II. Расчет и выбор электропривода

Электрический расчет скипового подъемника

I. Общие положения.

Скиповые подъемники (СКП) относятся к механизмам непрерывного транспорта. СКП служат для транспортировки сыпучих материалов из шахт и рудников на поверхность с последующей транспортировкой другими видами транспорта для дальнейшей переработки или обогащения.

Упрощенная технологическая схема СКП приведена на рис.1.

СКП – это самозагружающийся и саморазгружающийся подъемник непрерывного действия. Сам скип представляет собой ковш (3), установленный на тележке (2), движущейся по направляющим. Тележки соединены между собой тяговым органом – цепью. Цепь приводится в движение ведущей звездочкой, которая в свою очередь получает движение от тягового ЭД через систему передач.

На рис.1 приводная станция (1) расположена на поверхности шахты. Скипы, пройдя верхнюю точку пути, опрокидываются, саморазгружаясь на ленточный конвейер (5).

В нижней части подъемника располагается загрузочная станция (4). Конструкция ее выполнена довольно жестко, так как на нее действуют дополнительные усилия, вызванные загрузкой скипов.

Остов подъемника располагают под углом к горизонту (угол β). Высота подъемника, как правило, не превышает 80-120м. Грузоподъемность скипов – в пределах 600-1200кг.

СКП отличает простота конструкции, надежность в работе и высокая производительность.

СКП помимо шахт можно использовать на рудниках и карьерах. Этот вид подъемника легко вписывается в автоматизированную поточную систему выгрузки продукции всего добывающего комплекса (шахты, рудника, карьера).

Однако, обеспечить надежность в работе и высокие экономические параметры невозможно без грамотно спроектированного и правильно выбранного электропривода (Эпр) подъемника.

II. Расчет и выбор электропривода.

Методика расчета Эпр зависит от исходных данных для проектирования. Если задана производительность подъемника (т/час), то для определения мощности ЭД с достаточной точностью можно использовать формулы, применяемые в расчетах наклонного ленточного конвейера.

Если задана грузоподъемность скипа (кг), то, путем нехитрых расчетов можно определить производительность, предварительно задавшись скоростью подъема груза.

Мощность, развиваемая ЭД, затрачивается:

- на преодоление сопротивлений в передачах;

- на преодоление усилий при загрузке скипа;

- на непосредственный подъем груза;

- на преодоление сопротивления при качении роликов скипа по направляющим.

Так как скипы уравновешивают друг друга при подъеме и опускании, то мощность ЭД затрачивается непосредственно на подъем полезного груза.

Для того чтобы определиться с потерями мощности в передачах необходимо представить кинематическую схему передачи движения от ЭД к приводной звездочке тяговой цепи.

Упрощенная кинематика приводной станции приведена на рис.2, где обозначены следующие элементы конструкции СКП:

1 – короб скипа; 2 – ролики тележки; 3 – направляющие для роликов; 4 – ведущая цепная звездочка; 5 – подшипники качения вала звездочки; 6 – цепная передача; 7 – редуктор; 8 - соединительная муфта с колодочным электротормозом; 9 – приводной электродвигатель; 10 – тяговая цепь; 11 – металлоконструкции подъемника.

Ссылаясь на [4], потери в редукторе принимаем 7-8% передаваемой мощности (η_Р = 0,92-0,93), потери в цепной передаче (6) - 4÷5% Р_ЭД, потери в подшипниках вала ведущей звездочки - 3÷4% Р_ЭД.

Суммарный к.п.д. передач η_П = η_Р*η_ЦП*η_ЗВ = (0,92÷0,93)*(0,95÷0,96)*(0,96÷0,97) = (0,84÷0,87).

Не надо забывать о потерях «на изгиб» в главной тяговой цепной передаче, которые можно определить по формуле:

∆F = μ·F_MAX ·sinα/2;

где μ = 0,03 – коэффициент трения в подшипниках главных звездочек;

F_МАХ – максимальное тяговое усилие на ведущей звездочке;

α – угол охвата тяговой цепью венца звездочек тяговой и загрузочной станций.

Усилие при загрузке скипа путем «зачерпывания» можно принять порядка 5-6 % от максимального усилия на подъем.

Коэффициент сопротивления качению роликов по направляющим (ε) можно принять:

- 0,012÷0,15 - при подшипниках скольжения;

- 0,10÷0,13 – при подшипниках качения.

Пример 1.

Исходные данные: Скиповый подъемник выгружает калийную соль из шахты, Н = 120м, m_Н = 1000кг, m_СК = 400кг, скорость подъема υ_п = 30м/мин, угол наклона подъемника к горизонту β = 75⁰, расстояние между скипами ℓ = 2м, m_Ц = 30 кг/м. Определить мощность привода, выбрать тип приводного ЭД. Проверить выбранный ЭД на возможность страгивания при полностью загруженных скипах после внезапного обесточивания механизма. Технологическую схему принимаем - изображенную на рис.1.

