ОСОБЕННОСТИ СТАЦИОНАРНЫХ МАШИН КАК МЕХАТРОННЫХ ОБЪЕКТОВ

1. Шахтные водоотливные установки как объекты автоматизации и требования к их автоматизации

Шахтные водоотливные установки выполняют весьма от­ветственную задачу — предотвращают заполнение горных выработок подземными водами, что предъявляет очень высокие требования к надежности этих установок. Если по какой-либо причине шахта вре­менно останавливается, то отключаются все установки, и только водоотлив продолжает работать, чтобы не допустить затопления шах­ты. Кроме того, водоотлив — одна из самых энергоемких установок шахты, а на глубоких шахтах с большим притоком воды он стано­вится самым энергоемким, и поэтому здесь важна экономия электро­энергии.

Шахтные водоотливные установки оборудуются только центро­бежными насосами и делятся на главные, предназначенные для от­качки на поверхность всего шахтного притока воды, и местные (участ­ковые, зумпфовые), предназначенные для перекачки воды внутри шахты с отдельных участков в общешахтный водосборник.

Главные водоотливные установки в соответствии с требованиями правил безопасности оборудуются не менее чем тремя насосными агрегатами, а по стволу прокладываются два нагнетательных трубо­провода. Каждый насос и нагнетательный трубопровод включаются в работу поочередно, каждый из них рассчитан на откачку нормального суточного притока, и только при повышенном притоке (весной, осенью) предусматривается одновременное включение двух насосов и трубопроводов. Количество насосных агрегатов и нагнетательных трубопроводов местных водоотливных установок не регламентируется и определяется исходя из конкретных условий. Водоотливная уста­новка работает по жесткой программе, определяющей последователь­ность выполняемых операций.

Программа начинается с контроля уровня воды в водосборнике. Когда вода достигает верхнего уровня, тогда заливается насос, после чего включается в сеть его приводной двигатель. Когда давление в нагнетательном патрубке приблизится к номинальному, открывается задвижка нагнетательного трубопровода. Если пуск проходит нор­мально, то насос принимает нагрузку, в нагнетательном трубопрово­де устанавливается номинальное давление, насос работает с полной производительностью. Во время работы насоса контролируется уро­вень воды в водосборнике, температура подшипников и обмоток электродвигателя. При достижении водой нижнего уровня закры­вается задвижка в нагнетательном трубопроводе, и приводной дви­гатель отключается от сети. Насосный агрегат останавливается.

Если после включения приводного электродвигателя в сеть на­сос не развивает номинального давления, то задвижка закрывается и электродвигатель отключается от сети, после чего производится за­пуск второго насосного агрегата.

Когда после нормального запуска первого насоса вода в водо­сборнике продолжает подниматься и достигает аварийного уровня, это значит, что приток воды в шахту превысил нормальный, и запус­кается второй насос на второй нагнетательный трубопровод.

Если у работающего насоса перегреваются подшипники или при­водной электродвигатель, то насосный агрегат отключается и запус­кается резервный.

При ручном управлении за полным завершением операций следит машинист водоотливной установки, при автоматическом — выполне­ние этой функции возлагается на специальную аппаратуру контроля.

Таким образом, система автоматического управления дополняется системой автоматического контроля и защиты.

2. Система проветривания шахт как объект автоматизации

Система проветривания предназначена для снабжения шах­ты воздухом в количестве, необходимом для обеспечения комфортных и безопасных условий труда горнорабочих на рабочих местах и в транс­портных выработках при существующих параметрах рудничной атмо­сферы: газовыделении, пылеобразовании, выделении тепла и влаж­ности.

В систему проветривания современной шахты входят главные вен­тиляторные установки и вентиляторы местного проветривания, кало­риферные установки, вентиляционная сеть (горные выработки), устройства распределения воздушных потоков, средства контроля параметров рудничной атмосферы и средства связи.

Построение системы автоматического управления проветриванием (САУП) шахты — задача, сложность которой обусловлена непрерыв­ными случайными нестационарными изменениями параметров руднич­ной атмосферы и вентиляционной сети. Такие системы разрабатываются и опробуются, но до промышленного внедрения они пока не доведены.

