Динамічні характеристики стрічкового конвеєра та способи їх оцінки

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНА ГІРНИЧА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ

УДК 622. 647.2

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ДИНАМІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТРІЧКОВОГО КОНВЕЄРА ТА СПОСОБИ ЇХ ОЦІНКИ

05.05.06 - Гірничі машини

СМИРНОВА НАТАЛІЯ ВОЛОДИМИРІВНА

Дніпропетровськ - 2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі теплоенергетики Криворізького технічного університету Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник:

Трегубов Віталій Анатолійович, доктор технічних наук, професор, Криворізький технічний університет Міністерства освіти і науки України, завідувач кафедри теплоенергетики.

Офіційні опоненти:

Бельмас Іван Васильович, доктор технічних наук, доцент Дніпродзержинський державний технічний університет Міністерства освіти і науки України, професор кафедри "Механічне обладнання";

Максютенко Валерій Юрійович, кандидат технічних наук, Інститут геотехнічної механіки НАН України (м. Дніпропетровськ), завідувач відділу фізико-механічних основ гірничого транспорту.

Провідна установа - Донецький державний технічний університет Міністерства освіти і науки України, кафедра гірничозаводського транспорту і логістики.

Захист відбудеться "27" грудня 2000 р. о 14-00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.080.06 в Національній гірничій академії України Міністерства освіти і науки України за адресою: 49027, м. Дніпропетровськ, просп. К. Маркса, 19, т. 47-24-11.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національної гірничої академії України Міністерства освіти і науки України (49027, м. Дніпропетровськ, просп. К. Маркса, 19, т. 47-24-11).

Автореферат розісланий "24" листопада 2000 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, к.т.н. О.В. Анциферов.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ДИСЕРТАЦІЙНОЇ РОБОТИ

Актуальність теми. На підприємствах гірничорудної, вугільної, хімічної промисловості та будівельної індустрії для транспортування сипких вантажів широко розповсюджені стрічкові конвеєри. Велика потужність важких конвеєрів великої довжини транспортування, ступінчастий пуск на базі асинхронного приводу з фазним ротором є особливістю конвеєрів гірничих підприємств. Для них найдорожчим вузлом є стрічка, вартість якої в залежності від довжини транспортування складає 40-75 % вартості всієї конвеєрної установки. Під час експлуатації конвеєрів з різних причин виникають додаткові динамічні навантаження стрічки. Це призводить до збільшення частоти розривів самої стрічки на місцях її зєднань. Великі пікові навантаження за короткий час приводять до збігу стрічки в бік. Це негативно впливає на нормальний її рух по ролікоопорах, результатом якого є інтенсивне її зношення. Цим пояснюється актуальність досліджень, що направлені на підвищення стійкості стрічки через зменшення динамічних навантажень, збільшення довговічності стиків, зменшення сегрегації матеріалу, що транспортується, зниження пошкоджень стрічки від порізів кусками абразивного матеріалу і т. ін. Крім того, стоять питання зношення стрічки через коливання її швидкості та матеріалу, що транспортується. Зазначене викликає необхідність розробки досконалих методів оцінки динамічних характеристик стрічкового конвеєра як гірничої машини, на основі яких можливе формування необхідних режимів його роботи.

У наш час при розрахунках пуску стрічкових конвеєрів недостатньо враховуються особливості стрічки, які пов'язані з розподіленими за довжиною параметрами. В існуючих методиках розрахунку стрічкових конвеєрів, як правило, електромеханічна система розглядається як сукупність жорстких тіл: двигун, вали, редуктор, муфти, барабани, стрічка. Це припущення слушне лише для розрахунку коротких конвеєрів. Як показали дослідження, розрахунки за цією методикою конвеєрів порівняно великої довжини, що є особливим для конвеєрів гірничої промисловості, мають суттєві недоліки, бо не враховують гнучко-в'язкі властивості тягового органа.

Існуючі варіанти здійснення пускових режимів роботи конвеєрів не забезпечують динамічних навантажень, близьких до жорсткої системи. Впровадження ж більш раціональних за існуючі режимів пуску, які б забезпечили зменшення динаміки, гальмуються через відсутність сучасних засобів визначення та безінерційного (в часі) зняття інформації щодо динамічних характеристик стрічкового конвеєра.

Вирішенню задач, що спрямовані на визначення та зменшення динамічних навантажень конвеєрної стрічки в пускових режимах, й присвячена ця дисертаційна робота.

