Перспективное направление развития...

УДК 622.647.2

А. Е. Гольберт, горный инженер-электромеханик
(ШПСУ №3 треста «Донецкшахтопроходка»)

Перспективное направление развития эксплуатационных возможностей ленточных конвейеров*

       Технология горного производства обуславливает случайный характер загрузки ленточных конвейеров. Серийные конвейерные установки, оснащенные традиционными асинхронными приводами и натяжными станциями, имеют низкие эксплуатационные и экономические показатели. Основным недостатком таких агрегатов является отсутствие регулирования скорости и натяжения тягового органа в зависимости от колебаний грузопотока, что ведет к преждевременному износу всех подвижных элементов конвейера и высокому расходу электроэнергии. Для повышения эксплуатационных возможностей ленточных конвейеров, по нашему мнению, следует оптимизировать скорость и натяжение ленты во время работы установки.
       Рассмотрим эксплуатационные режимы ленточных конвейеров через целевую функцию, которой является масса перемещенного груза за некоторый промежуток времени. Такой подход представляется достаточно универсальным, имеющим высокую степень общности для различных типов конвейеров и условий.
На практике измерение массы перемещенного груза, или непрерывное суммирующее взвешивание, может осуществляться с помощью конвейерных весов, которые, кроме того, позволяют вести непрерывный автоматический контроль производительности установки. В общем виде масса груза М, перемещенного ленточным конвейером за время Т, будет
       
........Т.........Т
M = SQdt = Sqvdt,
........О.........О
где: S – знак интеграла;
       Q – мгновенная производительность конвейера, кг/с;
       q – масса груза на 1м ленты, кг;
       v – мгновенная скорость ленты, м/с;
       t – текущее значение времени.

Упрощенно массу груза, перемещенного конвейером с традиционным приводом, можно представить так:
.........Т
М = vSqdt.
.........О
Понятно, что за время Т независимо от производительности тяговым органом пройден путь, пропорциональный постоянной скорости. Переменная масса груза на 1м ленты указывает на непроизводительные затраты ресурсов для перемещения недогруженной или порожней ленты.
Регулирование скорости тягового органа, обеспечивающее постоянную, близкую к максимальной величину массы груза на ленте представляется целесообразным**. Масса груза, перемещенная конвейером за время Т, имеет вид:
.........Т
M = qSvdt.
.........О
Абсолютная реализация этого условия в случае даже непродолжительных перерывов в подаче груза приводит к остановкам тягового органа, которые являются причинами нежелательных механических ударов, повышенного времени пусковых токов и т.п. Более предпочтительным является режим, предусматривающий работу конвейера в периоды непродолжительного отсутствия груза с минимальной скоростью – в режиме ожидания.
         В соответствии с предложенным принципом происходит перемещение тягового органа наклонного конвейера, транспортирующего груз сверху вниз в самодействующем режиме /1,2/. Такой конвейер, движитель которого тяговый орган с грузом, является регулятором прямого действия. Применение устройств (приводов) рабочего торможения самодействующих конвейеров, создающих постоянный тормозной момент, позволяет увеличить область применения описанного регулирования скорости для наклонных установок /2/.
Электроприводы переменного тока, обеспечивающие ряд постоянных моментов и питающиеся от специальных источников тока, получили некоторое развитие /3/. Предлагаем исследовать возможность оснащения такими электроприводами ленточные установки, работающие в тормозных режимах. Предметом отдельного рассмотрения должны стать вопросы адаптации электроприводов со свойствами источника момента в рудничных условиях.

