Введение к работе
Актуальность работы. В отраслевой научно-технической программе Мин-пэнерго России предусматривается повышение эффективности добычи угля за гт создания высокопроизводительных очистных комплексов. Одним из путей шения данной проблемы является создание и внедрение новых поколений обо-дования, в том числе механизмов подачи очистных комбайнов (ОК) с регули-емым электроприводом (ЭП).
Применяемый в настоящее время в механизмах подачи ОК гидравлический при-ц обладает рядом существенных недостатков: имеет низкую надежность и к.п.д., гбует постоянного ухода при эксплуатации и не обеспечивает заданной производи-тьности. Повышение эффективности использования привода высокопроизводи-іьньїх ОК при сохранении их современной конструкции может быть обеспечено за гт создания регулируемого ЭП подачи.
Опыт применения в механизмах подачи ОК тиристорного ЭП постоянного тока казал его работоспособность и эффективность, но вместе с тем выявил присущие у недостатки, заключающиеся в больших габаритах и массе, высокой стоимости и зких динамических показателях электродвигателя (ЭД) постоянного тока. Применив в механизмах подачи ОК асинхронного частотно-регулируемого ЭП (ЧРЭП) ременного тока позволяет устранить указанные недостатки.
В работах ряда ученых исследованы и решены задачи применения ЧРЭП в об-щромышленных механизмах, работающих в продолжительном режиме с постоян-ш или плавно меняющимся моментом сопротивления. Режим работы ЭП ОК от-сится к тяжелым и характеризуется частыми пусками и остановками, случайным менением момента сопротивления на исполнительном органе (ИО), перегрузками моменту, работой на упор. В работах по исследованию и разработке ЧРЭП горіх машин решались задачи устранения автоколебаний в системе перемещения, іеньшения перегрузок в цепи при стопорениях ИО вынесенной системы подачи СП) или струга, повышения мощности привода путем увеличения частоты питания X. Однако комплексно практически не рассматривались вопросы разработки меха-зма подачи ОК с ЧРЭП и его системы управления (СУ), обеспечивающих работу ивода в вышеуказанных тяжелых режимах эксплуатации.
Поэтому, разработка и исследование механизма подачи ОК с автоматизиро-нным ЧРЭП, обеспечивающего повышение производительности и надежности мбайна за счет максимального согласования механических характеристик ИО и 1 комбайна при работе в тяжелых условиях эксплуатации является актуальной на-ной задачей.
Актуальность настоящей работы подтверждается тем, что она выполнялась в ответствии с отраслевой научно-технической программой Минтоэнерго России голь России" (проект №0-12 "Создать новое оборудование и системы электро-абжения для шахт на базе современных средств коммутации и взрывозащиты,
обеспечивающих повышение энерговооруженности и управляемости горных м; шин и рационального использования электроэнергии").
Целью работы является установление закономерностей формирования м ханических характеристик и нагрузок механизма подачи ОК с однодвигател ным и двухдвигательным ЧРЭП в тяжелых условиях работы для разработ* структуры и выбора параметров ЧРЭП механизма подачи, обеспечивающего п< вышение производительности и надежности комбайна за счет более полного о гласования механических характеристик ИО и ЭП ОК.
Идея работы заключается в том, что снижение динамических нагрузок повышение эффективности использования установленной мощности ЭП О может быть достигнуто путем формирования механических характеристик мех; низма подачи с однодвигательным и двухдвигательным ЧРЭП с помощью вьібі pa рациональной структуры и параметров СУ ЭП механизма подачи ОК.
Научные положения, разработанные лично соискателем, н новизна.
-
Метод исключения многократных повторных стопорных режимов м ханизма подачи ОК с ЧРЭП заключающийся в том, что в случае перегруз* асинхронного двигателя (АД) подачи или резания и снижении частоты вращеш АД подачи до нуля производится реверс АД подачи с контролем тока, и при и чезновении перегрузки призводится повторный пуск АД с одновременны уменьшением интенсивности изменения частоты, кроме того, определяется фаі тическое число реверсов и повторных пусков при минимальной интенсивное! изменения частоты и при превышении фактического числа реверсов заданної значения производится отключение ЭП комбайна.
-
Снижение максимальных значений моментов в трансмиссии механизі» подачи ОК, ограничение момента АД и тока АД и ПЧ может быть достигну! путем формирования экскаваторной характеристики (ЭХ) ЧРЭП с переводо АД на участке ограничения момента в генераторный режим.
