Алексеев В.В., Соловьев А.С. Автоматизированный электропривод станков шарошечного бурения. Учебное пособие

Подождите немного. Документ загружается.

составляющих. Увеличение нагрузки приводит к снижению

скорости вращения бурового става, т.е. уменьшению запаса

кинетической энергии. Одновременно при росте нагрузки

происходит увеличение деформации (скручивания) буровой

колонны. При упругих деформациях это сопровождается

увеличением запаса потенциальной энергии в деформированном

(скрученном) ставе. Наличие в механической системе запасов как

кинетической, так и потенциальной

энергии создает условия для

преобразования энергии из одного вида в другой, т.е. возникновения

механических колебаний.

Кроме чисто крутильных колебаний бурового става, работа

станка шарошечного бурения характеризуется и колебаниями

самого станка в вертикальном направлении. Причины

возникновения этих колебаний рассмотрены в работе [8]. При работе

станок опирается на гидродомкраты, которые при изменении усилия

могут быть представлены как упругие элементы (рис.6, C1).

Значительная часть веса станка через полиспастную канатную

систему передается буровой колонне, чем обеспечивается давление

долота на забой. В эту систему входят также гидроцилиндры,

обеспечивающие изменение осевого давления, т.е. распределение

веса станка между буровым ставом и опорными гидродомкратами. И

гидроцилиндры, и канаты полиспастной

системы также являются

деформируемыми элементами и могут быть представлены как

эквивалентное упругое звено (рис.6, C2). В представленной

кинематической схеме возникают колебания центра тяжести станка,

исследование которых проведено в учебном пособии [8]. При

возникающих колебаниях меняется давление на забой, вследствие

чего забой принимает характерную волнообразную форму.

Как следует из сказанного ранее, работа станка в

неоднородных трещиноватых породах и особенности конструкции

его электромеханической системы вызывают при работе вибрации,

существенно влияющие на надежность работы механического и

электрического оборудования и затрудняющие работу машиниста,

так как уровни вибрации часто превосходят допустимые санитарные

нормы.

Для уменьшения этих вибраций могут применяться чисто

механические средства, например, надштанговые амортизаторы,

аналогичные амортизаторам, применяемым для карьерных

автосамосвалов БелАЗ. Возможно также регулирование скорости

привода вращателя для снижения амплитуды вибраций, точнее,

компенсации возникающих вибраций в некоторой полосе частот с

тем, чтобы вибрации других частот гасились механической частью и

механическими амортизаторами станка. Вопросы снижения уровней

вибрации рассмотрены в [5,8].

Как датчиик возникающих колебаний может быть

использовано устройство для измерения низкочастотной

составляющей тока двигателя вращателя [5,8]. В качестве такого

датчика (рис.7) используется магнитный усилитель с подавленными

четными гармониками. Такой усилитель представляет собой

источник тока, поэтому колебания питающего напряжения не

влияют на его работу. Для такого усилителя

Iу Wу = Iн Wн

, (9)

где Iн, Iу - токи нагрузки и обмотки управления, Wн, Wу - число

витков рабочей обмотки и обмотки управления.

Током управления в приведенном устройстве является ток

якоря двигателя вращателя, поэтому колебания тока якоря

пропорционально отражены в токе рабочей обмотки магнитного

усилителя. Ток рабочей обмотки выпрямляется и через R-C фильтр,

подавляющий высокие частоты, подается

на трансформатор.

Трансформатор, как известно, является дифференцирующим

элементом, что дает возможность выделить сигнал производной

низкочастотных составляющих тока. Пример построения системы

управления с использованием данного датчика приведен в учебном

пособии [5].

РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Дартау В.А., Алексеев В.В. Средства автоматики электроприводов с

блочным векторным управлением / Ленинградский горный ин-т- Л.,1986.

2. Жуковский А.А., Нанкин Ю.А., Сушинский В.А. Привод и системы

управления буровых станков для карьеров. - М.: Недра, 1990.

3. Ломакин М.С. Автоматическое управление технологическими

процессами карьеров. М.: Недра,1978.

