Наджность и экономичность гидропривода

Наджность и экономичность гидропривода 
 
 

В гидроприводах  передача энергии осуществляется с  помощью жидкости под давлением. Наличие в жидкости твердых частиц непосредственно влияет на надежность, безопасность и экономичность работы современной техники, использующей рабочие жидкости. Для повышения надежности, экономичности и безопасности техники, необходимо контролировать, и поддерживать установленный уровень чистоты жидкости.

В международной  стандартизации (ИСО ТК 131) были переработаны, и разработаны вновь ряд стандартов (ИСО 11171, ИСО 11943, ИСО 16889 и ИСО4406) по контролю загрязнений, что привело к значительным изменениям относительно записи (кодов) уровней загрязнения рабочих жидкостей твердыми частицами.

Усовершенствование  методов подсчета частиц и методов  испытаний фильтров, оказали значительное влияние на деятельность по контролю загрязненности. Следует отметить, что ни реальные уровни загрязненности, ни характеристики фильтров или их эффективность по защите надежности компонентов не изменились.

Для лучшего понимания  этих усовершенствований  был разработан обобщающий стандарт ИСО/ТО 16386:1999, в  котором приведена суть изменений, причина их введения, последствия влияния на уровни загрязненности и номинальные характеристики фильтра, а также их польза для промышленности.

Проект национального  стандарта подготовлен на основе ИСО/ТО 16386:1999. 

РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ  ПРИВОДА.Общие сведения 
 

Привод горных машин  в общем случае включает в себя двигатель, трансмиссию, соединяющую  двигатель с рабочим органом  и обеспечивающую передачу мощности на него, устройства .для подвода энергии и управления приводом, расположенные на самой машине. 

По виду выполняемого рабочего движения привод может быть вращательного или поступательного  типа. Привод вращательного действия используется в исполнительных органах, в системах погрузки и перемещения  и др. 
 

Привод с поступательным характером перемещения широко используется в механизированных крепях, проходческих комбайнах для управления поворотом  стрелового исполнительного органа, в шагающих системах подачи, натяжных устройствах и т. п. 

В некоторых конструкциях привод с поступательным характером перемещений используется в исполнительном органе, что дает возможность при  относительно небольших значениях  рабочих скоростей получать большие  нагрузки на рабочем инст­рументе и разрушать забой со значительными сечениями стружки (например, привод исполнительного органа агрегата АФГ конструкции ПНИУИ). 

Привод горных машин  должен отвечать ряду требований: иметь  максимально возможную мощность при минимальных габаритах; 

обеспечивать большой  пусковой момент для запуска системы  под нагрузкой; 

обладать высокой  перегрузочной способностью, обеспечивающей работу машины в условиях неравномерной  нагрузки на рабочем органе; 

допускать возможность  регулирования в процессе работы с целью обеспечения режимов  работы, близких к оптимальным, и благоприятных условий запуска и торможения; 

быть взрыво- и искробезопасным; 

иметь унифицированные  и стандартизованные основные узлы и системы привода, минимальную  металлоемкость; 

иметь высокие к. п. д., прочность, надежность, долговечность и ремонтопригодность. 

В горных машинах  нашли применение электро-, гидро- и пневмопривод. Выбор того или иного вида привода должен ре-. шаться исходя из конкретной конструкции машины и условий ее эксплуатации. 

Рабочие свойства привода  зависят от механических характеристик  двигателей, представляющих собой зависимость  частоты вращения ротора п от вращательного момента М, т. е. п= =f(M) или Af=f(n). 

Характеристики, соответствующие  установившемуся режиму работы, называются статическими. Для неустановившегося  режима работы характеристики называются динамическими и отличаются от статических  проявлением действия инерционных  масс системы, а также самоиндукции в обмотках двигателя. 