Зв'язок з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконана у відповідності з планом науково-дослідних робіт Криворізького територіального відділення Міжнародної Академії комп'ютерних наук і систем за темою № 361а від 08.12.95 (№ДР 01960006410) "Розробка комп'ютерної системи аналізу технічної і технологічної ситуації на дробарній фабриці та вироблення рекомендацій з оптимального управління її основними механізмами (дробарки різних стадій подрібнення, грохоти, конвеєри та живлювачі)". У дисертації використані окремі залежності для визначення динамічних зусиль в стрічці, що раніше були отримані автором при виконанні згаданої теми.

Метою роботи є розробка моделей для отримання та оцінки динамічних характеристик стрічкового конвеєра гірничих підприємств з урахуванням розподілених за довжиною параметрів тягового органа великої довжини в порівнянні їх із жорсткою системою при реалізації пускових режимів.

Задачі дослідження:

- удосконалення квадратичного інтегрального методу оцінки відхилення швидкості стрічки з урахуванням розподілених її властивостей від швидкості жорсткої системи;

- уточнення аналітичних залежностей, що описують динамічні характеристики конвеєра з урахуванням особливостей приводу та розподілених параметрів конвеєрної стрічки; визначення долі тягового зусилля і потужності, що витрачається на розбіг конвеєра, обумовлених саме розподіленістю параметрів конвеєрної стрічки;

- одержання закономірностей змін тягового зусилля, що передається конвеєрній стрічці приводними барабанами.

Об'єкт дослідження - процеси змінення під час пуску динамічних характеристик стрічкового конвеєра порівняно великої довжини для транспортування сипучих матеріалів.

Предмет дослідження - динамічні характеристики протяжних стрічкових конвеєрів.

Методи дослідження. Для оцінки відхилення швидкості конвеєрної стрічки, з урахуванням її особливостей, від швидкості жорсткої системи, використовувався метод поліпшеної (з урахуванням першої похідної)квадратичної інтегральної оцінки, який враховує особливості прикладеного рушійного зусилля, модифікований для систем, описаних диференційними рівняннями вище першого порядку. Для оцінки всіх динамічних характеристик стрічкового конвеєра був використаний апробований структурний метод на базі операційних перетворювань за Лапласом. Метод визначення залежностей тягового зусилля, що передається приводним барабаном стрічці, базується на основі закону Гука, який є найбільш поширеним для гнучких систем і найпростішим. При цьому динаміка конвеєра з урахуванням розподіленого тягового органа була описана диференційними рівняннями з використанням рівнянь Лагранжу на основі методу кусочно-лінійної апроксимації. В представленій роботі вся система конвеєра, крім стрічки, розглянута як система жорстких тіл без урахування зазорів в редукторі і муфтах. Режим аварійного проковзування стрічки на приводному барабані не розглянутий.

Наукові положення, що захищаються в дисертації:

- відхилення швидкості стрічки конвеєра при пусковому режимі (з урахуванням розподіленості її параметрів) від швидкості жорсткої системи визначається інтегральною оцінкою через виключення постійних складових (обумовлених розмірністю системи та характером прикладеного тягового зусилля з боку приводного барабана), які не характеризують коливальність процесу;

- удосконалення для пускового режиму закономірності зміни динамічного зусилля, витраченої потужності та їх компонентів, швидкості протяжного конвеєра при ступінчастому характері прикладеного зусилля з боку приводного барабана, які вирізняються врахуванням особливостей розподіленого за довжиною тягового органа і параметрів приводного барабана (на базі асинхронного приводу з фазним ротором);

- на основі різниць швидкостей у характерних точках стрічки дістали подальший розвиток закономірності зміни тягового зусилля, що передається приводними барабанами конвеєрній стрічці, та його втрат в гілках стрічки, які вирізняються тим, що швидкості визначаються комплексно на основі залежностей, які враховують розподілені за довжиною властивості стрічки, втрати динамічного зусилля в кінематичній схемі приводного барабана, його параметри, потенційну і внутрішню енергію замкнутого контуру на дільниці робочого проковзування стрічки.

Наукова новизна одержаних результатів:

1. Уперше з інтегральної оцінки виключені постійні складові, які не характеризують коливальність процесу, що обумовлені розмірністю системи й характером прикладеного рушійного впливу.

2. Дістало подальший розвиток одержання закономірностей зміни динамічних характеристик у пусковому режимі на основі комплексного врахування особливостей стрічки і параметрів приводного барабана (на базі ступінчастого пуску асинхронного приводу з фазним ротором).

3. Удосконалено визначення тягового зусилля для стрічки на основі комплексного врахування її особливостей, втрат зусилля на приводному барабані, уточнення членів рівнянь Лагранжу.