Определение мощности ЭД.

1) Определяем производительность подъемника:

2) Определяем длину подъемника:

3) Определяем мощность приводного ЭД по известной формуле [4]:

ε - коэффициент сопротивления качению роликов по направляющим принимаем 0,13;

k_З – коэффициент запаса, учитывает динамические нагрузки в момент страгивания механизма.

Выбор ЭД и его проверка.

4) Выбираем асинхронный высоковольтный ЭД с ф.з. ротором:

АКН3-2-16-39-1243, Р_Н = 500 кВт, U_Н = 6 кВ, n_Н = 490 об/мин, cosφ = 0,8; η = 93,4%; М_МАХ = 2,3М_Н ; J_Р = 197,5 кг·м²;

5) Определяем номинальный момент на валу ЭД:

6) Определяем статический момент на валу ЭД:

7) Определяем динамический момент на валу ЭД при пуске СКП с полной загрузкой:

J_ВР = δ J_Р = 1,2*197,5 = 237 кг·м², где δ = 1,2 – коэффициент, который учитывает момент инерцию масс, вращающихся со скоростью ротора ЭД.

J_ПСТ = ∑m_{ПСТ э}

∑m_ПСТ = z m_СК + z m_Н/2 +m_Ц(2L + πD) = 128*400 +1000*128/2 +30(2*124,2 +3,14*2,75) =

= 51200 + 64000 + 7711 = 122911кг.

D – диаметр ведущей звездочки принимаем в пределах 2,5÷3,0м.

z = (2L +πD)/2 = (2*124,2 + 3,14*2,75)/2 ≈ 128 скипов.

Если принять k_И - коэффициент увеличения усилия при угле охвата α = 200-230⁰ звездочек главной тяговой цепью, равным 1,05÷1,06 [4], то эквивалентная сумма поступательно движущихся масс увеличится в (k_И)² раз, в 1,05² = 1,1025.

∑m_{ПСТ э}= ∑m_ПСТ (k_И)² = 122911*1,1025 = 135509 кг.

8) Полный пусковой момент сопротивления будет равен:

М_ПС = М_С + М_Д = 8,28 + 12,6 = 20,88 кН·м.

9) Средний пусковой момент, развиваемый ЭД, будем находить из условия, что ЭД разгоняется на линейной части семейства характеристик, а U_С = U_НОМ.

М_СР.П =

М_П1 принимаем равным 1,2М_Н, М_П2 – равным 2,2 М_Н.

10) Выбранный ЭД по своим пусковым характеристикам нам не подходит.

…………………………………………………………………………………

Выберем более мощный ЭД:

Тип АКН3-2-15-57-1043, Р_Н = 630 кВт, n_н = 590 об/мин, U_Н = 6 кВ, cosφ = 0,83; η = 94,5%; М_МАХ = 2,3М_Н ; J_Р = 130 кг·м²;

11) Находим угловую скорость вращения ротора:

12) Находим номинальный момент на валу ЭД:

13) Находим статический момент на валу ЭД:

14) Находим динамический момент на валу ЭД при пуске СКП с полной загрузкой:

15) Полный пусковой момент сопротивления будет равен:

М_ПС = М_С + М_Д = 6,88+ 9,996 = 16,876 кН·м.

16) Средний пусковой момент, развиваемый ЭД, будем находить из условия, что ЭД разгоняется на линейной части семейства характеристик, а U_С = U_НОМ.

М_СР.П = 1,7 М_Н = 10,194*1,7 = 17,33 кН·м;

Повторно выбранный ЭД нас вполне устраивает.

Как недостаток хочу отметить, что выбранный ЭД в номинальном режиме будет работать с коэффициентом загрузки, равным k_З = 425/630 = 0,675. Столь низкий коэффициент загрузки вызывает заметное снижение как к.п.д., так и cosφ ЭД, что в свою очередь приводит к ощутимому перерасходу ЭЭ и снижению удельных показателей.

Можно рекомендовать установку двухдвигательного привода. Мощность каждого ЭД выбрать близкой к расчетной. Суммарная мощность с гарантией обеспечит запуск механизма после аварийного отключения ЭЭ. Кинематическую схему выполнить следующим образом: каждый ЭД подключается через свой редуктор, это позволит снизить потери в передачах в основном (номинальном) режиме работы. В то же время выходной вал каждого редуктора можно отключить муфтой.

Рекомендованная литература:

1. Чиликин М.Г. «Общий курс электропривода» - М., Л. «Энергия», 1965 – 540 стр.

2. Волотковский С.А. и др. «Типовой электропривод промышленных установок» - Киев, «Вища школа», 1983 – 312 стр.

3. Справочник «Комплектные тиристорные электроприводы» - (под ред. В.М. Перельмутера) – М., Энергоатомиздат, 1988 – 320 стр.

4. Цейтлин Л.С. «Электропривод, электрооборудование и основы управления» - М.. ВШ, 1985 – 192 стр.

Поиск по сайту: