Кузьменко В.И. Горные транспортные машины (теория и расчеты)

Подождите немного. Документ загружается.

;FFFFFFFF

;FFF;FFF;FFF

5443322115445

433432232112

−−−−−

−−−

++++=+=

+=+=+=

(2.47)

откуда

544332215115

FFFFFFF

−−−−−

+++==− , (2.48)

то есть сила тяги последовательной цепи элементов равняется сумме сил

тяги отдельных элементов.

В выражениях (2.46), (2.47) F

и F

подставляют по абсолютной величине,

так как их знак уже учтен, а F

1-2

, F

2-3

и прочие – со своими знаками. Если

натяжение в каком-то сечении получается с отрицательным знаком, то это

значит, что натяжение действует “к сечению”, то есть т.о. сжат, чего не мо-

жет быть. Надо увеличить натяжение до такой величины, чтобы во всех се-

чениях обеспечить растяжение.

2.6 Натяжение тягового органа

Для расчета натяжений т.о. существуют два основных метода: обходом

контура и по диаграмме натяжений.

2.6.1 Расчет обходом контура

Постановка задачи. Дано: расчетная схема контура т.о. (рис. 2.10); F

1-2

Рисунок 2.9 – К расчету силы тяги на перемеще-

ние последовательной цепи элементов

3-4

тяги криволинейных отрезков; условия, ограничивающие минимум натяже-

ния тягового органа. Определить натяжения в любой точке контура.

Для установки любого типа всегда имеется ограничение натяжения F

п.p.

по условию повсеместного растяжения, то есть из условия, чтобы т.о. в лю-

бой точке контура был растянут.

Например, для скребкового конвейера

30002000F

.р.п

−

, Н. (2.49)

Для ленточных и пластинчатых конвейеров есть свои специфические нор-

мативы F

п.p.

. Для машин с ленточными и канатными т.о. существует условие

срыва сцепления (отсутствие пробуксовывания т.о. на приводных шкивах).

Расчет ведут методом попыток. Считают, что в точке 1 сбегания с приво-

да F

п.p

. Далее методом обхода контура находят натяжения во всех точках

;FFF;FF

2112.р.п1 −

; (2.50)

Рисунок 2.10 – Расчет натяжений тягового органа

;

−

(2.51)

Проверяют, выполняется ли условие повсеместного растяжения во всех

точках контура, то есть нет ли точки, в которой натяжение менее F

п.p.

. Если

такая точка найдена, то считают натяжение в ней, равным F

п.p.

, и проводят

расчет натяжений. Проверяют выполнение дополнительных ограничений.

2.6.2 Расчет по диаграмме натяжений

Постановка задачи. Дано: расчетная схема контура т.о. (рис. 2.10, а); F

1-2

3-4

– силы тяги; условия, ограничивающие минимум натяжения. Определить

натяжение в любой точке тягового органа.

Диаграмма натяжений (рис. 2.10, б) для наглядного изображения величи-

ны натяжений пригодна в любых условиях.

Для расчета наносят ось ординат (ось натяжения) в некотором масштабе

сил, но ось абсцисс (ось длины контура) не наносят, а только имеют в виду.

Вычерчивают диаграмму натяжения. Для этого на оси ординат наносят в про-

извольном месте точку 1. Точка 2 будет находиться от точки 1 на расстоянии

L (длина конвейера) вдоль перпендикуляра к оси ординат (в направлении оси

абсцисс, которую имеем в виду) и на расстоянии F

1-2

вдоль оси ординат, по-

скольку сила тяги F

1-2

есть разность натяжений в точках 2 и 1.

Таким образом, находят положение точки 2. Аналогично находят точки

3 и 4.

Для завершения расчета необходимо нанести оси абсцисс, соответству-

ющие условиям, ограничивающим минимум натяжений.

2.7 Тяговое усилие приводного блока

Разрежем контур т.о. конвейера на приводном блоке сечением А-А (рис. 2.11, a).

Из условия равновесия правой от сечения части органа (рис.2.11, б) тяго-

вое усилие приводного блока, то есть сила, приложенная к т.о. со стороны

приводного блока,

cнсн

FFF −=

−

, (2.52)

где F

, F

– натяжение набегающей и сбегающей ветвей.