Наукове значення роботи полягає в отриманні залежностей, які дозволяють за паспортними даними конвеєра (з урахуванням розподілених параметрів його стрічки) дати оцінку швидкості, динамічному зусиллю і потужності, що витрачається на його розбіг; в оцінці впливу параметрів стрічки на характеристики конвеєра; в одержанні залежностей, які дають змогу визначити тягове зусилля, що передається приводним барабаном стрічці в пускових режимах.

Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що запропоновані моделі формують способи оцінки динамічних характеристик стрічкового конвеєра, які враховують розподілені за довжиною параметри стрічки, поточні зміни ККД у передачі, параметри приводного барабана. Значну користь надасть використання удосконалених методів розрахунку динаміки стрічкового конвеєра, можливість оцінки характеристик за паспортними даними конвеєра та його елементів, використання запропонованого режиму пуску стрічкового конвеєра.

Наукові результати роботи використані в методичному посібнику "Методика расчета динамики ленточных конвейеров", прийнятому для використання Державним проектним інститутом "Кривбаспроект", Криворізьким територіальним відділенням Міжнародної Академії комп'ютерних наук і систем, підприємством "Кривбасакадемінвест". Результати дослідження використовуються в навчальному процесі кафедри інформатики, автоматики і систем управління Криворізького технічного університету.

Апробація результатів дослідження. Основні положення та результати дослідження знайшли відображення на сторінках наукових робіт здобувача. Доповіді відбулися двічі на технічних нарадах "Пути снижения материальных и энергетических затрат при дроблении руды" концерну гірничорудних і нерудних підприємств України "Укррудпром" (1998 р.); на науково-технічній конференції Національної гірничої академії України "Компьютерные технологии в обучении, научных исследованиях и промышленности" (1998 р.); на п'ятій науково-технічній конференції Вінницького державного технічного університету "Контроль і управління в складних системах"(1999 р.); на міжнародній науково-практичній конференції Національної гірничої академії України "Современные проблемы и перспективы развития горной механики" (1999 р.); на шостій Українській конференції з автоматичного управління Харківського державного політехнічного університету "Автоматика - 99"; на другому міжнародному симпозіумі Академії гірничих наук України "Качество - 99" в Ялті.

Особистий внесок автора полягає в оцінці впливу розподілених параметрів тягового органа на змінення динамічних характеристик стрічкового конвеєра і в уточненні математичного опису динаміки стрічкового конвеєра.

Публікації результатів наукових досліджень. Результати виконаних досліджень за темою дисертації викладені в десяти друкованих працях, у тому числі чотири - у фахових виданнях. Всі теоретичні дослідження зроблені автором самостійно, експериментальні роботи - за особистою участю автора. У 1999 році за результатами виконання наукової роботи автору присуджена стипендія Кабінету Міністрів України для молодих вчених.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається із переліку умовних позначень, символів, скорочень, термінів; вступу; чотирьох розділів, висновків, списку використаної літератури. Загальний обсяг роботи - 136 сторінок машинописного тексту, що включає 32 ілюстрації, 4 додатки на 12 сторінках, список використаної літератури із 67 найменувань на 6 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У "Переліку умовних позначень, символів, скорочень, термінів" пояснена прийнята в роботі термінологія і позначення.

Під динамічними характеристиками в роботі мається на увазі режимні параметри конвеєра, які змінюються за певний час в пускових режимах, а саме:

- тягове зусилля конвеєра; його статичну та динамічну складові, а також компоненти динамічної складової; (під компонентами динамічної складової тягового зусилля в роботі названо динамічне зусилля жорсткої системи та динамічне зусилля, обумовлене розподіленістю параметрів тягового органа);

- тягове зусилля, що передається приводними барабанами стрічці;

- швидкість руху конвеєрної стрічки;

- потужність, яка витрачається на розбіг конвеєра; її статичну та динамічну складові, а також компоненти динамічної складової (під компонентами динамічної складової потужності названо потужність, обумовлену динамікою жорсткої системи, та потужність, обумовлену динамікою системи внаслідок розподіленості параметрів її стрічки).

Під жорсткою системою розуміється конвеєрна система, яка складається з жорстких тіл (без урахування розподіленості параметрів її стрічки, а також зазорів в редукторі і муфтах).

Під способами оцінки динамічних характеристик у роботі названо інтегральну оцінку відхилення швидкості транспортування від швидкості жорсткої системи, а також абсолютну оцінку отриманих залежностей змінення динамічних характеристик конвеєра в порівнянні з жорсткою системою.

Під приводним барабаном у даній роботі названо комплекс елементів конвеєра - двигун, редуктор, поєднуючі муфти і саме приводний барабан; під коефіцієнтом корисної дії (ККД) приводного барабана мається на увазі добуток ККД його елементів.

Під характерними точками конвеєрної траси названі точки збігу й набігу стрічки на приводні та кінцеві барабани.

