Трифанов Г.Д. Расшифровка и анализ записей регистраторов параметров шахтных подъёмных установок

Подождите немного. Документ загружается.

Скипы и клети, движущиеся в проводниках жёсткой армировки,

удерживаются башмаками скольжения или роликовыми направляющими.

В последнем случае подъёмные сосуды оснащены предохранительными

башмаками, исключающими выход сосуда из связи с проводниками при

поломке направляющих.

1.2. Шахтные подъёмные машины

Шахтные подъёмные машины устанавливаются на железобетонном

фундаменте и крепятся анкерными болтами [3]. Машины выполнены в ви-

де сварной конструкции с винтовой нарезкой обечайки под канат. Крупные

подъёмные машины с диаметром барабана 4 м и более снабжаются одним

разрезным, двумя цилиндрическими или разрезным бицилиндрокониче-

ским органом навивки. Один барабан двухбарабанных машин и основная

(большая) часть разрезных органов навивки жестко соединены с валом.

Этот барабан (часть органов навивки) носит название заклиненного. Вто-

рой (переставной) барабан или переставная часть разрезного барабана ус-

танавливается на валу на подшипниках и имеет возможность проворачи-

ваться. Барабаны связаны с валом посредством специального механизма

перестановки.

Механизм перестановки позволяет отсоединять переставной барабан

или переставную часть барабана от вала шахтной подъёмной машины и

выполнять операции по замене каната, регулировке длины каната, вращая

один барабан или заклиненную часть барабана.

Шахтные подъёмные машины снабжены тормозными устройствами

колодочного типа. Привод тормозных устройств малых шахтных подъём-

ных машин (диаметр барабанов 1,2 м, 1,6 м и 2,0 м) – пружинно-

гидравлический. Одно и двухбарабанные шахтные подъёмные машины с

диаметром барабана 2, 5 м, 3,0 м и 3,5 м, а также многоканатные машины

оснащены пружинно-пневматическими тормозами.

Тормозная система крупных шахтных подъёмных машин НКМЗ со-

стоит из пневмогрузового привода тормоза, исполнительного органа и па-

нели управления тормозом. Для повышения надежности на каждой маши-

не установлено два исполнительных органа, каждый со своим приводом.

Тормоза работают независимо друг от друга.

Исполнительный орган пневмогрузового тормоза (рис. 1.2) состоит

из двух тормозных балок 1 с пресс-массовыми колодками 2, двух верти-

кальных стоек 3, установленных на опорах 4, трех треугольных рычагов 5,

тяг 6 и 7. Тяга 6 состоит из двух частей, соединенных регулирующей гай-

кой 8. Тормоз имеет регулирующую стойку 9 и упоры 10 и 11.

Рис. 1.2. Исполнительный орган тормоза шахтных подъёмных машин

НКМЗ

Усилие тормозного привода пе-

редается через вертикальную тягу 12,

систему рычагов 5 и тяг 6 и 7 на тор-

мозные балки 1, которые прижимают

тормозные колодки к ободу, произво-

дя торможение подъёмной машины.

Растормаживание машины происхо-

дит за счет неуравновешенности веса

элементов рычажной системы и веса

элементов привода тормоза: поршня,

штанги, дифференциального рычага.

Привод тормоза (рис. 1.3) со-

держит цилиндр рабочего торможе-

ния 2 (большого диаметра), цилиндр

предохранительного торможения 3,

поршень которого соединен со што-

ком с тормозным грузом 6. Усилие от

поршней цилиндров передается на

вертикальную тягу исполнительного

органа тормоза через дифференци-

альный рычаг 4.

Рис. 1.3. Пневматический привод

тормоза НКМЗ

Дифференциальный рычаг не позволяет сложить усилия от цилиндра

рабочего торможения и цилиндра предохранительного торможения. Всегда

оказывает действие большее из них.

Пневматическая схема тормоза приведена на (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Пневматическая схема тормоза НКМЗ

Сжатый воздух поступает из воздухосборника в регулятор давления

РД и электропневматические воздухораспределительные клапаны К1 – К4.