В последнее время разработаны и продолжают совершенствоваться локальные системы автоматического управления отдельными подсисте­мами системы проветривания шахты. Доведены до широкого промышленного внедрения автоматизация главных вентиляторных и калориферных установок, автоматический контроль содержания метана в рудничной атмосфере, автоматизация проветривания тупиковых забоев подготовительных выработок вентиляторами местного проветривания.

2.1 Автоматизация главных вентиляторных установок

Для автоматизации главных вентиляторных установок вы­пускается аппаратура УКАВ-2, обеспечивающая управление вентиля­торными установками, выполненными по любой технологической схе­ме и оборудованными вентиляторами любого типа. Эта аппаратура поз­воляет: выбирать управление вентиляторной установкой из машинного зала или из помещения диспетчера; устанавливать режим работы вен­тилятора (нормальный и реверсивный) из машинного зала или из по­мещения диспетчера; вести автоматический контроль за работой уста­новки; частично регулировать производительность вентилятора пово­ротом лопаток направляющего аппарата на ходу (если это позволяет конструкция вентилятора); автоматически включать резервный венти­лятор в случае аварийного отключения рабочего агрегата; автоматически включать резерв низкого напряжения и автоматическое повтор­ное включение при кратковременном (до 10 с) отключении питающего высокого напряжения; реверсировать вентиляционную струю из ма­шинного зала или из помещения диспетчера без остановки вентилятора.

Включается вентиляторная установка кнопкой «Пуск» из машин­ного зала или из помещения диспетчера. Первоначально срабатывает предварительное реле пуска и включает рабочий насос маслосмазки, электромагнит тормоза, электродвигатели лебедок ляд, привод направ­ляющего аппарата вентилятора.

После выполнения ряда условий (направляющий аппарат закрыт, масло под требуемым давлением циркулирует в системе смазки под­шипников, ляды установлены в нужное положение, вентилятор затор­можен) включается реле пуска вентилятора, подавая сигнал на вклю­чение статорной цепи его электродвигателя.

Останов вентилятора может производиться кнопкой «Стоп» из ма­шинного зала или помещения диспетчера. При этом срабатывает реле, которое выдает сигналы на отключение электродвигателя вентилятора от сети, закрытие направляющего аппарата, наложение тормоза. Тормоз удерживается до тех пор, пока вентилятор не остановится. В процессе останова вентилятора отключается насос маслосмазки, ляды возвращаются в положение, соответствующее остановленному вентилятору.

Переводится реверсивный вентилятор из нормального режима в реверсивный универсальным переключателем после полной остановки. Пуск осуществляется кнопкой «Пуск», как и при работе вентилятора в нормальном режиме.

3. Шахтный водоотлив

Водоотливные установки шахт являются одними из важнейших объектов, они должны обеспечивать надежную откачку воды из подземных выработок при возможно меньших эксплуатационных расходах.

Автоматически действующая аппаратура, выполняющая операции вместо машинистов насосов, гарантирует точность, безошибочность и своевременность этих операций.

Автоматизация насосов позволяет значительно продлить межремонтные сроки за счет исключения случаев холостой работы водоотлива. Это дает воз­можность экономить значительные средства.

Автоматизированная водоотливная установка должна функционировать без постоянного обслуживающего персонала. Схемой автоматизации должно быть предусмотрено два вида управления — автоматическое и ручное; причем перевод на ручное управление любого числа насосных агрегатов должен осу­ществляться без нарушения работы остальных агрегатов в автоматическом режиме. Схема должна обеспечивать автоматическое включение основных насосных агрегатов при достижении водой установленного верхнего уровня, а также дополнительных насосных агрегатов при достижении аварийного уровня воды в водосборнике. Отключение насосных агрегатов должно осу­ществляться автоматически после откачки воды до заданного нижнего уровня. Кроме этого, схема должна обеспечивать неодновременность пуска электродвигателей насосов и автоматическое включение резервного агрегата взамен отключившегося по технической неисправности.

Автоматическая водоотливная установка должна иметь блокировки, предотвращающие: пуск агрегата при незалитом насосе; включение агрегата до включения моторного привода задвижки на нагнетание; останов агрегата до момента полного закрытия задвижки; включение агрегата при отсутствии воды в водосборнике, а также повторное включение отключившегося насоса до устранения причины, вызвавшей его аварийное отключение.