-
Методика расчета механических характеристик механизма подачи ОК одно и двухдвигательным ЧРЭП с предложенным законом частотного управл ния (E/f)n.3=const, отличающаяся учетом явления вытеснения тока в роторе насыщения магнитной цепи АД, параметров шахтной сети, двухзонного per лирования магнитного потока АД, ограничения выходного напряжения ПЧ позволяющая производить расчет механических характеристик во всем рабоче диапазоне частот выходного напряжения ПЧ 2-70 Гц.
-
Зависимости коэффициента неравномерности нагружения двухдвиг; тельного механизма подачи ОК с ЧРЭП от величины нагрузки, частоты пі тающего напряжения ПЧ и параметров кабельной линии и АД и зависимое! коэффициентов передачи структурных схем, реализующих ЭХ механизма под; чи ОК с ЧРЭП, от выходной частоты ПЧ, коэффициента отсечки и кратност момента.
-
Установлены граничные значения жесткостей трансмиссий приводов пі дачи и резания, при которых синтез регулятора нагрузки АД резания возможні
оизводить без учета динамических свойств трансмиссий, что отражено в раз-ботанной методике синтеза регулятора нагрузки.
Обоснованность и достоверность научных положений выводов и рекоменда-н подтверждается корректным использованием теории электромеханических стем (ЭМС), электрических машин, ЭП и автоматического управления, апро-рованных методов измерения параметров, методов математического модели-вания процессов в ЭМС комбайна на цифровых вычислительных машинах; овлетворительной сходимостью результатов теоретических и эксперименталь-IX исследований (расхождение результатов не превышает 10-15% при довери-пьной вероятности 0,9), положительным опытом эксплуатации эксперимен-льного образца механизма подачи с ЧРЭП комбайна КШ1КГУЭ в производ-венных условиях.
Значение работы. Научное значение работы заключается в разработке медов ограничения динамических нагрузок в трансмиссии механизма подачи ОК исключения многократных стопорных режимов механизма подачи, методов нтеза регулятора нагрузки ЭП ОК и расчета механических характеристик ме-низма подачи ОК с одно и двухдвигательным ЧРЭП, установлении зависимо-гй коэффициентов передачи структурных схем, реализующих ЭХ в ЧРЭП ме-низма подачи, от заданных параметров ЭМС ЭП комбайна, установлении за-симостей коэффициента неравномерности нагружения двухдвигательного 'ЭП механизма подачи от величины нагрузки и частоты выходного напряже-яПЧ.
Практическое значение работы заключается в разработке механизма подачи <С с ЧРЭП с СУ, обеспечивающей режим стабилизации нагрузки АД резания <. и режим стабилизации скорости подачи ОК с автоматическим переходом из ного режима в другой, а также согласование механических характеристик ИО
< и ЭП в режимах перегрузки и стопорения; структурных и принципиаль-
іх схем формирования экскаваторных характеристик ЭП; структурной и прин-
іпиальной схемы регулятора нагрузки АД резания с перестраиваемым коэф-
щиентом усиления, что позволило снизить динамические нагрузки в транс-
іссии, повысить надежность и производительность комбайна.
Реализация выводов и рекомендаций работы. На основе технических реше-ій и рекомендаций, изложенных в диссертации, разработан механизм подачи К КИП КГУ с ЧРЭП, экспериментальный образец которого испытан в меха-ізированном комплексе МК75Б на шахте "16-я Липковская" АО "Тулауголь".
Результаты разработки внедрены в рабочих проектах механизмов подачи
< КШ1КГУ и К10ПМ с ЧРЭП.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались
научно-технических конференциях НФ МХТИ и НФ РХТУ (Новомосковск,
82, 1984, 1986, 1993 г.г.), Всесоюзной научно-технической конференции
'остояние и перспективы развития электротехнологии" (Иваново, 1987 г.),
семинаре "Применение в промышленности ЭП на перспективной элементно базе" (Москва, 1992 г.), П-ом международном симпозиуме "Автоматическ< управление энергетическими объектами ограниченной мощности" (С-т Пете] бург, 1992г.), Международной межвузовской конференции "Совершенстві вание конструкции, технологии изготовления и эксплуатации горного обор; дования и средств автоматизации" (Москва, 1992 г.).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 21 научнг работа, получено 9 патентов и одно положительное решение на изобретение
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключени изложенных на 153 страницах машинописного текста, содержит 54 рисунка, таблицы, список использованных источников из 121 наименования и 5 прилі жений.