У "Вступі" обґрунтована актуальність теми дисертаційного дослідження; її зв'язок з науковими програмами, планами, темами; сформульовано мету і завдання дослідження; показано, що є об'єктом, а що предметом дослідження; наведено, якими методами воно виконувалось, показано наукову новизну, апробацію результатів дисертації та вказано на наукову та практичну цінність отриманих результатів.

Розділ 1 містить результати критичного аналізу літературних джерел за темою дослідження. конвеєр протяжний стрічка характеристика

В існуючих режимах роботи стрічкових конвеєрів, обладнаних асинхронним двигуном з фазним ротором, через розподіленість параметрів тягового органа в стрічці додатково виникають згасаючі коливання тягового зусилля. На коливання в стрічці на одному ступені накладаються нові, обумовлені процесом введення нової ступені розбігу. Час роботи на пусковому ступені вибирається тільки за умов досягнення раніше вибраних моментів перемикання двигунів, виходячи лише зі статичних характеристик привода конвеєра і характеристик конвеєра як елемента жорсткої системи. Для реалізації оптимального динамічного режиму роботи стрічкового конвеєра необхідно знати момент згасання основного тону коливань у стрічці. Його можна визначати, як момент рівності значень швидкостей жорсткої системи та системи з урахуванням особливостей протяжного тягового органа, й оцінювати за значенням квадратичної інтегральної оцінки відхилення цих швидкостей. Але її класична форма через особливості конвеєра є непригодною. Вище сказане потребує уточнення даного метода для використання в умовах високорозмірних систем, а також з різним характером прикладеного тягового зусилля.

Спроби врахувати розподіленість параметрів тягового органа за довжиною розпочато в роботах В.М. Потураєва (динаміка електромеханічних систем), І.Г. Штокмана (довговічність та міцність тягових органів), М.Я. Біліченка (експлуатаційні режими стрічкових конвеєрів), Л.Г. Шахмейстера (теорія і розрахунок стрічкових конвеєрів гірничої промисловості), В.М. Назаренка (експлуатаційні режими роботи автоматизованих стрічкових конвеєрів рудопідготовчого виробництва), В.Ю. Максютенка (питання формування режимів роботи конвеєрного транспорту), Ю.А. Сокотнюка (системи автоматичного управління нахиленим стрічковим конвеєром), О.В. Запєніна (моделювання перехідних процесів стрічкових конвеєрів), Л.М. Рассудова (математичні моделі об'єктів управління з розподіленими параметрами механічних елементів), В.М. Чермалиха (дослідження складних електромеханічних систем) та ін.

В роботах, де створювались моделі динамічного зусилля конвеєра, їх формування відбувалося на основі моделювання електромеханічної системи, де швидкість конвеєра приводилась до фактичної без урахування статичного зусилля в моделі. Математичних моделей, які б дозволили оцінити величину динамічного зусилля та його компоненти (жорстку та гнучку), виходячи лише зі структури системи, до цього часу запропоновано не було. Досліджень для отримання компонентів потужності, що витрачається на розбіг конвеєра при транспортуванні, з урахуванням зазначених вище особливостей також до цього часу практично не виконувалось.

Розглянуті методи визначення тягового зусилля, що передається приводним барабаном конвеєрній стрічці, їх вагомі недоліки. Дослідження показали, що нині зміна коефіцієнта корисної дії (ККД) приводного барабана враховується усередненими постійними коефіцієнтами. Це не дозволяє достатньо точно врахувати існуючі зусилля в елементах механізму, а також витрати потужності на розбіг у процесі транспортування. Неврахована частка енергії не дозволяє навіть в жорсткій системі чітко визначити тягове зусилля, що передається приводним барабаном конвеєрній стрічці. Встановлено, що для завантаженого конвеєра, складова динамічного тягового зусилля, що втрачається на приводному барабані, і не враховується в сучасних розрахунках при зміненні швидкості в межах 0.251 V_н складає 12 %, для порожнього конвеєра - 32 %. Величина рушійного зусилля, яка формується приводним двигуном і передається редуктором, повинна визначатися з урахуванням поточних значень величин ККД елементів приводу конвеєра, який відповідає рівню навантаження та швидкості транспортування. Модель динаміки конвеєра повинна комплексно враховувати розподілені за довжиною параметри стрічки і параметри приводного барабана, що раніше не виконувалось. Математичний опис динаміки конвеєра також повинен враховувати потенційну і внутрішню енергію замкнутого контуру на дільниці робочого проковзування стрічки на приводному барабані, що в попередніх дослідженнях не враховувалось.