Схемой автоматизации водоотливной установки должны быть предусмотрены следующие виды защиты, вызывающие аварийную остановку: при снижении или потере производительности; при перегреве подшипников; при исчезновении напряжения или коротких замыканиях в цепях управления. Производитель­ность каждого насосного агрегата, температура подшипников, а также положе­ние задвижек на всасывающем трубопроводе (для установок с заглубленными камерами) должны контролироваться непрерывно.

4. Способы заливки насосов в автоматизированных водоотливных установках

В угольной промышленности в основном применяются центробежные насосы, нуждающиеся в заливке перед пуском. Безотказная и четкая работа автоматизированных насосных установок шахтного водоотлива в значительной степени зависит от правильного выбора способа заливки насосов.

В зависимости от местных условий и типа насосов заливка осуществляется одним из следующих способов: размещением насосов ниже уровня воды в во­досборнике (заглубленные насосные камеры); вспомогательными погружными или непогружными насосами; сифонным способом; из баковых аккумуляторов; из нагнетательного трубопровода.

Баковые аккумуляторы используются для заливки центробежных насосов перекачного водоотлива и для заливки насосов малой и средней производи­тельности участкового и главного водоотлива. Баковый аккумулятор БАВ применяется для насосов с максимальной высотой всасывания 5 м, причем максимальная емкость всасывающего трубопровода не должна превышать 80 л. На рис. 1 показана установка бакового аккумулятора на всасывающем трубопроводе насоса. При пуске насоса вода из бакового аккумулятора 1, смешиваясь при помощи находящегося в нем дросселя с воздухом из всасы­вающего трубопровода 4, поступает в насос 2. Благодаря разрежению, возни­кающему в баке, вода из водосборника 3 заполняет всасывающий трубопровод. При остановке насоса баковый аккумулятор остается заполненным водой.

При заливке насоса из нагнетательного трубопровода на трубке уста­навливаются специальные управляемые вентили, рассчитанные на высокое давление, которые включаются перед пуском насосов и осуществляют подачу воды во всасывающий трубопровод (рис. 2). Вентиль предназначен для дистанционного открывания или перекрывания трубопровода. В схемах автоматизации шахтных водоотливных установок вентиль используется для заливки насосов из нагнетательного става при давлении в ставе до 30 кгс/см^; и как пусковое устройство для удаления водовоздушной смеси при заливке насосов баковыми аккумуляторами.

В конструкции вентиля используются: гидроусилитель, рабочий клапав и фильтр. Когда соленоид 1 обесточен, сердечник его под действием пружины < держит прижатой малую диафрагму 3 гидроусилителя. Усилие давления на

Рис. 2. Гидравлическая схема заливки насоса из нагнетательного трубопровода с по­мощью управляемого вентиля ВУ-1

большую диафрагму 5 значительно больше, чем усилие давления на клапан 71
перекрывающий основной трубопровод 6, вследствие различия их площадей.
При срабатывании соленоида его сердечник освобождает малую диафрагму,
которая под давлением воды открывает вертикальный канал 9 в форсунке
и сообщает камеру 4 гидроусилителя с атмосферой. Давление в камере резко
понижается, а на клапан, перекрывающий трубопровод, будет воздействовать
прежнее усилие, под действием которого клапан переместится вверх и откроет
трубопровод. При выключении соленоида во время остановки насоса малая
диафрагма снова перекроет форсунку, давление в камере гидроусиления возрастет, следствие чего клапан перекроет основной трубопровод. Фильтр 8 служит для очистки шахтной воды, поступающей в гидроусилитель вентиля.

Наиболее распространенным способом заливки насосов главных водо­отливных установок является заливка с помощью специальных погружных заливочных насосов, размещаемых непосредственно в водосборнике. Приме­няемый в настоящее время центробежный заливочный насос ЗПН с вертикаль­ным приводным валом и одним рабочим колесом обеспечивает одновременную заливку до трех насосов главного водоотлива.

5. Средства автоматического управления и контроля шахтных водоотливных установок

К средствам автоматического управления и контроля водоотливных уста­новок относятся: реле уровня — поплавковые, электродные, пневматические; реле производительности — мембранные, поршневые, флажковые; реле контроля заливки насосов по давлению — поршневые и мембранные; температурные реле — биметаллические, полупроводниковые, термометрические, с легко­плавким сплавом и др.

