Дипломный прект - Исследование динамических процессов многоканатной скиповой подъёмной установки, работающей в условиях рудника Верхнекамского калийного месторождения

Подождите немного. Документ загружается.

первая ступень которого создаётся действием усилия пружинного блока, вторая весом тормозных

грузов.

Растормаживание происходит под действием давления сжатого воздуха, поступающего в

цилиндр рабочего торможения через центральное отверстие в штоке 13. При растормаживании пружины

получают доплнительную деформацию. Максимального сжатия пружины достигают при установке

подвижных деталей в крайнее положение "расторможено".

Регулирование тормозного момента происходит путём изменения давления воздуха в

подпоршневой полости цилиндра рабочего торможения.

Тормозные приводы, как и исполнительные органы тормозов однотипны и отличаются только

размерами.

Устройство управления тормозом. Управление тормозом производится с помощью регуляторов

давления РД, клапанов управления КР1-КР3, КП1-КП3, регулировочных клапанов РК и ПК,

дроссельных вентилей Д, манометрических реле ЭКМ, конечных выключателей ВИК и ВТ.

Сжатый воздух от компрессора 15 по воздухопроводу поступает в воздухосборник 8. При этом

воздух очищается от воды и масла в водомаслоотделителе 9, а температура его контролируется

температурным реле 13 и визуально термометром 12, установленным на воздухопроводе перед

водомаслоотделителем.

Между компрессором и воздухосборником включён электропневматический клапан 11,

который позволяет уменьшить необходимый пусковой момент приводного двигателя 16 компрессора.

Компрессоры подключены к тормозной системе через вентили 11 и обратные клапаны 10.

Давление воздуха в воздусборнике должно находится в пределах, установленных для каждой

машины, что контролируется электроконтактным маномет- ром. Допускается подача в

воздухосборник сжатого воздуха от шахтной сети через запорный вентиль 14. Если давление в шахтной сети

выше требуемого, то подключение тормозной системы к шахтной сети необходимо производить через

редукционный клапан. Из воздухосборника воздух поступает в панель управления тормозом ПТ, которая

имеет вспомогательный воздухосборник 7, фильтр 6 в сети управления и маслёнку 5 в сети рабочих

цилиндров.

Перед началом работы машины производят впуск воздуха в предохранительные цилиндры

путём включения клапанов КП1-КП3. Тормозные грузы 3 поднимаются в крайнее верхнее положение, а

машина остаётся заторможенной пружинными блоками рабочего тормоза.

При включении клапанов КР1-КР3 и подаче напряжения на управление катушки регулятора

давления РД рабочие цилиндры 1 соединяются с воздухосборником и машина растормаживается.

При автоматической работе машины с применением механического тормоза, а такж при

дистанционном и ручном управлении машиной рабочее торможение осуществляется регулятором давления

РД. Увеличению давления воздуха в рабочих цилиндрах соответствует уменьшение тормозного момента, а

снижению -увеличение его. Плавность торможения обеспечивается наличием большого количества

ступеней давления воздуха ( не менее 25 ).

Автоматическое стопорение осуществляется при движении сосудов на скорости "дотяжка"

включением клапанов КР1-КР3. Клапаны отсекают цилиндры рабочего торможения от пневмосети и

одновременно открывают выход воздуха в выхлопное устройство 4, которое предназначено для получения

характеристик процесса торможения,

отвечающим условиям нескольжения канатов и требованиям ПБ. Это достигается настройкой

регулирующего клапана и изменением сечения отверстия дросселя. Клапаны КР1-КР3 взаимно дублируют

свою работу, поэтому их электромагниты включены параллельно. В случае неисправности клапанов КР1 и

КР2 выключится клапан КР3 и подключит дополнительный канал, соединяющий приводные цилиндры

пружинного привода тормоза с выхлопным устройством, обеспечивая таким образом требуемую надёжность

торможения машины.

Предохранительное торможение происходит от действия средств защиты и может быть

включено машинистом. При предохранительном торможении обесточиваются все

электромагнитные клапаны и происходит одновременный выпуск воздуха из цилинд- ров рабочего

торможения 1 ( через клапаны КР1-КР3) и из цилиндров предохранитель- ного торможения 2 ( через

КП1-КП3 ). Рабочий тормоз имеет большое быстродействие, поэтому выпуск воздуха из рабочих

цилиндров происходит значительно быстрее и первоначальное тормозное усилие создаётся

пружинным блоком. К моменту опускания тормозных грузов 3 все зазоры в тормозной системе уже

выбраны пружинным блоком, поэтому наложение грузового тормоза происходит плавно и безударно

Технические характеристики тормозного устройства приведены в графической части проекта.

6.3 Проверочный расчёт тормоза

6.3.1 Определение натяжений гружёной и порожней ветвей каната (консп. лекц).

Гружёный сосуд вверху

гр

+ n

⋅ h

⋅+ n

⋅ H

( )

⋅+:=

;

гр

7.573 10

×=

кг.

Гружёный сосуд внизу

T''

гр

+ n

⋅ H

( )

⋅+ n

⋅ h

⋅+:=

;

T''

гр

7.597 10

×=

кг.

Порожний сосуд вверху

пор

⋅ h

⋅+ n

⋅ H

( )

⋅+:=

;

пор

4.273 10

×=

кг.

Порожний сосуд внизу

T''

пор

⋅ H

( )

⋅+ n

⋅ h

⋅+:=

;

T''

пор

4.297 10

×=

кг.

Противовес вверху

прот

+ n

⋅ h

⋅+ n

⋅ H

( )

⋅+:=

;

прот

5.923 10

×=

кг.

Противовес внизу

T''

прот

+ n

⋅ H

( )

⋅+ n

⋅ h

⋅+:=

;

T''

прот

5.947 10

×=

кг.

6.3.2 Определение разности статических натяжений

а) гружёный сосуд вверху, спуск

гр

T''

прот

−:=

;

1.626 10

×=

кг.

б) гружёный сосуд внизу, подъём

T''

гр

прот

−:=

;

1.674 10

×=

кг.

в) порожний сосуд вверху, спуск

T''

прот

пор

−:=

;

1.674 10

×=

кг.

г) порожний сосуд внизу, подъём

прот

T''

пор

−:=

;

1.626 10

×=

кг.

6.3.3 Определение допускаемых замедлений

Для режима подъёма и спуска расчётного груза допускаемые замедления были определены в разделе 3.16 и

составляют

с.доп

2.235:=

м/с^2;

п.доп

3.858:=

м/с^2.

Допускаемые замедления при перегоне порожнего сосуда составят (7,стр.101):

а) спуск порожнего сосуда

с.доп

прот

f α⋅

1−

( )

⋅ 1.25 T'

прот

T''

пор

−

( )

⋅+

1.25 T'

прот

T''

пор

+ m

шк

( )

⋅ T'

прот

( )

f α⋅

1−

( )

⋅+

9.81⋅:=

;

с.доп

4.521=

м/с^2.

б) подъём порожнего сосуда

п.доп

пор

f α⋅

1−

( )

⋅ 1.25 T''

прот

пор

−

( )

⋅−

1.25 T''

прот

пор

+ m

шк

( )

⋅ T'

пор

f α⋅

1−

( )

⋅+

9.81⋅:=

;

п.доп

1.796=

м/с^2.

6.3.4 Определение тормозных моментов (консп. лекц.)

Максимальный статический момент при

2.5:=

ст

⋅:=

;

ст

4.185 10

×=

кг*м.

Тормозной момент из условия обеспечения требуемого коэффициента статической надёжности

т1

3 M

ст

⋅:=

;

т1

1.255 10

×=

кг*м.

Тормозной момент из условия обеспечения необходимого замедления при спуске расчётного груза > 1.5

м/с^2 (по требованиям ПБ)

т2

ст

1.5 m⋅

9.81

⋅+:=

;

т2

1.075 10

×=

кг*м.

Тормозной момент из условия обеспечения необходимого замедления при подъёме расчётного груза < 3.858

м/с^2 (из условия непроскальзывания)

т3

п.доп

m⋅

9.81

−













⋅:=

;

т3

1.282 10

×=

кг*м.

Тормозной момент из условия обеспечения необходимого замедления при спуске расчётного груза < 2.235

м/с^2 (из условия непроскальзывания)

т4

с.доп

m⋅

9.81













⋅:=

;

т4

1.397 10

×=

кг*м.

Тормозной момент из условия обеспечения необходимого замедления при спуске порожнего сосуда< 4.536

м/с^2 (из условия непроскальзывания)

;

т5

с.доп

m Q

−

( )

⋅

9.81

−













⋅:=

т5

1.192 10

×=

кг*м.

Тормозной момент из условия обеспечения необходимого замедления при подъёме

порожнего сосуда< 1.822 м/с^2 (из условия непроскальзывания)

т6

п.доп

m Q

−

( )

⋅

9.81













⋅:=

;

т6

1.054 10

×=

кг*м.

6.3.5 Расчёт параметров тормоза (консп. лекц.)

Определение усилия в тяге, соединяющей каждый привод тормоза с исполни-

тельным органом. Введём ряд величин, необходимых к расчёту.

i 2:=

- количество тормозных приводов;

f 0.25:=

- коэффициент трения тормозных колодок ;

η 0.95:=

- к.п.д. рычажной системы тормоза ;

2.4:=

м- радиус тормозного обода ;

s 0.35:=

м,

1.18:=

м,

l 3.58:=

м,

c 1.5:=

м- длины рычагов тормоза. Тогда

т1

i f⋅ η⋅ R

⋅

s l

⋅

2 c⋅ l⋅

⋅:=

;

4.235 10

×=

кг.

Определение расчётного количества наборных плит груза на один привод. Введём новые величины

1460:=

кг- масса подвижных деталей привода тормоза, участвующих в

предохранительном торможении ;

55:=

кг- масса одной наборной плиты груза. Тогда

−

;

50.453=

Принимаем

50:=

Определение расчётного усилие в тяге, соединяющей привод тормоза с исполнительным

органом, при рабочем торможении

тг

т2

i f⋅ η⋅ R

⋅

s l

⋅

2 c⋅ l⋅

⋅:=

;

тг

3.626 10

×=

кг.

Определение расчётной затяжки пружинного блока. Вводим новые величины

830:=

кг- масса подвижных деталей привода тормоза, участвующих при

рабочем торможении ;

z 17.2:=

кг/мм- жёсткость пружинного блока. Тогда

тг

−

;

162.576=

мм.

Примем

162:=

мм.

6.3.6 Проверка коэффициентов статической надёжности тормоза (консп. лекц.)

Определение тормозного момента, создаваемого общим весом тормозного груза

т.гр.

2 n

⋅ G

( )

⋅ f⋅ η⋅ R

⋅

2 c⋅ l⋅

s⋅

⋅:=

;

т.гр.

1.248 10

×=

кг*м.

Определение тормозного момента, создаваемого пружинами

т.пр.

2 F

z⋅ G

( )

⋅ f⋅ η⋅ R

⋅

2 c⋅ l⋅

s⋅

⋅:=

;

т.пр.

1.075 10

×=

кг*м.

Тогда фактические коэффициенты статической надёжности при предохрани-

тельном торможении

пф

т.гр.

ст

;

пф

2.982=

пф

> 3

при рабочем торможении

рф

т.пр.

ст

;

рф

2.569=

рф

> 1.5

6.3.7 Определение расчётного давления в тормозной системе (консп. лекц.)

Введём новые величины, необходимые к расчёту

44:=

см- диаметр рабочего цилиндра ;

50:=

см- диаметр предохранительного цилиндра ;

20:=

см- диаметр штока поршня предохранительного цилиндра ;

x 95:=

мм- величина хода цилиндра рабочего торможения ;

0.9:=

-к.п.д. цилиндра рабочего торможения ;

0.95:=

-к.п.д. цилиндра предохранительного торможения.

Тогда расчётное давление в рабочем цилиндре, необходимое для полного оттормаживания

( )

z⋅ G









4⋅

π d

⋅ η

⋅

;

3.837=

кг/см^2.

Расчётное давление в предохранительном цилиндре, необходимое для поднятия

рабочего цилиндра с грузами

⋅+

( )

4⋅

π d

−

( )

⋅ η

⋅

;

2.687=

кг/см^2.