Розрахунки в дисертації проводилися на прикладі стрічкового конвеєра 3КТ довжиною 713.2м (виробництво Сизранського турбобудівельного заводу), встановленого на Південному гірничо-збагачувальному комбінаті Кривого Рогу, який транспортує руду з кар'єру на дробарну фабрику №2. При моделюванні динаміки конвеєра прийняті припущення: траса конвеєра прямолінійна і має постійний кут нахилу, на завантажених дільницях маса вантажу та обертових частин роликоопор являється рівномірно розподіленою, рух стрічки та вантажу сумісний, проковзування стрічки відносно роликів відсутнє, стрічка розглядається не як гнучка нитка, а як гнучко-в'зкий стержень, сили внутрішнього тертя пропорційні швидкості деформації.

У розділі 2 виконані дослідження оцінки впливу розподіленого тягового органа на швидкість транспортування за період розбігу конвеєра за допомогою методу поліпшеної квадратичної інтегральної оцінки, який досліджувався А.А. Вороновим, Л.І. Мандельштамом. Інтегральну оцінку виконували за залежністю:

де (t)=Vр(t)-Vж(t) - помилка, обумовлена розподіленими параметрами стрічки, яка є різницею між швидкістю конвеєра з урахуванням особливостей стрічки Vр(t) і швидкістю конвеєра з жорстким тяговим органом Vж(t); , Т - похідна відхилення і постійна часу.

Доведено, що, як при ступінчастому, так і при лінійно зростаючому за час рушійному зусиллі, використання моделі для визначення інтегральних оцінок у класичному вигляді неможливо. Причина - в тому, що при першому варіанті рушійного зусилля під інтеграл підпадає постійна складова, зумовлена розмірністю системи, при другому варіанті - до неї додається складова, яка характеризує прикладений рушійний вплив. Оскільки вказані складові не характеризують процес у плані коливальності системи, величину похибки корегують, вилучаючи їх з виражень помилки системи. Особливість запропонованої моделі корекції інтегрального методу в тому, що оцінка виконується з урахуванням і порядку рівнянь механічної частини конвеєра, і характеру прикладеного рушійного впливу. Отримані зображення за Лапласом та оригінали швидкостей приводних барабанів у багатомірній системі (з дійсними і комплексними коренями характеристичного рівняння) з урахуванням робочого проковзування на приводних барабанах; отримані закономірності, що враховують особливості, зумовлені розмірністю систем.

Запропонований раціональний спосіб застосування модернізовано]моделі інтегральної оцінки швидкості - режим, при якому на кожному ступені мінімізується вплив розподіленості тягового органа і забезпечується затухання коливань у стрічці, рис. 1.

Рис. 1. Структура моделі пускового режиму конвеєра

датчик швидкості двигуна;

2 - пристрій визначення d(t)/dt;

3 - пристрій керування пуску конвеєра контакторами К _{1- i};

4 - модель визначення статичного навантаження F_ст і параметрів, які характеризують динаміку приводу конвеєра K_gi, K_mi, T_gi; (К_gi - коефіцієнт передачі, A/B; Т_{gi -} постійна часу, що характеризує наростання струму в роторі двигуна I_дв в залежності від величини опору на ступені, в с; К_{мi -} коефіцієнт зв'язку між моментом, що розвиває двигун, і його струмом, Нм/А; "i" в індексах - номер ступені опору в роторі, од);

5 - пристрій контролю лінійної маси на стрічці;

АД - асинхронний двигун; Б - бункер; Р - редуктор; ПБ - саме приводний барабан; К_е - коефіцієнт внутрішнього зворотного зв'язку по швидкості, Вс/м; J - момент інерції конвеєра, Нс ²/м; F₁ - - прикладене зусилля з боку приводного двигуна, Н; U_do - напруга загальмованого ротору двигуна, В; R_б - радіус саме приводного барабану конвеєра, м; S - оператор Лапласа.

Наведена ж схема працює за відомим принципом пуску асинхронного двигуна, але вирізання опорів здійснюється за моментом затухання основного тону коливань у стрічці. Перемикання виконується за допомогою слідкуючої системи, яка контролює ці затухання за аналізом швидкості, яку розвиває двигун. Таким чином в схемі визначають похідну помилки системи, та в момент рівняння її нулеві, подається сигнал у систему керування контакторами на перемикання роторних опорів.

У розділі 3 розглянуто дослідження з формування закономірностей для математичних моделей динамічного зусилля конвеєра та його компонентів (рис. 2, 4), його швидкості (рис. 3), витраченої потужності на розбіг стрічкового конвеєра швидкості з урахуванням розподілених параметрів стрічки і параметрів приводного барабана конвеєра.

Рис. 2. Модель для оцінки динамічного зусилля стрічкового конвеєра, що розвиває приводний двигун стрічкового конвеєра з асинхронним приводом зі зміною активних опорів у роторному ланцюзі.

