Анализ совместной работы концевого и промежуточного приводов ленточного конвейера

6

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)

42

АНАЛИЗ СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ КОНЦЕВОГО И ПРОМЕЖУТОЧНОГО ПРИВОДОВ ЛЕНТОЧНОГО КОНВЕЙЕРА

А.А. Реутов, К.А. Гончаров

Аннотация

ленточный конвейер привод промежуточный

Рассмотрен стационарный режим работы ленточного конвейера с головным и промежуточным приводами. Составлена математическая модель работы приводов, содержащая систему уравнений и неравенств, учитывающих механические характеристики и тяговые возможности приводов, изменение натяжения ленты на участках конвейера, допустимое натяжение ленты, работу электродвигателей без перегрузок. Приведены результаты расчета тяговых усилий.

Ключевые слова: ленточный конвейер, промежуточный привод, сила тяги, энергопотери.

Основная часть

Рассмотрим ленточный конвейер (ЛК), содержащий концевой однобарабанный привод и промежуточный привод в виде замкнутого ленточного контура. Схема ЛК представлена на рис. 1.

Рис. 1 Схема ЛК с концевым и промежуточным приводами: 1 - приводной барабан концевого привода; 2 - грузонесущая лента; 3 - приводной барабан промежуточного привода; 4 - тяговая лента; 5 - натяжной барабан тяговой ленты; 6 - натяжное устройство тяговой ленты; 7 - натяжной барабан грузонесущей ленты; 8 - натяжное устройство грузонесущей ленты; точки А и В - начало и конец участка контакта грузонесущей и тяговой лент; С - точка набегания грузонесущей ленты на приводной барабан

Рассмотрим стационарный режим работы конвейера, при котором скорость грузонесущей ленты, сопротивление движению грузонесущей ленты F, а также тяговые усилия приводов постоянны.

Тяговые усилия W_i барабанов приводов с асинхронными электродвигателями (ЭД) определим из системы уравнений, использующих приближенную зависимость Клосса [1] и учитывающих механические характеристики электроприводов, растяжение грузонесущей и тяговой лент.

 (1)

при условии

, (2)

при невыполнении условия (2)

. (3)

Здесь М_{i_max} - максимальный крутящий момент ЭД i-го привода; _i - величина электромеханического скольжения ЭД i-го привода; _ki - критическая величина электромеханического скольжения ЭД i-го привода; I_i - передаточное отношение i-го привода; R_i - радиус приводного барабана i-го привода; - КПД привода; S_ni - сила натяжения набегающей ветви ленты i-го барабана; _i - коэффициент сцепления ленты с поверхностью i-го барабана; _i - угол охвата лентой барабана i-го привода.

Выполнение условия (2) означает отсутствие буксования барабана i-го привода, когда лента скользит на всей дуге охвата барабана.

При отсутствии скольжения в муфтах ротор ЭД жестко связан с приводным барабаном. Поэтому величина электромеханического скольжения _i определяется фактической скоростью вращения барабана, т.е. скоростью ленты V_i в точке набегания на i-й барабан при отсутствии его буксования.

, (4)

где _с - угловая скорость электрического поля статора ЭД.

Скорости грузонесущей и тяговой лент в точке А обозначим V_1А и V_2А. Значения этих скоростей в точках набегания на приводные барабаны определим с учетом растяжения лент:

, (5)

, (6)

где F_АС - сила сопротивления движению грузонесущей ленты на участке АС (рис. 1); W_Т - сила тяги, передаваемая грузонесущей ленте тяговой лентой; Е₁ и Е₂ - жесткость на растяжение грузонесущей и тяговой лент; F_Т - сопротивление движению тяговой ленты.

. (7)

Сумма тяговых усилий приводных барабанов равна сумме сопротивлений движению грузонесущей и тяговой лент:

. (8)

Уравнения (1 - 8), описывающие распределение тяговых усилий между приводами, необходимо дополнить условиями нормальной работы лент и приводов в диапазоне допустимых нагрузок:

, (9)

, (10)

, (11)

, (12)

где [S_i], [S_i]_min - максимальная и минимальная допускаемые величины силы натяжения i-й ленты; N_i и [N_i] - фактически реализуемая и длительно допустимая мощность i-го ЭД (N_i = =W_i V_i / ); W_T и [W_T] - фактически реализуемая и максимально допустимая сила тяги тяговой ленты.

,

где l_АВ - длина участка контакта лент АВ.

Рассчитаем распределение тяговых усилий W₁ и W₂ конвейера, оснащенного двумя унифицированными приводами (концевым и промежуточным) с асинхронными ЭД мощностью 55 кВт, _i = 0,3, _i = 240 . Грузовая и тяговая ленты изготовлены из стандартной резинотканевой ленты 2ШТК200-2х3 с жесткостью на растяжение Е₁ = Е₂ = 3,2 МН, максимальным и минимальным допускаемыми натяжениями [S₁] = [S₂] = 60 кН, [S₁]_min = =[S₂]_min = 10 кН. При отсутствии буксования промежуточного привода скорость грузонесущей и тяговой лент в точке А одинакова: V_1А = V_2А. Номинальная скорость ленты, набегающей на первый барабан, V₁ = 2 м/с.

При выполнении условий (9 - 12) ЭД работают в пределах линейного участка механической характеристики, поэтому в расчетах примем W_i = С_ii, где С_i - жесткость механической характеристики i-го привода (С₁ = С₂ = 1,08 МН).

В зависимости от положения промежуточного привода на конвейере сила сопротивления F_АС может изменяться в пределах от 0 до 0,9 F. Силу сопротивления движению тяговой ленты F_Т приближенно вычислим через длины грузонесущей и тяговой лент l_G и l_T: F_Т = Fl_T / l_G = F /10.