6.4 Моделирование динамических процессов при предохранительном торможении

Предохранительное торможение применяется при опасном превышении скорости, переподъёме

(переспуске), "жёстком" входе в разгрузочные устройства, а также для безопасной остановки машины в

случае отключения двигателя или срабатывании соответствующих технологических защит.

Для достижения цели предохранительного торможения ШПУ оснащаются аппаратами защиты,

выявляющими отклонения от нормального режима работы и подающими импульс на включение

механического тормоза.

На реальной подъёмной установке процесс предохранительного торможения разбивается на

три периода.

1. Период холостого хода тормоза. В этом периоде текущее значение времени изменяется от

нуля до времени холостого хода. Под временем холостого хода понимается время, прошедшее с момента

подачи сигнала на торможение до прикосновения колодок к тормозному ободу. Как уже было указано в 6.1

время холостого хода тормоза для действующих подъёмных установок должно быть менее 0,5 сек, а для

вновь проектируемых менее 0,3 сек. В этот период, если подъёмная установка движется равномерно,

прикладывается ступенью возмущение, равное по величине статическому сопротивлению. При подъёме

груза величина Fст-отрицательная, а при спуске-положительная.

2. Период нарастания тормозного усилия. В этом периоде тормозное усилие увеличивается от

нуля до максимального значения. Действующие ПБ вводят регламент на время срабатывания тормоза. Под

временем срабатывания понимается время с момента подачи сигнала на торможение до момента равенства

тормозного усилия статическому сопротивлению. Время срабатывания должно быть менее 0,8 сек. Тогда, в

случае вертикальной подъёмной установки, для которой в соответствии с ПБ максимальное тормзное усилие

должно быть не менее трёх статических, то при линейном законе изменения тормозного усилия время

нарастания для действующих подъёмных установок должно быть не более 0,9 сек, а для вновь

проектируемых - не более 1,5 сек.

Однако реальная тормозная характеристика может существенно отличаться от идеальной. Это

отличие определяется типом и настройкой привода. В этом случае тормоз можно описать апериодическим

звеном первого порядка

τ F'

⋅ F

+ F

тм

(7,стр.64), здесь

- текущее значение тормозного усилия ;

тм

- максимальное значение тормозного усилия ;

- постоянная времени тормоза.

Это уравнение является линейным дифференциальным уравнением первого порядка. Его

решение запишется в виде

тм

1 e

−













⋅

(7,стр.65)

3. Период с установившимся тормозным усилием.

Промоделируем процесс предохранительного торможения в исследуемой подъёмной

установке в режиме подъёма, при равномерном движении с максимальной скоростью в середине ствола.

Матрица начальных скоростей и

перемещений.

t' 0 .1, 15..:=

- задание времени процесса;

τ 1.23:=

h' x

+ x

+:=

H h

− h'−:=

- задание текущего положения гружёного

и порожнего сосудов;

h'+:=













- задание реальной тормозной

характеристики. Здесь τ=1,23 cек- постоянная времени тормоза, определённая из

требований ПБ ко времени нарастания тормозного усилия.

t'( ) if t' 0.3< 0,

т3













1 e

−













⋅ 9.81⋅,













D t' v,( )

if v

0≤ 0,

0.15

E F⋅

−

( )

⋅+ m'

h'+ v

( )

⋅+









⋅

⋅ v

−

( )

⋅













0.15

E F⋅

( )

⋅+ m'

H h

− v

−

( )

⋅+









⋅

⋅ v

−

( )

⋅













...

E F⋅

−

( )

⋅

E F⋅

−

( )

⋅+ F

t'( )− F

ст

−+

...













0.15

E F⋅

−

( )

⋅+ m'

h'+ v

( )

⋅+









⋅













−

( )

⋅













E F⋅

−

( )

⋅ P

−+

...

−

( )

⋅+ m'

h'+ v

( )

⋅+

0.15

E F⋅

( )

⋅+ m'

H h

− v

−

( )

⋅+









⋅⋅ v

−

( )

⋅













E F⋅

−

( )

⋅ P

−+

...

