусловленных структурой вторичного контура, в них не рассматривалось.
При использовании асинхронных двигателей с разомкнутым маг-нитопроводом в качестве электропривода строительной машины для проходки глубоких траншей их бегун необходимо изготовлять в виде цепи, состоящей из коротких звеньев, шарнирно соединенных между собой. А это порождает несимметрию токов вторичного контура ЛАД, которая в свою очередь, влияет на энергетические показатели линейного асинхронного двигателя, его механические и рабочие характеристики.
Схема замещения линейного асинхронного электродвигателя с кусочно-линейным бегуном для симметричной системы токов прямой последовательности
Симметричная система токов In вторичного контура прямой последовательности имеет частоту Л скольжения, равную $ф Симметричные токи вторичного контура прямой последовательности Ігі , имеющие частоту J& , образуют бегущую волну токов относительно линейного бегуна со скоростью ; /3.17/ где С - полюсное деление ЛАД; S - скольжение. Скорость магнитного бегущего поля (p j прямой последовательности относительно статора составляет V . Она равна сумме скорости движения бегуна и скорости бегущей волны вторичных токов прямой последовательности. VW=$V +(/-Sjy,= YV. /3.18/ Таким образом, в результате взаимодействия бегущего магнитного поля Ф/р прямой последовательности с симметричными токами /г/ прямой последовательности вторичного контура создается электромагнитное тяговое усилие Ft . Схема магнитных потоков линейной асинхронной машины аналогична схеме потоков трансформатора [I02J . Первичная и вторичная цепь машины соединены трансформаторной связью с помощью потока взашлоиндукции Фт , индуктирующего во вторичной цепи при перемещении линейного бегуна ЭДС. Эта ЭДС создает во вторичной цепи ток І2І , что дает возможность представить электрическую цепь ЛАД в виде Т-образной схемы замещения для симметричных токов прямой последовательности /рис. 3.4 /. Сопротивление Х& зависит при этом от частоты J JtO-s) тока прямой последовательности. Т-образная схема замещения линейного асинхронного электродвигателя симметричных токов прямой последовательности имеет систему уравнений: Для удобства расчетов электрических параметров Т-образную схему замещения ЛАД можно преобразовать в Г-образную схему замещения, в которой ветви намагничивания и рабочего контура присоединяются непосредственно к напряжению сети Для вывода и построения такой схемы замещения линейного асинхронного электродвигателя используем методику [99] . При синхронном перемещении линейного бегуна 5=0 имеем для схемы замещения прямой последовательности: «/ - - /3.21/ В этом случае все члены второго уравнения системы /3.20/ обращаются в нуль, а первое и третье принимают вид: (/, - [Pt+JXthfaу М] JtfI /3.22/ In-lot J , где Rm - эквивалентное активное сопротивление намагничивающего контура, учитывающее потери в стали на вихревые токи и перемаг-ничивание. Подставляя значение /// второго уравнения в первое уравнение системы /3.22/ получим: U, [( / () (Ят +/Хт)] lot . /3.23/ С учетом RM , ЭДС обмотки статора будет: Е1Г - (Я" +jX»)toi, /3.24/ Разделим выражение /3.23/ на выражение /3.24/, получим: U, ш ( 9 + /Ь) + ( п+/Х»)ш t+/Xf /3.25/ tf Rm /Хт Rn jYm Обозначим u,/ti - через коэффициент Сі . Этот коэффициент определяет отношение подведенного напряжения сети к ЭДС обмоток статора асинхронного линейного электродвигателя с симметричной системой токов прямой последовательности при перемещении линейного бегуна с синхронной скоростью Уу . Выражение /3.41/ с учетом уравнении /3.40/ и /3.35/ соответствует Г-образнои схеме замещения /рис,3.5а / линейного асинхронного электродвигателя для системы симметричных токов прямой последовательности вторичного контура. Схема имеет две присое-диненные к напряжению сети С// ветви: это ветвь намагничивающего контура, по которой проходит ток tjn , и рабочая ветвь с током Ілі Обозначим в выражении /3.41/ слагаемые Подставим данные обозначении /3.42/ в выражение /3.41/, получим: Согласно схеме замещения /см. рис.3.5/ выражение для электромагнитной мощности Pjtti можно записать в виде: Представим электромагнитную мощность Р&ц через напряжение сети й, и параметры линейного асинхронного электродвигателя. Для этого из уравнения /3.41/, с учетом обозначений /3.42/, находим модуль тока рабочей ветви Подставив значение тока /3.45/ в уравнение /3.44/, получим выражение электромагнитной мощности линейного асинхронного электродвигателя в зависимости от скольжения и параметров машины для симметричных токов прямой последовательности: К/ Подставим в уравнение /3.47/ значение электромагнитной мощ Бегущее магнитное поле линейного асинхронного электродвигателя будет иметь скорость где 1 частота питающей сети. Подставив значение скорости Vi из выражения /3.49/ в уравнение /3.44/, получим электромагнитное тяговое усилие, развиваемое линейным асинхронным электродвигателем от симметричных токов вторичного контура прямой последовательности:: Зависимость F$nl = (s) электромагнитного тягового усилия, развиваемого линейным асинхронным двигателем от симметричных токов прямой последовательности,представлена на рис.3.5,б.