Управление клапанами производится с помощью электропневматических

вентилей ВВ-32Ш. Клапаны включаются, когда к вентилям подается по-

стоянный ток.

Давление на выходе регулятора изменяется пропорционально току в

обмотке управления регулятора. Ток регулятора меняется при повороте

рукоятки тормоза на пульте управления за счет изменения угла поворота

ротора сельсина. Таким образом, для того чтобы затормозить ручным тор-

мозом, необходимо повернуть рукоятку тормоза. При этом появляется ток

в обмотке регулятора давления, регулятор соединяет полость от воздухос-

борника с полостью цилиндров рабочего торможения.

При появлении сжатого воздуха в полости рабочего цилиндра его

поршень поднимается и через дифференциальный рычаг тянет вверх вер-

тикальную тягу. Система рычагов исполнительного органа приходит в

движение, колодки соприкасаются с тормозным ободом барабана шахтной

подъёмной машины и возникает тормозное усилие. Величина этого усилия

пропорциональна давлению воздуха в полости рабочего цилиндра, току в

обмотке регулятора и положению рукоятки тормоза.

В период нормальной работы машины предохранительный цилиндр

находится под давлением сжатого воздуха, чем удерживается в верхнем

положении груз.

При срабатывании предохранительного тормоза происходит обесто-

чивание электропневматических воздухораспределительных клапанов К1 –

К4 и регулятора давления РД. При этом на выходе регулятора появляется

постоянное давление порядка (2–2,5) атм ((0,2–0,25) МПа). Величина этого

давления устанавливается с помощью специального винта в регуляторе

наладчиками во время наладки тормозов. При поступлении воздуха в по-

лость цилиндра рабочего торможения его поршень поднимается. При этом

дифференциальный рычаг поворачивается относительно оси цилиндра

предохранительного торможения, и создается усилие первой ступени.

Одновременно начинается выпуск сжатого воздуха из полости ци-

линдра предохранительного тормоза. Груз начинает опускаться. При этом

дифференциальный рычаг начинает поворачиваться относительно оси вер-

тикальной тяги и давить на поршень цилиндра рабочего торможения. Воз-

дух из его полости начинает стравливаться регулятором давления. Регуля-

тор давления поддерживает установленное давление. Процесс продолжает-

ся до полного выхода воздуха из полости цилиндра рабочего торможения и

посадки поршня на дно цилиндра. После этого дифференциальный рычаг

начинает поворачиваться вокруг оси цилиндра рабочего торможения и тя-

нуть вверх вертикальный рычаг исполнительного органа тормоза. Накла-

дывается вторая ступень торможения. Величина второй ступени рассчиты-

вается наладчиками и устанавливается количеством «блинов» тормоза.

«Зарядка» машины после наложения предохранительного тормоза

происходит в следующей последовательности. Ручным тормозом заторма-

живают машину. При этом тормозные грузы должны подняться. Подают

сжатый воздух в полости цилиндров предохранительного торможения. Для

оценки исправности тормозов необходимо следить за усилием в тормоз-

ных тягах. Для этого на вертикальных тягах наклеены тензорезисторы. Со-

противление тензорезисторов изменяется пропорционально деформации

тормозных тяг и тормозному усилию.

Правильность работы регулятора давления определяется путем из-

мерения давления на его выходе. Запись давления одновременно с дефор-

мацией тормозных тяг позволяет оценить работу рычажной системы (на-

личие зазоров в шарнирах, другие дефекты).

1.3. Привод шахтных подъёмных установок

Привод шахтных подъёмных установок осуществляется электродви-

гателями постоянного или переменного тока [4]. Большинство шахтных

подъёмных установок оснащено асинхронными двигателями с фазным ро-

тором с металлическим или жидкостным реостатом, что объясняется их

небольшой стоимостью, просто-

той обслуживания и высокой

эксплуатационной надежностью

асинхронного привода. Макси-

мальная мощность асинхронного

двигателя –1600 кВт.