Механические характеристики по степени жесткости разделяются  на следующие: 

абсолютно жесткая  характеристика, обладающая постоянной скоростью при любых нагрузках (характеристика синхронного двигателя); 

жесткая, имеющая  небольшое падение скорости от холостого  хода до номинальной нагрузки (характеристики асинхронного двигателя в рабочей  части, двигателей постоянного тока независимого возбуждения, объемных гидравлических машин); 

мягкая, отличающаяся большим падением скорости при увеличении нагрузки (асинхронный двигатель  при включении в цепь ротора пускового  реостата, пневмодвигатели и др.). 

В электрическом  приводе очистных и проходческих машин подавляющее распространение  получили асинхронные коротко-замкнутые двигатели напряжением 660 В. Основными достоинствами этих двигателей являются: простота и надежность конструкции, большой пусковой момент, хорошая перегрузочная способность, высокий к. п. д. 

Существенными недостатками асинхронного короткозамкну-того двигателя являются наличие значительного пускового тока, в 5—7 раз превышающего номинальный, вызывающий перегрев его, и чувствительность его механической характеристики к падениям напряжения в питающей сети. В связи с этим в настоящее время забойные электродвигатели переведены на напряжение 660 В и проводится работа по переводу оборудования на 1140 В. Это позволяет при неизменной мощности значительно снизить фазовый ток статора. Выполненные исследования показывают необходимость дальнейшего повышения напряжения до 3 кВ к более. 

Электродвигатели  постоянного тока в горных машинах  не получили широкого распространения, так как в отличие от асинхронных их трудно сделать взрывобезопасными. Основное достоинство электродвигателей постоянного тока: возможность плавного регулирования скорости вращения. 

Для питания этих электродвигателей необходимо иметь  устройства, преобразующие переменный ток в постоянный. Двигатели постоянного тока использованы в приводах исполнитель-, ного органа и системы подачи очистного комбайна К128П. 

Повышение максимальной производительности выемочных машин  связано с увеличением мощности их приводов. Это обстоятельство приводит к росту мощности двигателей, что  хорошо видно на примере асинхронных  короткозамкнутых двигате­лей с высотой корпуса 400 мм, созданных для оснащения очистных комбайнов: 41 кВт (ЭДК-4), 75 кВт (ЭДКО-4), 120 кВт (ЭКВ-4) и 315 кВт (ЭКВЖ-4). Мощность двигателей возросла с 41 до 315 кВт, т. е. почти в 8 раз. Однако реально используемая устойчивая мощность росла значительно медленнее. Эту мощность ограничивают потери в алюминиевой клетке ротора, которые неизбежно возникают при. работе двигателя. Потери в относительных единицах по подсчетам проф. В. С. Тулина со- 

ставляют соответственно: 1,0 (ЭДК-4), 3,3 (ЭДКО-4), 8,2 (ЭКВ-4) и 60 (ЭКВЖ-4). Возрастание потерь с ростом мощности нерегулируемого двигателя показывает, что путь количественного увеличения его параметров не является в достаточной мере эффективным. Для полного использования мощности 315 кВт необходимо качественно новое решение — переход на регулируемый привод. Частотно регулируемый асинхронный привод на базе полупроводниковых преобразователей, которые получили быстрое развитие в последние 5—10 лет, лишен недостатков присущих нерегулируемому приводу. Двигатель освобождается от действия большого пускового тока. Кратность потерь в роторе при работе на «упор» при остановке будет в 15 раз меньше и составит только 4 отн. ед., что в 2 раза меньше, чем в двигателе ЭКВ-4. 

Из сказанного следует, что в настоящее время настала  необходимость технической реализации частотно-регулируемого асинхронного привода в выемочных машинах. 

Частотно-регулируемый привод по сравнению с нерегулируемым асинхронным имеет следующие преимущества: 

1. Улучшенную перегрузочную  способность, обеспечивающую возможность  преодоления значительных сопротивлений  на рабочих органах. 

2. Меньшую чувствительность  к потерям напряжения, характерным  для шахтных подземных электрических  сетей. 

3. Более равномерное  распределение нагрузки между  приводами при многодвигательном  приводе без применения Турбо-  и электромагнитных муфт. 