При двигательном режиме F

и F

н-с

>0 , то есть

сн

−

приложено к т.о.

вдоль направления движения. При тормозном режиме F

< F

и F

н-с

<0 , то

есть действует на т.о. в направлении, обратном направлению движения

(рис. 2.11, в).

Из условия равновесия левой от сечения А-А части (рис. 2.11, г)

43322114

FFFFF

−−−

++=− , (2.53)

433221снcн

FFFFFF

−−−−

++==− , (2.54)

то есть тяговое усилие приводного блока возможно также определить как

сумму сил тяги всех элементов т.о. Для сокращения F

н-с

будем именовать

тяговое усилие (в отличие от термина “сила тяги”, который относится к

силе для перемещения какого-нибудь одного элемента установки).

Рассмотрим равновесие системы приводной блок-редуктор-двигатель,

приведя все силы к окружности блока (рис. 2.11, д):

– тяговое усилие двигателя;

P – сила инерции привода;

Рисунок 2.11– К расчету тягового усилия приводного блока

вр

подшипниках приводного блока, трение в редукторе);

н-с

– тяговое усилие, которое на приводной блок действует в направле-

нии, обратном по отношению к направлению его действия на т.о.

Из условий равновесия приводного блока

0a·mWFFPWFF

прврсндврснд

−

−−

, (2.55)

откуда

врпрснд

Wam1,0FF

−

, (2.56)

где a – ускорение т.о., м/с

;

пр

– масса всех движущихся частей установки, которая приведена к ок-

ружности блока, кг.

Учтем W

вр

с помощью коэффициента полезного действия (

) привода.

При положительном

сн

−

, если энергия передается от двигателя к приводно-

му блоку, из (2.56) имеем

−

a·mF

прсн

, Н. (2.57)

При отрицательном

сн

−

, если энергия передается от приводного блока к двига-

телю

(

)

−

·a·mFF

прснд

, Н, (2.58)

где

– полный коэффициент полезного действия, который учитывает

потери на приводных блоках (жесткость т.о., трение в подшипни-

ках приводного блока, трение на отклоняющих блоках) и в редук-

торе.

Механическая мощность двигателя в данный момент времени

1000

v·F

, кВт, (2.59)

где v – окружная скорость блока, м/с.

Для привода стационарных установок применяют, как правило, элект-

родвигатели асинхронные и редкосинхронные. Двигатель выбирают по на-

греву. Необходимая по нагреву мощность

1000

v·F

номe

, кВт, (2.60)

где F

– эквивалентное тяговое усилие двигателя, Н;

v – номинальная скорость движения т.о., м/с.

Эквивалентное тяговое усилие – это такое постоянное усилие при непре-

рывной работе, с которым двигатель нагревается до той же температуры, как

и при действительном режиме работы за то же время.

Методы определения N зависят от вида режима работы двигателя. В прак-

тике расчетов встречаются два режима: длительный циклический и длитель-

ный с постоянной нагрузкой.

2.8.1 Расчет мощности асинхронного двигателя для

длительного циклического режима работы

Режим характерный для всех установок периодического действия (кон-

цевые канатные откатки, скреперные установки).

Постановка задачи. Дано: нагрузочная диаграмма двигателя (рис. 2.12);

ном

– номинальная скорость т.о., м/с. Определить N

ном

– номинальную мощ-

ность двигателя, кВт.

Эквивалентное усилие двигателя определяют как среднеквадрати-

ческое значение за цикл нагрузки (период, равный Т, после которого

цикл повторяется):

θ+++

·Cttt

t·Ft·Ft·F

1321

3д2

2д1

1д

, Н, (2.61)

где F

д1

, F

д2

, F

д3

– тяговые усилия двигателя, Н;

, t

– время действия этих усилий за цикл нагрузки, с;

– суммарная продолжительность остановок двигателя за цикл, с;

= 0,25-0,35

– коэффициент, учитывающий ухудшение условий охлажде-

ния при остановке двигателя с самовентиляцией (для двигателя с не-

зависимой вентиляцией

). Если F

д3

реализуется механическим то-

рмозом, то 0F

3д

= .