( )

⋅+ m'

H h

− v

−

( )

⋅+













Z rkfixed v 0, 15, 1000, D,( ):=

j 0 1000..:=

y' j( ) Z

j 1+( ) 5,

z' j( ) Z

j 1+( ) 7,

x' j( ) Z

j 1+( ) 3,

t' j( ) Z

j 1+( ) 1,

y'' j( )

0.15

E F⋅

j 1+( ) 4,

−

j 1+( ) 4,

−









⋅+









h'+ Z

j 1+( ) 4,









⋅+

...













⋅⋅













j 1+( ) 3,

j 1+( ) 5,

−









⋅













E F⋅

j 1+( ) 4,

−

j 1+( ) 2,

j 1+( ) 4,

−









⋅ P

−+

...

j 1+( ) 4,

−









⋅+ m'

h'+ Z

j 1+( ) 4,









⋅+

z'' j( )

0.15

E F⋅

j 1+( ) 4,









⋅+









H h

− Z

j 1+( ) 4,

−









⋅+

...













⋅⋅ Z

j 1+( ) 3,

j 1+( ) 7,

−









⋅













E F⋅

j 1+( ) 4,

j 1+( ) 2,

j 1+( ) 6,

−









⋅ P

−+

...

j 1+( ) 4,









⋅+ m'

H h

− Z

j 1+( ) 4,

−









⋅+

x'' j( ) if Z

j 1+( ) 3,

0≤ 0,

0.15

E F⋅

j 1+( ) 4,

−

j 1+( ) 4,

−









⋅+









h'+ Z

j 1+( ) 4,









⋅+

...













⋅

⋅ Z

j 1+( ) 5,

j 1+( ) 3,

−









⋅













0.15

E F⋅

j 1+( ) 4,









⋅+









H h

− Z

j 1+( ) 4,

−









⋅+

...













⋅

⋅ Z

j 1+( ) 7,

j 1+( ) 3,

−









⋅













...

E F⋅

j 1+( ) 4,

−

j 1+( ) 4,

j 1+( ) 2,

−









⋅

E F⋅

j 1+( ) 4,

j 1+( ) 6,

j 1+( ) 2,

−









⋅+













...

t' j( )( )−

( )

ст

−+

...













0 1 2 3 4 5 6 7

Время, сек

Ускорение, м/с^2

п.доп

−

x'' j( )

y'' j( )

z'' j( )

t' j( )( )

j 1+( ) 1,

Рис.10

Анализируя результаты моделирования, отмечаем, что при приложении к органу навивки

тормозного воздействия в подъёмной установке возникают колебания, фомирующие значительные

динамические нагрузки в канатах, подвесных устройствах, обечайках барабана, муфтах. Амплитудные

значения нагрузок могут достигнуть критических величин и привести к повреждению элементов подъёма.

Переменные нагрузки могут также вызвать усталостное разрушение и создать условия для

кратковременного скольжения канатов по

футеровке шкива. Кратковременное скольжение опасно тем, что уменьшает коэффициент сцепления канатов

с футеровкой, что усугубляет процесс скольжения.

Уменьшение коэффициента сцепления происходит по двум причинам. Во-первых,

коэффициент трения покоя для канатов и футеровки больше коэффициента трения скольжения, а во-вторых,

работа трения при скольжении вызывает нагрев каната вследствие чего выделяется внутренняя смазка и

изменяются физико-механические свойства футеровки.

Таким образом ставится вопрос о необходимости снижения динамических нагрузок в

подъёмной установке.

На данный момент предложены различные способы уменьшения динамических наг рузок, в

основу которых заложены особые законы формирования тормозного усилия.

Здесь можно отметить

а) Уменьшение динамических нагрузок за счёт программного выбора величины тормозного

усилия ;

б) Уменьшение амплитуды колебаний за счёт изменения интенсивности нарастания

тормозного воздействия ;

в) Уменьшение динамических нагрузок за счёт приложения тормозного усилия двумя

равными ступенями ;

г) Уменьшение динамических нагрузок за счёт приложения тормозного усилия,

обеспечивающего остановку подъёмной машины за время, кратное периоду колебаний;