       Наряду с использованием нерегулируемых приводов в шахтном конвейерном транспорте широко представлены нерегулируемые натяжные станции. Эксплуатируемые автоматические стабилизирующие натяжные устройства инертны и малоэффективны. Совокупность этих обстоятельств обусловливает поддержание повышенных усилий натяжения ленты, что вместе с прочими отрицательными факторами ускоряет ее износ. В то же время серьезной проблемой остается предупреждение пробуксовки приводного барабана относительно ленты. В этой связи достаточно актуальна задача по созданию автоматических следящих систем натяжных станций на основе совершенного датчика, предупреждающего пробуксовку.
        Известно, что необходимое текущее значение натяжения тягового органа во время работы конвейера прежде всего определяется тяговым усилием  и, следовательно,  величиной загрузки  ленты.  Поэтому целесообразно регулирование, когда большей загрузке ленты соответствуют большие усилия натяжения,  и  наоборот. 
        Предлагается к рассмотрению датчик, непосредственно реагирующий на величину загрузки тягового органа и являющийся измерительной системой постоянно изменяющейся массы груза на ленте. Кроме того, датчик может использоваться для исследовательских и других целей.  В основе работы предложенной системы лежит оригинальный способ измерения, сущность которого заключается в следующем. Непрерывное измерение массы груза, находящегося на тяговом органе конвейера, осуществляется с помощью двух суммирующих конвейерных весов. Одни такие весы устанавливаются на ленточный конвейер в районе погрузки, а другие – в районе разгрузки. Для определения изменяющейся массы груза, находящегося на тяговом органе, необходимо непрерывно вычитать из общей массы груза, прошедшего весы на погрузке, общую массу груза, прошедшего весы на разгрузке. В результате, пренебрегая массой груза, постоянно находящегося на вторых весах, получим массу груза движущегося на ленте. Разумеется, она может изменяться во времени. Техническая реализация решения представляется несложной. Отметим, что первоначальный запуск такой системы необходимо осуществлять при порожней ленте.
Математически определить массу груза Мл, находящегося на ленте в момент Т, можно так:
..... ...Т........... .....Т ............Т
Мл = S qп v dt – S qв dt = S v (qп – qв) dt,
.........О............ ...О.......... .О
где qп и qв – массы груза, находящегося на 1м ленты суммирующих весов, находящихся соответственно на погрузке и разгрузке, в момент времени Т.

       Теоретически, сочетание двух описанных способов оптимизации не требуется. Действительно, описанное регулирование скорости предусматривает поддержание постоянной массы груза, что обусловливает постоянные тяговое усилие и усилие натяжения ленты.*** Однако на практике, как указано выше, имеют место перерывы в подаче сыпучего груза, когда временное снижение натяжения целесообразно. Таким образом, описанные технические решения могут своеобразно дополнять одно другое.
       Регулирование натяжения ленты в периоды пуска и останова конвейера в данной работе не рассматривалось. Однако отметим, что если повышение натяжения ленты при запуске конвейера получило некоторое распространение в эксплуатации, то аналогичное решение или другие способы предотвращения проскальзывания ленты в период торможения наклонных конвейеров исследованы не достаточно. В какой-то мере восполняется этот пробел в работе /4/.

Выводы. Исследование возможностей оптимизации скорости и натяжения тягового органа ленточного конвейера актуально. Для его осуществления и практической реализации в технических решениях есть научная база. Предложены отдельные концептуальные положения на предмет оптимизации скорости перемещения тягового органа в зависимости от колебаний грузопотока.
       Очевидно, необходимо исследовать возможность оснащения электроприводами со свойствами источника момента конвейеров, работающих в тормозных режимах.
       Предложен датчик, предупреждающий проскальзывание для следящей системы натяжного устройства конвейера.
       

       Литература

1. Гольберт А.Е. Действующая погонная нагрузка самодействующего конвейера. – М., 1990. – 15 с. Деп. в ЦНИИЭИугле 19.06.90. №5151.
2. Гольберт А.Е. К проблеме оптимизации эксплуатационных параметров наклонных ленточных конвейеров // Уголь Украины. – 1992. – № 9. – с. 49 – 51.
3. Волков И.В., Исаков В.Н. Электроприводы со стабилизированным током в силовых цепях. – Радио и связь, 1991. – 216 с.
4. Пат. 2010760 Российской Федерации, МКИ 5 В 65 G 43/04 Устройство для управления электроприводом ленточного конвейера. // Гольберт А. Е.

   _________________
       
* Работа дана с сокращениями. Впервые опубликована в журнале "Уголь Украины" № 11 за 1994г.

** и *** Задолго до наших исследований,  но  не  прибегая к принятой нами модели,  Г. И. Солод и  Р. Л. Папоян  пришли  к близким по смыслу  выводам и рекомендациям  (см. "Основные технические предпосылки автоматизации шахтных конвейеров с регулируемой скоростью"  Сб.  "Механизация и автоматизация рудничного транспорта",  1965,  №17, стр. 120 - 126.  Г. И. Солод,   Р. Л. Папоян). Приведем короткую, но весьма важную выдержку из статьи уважаемых авторов. "Таким образом, основным параметром для автоматического регулирования производительности конвейеров на транспортных линиях с неравномерными грузопотоками является скорость движения грузонесущего полотна при постоянной равномерной загрузке. Так как регулированием скорости обеспечивается равномерная загрузка грузонесущего полотна, то сопротивления на конвейере практически постоянны по величине. Следовательно, приводы автоматических конвейеров должны обеспечивать регулирование скорости движения грузонесущего полотна при постоянном моменте на приводном барабане, т. е. при постоянном натяжении тягового органа, независимо от диапазона регулирования скорости."