Тут К_у - еквівалент величині, яка зворотна моменту інерції конвеєра, м/ Нс ².

Рис. 3. Структура для оцінки швидкості стрічкового конвеєра з асинхронним приводом зі зміною активних опорів у роторному ланцюзі.

Рис. 4. Модель для оцінки компоненти динамічного зусилля стрічкового конвеєра, обумовленої розподіленістю параметрів стрічки.

Встановлено, що для завантаженого конвеєра складова динамічного зусилля, обумовленого розподіленістю параметрів тягового органа, відносно повного динамічного зусилля складає - 32 %, рис. 5. Частка компоненти витраченої потужності на розбіг конвеєра, обумовленої розподіленістю параметрів тягового органа, відносно потужності, обумовленої всією динамікою конвеєрної системи, складає - 22 %.

Рис. 5. Залежність повного динамічного зусилля F_{дин 1}, його складових: F_{динУ 1}, обумовленої розподіленістю стрічки та F_{динЖ 1}, жорсткої динамічної складової на першому ступеню розбігу конвеєрної системи.

У розділі 4 уточнено опис динаміки стрічкового конвеєра як системи з розподіленими параметрами за його довжиною, враховуючи потенційну та внутрішню енергію замкнутого контуру дільниці робочого проковзування стрічки на приводному барабані.

Встановлені закономірності та розроблена математична модель для визначення тягового зусилля, яке передається конвеєрній стрічці, та його втрат у головній і порожній гілках за основою різниці швидкостей у характерних точках стрічки, рис. 6. При цьому урахований уточнений опис динаміки конвеєра, втрати динамічного зусилля в кінематичній схемі приводного барабана та його параметри. Введемо означення - - поліноми, які визначені параметрами електромеханічної системи, А_{вх 1 -} статичне зусилля, яке передається приводним барабаном стрічці; А_{вх 2}, А_{вх 3}, А_{вх 4}, А_{вх 5} - зусилля, що характеризують завантаження конвеєра; - значення швидкостей у точках набігу і збігу стрічки з приводного барабана - швидкість стрічки на кінцевому барабані, м/с; Сgt₀ - конструктивний коефіцієнт, Нс/м; F_пер(S)- зображення за Лапласом тягового зусилля, що передається приводним барабаном конвеєрній стрічці; F_гол(S), F_пор(S)- зображення за Лапласом поточних втрат тягового зусилля в головній і порожній гілках стрічки; 1- елемент нелінійності, що зумовлений поточними змінами ККД двигуна і редуктора.

Рис. 6. Модель визначення тягового зусилля однобарабанного стрічкового конвеєра, що передається приводним барабаном стрічці.

ОСНОВНІ ВИСНОВКИ

У дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової задачі, що виявляється в дослідженні динамічних характеристик стрічкових конвеєрів. Основні теоретичні й експериментальні висновки з роботи зводяться до наступного:

1. Залежності, які отримані для конвеєра при постійній величині прикладеного рушійного зусилля і для режиму з обмеженням ривка та прискорення, для поліпшеної квадратичної інтегральної оцінки відхилення швидкості в системі з розподіленими параметрами тягового органа від швидкості жорсткої системи відрізняються тим, що в них виявлені складові, зумовлені розмірністю системи і характером прикладеного зусилля; що не характеризують коливальність процесу; запропоновані способи виключення їхнього впливу в режимі пуску.

2. Аналітичні закономірності та математичні моделі, що отримані для оцінки динамічного зусилля стрічкового конвеєра режимі, його складової, (обумовленої розподіленими параметрами стрічки), швидкості конвеєра та активної потужності, яка витрачається на розбіг системи, а також її компоненти відрізняються від існуючих тим, що враховують розподілені особливості стрічки та параметри приводного барабана. На прикладі стрічкового конвеєра ПівГЗКа ЗКТ встановлено, що доля динамічного тягового зусилля, обумовлена розподіленими параметрами за довжиною конвеєра, складає 32 % від усієї величини динамічного тягового зусилля; доля потужності через розподіленість стрічки складає 22 % від витрат потужності, обумовлених всією динамікою конвеєра при пуску.

3. Закономірності, що встановлені для визначення тягового зусилля, що передається приводними барабанами конвеєрній стрічці, та його втрат у головній і порожній гілках стрічки враховують розподілені параметри стрічки, втрати динамічного зусилля в кінематичній схемі приводного барабана, його параметри, а також потенційну та внутрішню енергію замкнутого контуру конвеєра на дільниці робочого проковзування стрічки.