На рис. 2 показаны зависимости тяговых усилий приводных барабанов (W₁ и W₂)и тяговой ленты (W_Т) от суммарного сопротивления движению грузонесущей ленты F при [N₁] = [N₂] = 55 кВт, [W_T] = 28 кН.

Рис. 2 Зависимости тяговых усилий приводных барабанов (W₁ и W₂)и тяговой ленты (W_Т)от суммарного сопротивления движению грузонесущей ленты F: - F_АС = 0,7F; -------- - F_АС = 0,3F

Для указанных параметров конвейера при =0,98 и F_АС = 0,7F приводы развивают максимальное тяговое усилие W₁ + W_Т = 46,5 кН при N₁₌ = 55 кВт и N₂ = 46,5 кВт. Мощность ЭД используется на 92 %. Для сравнения: два головных привода аналогичного конвейера [2] развивают максимальное тяговое усилие W₁ + W₂ = 41,8 кН при N₁ = 55 кВт и N₂ = 30,5 кВт. Мощность ЭД используется на 77,6%. Головной одно - барабанный привод при полном использовании прочности ленты 60 кН развивает максимальное тяговое усилие 42,96 кН при реализуемой мощности ЭД N₁ = 87,6кВт. Таким образом, применение промежуточного привода в дополнение к головному позволяет увеличить тяговое усилие на 8,2 % при меньшей прочности лент ([S₁] = =37,9 кН, [S₂] = 33,3 кН).

На рис. 3 показаны зависимости тяговых усилий приводных барабанов (W₁ и W₂) и тяговой ленты (W_Т) от величины расстояния L_BC между точками набегания грузонесущей и тяговой лент на приводные барабаны для трех вариантов соотношения жесткостей лент при [N₁] = [N₂] = 55 кВт, [W_T] = 19 кН.

Рис. 3 Зависимости тяговых усилий приводных барабанов (W₁ и W₂) и тяговой ленты (W_Т)от величины расстояния L_BC: - Е₁ = Е₂; -------- -Е₁ =1,5Е₂; - Е₁ =Е₂/1,5.

Из рассмотренных зависимостей следует, что с увеличением жесткости тяговой ленты разница между тяговыми усилиями W₁ и W₂ уменьшается.

При работе конвейера скорость грузонесущей ленты V_1А в точке А может изменяться в зависимости от интенсивности загрузки конвейера, температуры окружающей среды и других факторов. Если V_1А < V_2А, то скольжение лент происходит по всей длине участка АВ. При этом сила тяги промежуточного привода равна максимальной величине [W_T], износ лент повышен. Если V_1А >V_2А, то грузонесущая лента тянет тяговую ленту также с максимальной силой [W_T].

Из уравнений (5) и (6) с учетом противоположного знака W_T получим V₁>V₂, т.е. скольжение лент происходит по всей длине участка АВ. В этом случае промежуточный привод развивает либо малую силу тяги (W_T < F_Т), либо силу торможения (если ₂<0).

Для реализации тягового режима с минимальным скольжением лент промежуточный привод должен иметь систему автоматического регулирования, поддерживающую равенство скоростей лент в точке А (V_1А = V_2А) либо минимальное превышение скорости тяговой ленты (V_2А > V_1А).

Расчет энергопотерь в промежуточном приводе. Определим скорость относительного скольжения V_СК тяговой и грузонесущей лент на участке их взаимного контакта АВ (рис. 1).

Скорости грузонесущей и тяговой лент V_1В и V_2В в точке В выразим аналогично уравнению (5):

,

,

где F_1АВ и F_2АВ - силы сопротивления движению лент на участке АВ.

Скорость относительного скольжения лент в точке В равна

.

Мощность силы трения скольжения на участке скольжения грузонесущей и тяговой лент длиной l_ck (0 ? l_ck ? l_АВ) равна

.

Мощность, передаваемая тяговой лентой, равна .

Для рассмотренного примера при коэффициенте трения скольжения грузонесущей и тяговой лент _Т = 0,3, силе давления грузонесущей ленты на тяговую 1,0 кН/м, F =46,5 кН, F_АС = 0,7F, W_T = 18,6 кН, V_1А = V_2А, l_ck = 62 м, F_1АВ = 0, F_2АВ = 3,3 кН получим V_СК = = 25 мм/с (в точке В), N_ck = 233 Вт, N_Т = 36,9 кВт. Следовательно, потери на трение скольжения в контакте грузонесущей и тяговой лент составляют 0,63 % мощности, передаваемой тяговой лентой. Для сравнения: скорость скольжения грузонесущей ленты в точке сбегания с приводного барабана при силе тяги W₁= 18,6 кН равна 12 мм/с, а мощность силы трения скольжения - 108 Вт, что составляет 0,29 % мощности, передаваемой приводным барабаном.

Таким образом, скорость относительного скольжения в промежуточном приводе с тяговой лентой в 2 раза больше, чем на приводном барабане равной мощности, а мощность силы трения скольжения больше в 2,16 раза.

В целом применение промежуточного привода на ленточном конвейере приводит к увеличению суммарной реализуемой мощности и тягового усилия при ограниченной прочности грузонесущей ленты.

Список литературы

1. Копылов, И.П. Электрические машины/ И.П. Копылов. М.: Высш. шк., 2002. 607 с.

2. Реутов, А.А. Моделирование стационарных режимов работы приводов ленточных конвейеров / А.А. Реутов // Тяжелое машиностроение. 2007. № 2. С. 34-36.

Размещено на Allbest.ru