Для контроля уровня воды в водосборниках наиболее широко применяются электродные датчики сопротивления, работающие совместно с транзисторными и магнитными усилителями. Электродный датчик ЭД (рис. 3) представляет собой стальной диск 3 со стаканом 5 и свинцовой обкладкой 4 для защиты диска от коррозии. На стакан навинчивается кабельный ввод 1. Контактиру­ющим элементом с водой является диск. После подсоединения жилы кабеля к контактной шпильке 2 стакан заливается кабельной массой. Электродный датчик подвешивается на кабеле на уровне воды, при котором необходимо включить или отключить насос. Цепь включения электродного датчика выполняется искробезопасной.

Рис. 3. Электродный датчик ЭД Рис. 4. Реле производительности флаж­ковое РПН

Для контроля производительности насосов в схемах автоматизации шахтных водоотливных установок применяются струйные реле флажкового типа РПН и РПФВ-1К. Эти реле просты по конструкции и не требуют сложной наладки; на их работу в малой степени влияют загрязненные рудничные воды.

Реле производительности РПН (рис. 4) состоит из корпуса 11 и платы 5, соединенных болтами. В верхней части корпуса имеются два отверстия: одно для ввода валика 1, второе, заглушённое пробкой 13, для ключа под специальную гайку 12, крепящую шток с резиновым флажком 9. Нижняя часть корпуса состоит из массивной платы с двумя проушинами для поворотных валиков 8, при помощи которых шпильками 10 реле укрепляется на трубопроводе. Крышка 3 закрывает рабочую камеру реле, в которой размещается контактная группа 4. При воздействии на флажок 9 потока жидкости поворачивается жестко свя­занный с ним валик 1 и рычаг 5, переключающий контактную группу 4. Изменяя предварительное натяжение пружины 6 с помощью винта 7, можно настроить реле на срабатывание при определенной скорости потока жидкости. При сни­жении скорости жидкости в трубопроводе флажок под действием пружины

Рис. 5. Реле контроля давления РДВ Рис. 6. Термодатчик ТДЛ-2

участок шестигранного сечения. При регулировке шток ввинчивают в специаль­ную гайку 8, зафиксированную шпилькой 3. Зазор между штоком и микро­переключателем устанавливается регулировочной гайкой 2.

Для контроля температуры подшипников в насосных установках чаще всего применяются температурные датчики ТДЛ-2 (рис. 6). Принцип дей­ствия датчиков основан на использовании сплава, температура плавления которого 70—72° С. При перегреве подшипника сплав в наконечнике 5 датчика расплавляется и освобождает валик 4, который под действием пружины поворачивается и переключает контактную систему 2. После каждого срабатывания датчика возврат его в исходное рабочее положение производится вручную рукояткой 1.

Программу работы автоматизированной водоотливной установки обычно задает специальное моторное реле времени — моторный коммутатор (рис. 7). Реле состоит из синхронного двигателя 4 типа СД-2, зубчатой пары 2, 5 и до десяти профилированных контактных дисков 1, воздействующих на контактные группы 6. Контактные диски, набранные на оси 3, при своем вращении про­изводят переключения контактов.

Рис. 7. Моторное реле времени

6. Требования, предъявляемые к автоматизации вентиляторных установок

Автоматизация главных вентиляторных установок сводится к применению дистанционного управления вентиляторами и устройствами реверсирования струи воздуха с пульта, устанавливаемого в месте нахождения постоянного дежурного персонала, и осуществлению необходимых видов контроля работы установки. Последующей задачей является комплексная автоматизация всей системы проветривания шахт, включая автоматическое регулирование про­изводительности вентиляторов в зависимости от содержания метана в исходящей струе или при изменении необходимого количества воздуха. Для решения этих задач потребуются новые датчики, устройства управления и управляющие электронные машины.

Основным видом управления вентиляторной установкой является централизованное дистанционное управление с диспетчерского пункта на поверхности шахты, предусматривающие работу вентиляторной установки без постоянного обслуживающего персонала с автоматическим контролем и регистрацией основных параметров режима работы вентиляторной установки (депрессии и производительности вентилятора, температуры обмоток электро­двигателей и подшипников двигателя и вентилятора). При этом должно пре­дусматриваться местное управление вентиляторами и быстрый переход с одного вида управления на другой. В схеме автоматизации главной вентиляторной установки должна предусматриваться защита, вызывающая отключение элек­тродвигателя вентилятора при коротких замыканиях и нарушении изоляции по отношению к земле, при перегреве обмоток электродвигателей и подшипников, двигателей и вентиляторов, а также при исчезновении напряжения на станциях управления электроприводом вентилятора (после выдержки времени в 10 сек).