4. На базі виконаних досліджень розроблений методичний посібник "Методика расчета динамики ленточных конвейеров", який прийнятий для використання науковими та проектно-конструкторськими організаціями. "Методика … " відрізняється від існуючих тим, що враховує розподілені за довжиною гнучко-в'язкі здібності тягового органа важкого протяжного конвеєра. Це дозволить прогнозувати коливання динамічних характеристик на стадії проектування.

5. У подальших дослідженнях розроблені моделі можуть бути використані для формування величин прикладеного до приводних барабанів рушійних зусиль в адаптивній системі керування конвеєром. Це дозволить формувати його раціональні динамічні режими роботи для зменшення кількості поривів у стрічці за період його експлуатації. Зниження динаміки конвеєрної стрічки знизить енергоспоживання на транспортування сипких вантажів, підвищить термін служби тягового органа і всієї конструкції конвеєра в цілому.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Смирнова Н.В. Оценка влияния упругости распределенного тягового органа на процесс управления ленточным конвейером//Гірнича електромеханіка та автоматика. Наук. -техн. зб. НГА України - Дніпропетровськ. -1999. - №2 (61). - С. 195-200.

2. Смирнова Н.В. Вибір критерію оптимізації і оцінка гальмівного режиму важких стрічкових конвеєрів//Відомості Академії гірничих наук України. - Кр. Ріг: Академія гірничих наук України. -1999. - № 1. - С. 27-29.

3. Смирнова Н.В. Интегральная оценка влияния упругости тягового органа конвейера на динамику скорости его разгона (торможения)//Разработка рудных месторождений. - Кривой Рог: Сборн. научн. тр. КТУ. - 1998, - №62, - С. 45-50.

4. Смирнова Н.В. Способ оценки влияния упругости тягового органа в высокоразмерных объектах при режимах работы конвейера с ограничением рывка и ускорения//Разработка рудных месторождений. - Кривой Рог: Сборн. научн. тр. КТУ. -1998,-№62,-С. 50-55.

5. Савицький О.І., Алистратенко Ю.В., Чубаров В.А., Курганов І.Д., Смирнова Н.В. Основные факторы оценки режимов работы конвейерного транспорта//"Компьютерные технологии в обучении, научных исследованиях и промышленности". - Днепропетровск: Сборн. научн. тр. НГА Украины. - 1998. - С. 106-110.

6. Смирнова Н.В. Методы оценки усилий в кинематической схеме тяжелых ленточных конвейеров//Академический вестник. - Кривой Рог: Международная Академия компьютерных наук и систем. -1998. -№ 2. - С. 26-34.

7. Трегубов В.А., Смирнова Н.В. Оцінка впливу гнучкості тягового органа конвеєра на швидкість його руху в нестаціонарних режимах//Труди п'ятої наук. -техн. конф. "Контроль і управління в складних системах" (КУСС - 99). - Том 3. - Універсум - Вінниця. - 1999. - С. 16-20.

8. Назаренко В.М., Савицький О.І., Гвоздік В.С., Назаренко М.В., Тиханський М.П., Єфіменко Л.І., Курганов І.Д., Смирнова Н.В., Прохорець С.А., Мякушин М.В. Системы управления технологическими механизмами для получения железорудного концентрата, отвечающего требованиям современного уровня//Сборн. научн. тр. 2-го междунар. симпозиума "Оперативный контроль и управление качеством минерального сырья при добыче и переработке". - Ялта: Академия горных наук Украины. 1999. - С. 47-50.

9. Смирнова Н.В. Структура управления ленточными конвейерами для снижения динамики в ленте в нестационарных режимах с учетом устройств плавного пуска//Сборн. научн. тр. 2-го междунар. симпозиума "Оперативный контроль и управление качеством минерального сырья при добыче и переработке". - Ялта: Академия горных наук Украины. -1999. - С. 199-202.

Смирнова Н.В. Вопросы управления ленточными конвейерами для снижения динамики в гибком тяговом органе в нестационарных режимах// Академический вестник. - Кривой Рог: Международная Академия компьютерных наук и систем. - 1999. - №3. - С. 58-66.

Особистий внесок автора в роботи, написані у співавторстві:

/5/ - наукова ідея, розробка математичної моделі інтегральної оцінки відхилення швидкості стрічкового конвеєра з урахуванням розподілених за довжиною параметрів стрічки в порівнянні з жорсткою системою;

/7/ - наукова ідея оцінки впливу гнучкості тягового органа конвеєра на швидкість його руху в пускових режимах, ъї формування;

/8/ - запропоновані технічні рішення по визначенню динамічних характеристик для плавного пуску стрічкових конвеєрів.