В связи с большой часто-

той вращения асинхронных дви-

гателей их подключение осуще-

ствляется через редуктор. Воз-

можен одно – или двухдвига-

тельный привод шахтных подъ-

ёмных машин.

Схема асинхронного при-

вода с фазным ротором приведе-

на на рис. 1.5. Контакторы ре-

версоров В и Н осуществляют

изменение направления враще-

ния двигателя М.

Рис. 1.5. Схема асинхронного привода

Для регулирования частоты вращения двигателя используется регу-

лируемое сопротивление СР, включаемое в цепь ротора и изменяемое при

включении роторных контактов У1–У8.

Асинхронные приводы шахтных подъёмных машин оборудуются

динамическим торможением, регулируемый источник постоянного тока

УДТ которого подключается к статору двигателя через контактор динами-

ческого торможения ДТ при отключенных контакторах В и Н.

Зависимость частоты вращения двигателя от развиваемого им мо-

мента носит название механической характеристики. Механические харак-

теристики асинхронного привода приведены на рис. 1.6.

Рис. 1.6. Механические характеристики асинхронного двигателя

При вращении органа навивки в направлении «вперед» асинхронный

двигатель может работать в следующих режимах:

– двигательный режим (область ДВ, см. рис. 1.6) – направление дви-

жения сосудов совпадает с направлением развиваемого двигателем момен-

та. Вращающий момент создается взаимодействием тока ротора с вра-

щающимся магнитным полем;

– режим генераторного торможения ГВ – двигатель вращается мо-

ментом, создаваемым разностью натяжения подъёмных канатов. Тормоз-

ной момент, препятствующий разгону системы, создается взаимодействи-

ем тока ротора с вращающимся магнитным полем. В этом режиме актив-

ная мощность передается в сеть;

– торможение противовключением ПВ – крайне редко встречающий-

ся режим, когда торможение осуществляют включением двигателя в об-

ратном направлении, то есть магнитное поле статора двигателя и ротор

вращаются встречно;

– режим динамического торможения ДТВ – создается подключением

обмоток статора к источнику постоянного тока. Тормозной момент созда-

ется взаимодействием тока ротора с неподвижным магнитным полем.

Асинхронные двигатели имеют относительно жесткие естественные

механические характеристики с номинальным скольжением

ном

= 0,02…0,03.

Для выполнения диаграмм движения шахтной подъёмной машины

(см. рис. 5.10) двигатель разгоняется с n

дв

= 0 до номинальной скорости

ном

средним пусковым моментом М

ср

(см. рис. 1.6). На этой скорости при

положительном статическом моменте М

, равном номинальному М

ном

осуществляется движение до точки + п

ном

. Генераторное торможение при-

меняется при спуске груза. При номинальном статическом моменте M

ном

двигатель работает на естественной характеристике в точке - п

ном

. Замед-

ление машины от максимальной скорости до малой скорости может быть

осуществлено в режиме динамического торможения с использованием ме-

ханической характеристики со средним тормозным моментом М

ДТ

ср

от

точки - п

ном

до точки n

дот

Торможение противовключением (ПВ) применяется в аварийных си-

туациях.

Механические характеристики асинхронного двигателя при подклю-

чении роторных сопротивлений приведены на рис. 1.7.

Рис. 1.7. Механические характеристики асинхронного двигателя

с фазным ротором

При максимальном значении роторных сопротивлений момент дви-

гателя определяется характеристикой У1. Он обеспечивает плавное при

ложение нагрузки к валу подъёмной машины. На второй ступени (характе-

ристика У2) происходит трогание машины и разгон по линии 1 – 2. При

включении третьей ступени момент двигателя скачком увеличивается по

линии 2 – 3 и происходит разгон подъёмной установки по линии 3 – 4.