Кроме того, схема должна предусматривать блокировки, исключающие: одновременную работу двух вентиляторов (если не предусматривается их параллельная работа); включение электродвигателей лебедки ляд и шиберов при работающем вентиляторе; включение привода вентилятора при работающих электродвигателях лебедок; пуск вентилятора при несоответствующем поло­жении ляд в воздушпых каналах.

В систему проветривания угольных шахт входят, кроме главной венти­ляторной установки и вентиляционных устройств сети, вентиляторы местного проветривания (ВМП); средства контроля содержания метана в шахтном воздухе; калориферные установки, с помощью которых в зимнее время под­держивается плюсовая температура в канале вентиляционного ствола шахты.

При комплексной автоматизации системы проветривания в качестве дрос­селирующих устройств на участках шахты могут применяться автоматические вентиляционные двери и двери с регулируемыми вентиляционными окнами.

Рассмотрим работу основных средств автоматизации системы проветри­вания угольных шахт.

7. Автоматизация калориферных установок

Шахтные калориферные установки предназначены для подогрева воздуха, подаваемого в шахту в зимнее время, чтобы предотвратить обмерзание ствола, подъемных сосудов, канатов и создать нормальные условия работы для обслу­живающего персонала.

На шахтах применяются две технологические схемы калориферных уста­новок: безвентиляторная и с нагнетательными вентиляторами. В качестве воздухоподогревателей применяются водяные или паровые калориферы. Воз­дух, проходя через калориферы, нагревается до температуры 50—60° С, а за­тем после смешивания с холодным воздухом в специальной смесительной ка­мере доводится до температуры 10—16° С и нагнетается в ствол специальным нагнетательным вентилятором или засасывается в шахту за счет работы венти­лятора главного проветривания (безвентиляторная технологическая схема). Температура и количество воздуха, подаваемого в шахту, обычно регулируется специальными лядами, шиберами или жалюзи, которыми оборудуются смеситель­ные камеры.

Для автоматизации калориферных установок применяется комплект аппаратуры АКУ-63, в который входят станция управления и регули­рования СУР-63, пульт диспетчера калориферной установки ПДК-63, сигналь­ное табло ТСК-63, трехобмоточный термодатчик ТДТ-63, термодатчик ТДЛ-2, гудки ГПР-М и кабельные ящики.

Для безвентиляторных калориферных установок аппаратура АКУ-63 обеспечивает:

автоматическую стабилизацию температуры воздуха в стволе шахты в за­данных пределах путем регулирования теплопроизводительности изменением расхода воздуха через калориферы и дросселированием пара с помощью им­пульсного регулирующего устройства;

автоматическое прекращение подачи холодного воздуха через водяные калориферы при снижении температуры конденсата ниже заданного предела;

автоматическую подачу конденсата в отводящий конденсатопровод, минуя водяные калориферы, при снижении температуры конденсата на выходе из водяных калориферов ниже допустимого предела.

Для калориферных установок, оборудованных нагнетательными венти­ляторами, АКУ-63 обеспечивает:

автоматическую стабилизацию температуры воздуха в стволе шахты в за­данных пределах путем регулирования производительности одного из венти­ляторов;

автоматическое управление двумя вентиляторными агрегатами;

отключение приводных электродвигателей вентиляторов при перегреве подшипников;

автоматическое закрытие направляющего аппарата при остановленном вентиляторе;

блокировку от включения вентилятора при перекрытии вентиляционного канала лядами.

Кроме этого аппаратура АКУ-63 в обоих случаях обеспечивает необходи­мую световую и звуковую сигнализацию и непрерывный контроль температуры воздуха в стволе.

8. Автоматизация подъемных установок

Подъемная система является одной из наиболее сложных промышленных установок, от надежности и безопасности работы которой зависят показатели работы шахты. Надежность и безопасность работы подъемных установок зна­чительно повышается при автоматизированном управлении ими. Системы управления и режимы работы автоматизированного электропривода подъема определяются технологическими параметрами установки: назначением, высо­той подъема, типом и грузоподъемностью подъемного сосуда, количеством го­ризонтов.