4. Методика

проектирования приводов исполнительных механизмов

роботов с частотным векторным управлением / Алексеев В.В., Дартау В.А.,

Рудаков В.В. // Изв. вузов. Горный журнал,1985, № 8.

5. Рудаков В.В. Специальные вопросы автоматизированного

электропривода / Ленинградский горный ин-т- Л.,1986.

6. Рудаков В.В. Электроприводы с программным управлением и

последовательной коррекцией / Ленинградский горный ин-т- Л

.,1990.

7. Станки, технология и экономика шарошечного бурения / Н.М.Трегубов,

М.В.Равцов, В.Д.Сиротенко и др. М.: Недра,1975.

8. Столяров И.М. Автоматизированный электропривод станков

шарошечного бурения. - Л.: ЛГИ,1979.

9. Чулков Н.Н. Расчёт приводов карьерных машин. М.:Недра, 1987.

10. Электрификация открытых горных разработок / С.А.Волотковский,

Б.П.Белых,

В.А.Бунько и др. М.: Недра,1972.

Приложение 1

10 print"------ al1.bas --------------------------------"

print "1.Расчет мощности и выбор двигателя для бурового станка"

20 rem "Ввод исходных данных"

print "Коэффициент крепости по шкале М.М.Протодъяконова fpr"

print "Введите fpr из справочника, fpr=2...20 (18)"

input fpr

print "Введите диаметр Dd долота (см), Dd=20...30 (25)"

input Dd

print "Введите скорость Vb бурения (см/мин), Vb=8...40 (11)"

input Vb

print "Введите коэффициент Ksk, учитывающий неполное скалывание,Ksk=0.5"

input Ksk

print "Введите число zs шарошек в долоте, zs= (3)"

input zs

print "Введите частоту вращения nd долота (об/мин

), nd=80...160 (81)"

input nd

print "Введите среднее значение прочности bb породы при бурении (Па),"

print "bb=0.18E8...1.98E8 (1.8E8)"

input bb

print "Введите коэффициент ktr, учитывающий трение в подшипниках шарошек

print "и бурового става о стенки скважины, ktr=(1.12...1.13)"

input ktr

print "Введите номинальный к.п.д. (kpd) механизма вращателя kpd=0.65"

input kpd

print "Введите передаточное число ip=11.05"

input ip

wb=nd*3.14/30.

rem "2. Расчет "

Np=.7*fpr*Dd*1000

Hst=Vb/(Ksk*zs*nd)

Ns=Hst*.5*Dd*bb*zs*1E-4

Ms=Ns*Dd*ktr/(100.*zs)

Md=Ms/(kpd*ip)

Pd=Ms*wb*1E-3/kpd

nad=ip*nd

rem "Вывод результатов"

print "Hst=";Hst "см"

print "Усилие подачи Np для внедрения на глубину Hst Np="; Np; "Н"

print "Сопротивление Ns породы скалыванию zs

шарошек Ns=";Ns "Н"

print "Момент, Ms необходимый для вращения долота Ms=";Ms "Н*м"

print "Момент Md двигателя Md="; Md "Н*м"

print "Мощность Pd двигателя привода вращателя Pd=";Pd "КВт"

print "Скорость двигателя nad="; nad "об/мин"

print "Расчет закончен (1-да, 0-нет)?"

input L

if L=0 then 20

end

Приложение 2

10 print"------ al3.bas --------------------------------"

print "1.Проверка двигателя по мощности в основных режимах бурения"

20 rem "Ввод исходных данных"

rem "1)коэфф-т использования вылета zi ин-та для внедрения в породу "

rem "и высота слоя hrp разрушенной породы зависят от расхода Q сж. "

rem "воздуха на 1 дм площади s забоя, 2)трение о стенки скважины,трение"

rem "качения в опорах шарошек и др. требуют

повышения мощ-ти на 30%"

print "Введите расход Q1 сжатого воздуха (м^3/мин) (18)"

input Q1

print "Введите минимальную осевое усилие Fmin (кН) Fmin=220"