Дальнейшее выведение роторных сопротивлений обеспечивает сту-

пенчатое увеличение скорости по ломаной линии 4, 5, 6, 7, …,14, 15 до но-

минальной скорости n

ном

В практике эксплуатации шахтных подъёмных установок макси-

мальная скорость движения сосудов бывает ограничена. В этом случае не

все контакторы станции управления включаются, и подъёмный двигатель

работает на одной из искусственных характеристик. Например, при работе

двигателя на характеристике У4 двигатель при номинальном моменте на

валу будет вращаться с частотой n

У4

. Соответственно с меньшей скоро-

стью будет происходить движение подъёмных сосудов. В этом случае

подъёмный двигатель имеет «мягкую» характеристику и скорость движе-

ния будет изменяться при изменении момента сопротивления на валу

подъёмной машины.

Мощные шахтные подъёмные установки оснащены приводом посто-

янного тока. В настоящее время в эксплуатации находятся установки с

приводом по системе генератор–двигатель (силовая схема приведена на

рис. 1.8) и с приводом по системе тиристорный преобразователь–двигатель

(рис. 1.10).

Рис. 1.8. Силовая схема привода по системе Г–Д

Механические характеристики двигателя постоянного тока опреде-

ляются зависимостью

дв

мe

−

где U – напряжение на якоре двигателя; R

– сопротивление якорной цепи

двигателя; M – момент на валу двигателя; Ф – магнитный поток двигателя;

, с

— конструктивные постоянные двигателя.

Графики зависимости частоты вращения двигателя от момента на его

валу приведены на рис. 1.9. Наклон характеристик определяется падением

напряжения в якорной цепи двигателя.

В приводе шахтных подъёмных машин по системе Г–Д управление

частотой вращения двигателя Д осуществляется при постоянном магнит-

ном потоке двигателя Ф = const изменением подводимого к его якорю на-

пряжения генератора Г путем регулирования его тока возбуждения.

Питание обмотки возбуждения генератора осуществляется от ревер-

сивного тиристорного преобразователя.

Реверсивный привод Г–Д шахтных подъёмных машин управляется в

четырех квадрантах механических характеристик. Изменению линейной

скорости подъёма и движущих усилий на органе навивки шахтной подъ-

ёмной машины соответствует изменение частоты вращения и момента на

валу двигателя на механических характеристиках привода (по стрелкам,

см. рис 1.9).

Разгон системы при подъёме груза до номинальной скорости осуще-

ствляется по линиям 0–1–2–3. Точка 1 определяет момент М

, создаваемый

подъёмным двигателем. Под действием разности моментов двигателя и

момента сопротивления М

происходит и разгон системы по линии 1–2.

В точке 3 М

= М

и дальнейшее движение происходит с постоянной ско-

ростью.

Замедление системы в конце подъёма может происходить при дви-

гательном (линии 3–4–7–8) или генераторном (линии 3–4–5–6–7–8) режи-

ме работы двигателя. В точке 8 осуществляется дотяжка сосудов с посто-

янной скоростью. При этом М

= М

При спуске груза подъёмный двигатель работает в генераторном ре-

жиме (второй квадрант механической характеристики). Изменение момен-

та М

при выполнении заданного закона движения происходит аналогично.

Рис. 1.9. Механические характеристики двигателя постоянного тока

При движении сосудов в обратном направлении («назад») двигатель

работает в третьем (двигательный режим ДН) и четвертом (генераторный

режим ГН) квадрантах

Привод по системе ТП–Д в настоящее время реализуется по двум

принципиально отличающимся схемам:

а) с реверсом по якорной цепи двигателя (силовая схема приведена

на рис 1.10, а);

б) с реверсом по цепи возбуждения двигателя (см. рис. 1.10, б).

Система ТП–Д с реверсом по якорной цепи двигателя, так же, как и

привод по системе Г–Д, обеспечивает управление движением подъёмных

сосудов путем изменения величины и полярности подводимого напряже-

ния преобразователя.

При реверсировании тока возбуждения подъёмного двигателя на-

правление тока якоря остается неизменным.

Механические характеристики привода по системе ТП–Д (рис.1.11)

аналогичны зависимостям в приводе Г–Д. Исключение составляет зона

прерывистых токов, ограниченная штриховой линией, в которой характе-

ристики искажены.