Различают следующие виды управления подъемными установками: авто­матическое. полуавтоматическое, дистанционное, дистанционно-автоматиче­ское и ручное. При автоматическом управлении пусковой импульс подается после загрузки скипа автоматически, без вмешательства машиниста. При полуавтоматическом управлении машинист выполняет две операции: растор­маживает машину и дает пусковой импульс. Дистанционное управление подъем­ной машиной осуществляется машинистом на расстоянии., например с приемной площадки в надшахтном здании и т. д. При дистанционно-автоматическом управлении машиниста нет, а импульс на пуск машины подается с места по­грузки или из клети (лифтовая система в инспекторском подъеме). Ручное управление подъемной машиной осуществляет машинист, который при этом ориентируется на показания контрольно-измерительных приборов.

Для скиповых подъемных установок рекомендуется применять автомати­ческое (основной вид) и полуавтоматическое управление, для клетевых подъем­ных установок — дистанционное управление с приемной площадки.

Сравнительная сложность или простота автоматизации управления подъем­ным двигателем определяется соответствием механических характеристик привода условиям работы подъемных установок, т. е. нагрузочным диаграм­мам подъемных систем.

Проще эта задача решается при системе Г—Д, поскольку этот привод обладает жесткими характеристиками, сложнее — при асинхронном двига­теле, имеющем жесткую характеристику только при выключенном реостате. Мягкие характеристики асинхронного двигателя нарушают однозначную зависимость между положением рукоятки управления и скоростью сосудов, что является причиной усложнения автоматического управления при этом приводе.

Система автоматизации должна обеспечивать бесперебойную работу всего комплекса скипового подъема: подъемной машины, оборудования для загрузки и разгрузки скипов, разгрузки вагонеток в приемный бункер.

9. Общая характеристика приводов подъемных машин

Современные подъемные установки характеризуются применением элек­тродвигателей большой мощности, которые являются одним из основных по­требителей электрической энергии на шахте.

В соответствии с нагрузочными диаграммами подъемных систем, механи­ческими характеристиками электропривода и возможностями регулирования их наиболее подходящими для подъемных установок являются асинхронные двигатели и система Г—Д с двигателями постоянного тока независимого воз­буждения.

Асинхронные двигатели применяются при мощности до 1000—1200 квт при однодвигательном приводе и до 1600 квт при двухдвигательном приводе (мощность двигателей одинакова), при большей мощности — система Г—Д. Основным фактором, ограничивающим мощность асинхронного двигателя, является коммутационная способность аппаратуры управления (реверсо­ров, контакторов и т. д.).

Автоматизируемый асинхронный электропривод применяется в следующих вариантах: одно двигательный привод, двух двигательный привод и асинхрон­ный вентильный каскад.

Цикл работы каждой подъемной установки состоит из периодов ускорен­ного движения (разгона), равномерного и замедленного движения и паузы.

При однодвигательном и двухдвигательном асинхронном приводах авто­матизация подъемной установки в период ускоренного движения выполняется с помощью релейно-контакторной аппаратуры, осуществляющей выведение ступеней роторного реостата (обычно 6—8 ступеней). В период равномерного движения, если оно осуществляется при выключенном роторном реостате, вмешательства автоматических устройств не требуется, так как двигатель работает устойчиво на естественной характеристике.

В период замедленного движения работа подъемной установки может осуществляться при свободном выбеге, создании положительных моментов (двигательное замедление), создании отрицательных моментов (тормозное замедление). В связи с тем, что статический момент может иметь разные знаки, автоматизация периода замедленного движения является наиболее сложной.

Тормозное замедление осуществляется посредством динамического или ме­ханического торможения. Регулирование скорости в период замедления при двухдвигательном приводе осуществляется при совместной работе обоих дви­гателей, один из которых работает в двигательном режиме, а другой — в режиме динамического торможения.

В асинхронном вентильном каскаде регулирование скорости осуществ­ляется при помощи подачи в цепь ротора подъемного двигателя добавочной противоэлектродвижущей силы, источником которой является ртутный выпря­митель.

Регулирование скорости в период замедления по заданной тахограмме осуществляется при тормозном замедлении соответствующим изменением тормозного момента. При механическом торможении для этого применяются различные электропневматические и электрогидравлические регуляторы.