4. Допускает проведение  осмотров при ремонтно-профилак-тических работах на небольших скоростях вращения рабочих органов. 

5. Допускает послеремонтную  и послепрофилактическую обкатку оборудования на пониженной скорости, что существенно повышает его надежность и долговечность. 

6. Возможность выбора  необходимого скоростного режима, обеспечивающего снижение динамических  нагрузок и неэффективных потерь  времени (например, снижение скорости  при развороте струговой каретки  агрегата и повышение скорости  в зоне холостого перегона). 

7. Допускает режим  работы, согласованный с ресурсом  оборудования, и др. 

Наряду с электрическим  приводом в горных машинах широко применяется гидропривод. Его достоинства: простота получения практически  любого вида механического перемещения  с независимым расположением  выходных элементов, что упрощает компоновку, кинематику и конструкцию машины; малые масса и объем, приходящиеся на единицу передаваемой мощности, что обеспечивает повышение энерговооруженности  в заданных габаритах; возможность  бесступенчатого регулирования 

выходной скорости в широком диапазоне; возможность  создания низкооборотного высокомоментного привода, что позволяет исключить большегабаритные механические передачи из конструкции машины; надежное ограничение в заданных пределах величин нагрузок и простота защиты машины от экстренных перегрузок; хорошие динамические свойства и высокое быстродействие. 

К недостаткам гидропривода относятся: возможность загрязнения  и утечка рабочей жидкости, что  ухудшает характеристики гидропривода и уменьшает его надежность; высокие  требования к точности изготовления и в связи с этим возникает  от­носительная сложность монтажа  и ремонта в условиях горного  производства; взрыво- и пожароопасность в случае применения рабочих жидкостей с горючими свойствами. 

Основой гидропривода является гидропередача, вид которой  определяет вид гидропривода [10]!. 

Гидропередача состоит  из насоса, гидродвигателя (турбины) и соединительной магистральной линии. По энергетическому признаку гидропередачи разделяются на объемные и гидродинамические. 

Объемный гидропривод  вращательного действия получил  распространение в гидравлических механизмах подачи очистных и проходческих комбайнов, предохранительных лебедках, насосных установках для мощных скребковых конвейеров, струговых установках и  др. [11]. 

К гидродинамическим  передачам относятся гидромуфты. Основными их достоинствами являются: относительная простота конструктивного  исполнения, бесшумность работы, отсутствие жесткой связи между ведущим и ведомым валами, что облегчает запуск двигателей и способствует сглаживанию пиковых нагрузок и крутильных колебаний в приводе. Применение гидромуфт позволяет повысить надежность и экономичность горных машин, режимы работы которых характеризуются тяжелыми условиями запуска и резкими колебаниями нагрузки. 

Пневматический привод используется в очистных комбайнах, работающих на тонких крутых пластах, где применение электродвигателей  запрещено по условиям безопасности (например, в комбайне А-70П использован  пневмодвигатель 8ШК40М мощностью 35 кВт), в механизированном инструменте  и в машинах ударного действия. 

Пневмопривод состоит из компрессора, магистрального и раздаточных воздуховодов, устройств управления и пневмодви-гателей. 

Пневмопривод на базе шестеренных пневмодвигателей легко переносит перегрузки. 

Для горных машин  ГОСТ 10736—71 предусматривается применение косозубых и шевронных пневмодвигателей с диапазоном мощностей 2—55 кВт. 

Основы расчета  параметров гидро- и пневмопривода изложены в курсе «Гидравлика и гидропривод горных машин» [10]. 

В механических передачах  трансмиссий широко используются простые  и планетарные зубчатые передачи. В ряде случаев применяются цепные передачи. 

Общая структура  и схема привода определяются прежде всего функциональным назначением машины или рабочего органа. 

В горных машинах  используются: групповой привод, когда  все рабочие органы приводятся от одного привода с разветвленной  трансмиссией (подавляющее большинство  выемочных комбайнов для пластов  малой и средней мощности);