WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

(11)

где – импульс движущего усилия при разгоне; – импульс движущего усилия при равномерном движении; - импульс движущего усилия при торможении.

Импульсный характер переходных режимов исследован при различной степени уравновешенности подъемной установки, т.е. для случаев статически уравновешенной, неуравновешенной и переуравновешенной установок.

При различных графиках скорости возможны еще три вида минимумов импульса движущего усилия, такие как:

1) минимум импульса среднеквадратичного усилия;

2) минимум импульса эквивалентного усилия;

3) минимум импульсов сил, формирующихся за счет скорости вращения вала двигателя.

Выбор режимов по минимумам импульсов среднеквадратичного и эквивалентного усилий обеспечивает рациональные показатели динамических режимов такие как, безусловный минимум эквивалентного усилия, безусловный максимум относительной производительности установки, снижение габаритов, веса и расхода электроэнергии.

Выбор режимов по минимуму импульсов сил, формирующихся за счет скорости вращения вала двигателя, возможен не только для любого графика скорости, но и для любой заданной частоты операций.

3. Исследование электродинамического подобия эквивалентных усилий и мощности привода и шахтного подъема

Форма графиков скорости, как показали исследования, существенно влияет на все параметры переходных режимов, тем самым, определяя вид критериев подобия и содержание диаграмм подобия динамических режимов.

Мощность на валу подъемного двигателя определяется как эквивалентная мощность на окружности органа навивки с учетом КПД редуктора по формуле (12)

В свою очередь, эквивалентная мощность подъема определяется с учетом эквивалентного усилия и максимальной мощности подъема по формуле (13)

где - эквивалентное усилие подъема; - максимальная скорость подъема.

Эквивалентное усилие подъема определяется с учетом среднеквадратичного усилия и условий охлаждения двигателя по формуле

(14)

где - среднеквадратичное усилие; - коэффициент, учитывающий условия охлаждения двигателя.

Так как коэффициент представляет функциональную зависимость, то он является параметром эквивалентных значений усилий и мощности, следовательно, может быть признан за один из критериев подобия динамических режимов. При разработке диаграмм подобия были приняты следующие значения: ; ;.

Эквивалентное усилие и эквивалентная мощность при любых графиках скорости определены с учетом принятых критериев подобия и среднеквадратичного усилия для статически уравновешенного и неуравновешенного подъемов.

В условиях параболического графика скорости при статически уравновешенном подъеме среднеквадратичное усилие определяется по формуле

, (15)

а для статически неуравновешенного подъема среднеквадратичное усилие определяется по формуле, (16)

где - среднеквадратичное усилие подъема; - постоянная составляющая статического усилия; - время движения сосуда.

В условиях трапецеидального графика скорости среднеквадратичное усилие подъема определяется как сумма интегралов:

(17)

Учет импульсных характеристик движущих усилий приводит к выражению для расчета среднеквадратичного усилия по формулам (18) и (19), т.е. для уравновешенного подъема

, (18)

для неуравновешенного подъема

. (19)

Относительное среднеквадратичное усилие подъема при неравнобедренном графике скорости для статически уравновешенного подъема. (20)

При равнобедренном графике скорости относительное среднеквадратичное усилие подъема для статически уравновешенного подъема, (21)

для статически неуравновешенного подъема

. (22)

Сравнительная оценка параболического и трапецеидального графиков скорости показана на рис.1 в виде следующих отношений:

;;,

где, - коэффициенты пусковых перегрузок двигателя параболического и трапецеидального графиков скорости.

4. Уравнения подобия и диаграммы подобия динамических режимов шахтного подъема

Уравнения подобия шахтных подъемных установок представлены формулами отношений абсолютных параметров и показателей, характеризующих динамические режимы двух и более установок, при равенстве следующих критериев подобия:,,,

,,,,. (23)

При полном динамическом подобии, т.е. при равенстве массивностей установок, уравнениями подобия следует считать следующие зависимости:

ускорений ; (24)

скоростей ; (25)

времени движения ; (26)

эквивалентных усилий

; (27)

относительной производительности

; (28)

эквивалентных мощностей ; (29)

быстродействия установок. (30)

Рассмотрены уравнения подобия также при частичном (неполном) динамическом подобии, когда не существует равенства всех независимых критериев подобия, т.е. при неравенстве массивностей установок.