Экспериментальные исследования линейного асинхронного электродвигателя на нагрев
Так как ЛАД является приводом рабочего органа траншейной установки, работающей в условиях разработки грунта, необходимо испытать его на нагрев как в лабораторных, так и в реальных условиях.
Рассмотрение работы траншейной установки показывает, что в некоторый момент часть линейного бегуна находится в зоне воздействия статора, нагревается, а затем выходит из зоны воздействия и попадает в зону воздушной среды, охлаждается и снова попадает в зону воздействия статора.
Таким образом, вторичный контур то нагревается, то охлаждается в отличие от обычных асинхронных электродвигателей с вращающимся ротором, где вторичный контур постоянно находится в зоне воздействия статора; это затрудняет тепловой расчет ЛАД. Как таковой методики теплового расчета для ЛАД нет, поэтому в данной работе были проведены специальные теоретические и экспериментальные исследования.
В процессе испытаний проводились экспериментальные исследования линейного асинхронного электродвигателя на нагрев. При испытании на нагрев измерялась температура обмоток ЛАД и охлаждающей среды, а также токи и напряжение статора. Измерения, принимаемые за основу при подсчете превышения температуры, производились при установившемся режиме работы машины. Под установившейся температурой понималась температура, которая в течение I часа не изменялась более чем на 1С, при постоянной нагрузке машины и температуры охлаждающей среды.
Для измерения температуры обмоток ЛАД был принят метод сопротивлений [іОб] , согласно которому температура перегрева R! - сопротивление обмоток в горячем состоянии; Ri - сопротивление обмоток в холодном состоянии; dL - температурный коэффициент сопротивления для меди 0,0041 град."1 [107] .
Этот метод позволил определить. среднюю температуру проводников обмотки. При измерении сопротивления обмотки статора /см. рис.4.4/ использовался измерительный мост типа Р 316.
По данной методике были проведены экспериментальные исследования на нагрев как в лабораторных, так и в реальных условиях. Результаты исследования приведены соответственно в табл.4.3 и 4.4.
По полученным данным построены характеристики температуры перегрева обмоток статора в зависимости от времени работы машины 99 {(t) /рис.4.7 /.
В результате экспериментальных исследований на нагрев линейного асинхронного электродвигателя выяснилось, что методика предварительного расчета ЛАД для привода траншейной установки подтвердилась; кроме-того,был определен класс изоляции нагрево-стойкости В, с наибольшей допустимой температурой 130С. Применение линейного асинхронного электродвигателя для привода рабочего органа траншейной установки и создание траншейной машины с таким приводом выполнялось впервые.
Для выяснения основных конструктивных недостатков установки и ее механических узлов были проведены экспериментальные исследования траншейной установки в производственных условиях. Процесс разработки глубоких траншей осуществляется следующим обра зом. В две предварительно пробуренные сквашшы /рис.4,8 / вставляются направляющие устройства - I, между которыми устанавливают рабочий орган - 2. Запуск машины осуществляется с помощью схемы управления, показанной на рис.4.9. При подаче напряжения на обмотки статора - 3 /рис.4.8/ перемещается ротор - 4, транспортируя режущую цепь с зубьями - 5, которые снимают стружку с поверхности грунта /рис.4.10/. Бегун с режущими зубьями проходит между статорами, обеспечивая таким образом непрерывность процесса. По мере снятия стружки грунта, рабочий орган /рис.4.II / опускается по направляющим стойкам,пока не достигает заданной глубины, после чего с помощью тяговых механизмов гибкими тросами - 6 поднимается на поверхность /см. рис.4.8 /.
Так как линейный асинхронный электродвигатель должен работать погрркенным в пульпу, включающей в себя воду, глинистый раствор и размельченный грунт, то возможно быстрое истирание поверхности как бегуна, так и магнитопровода статора.
Для защиты от истирания статор ЛАД покрыт защитным материалом, который представляет собой тонкий слой композиции на основе эпоксидной смолы. По истечении определенного времени работы ЛАД необходимо выполнять регламентные работы по защите магнитопровода статора от истирания.
Для определения срока регламентных работ выполнены экспериментальные исследования на истирание поверхности магнитопровода ЛАД. В качестве наполнителей защитной композиции использовался порошок /ГОСТ 9849-61/, алюминиевая пудра /ГОСТ 5494-50/, пылевидный молотый кварц /ГОСТ 9077-59/, молотая слюда /ГОСТ 855-63/, молотый тальк /ГОСТ 879-52/, окись железа, графит различных марок, белая саяа, цемент и другие материалы [108] .