По мощности N выбирают ближайший двигатель по каталогу. Мощность

принятого к установке двигателя N

ном

называется номинальной (установ-

ленной) мощностью. Выбранный двигатель проверяют по перегрузочной

способности. Необходимая кратность момента двигателя

ном

maxд

·25,1=λ

, (2.62)

где 1,25 – коэффициент, который учитывает снижение момента через воз-

можное падение напряжения в сети (на 10 %);

Рисунок 2.12 – Нагрузочная диаграмма двигателя

для длительного режима с постоянной нагрузкой

дmax

ной диаграмме;

ном

– номинальное тяговое усилие двигателя, которое отвечает его номи-

нальной мощности

ном

N·1000

F =

. (2.63)

Если F

дmax

взято для периода пуска (как F

д1

на рис. 2.12), то с (2.62) нахо-

дят необходимую кратность пускового момента; если F

дmax

имеет место при

установившемся режиме работы, то (2.62) дает кратность максимального

момента двигателя. Если

(2.62) превышает кратность момента принятого

двигателя, то необходимо увеличить его мощность.

2.8.2 Расчет мощности асинхронного или синхронного

двигателя для длительного режима с постоянной

нагрузкой

Режим, характерный для установок непрерывного действия.

Постановка задачи. Дано: нагрузочная диаграмма двигателя (рис. 2.13);

н-с

– статическое (установившееся) тяговое усилие приводного блока, Н;

ном

– номинальная скорость т.о., м/с. Определить N

ном

– номинальную мощ-

ность двигателя, кВт.

Двигатель выбирают по нагреву. Дополнительный нагрев за время пуска

учитывается коэффициентом режима (К

реж

), то есть расчет ведут только по тя-

говому усилию двигателя F

д2

в установившемся режиме. Из-за того, что тяго-

вое усилие двигателя в процессе работы не меняет знак, то заранее известно, по

какой формуле оно определяется. При положительном

сн

−

(двигательный ре-

жим), определив F

из (2.57), получим необходимую мощность двигателя

−

·1000

K·V·F

режномсн

, кВт. (2.64)

При отрицательном (режим торможения), определив из (2.58), имеем

1000

реж

ном

−

, кВт,

(2.65)

где К

реж

– коэффициент режима – отношение действительной эквивалент-

ной мощности к мощности, определенной в предположении непреры-

вной работы с постоянным F

н-с

Он учитывает возможное изменение мощности из-за непрерывного пере-

мещения пункта погрузки вдоль конвейера (забойные конвейеры), наличие

пауз в работе, падение напряжения в сети, неравномерность распределения

нагрузки при нескольких двигателях; нагрев за счет пусковых режимов и

прочее. Проверку принятого двигателя по перегрузочной способности вы-

полнять не надо.

2.9 Проверка прочности тяговых органов

2.9.1 Расчет по статической нагрузке

Проверка сводится к определению запаса прочности

Рисунок 2.13 – Нагрузочная диаграмма двигателя

для длительного режима с постоянной нагрузкой

[

]

ст

≥

, (2.66)

где F

– усилие разрушения т.о.;

ст

– максимальное статическое натяжение т.о.;

[

]

– норматив запаса прочности.

Разрушающее усилие для цепей равно действительному разрывному уси-

лию цепи; для лент и канатов оно считается как суммарное усилие всех про-

волок или прокладок.

2.9.2 Расчет по предельным пиковым нагрузкам

Проверка сводится к определению запаса прочности

[]

пп

≥=

, (2.67)

где F

пп

– предельная пиковая нагрузка, которую в практике расчета транс-

портных машин определяют по предельному моменту двигателя или

предохранительной муфты

λ= ·FF

номпп

, (2.68)

где F

ном

– номинальное тяговое усилие двигателя;

– кратность максимального момента двигателя или предохранитель-

ной муфты.

2.10 Выбор месторасположения приводной станции

Выбор месторасположения приводной станции делают из таких сообра-

жений:

– удобство в эксплуатации;

– мощность привода;

– натяжение тягового органа.

К удобству эксплуатации относят: подвод электроэнергии, уход за при-

водом, доставка запасных частей и прочее. Поэтому, как правило, удобнее

вариант “а” (рис. 2.14), потому что точка разгрузки ближе к стволу шахты.

С этой стороны, обычно, подводится энергия, подходят люди и прочее.