Уравнения подобия показывают, что самые разные подъемные установки – вертикальные, наклонные и т.п. могут иметь динамически подобные режимы и сами могут быть подобными, и, наоборот, однотипные установки могут иметь неподобные динамические режимы.

Это объясняется тем, что динамические режимы имеют большое количество не только абсолютных, но и относительных параметров и показателей, тогда как в существующей литературе рекомендации на проектирование даются лишь по отдельным признакам.

С помощью уравнений подобия появляется возможность выбора рациональных динамических режимов по многим параметрам и показателям, определяющих наименьшие энергетические затраты и наименьшие габаритные размеры шахтных подъемных установок.

Наряду с критериями подобия при разработке диаграмм подобия учтены показатели динамического режима. Моделью для таких показателей явился динамический режим любой проектируемой или действующей установки. Экстремумы показателей на диаграммах подобия выражены в виде рельефных линий, что позволило осуществить визуальный выбор требуемого режима. В представленных исследованиях приняты следующие показатели динамического режима:

- тепловые потери в двигателе;

- эквивалентное усилие и эквивалентная мощность;

- пусковая перегрузка двигателя;

- импульсы действующего и эквивалентного усилий;

- относительная производительность установки;

- КПД рекуперации энергии при торможении;

- КПД, учитывающий потери избытка кинетической энергии установки при механическом торможении;

- КПД, учитывающий реостатные потери энергии;

- КПД, учитывающий комбинацию двух выше указанных потерь энергии.

Рассмотрены элементы кинематики и динамики в безразмерных величинах, а также условные и безусловные экстремумы динамических режимов электропривода шахтного подъема (рис.2).

Определена относительная безразмерная производительность установки:. (31)

На рис. 3 показано, что максимум производительности зависит в большей степени от времени движения и в меньшей степени от формы графика скорости.

В существующих методиках выбор динамического режима обычно производится по одному из параметров, например, по скорости движения или по перегрузочной способности двигателя, что нередко приводит к ошибочным результатам при выборе электромеханического оборудования.

В представленной работе рассмотрен выбор динамического режима по скорости движения с учетом таких параметров, как тепловые потери в двигателе и перегрузочная способность двигателей.

Диаграммы подобия динамических режимов шахтного подъема построены для равнобедренных графиков скорости, однако с помощью этих диаграмм можно решать все вопросы динамических режимов и для неравнобедренных графиков скорости. Рельеф диаграмм подобия наглядно показывает все условные и безусловные экстремумы параметров и показателей, позволяющих визуально оценивать и выбирать заданный режим из множества режимов. На рис. 3 указаны рекомендации в виде буквенных обозначений, данные в свое время акад. М.М. Федоровым, проф. Г.М. Еланчиком и проф. В.С. Тулиным. В этих рекомендациях прослеживается историческая тенденция повышения быстродействия подъемных машин.

Разработаны методы выбора рациональных параметров шахтных подъемных установок по диаграммам подобия, при которых заданные энергетические затраты обеспечивают максимальные КПД установок.

Пример диаграммы подобия показан на рис.4.

5. Проектирование динамических режимов шахтного подъема

Рассмотренные проектные рекомендации по рациональному выбору динамических режимов шахтных подъемных установок ориентируются на динамический режим базовой (модельной) подъемной установки.

Уравнения подобия рассмотрены как при равенстве массивностей, т.е. при полном динамическом подобии подъемных установок, так и при неравенстве массивностей, т.е. при частичном (неполном) подобии.

На основе уравнений подобия предложены методики проектирования динамических режимов при постоянной и переменной высоте подъема в условиях постоянной и переменной массивности установки, а также рассмотрено проектирование подобных и неподобных динамических режимов в условиях постоянной подъемной установки.

Показан выбор динамического режима по заданной мощности двигателя и пусковой перегрузке двигателя при реконструкции действующих установок, когда вопросы реконструкции действующих установок возникают либо при необходимости увеличения производительности установки, либо при углублении ствола шахты.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации на базе выполненных исследований решена актуальная задача выбора рациональных динамических режимов на основе проектных рекомендаций в виде уравнений и диаграмм подобия режимов с целью совершенствования конструкции шахтных подъемных установок.