При динамическом торможении асинхронного двигателя, которое осуще­ствляется подачей в цепь статора постоянного тока, тормозной момент зависит от величины напряжения источника постоянного тока, сопротивления в цепи ротора и скорости вращения асинхронного двигателя. Обычно в качестве источника постоянного тока используются генераторы, напряжение с которых подается на две фазы статорной обмотки подъемного двигателя.

Выбор генератора динамического торможения производится из условия обеспечения наиболее тяжелого расчетного тормозного режима в период авто­матического снижения скорости от максимальной до скорости дотяжки. Для получения необходимого максимального тормозного момента требуется обе­спечить подмагничивание статора подъемного двигателя постоянным током

Наиболее эффективной является замкнутая система непрерывного регу­лирования тока динамического торможения в функции пути и скорости с пере­ключением ступеней роторного реостата в функции скольжения подъемного двигателя.

Находят применение преобразователи частоты для динамического тормо­жения и получения ползучей скорости при дотягивании. Наибольший интерес представляет использование тиристорных преобразователей частоты.

В настоящее время применяются две системы привода постоянного тока: с электромашинным преобразователем (система Г—Д) и с ионным преобразова­телем (система УРВ—Д). Наибольшее распространение на угольных шахтах получила система Г—Д.

В системе Г—Д регулирование скорости двигателя подъемной машины осуществляется для получения необходимого коэффициента усиления системы автоматического регулирования, как правило, изменением тока возбуждения возбудителя, питающего обмотку возбуждения генератора. В некоторых слу­чаях используется дополнительное звено — подвозбудитель, что позволяет получить более высокий коэффициент усиления. В качестве подвозбудителея используются промежуточные магнитные усилители, в качестве возбудителей генератора постоянного тока — электромашинные усилители с поперечным полем, управляемые ртутные выпрямители, тиратроны, силовые магнитные усилители. Наиболее распространенной является система Г—Д с электромашин­ным усилителем, наиболее перспективной — схема возбуждения генератора с помощью тиристоров.

Система УРБ—Д не получила пока большого распространения на уголь­ных шахтах нашей страны, хотя обладает определенными преимуществами по сравнению с системой Г—Д, заключающимися в меньших капитальных затратах, в меньших затратах на эксплуатацию, в экономии меди.

10. Схемы автоматизации подъемных машин с асинхронным приводом

Классификацию схем управления подъемными установками ""принято производить исходя из средств автоматизации, используемых в период замед­ления и дотягивания: схемы с динамическим торможением; двух двигательный привод; схемы с использованием тока низкой частоты; асинхронный каскад; схемы с микроприводом; схемы с коррекцией пути замедления; схемы с жид­костным реостатом; автоматическое и дистанционное управление с использо­ванием мехааических тормозов.

Схемы с использованием тока низкой частоты основаны на использовании зависимости скорости вращения асинхронного-двигателя от частоты переменного тока. Замедление подъемной машины осу­ществляется при помощи динамического торможения, а режим дотягивания — при питании двигателя током низкой частоты (2—4 гц). В этой схеме источником. напряжения низкой частоты является генератор динамического торможения, постоянный ток которого в период дотягивания преобразуется в переменный ток низкой частоты. Наиболее перспективными являются тиристорные преобра­зователи частоты.

Микропривод представляет собой асинхронный двигатель не­большой мощности (2—10% номинальной мощности подъемного двигателя), присоединяемый через вспомогательный редуктор к приводному валу основного редуктора подъемной машины. В период замедления при снижении скорости до величины, близкой к скорости дотягивания, двигатель микропривода вклю­чается в сеть и разгоняется вхолостую до максимальной скорости. При снижении скорости машины до 0,5—0,6 м/сек отключается генератор динамического торможения и включается муфта сцепления, соединяющая микропривод с редуктором главного привода. Дальнейшее движение подъемной машины осуществляется двигателем микропривода, работающим на естественной характе­ристике, вследствие чего скорость дотягивания оказывается весьма устойчивой.

Схемы с коррекцией пути замедления. Замедление подъемной машины можно осуществлять в режиме свободного выбега. Если вес поднимаемого груза будет всегда одинаков, то при отключении двигателя в строго фиксированном пункте в период равномерного хода скип в конце периода замедления всегда будет подходить к разгрузочным кривым с одинако­вой скоростью. Ввиду несовершенства дозирующих и загрузочных устройств вес скипа может колебаться в больших пределах. Отклонение в весе поднимае­мого груза от расчетной величины оказывает существенное влияние на величину замедления при свободном выбеге подъемной машины, что приведет к из­менениям времени остановки. Для обеспечения подхода подъемного сосуда к разгрузочным кривым с одинаковой скоростью независимо от веса поднимае­мого груза используют датчики начала замедления. Датчик начала замедления осуществляет коррекцию пути замедления в функции веса полезного груза.