Fmin=220

print "Введите мин. частоту вращения nd1 долота (об/мин) nd1=(40)"

nd1=40

print "Введите максимальную осевое усилие Fmax (кН) Fmax=300"

input Fmax

print "Введите максимальную частоту вращения nd2 (120 об/мин)"

input nd2

print "Введите диаметр D долота (200...300 мм) ": input D

print "Введите вылет ho штырей шарошки (мм) (3) ": input ho

print "Введите номинальную мощность Pd двигателя (кВт

) ": input Pd

rem "2. Расчет "

rem "Площадь забоя"

S=3.142*D*D/4E4: Q=Q1/S:

x0=2: x1=4: x2=6: x3=8: y0=1.8: y1=1.3: y2=1.: y3=.8

25 GOSUB 45

hrpo=y: hrp=hrpo*ho

y0=.5: y1=.37: y2=.25: y3=.12

GOSUB 45

zi=y

P1=Fmax*nd1*(SQR((hrp+zi*ho)*D))/28000

P2=Fmax*nd2*(SQR((hrp+zi*ho)*D))/28000

aP=(Pd-(1.3*P2))*100/Pd: bP=Pd-1.3*P2

if bP>0 then 30

print"Мощности двигателя недостаточно,нужен дв-ль с Pd>"; P2*1.3 “кВт"

goto 40

30 rem "Вывод результатов"

print "Мощность дв-ля обеспечивает работу во всем диапазоне рег-ния"

- 58 -

print "S=";S "дм^2"

print "Q=";Q "М^3/мин*дм^2"

print "hrp=";hrp "mm"

print "zi=";zi

print "Мощность при минимальной скорости вращения P1="; P1; "кВт"

print "Мощность при максимальной скорости вращения P2=";P2 "кВт"

print "Номинальная мощность двигателя Pd=";Pd "кВт"

print "Запас по мощности bP="; bP "кВт, т.е. "; aP "%"

40 print "Расчет закончен (1-да, 0-нет)?"

input L

if L=0 then 20

GOTO 70

44 rem "Подпрограмма: интерполяция при четырех равноотстоящих узлах"

45 b1=(y1-y0)/(x1-x0): k1=((y2-y0)/(x2-x0))-b1

b2=k1/(x2-x1): k2=(y3-y0)/(x3-x0)

k3=k2-b1: k4=k3/(x3-x1)

k5=k4-b2: b3=k5/(x3-x2)

x=Q: y=((b3*(x-x2)+b2)*(x-x1)+b1)*(x-x0)+y0

return

70 end

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение............................................................................................................. 3

1. Краткая характеристика станков шарошечного бурения для

открытых горных разработок.......................................................................... 4

2. Электрооборудование станков шарошечного бурения......................... 20

3. Определение мощности приводов буровых станков.............................. 24

4. Электроприводы вращателей буровых станков..................................... 27

5. Режимы работы электромеханических систем буровых станков

шарошечного бурения............................................ …………………….… 40

Рекомендательныйбиблиографический список............................................ 45

Приложение 1................................................................................................. 46

Приложение 2................................................................................................. 47

Василий Васильевич Алексеев

Александр Сергеевич Соловьев

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД

СТАНКОВ ШАРОШЕЧНОГО БУРЕНИЯ

Редактор Е.С.Дрибинская

Технический редактор Р.И.Кравцова

Лицензия ЛР № 020355 от 30.12.96

Сдано в набор 15.04.97.Подписано в печать 30.09.97.

Формат 60 х 84/16.

Бум. офсетная. Печать офсетная.

Усл.печ.л. 3,02. Усл. кр.-отт. 3,02.Уч.-изд.л. 2,6.

Тираж 200 экз. Заказ 287. С 77

Санкт-Петербургский государственный горный институт имени

Г.В.Плеханова

РИЦ Санкт-Петербургского государственного горного института

Адрес института и РИЦ: 199026 Санкт-Петербург, 21-я линия, 2