Основные научные выводы и практические рекомендации заключаются в следующем:

1. Показано, что проектные рекомендации по выбору рациональных динамических режимов шахтных подъемных установок должны базироваться как на размерных, так и безразмерных кинематических и динамических параметрах (критериях подобия), характеризующих установку как единую электромеханическую систему.

2. Установлено, что рационализация параметров шахтного подъема возможна на основе проектных рекомендаций в виде уравнений и диаграмм подобия по принятым критериям подобия, позволяющих производить пересчет параметров базового динамического режима на проектируемый режим.

3. Уточнен импульсный характер режимов работы шахтных подъемных установок, зависящий от таких важных динамических параметров, как импульс действующей силы, импульсное ускорение подъема, импульсный коэффициент массивности установки, относительная скорость подъема, относительное время движения. Учет времени в уравнении импульса движущей силы позволил правильно оценить относительные параметры динамических режимов шахтного подъема.

4. Обоснованы кинематические, динамические и электродинамические параметры импульсных режимов статически уравновешенного, неуравновешенного и переуравновешенного подъема при различных формах графиков скорости. Доказано, что трапецеидальный неравнобедренный график скорости обеспечивает наилучшие результаты по максимальному использованию скоростей и ускорений, по минимальным пусковым перегрузкам двигателей, по частоте операций и производительности по энергетическим показателям динамических режимов, поэтому, при разработке диаграмм подобия (графический метод исследований) трапецеидальный график скорости был принят в качестве основного.

Теоретически обоснована возможность применения двухпериодных графиков скорости при аналитическом методе исследования по уравнениям подобия.

5. Показано, что диаграммы подобия позволяют визуально оценивать и выбирать из множества режимов заданный режим, а также выбирать максимальные КПД установок при заданных энергетических затратах. Формулы КПД показывают, что для наименьшего расхода энергии в условиях статически уравновешенного подъема должны применяться равнобедренные графики скорости, а для неуравновешенного подъема необходимо применять неравнобедренные графики скорости с ускорением, большим, чем замедление. Это позволит снизить потери энергии на нагрев двигателя и торможение установки в процессе замедления.

6. Установлено, что уравнения подобия справедливы и точны для всех электроприводов с повторно-кратковременными режимами работы, если при проектировании сохраняются все безразмерные параметры базовой (модельной) установки. Уравнения подобия показывают, что самые разные установки – вертикальные, наклонные и т.п. могут иметь динамически подобные режимы и сами могут быть подобными, и, наоборот, однотипные установки могут иметь неподобные динамические режимы.

7. Установлено, что частоте подъемных операций в условиях заданной производительности соответствует безусловный минимум зквивалентного усилия подъема, что создает широкие возможности для выбора рационального динамического режима.

8. Разработана динамическая классификация шахтных подъемных установок на основе относительного времени движения и импульсного коэффициента массивности установки, которые исчерпывающим образом характеризуют динамику шахтного подъема.

10. Систематизированы задачи прикладной динамики шахтного подъема путем объединения их по подобным эксплуатационным режимам на основе диаграмм подобия, что позволит не только сократить расчеты динамических режимов, но и получить достоверную оценку этих режимов при проектировании нового оборудования и реконструкции действующих установок.

Основные научные результаты диссертации опубликованы

в следующих работах

Статьи, опубликованные в ведущем рецензируемом научном журнале, входящем в перечень ВАК

1. Двинина, Л. Б. Теоретическое определение импульсов усилий шахтных подъемных установок / Л. Б. Двинина, С. А. Ляпцев // Изв. вузов. Горный журнал. - 2006. - № 6. - С. 139…146.

Статьи, опубликованные в материалах конференций

2. Двинина, Л. Б. Применение методов статистической динамики при оценке расчетных характеристик нагружения деталей шахтных подъемных машин / Л. Б. Двинина // Математическое моделирование механических явлений: материалы Всероссийской науч. - техн. конф. - Екатеринбург: УГГУ, 2004. - С. 16…18.

3. Двинина, Л. Б. Критерии подобия динамических режимов шахтного подъема / Л. Б. Двинина, Л. А. Двинин, С. А. Ляпцев С. // Нетрадиционные технологии и оборудование для разработки сложно - структурных месторождений полезных ископаемых: материалы Второй междунар. науч. -техн. конф., 15-17 февр. 2005, г. Екатеринбург.- Екатеринбург: УГГУ, 2005. - С. 83…87.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»