АНОТАЦІЯ

Смирнова Н.В. Динамічні характеристики стрічкового конвеєра та способи їх оцінки. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.06 - гірничі машини. - Національна гірнича академія України, Дніпропетровськ, 2000.

У дисертації для пускових режимів визначаються й оцінюються характеристики протяжного конвеєра з урахуванням розподілених параметрів стрічки. Розроблені моделі для інтегральної оцінки відхилення реальної швидкості від швидкості жорсткої системи. Отримані моделі швидкості, динамічного зусилля й потужності в пусковому режимі, їх складових: жорстких і обумовлених особливостями протяжної стрічки. Визначені закономірності для зусилля, що передається стрічці, та його втрат у її елементах з урахуванням коефіцієнту корисної дії приводного барабана та його параметрів. Розроблена методика розрахунку динаміки для прогнозування коливань характеристик на стадії проектування.

Ключові слова: тягове і динамічне зусилля, розподілені за довжиною стрічки параметри, інтегральна оцінка, вплив розмірності системи, характер прикладеного зусилля, швидкість у точках набігання і збігання стрічки, параметри приводного барабана, втрати потужності.

АННОТАЦИЯ

Смирнова Н.В. Динамические характеристики ленточного конвейера и способы их оценки. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.05.06 - горные машины. - Национальная горная академия Украины, Днепропетровск, 2000.

Диссертация посвящена вопросам формирования моделей и оценке динамических характеристик ленточного конвейера.

В работе с помощью улучшенного квадратичного интегрального метода дана оценка влияния распределенности параметров тягового органа на скорость ленточного конвейера при режимах работы конвейера со ступенчатым и линейно растущим движущим воздействием; предложен метод коррекции полученных закономерностей ввиду неприменимости его в классическом виде для данных условий из-за порядка дифференциальных уравнений и характера приложенного движущего воздействия. На базе скорректированного метода интегральной оценки предложен рациональный пусковой режим пуска ленточного конвейера, обеспечивающий затухание продольных колебаний в ленте - режим, при котором на каждой ступени минимизируется влияние распределенности параметров конвейерной ленты.

Для конвейера, оборудованного асинхронным приводом с фазным ротором и контакторным управлением, определены зависимости и разработаны модели для определения текущей скорости конвейера, динамического усилия и его доли, обусловленной распределенными параметрами ленты; при этом учитывалось влияние упруго-вязких свойств протяженной ленты и параметры приводного барабана; моделирование производилось на базе структурного метода, динамика конвейера описана с помощью уравнений Лагранжа и метода кусочно-линейной аппроксимации. Установлены закономерности учета затрачиваемой мощности при пуске конвейера, ее доли, обусловленной распределенностью параметров конвейерной установки.

Охарактеризованы тяговые усилия, передаваемые конвейерной ленте, и его потери в головной и порожней ветвях на основе разности скоростей в характерных точках ленты с учетом распределенных параметров по длине ленты, потерь динамического усилия в кинематической схеме приводного барабана конвейера, параметров приводного барабана, потенциальной и внутренней энергии замкнутого контура на участке рабочего проскальзывания ленты на приводных барабанах.

На базе выполненных исследований разработано методическое пособие "Методика расчета динамики ленточных конвейеров", которое принято к использованию научными и проектно-конструкторскими организациями. Это позволит прогнозировать амплитуду, частоту, степень затухания колебаний динамических характеристик на стадии проектирования и эксплуатации.

Ключевые слова: динамическое усилие, тяговый орган, распределенные по длине конвейера параметры, интегральная оценка скорости движения, влияние размерности системы, оценка характера приложенного усилия, приводной барабан, скорость в точках набегания и сбегания ленты, тяговое усилие в ленте, влияние параметров приводного барабана, потери мощности.

ABSTRACT

Smirnova N.V. Dynamic models of the tape conveyor and method of valuation. - Manuscript.

Thesis for the application of the Candidate of Technical Sciences degree on specialty 05.05.06. - mining machine. National Mining University of Ukraine, Dnepropetrovsk, 2000.

In the thesis for starting regimes characteristics of stretching conveyor with regard for belt parameters are defined and evaluated. Models for integral evaluation of real speed deviation from firm system speed are devised. Models of speed, dynamic effort and power in starting regime which are consisted of: firm and due to peculiarities of stretching belt are received. Regularities for an effort which is transferred to the belt and its loss in the elements with regard for coefficient efficiency of driving drum and its parameters are defined. Technique of dynamic calculation for forecasting of vibration characteristics at the stage of designing is devised.

Key words: tractive and dynamic effort; parameters distributed along the belt length; integral evaluation; influence of system dimension; character of applied effort; speed in pulses of belt running on and stitching; parameters of the driving drum; power losses.

Размещено на Allbest.ru

...