На угольных шахтах находят применение жидкостные реостат ы, используемые вместо металлических. Жидкостные реостаты снабжены быстродействующим рычажным гидравлическим или электрическим приводом,, устройствами для автоматического поддержания заданной плотности электро­лита, надежно герметизированы и рассчитаны на работу в схемах автоматичес­кого регулирования скорости подъемных машин.

Быстродействие и бесступенчатое изменение сопротивления в роторной цепи обеспечивают высокое качество регулирования скорости подъемного двигателя с помощью простых средств регулирования.

Автоматическое управление подъемными машинами с использованием механического торможения, отличаясь простотой и высокой надежностью, позволяет в то же время получать как двигательные, так и тор­мозные регулирующие воздействия. В основе работы таких схем лежит электро­пневматический регулятор давления. Катушка управления регулятора давления включается на узел сравнения действительной и заданной скоростей (в виде напряжений, снимаемых с тахогенератора и потенциометра заданной скорости).

Имеется большое количество схем автоматизации подъемных установок. В настоящее время для типового проектирования рекомендована схема автоматизации подъемных установок с асинхронным приводом АГП-61. Схема АГД-61 предусматривает возмож­ность работы всего комплекса грузового подъема без вмешательства обслужи­вающего персонала и может быть применена на установках, оборудован­ных: 1) скипами или опрокидными клетями; 2) одно- или двухдвигательным низковольтным или высоковольтным асинхронным приводом; 3) пневмати­ческой или гидравлической системой управления тормозом.

Аппаратура АГП-61 предусматривает возможность осуществления трех видов управления: ручного, полуавтоматического и автоматического.

В основу схемы управления положены следующие принципы автоматиза­ции: пуск с ползучей скоростью под контролем регулируемого механического торможения до выхода порожнего сосуда из разгрузочных кривых. В ряде случаев это необходимо для уменьшения динамической нагрузки на разгру­зочные кривые и копер. Там, где эта необходимость отпадает, применяется разгон в функции тока и времени; замедление в режиме свободного выбега или нерегулируемого динамического торможения с выбором пункта начала замедления при наличии регулируемого механического торможения; кроме того, возможно осуществление замедления при помощи динамического тормо­жения с электромашинным или релейным регулятором; дотягивание с пол­зучей скоростью под контролем регулируемого механического торможения.

Аппаратура АГП-61 предусматривает возможность автоматизации периода замедления одним из следующих способов: 1) выбора пункта начала замедления с использованием режима свободного выбега и регулируемого механического торможения; 2) выбора пункта начала замедления и режима нерегулируемого динамического торможения с использованием регулируемого механического торможения; 3) при помощи динамического торможения с электромашинным или релейным регулятором.

Первые два способа предусматривают автоматический выбор пункта начала замедления в зависимости от величины загрузки подъемных сосудов. Процесс замедления может протекать как нерегулируемый, но под контролем программного регулирования, которое осуществляется при помощи механиче­ского торможения. Третий способ предусматривает начало замедления в одном и том же пункте пути при каждом цикле подъема с последующим программным регулированием динамического торможения по отклонению действительной скорости от заданной. Более совершенными являются первые два способа автоматизации.

Процессы автоматизации с использованием выбора пункта начала замед­ления и регулируемого механического торможения поясним при помощи диа­граммы скорости подъемной системы (рис. 8).

Выбор пункта начала замедления, осуществляемый датчиком ДНЗ-2, производится в период равномерного хода на участке пути между граничными точками Л ж Т. При подъеме легкого груза (0,5 номинального) замедление будет начинаться в точке Л и протекать по кривой ЛК, а при подъеме тяжелого груза (1,2 номинального) — в точке Т ж протекать по кривой ТК. Кривая ДК соответствует программе заданной скорости регулятора механического тормо­жения, кривая О^-К соответствует настройке ограничителя скорости. В качестве программного устройства используется аппарат ППК.

Рис. 8. Диаграмма скорость - путь и схема срабатывания путевых выключателей программного командоаппарата

Поиск по сайту: