К исследованию эксплуатационных режимов конвейеров

УДК 622. 64:622.341.1

К  ИССЛЕДОВАНИЮ  ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ  РЕЖИМОВ
РАБОТЫ  КОНВЕЙЕРОВ


Гольберт А.Е. (г. Донецк, Украина)

Кратко изложены отдельные предложения по выработке программы перспективных исследований, направленных на совершенствование эксплуатационных режимов работы конвейерного транспорта.

Введение

Рождение новой техники не подчинено теории эволюции. В то же время для понимания тенденции развития в мире машин может быть полезной систематизация во всех его областях в направлениях от естественного к искусственному, от простого к сложному и т.д. Причем движение от простого к сложному на каждой ступени развития может быть оправдано временем только тогда, когда это движение есть путь совершенствования, работа, направленная к идеальной гипотетической конечной цели. В идеале при развитии техники, от предшествующего аналога к очередному экземпляру, каждый новый образец должен только приращивать некоторые преимущества, имеющие отношение к реализации основной функции, но не утрачивать при этом другие ему присущие, полезные качества. Безусловно, конвейеры и вспомогательное оборудование как технические системы еще будут переживать этапы дальнейшего совершенствования и динамизации своей структуры. Это, как и новые технологии производства, которые обслуживают рассматриваемые транспортные установки, будет перманентно влиять на эксплуатационные режимы их работы. Стало быть, смысл всей проделанной работы может рассматриваться только в этом контексте, т.е. как очередной шаг в направлении эволюции транспортных средств непрерывного действия. И это – целесообразная логическая направленность, но ее проблемы решаются и через изобретательские задачи. Обозначенному подходу подчиним наше обобщенное краткое рассмотрение эксплуатационных режимов конвейеров, качественное различие которых зададим лишь противоположными знаками значений сопротивлений движению их тяговых органов.

Рассмотрение эксплуатационных режимов конвейеров

Итак, считаем, что наклонный конвейер, работающий в тормозном (самодействующем) режиме, следует рассматривать как так называемый первичный. Конвейерные установки, расположенные с углами наклона, обеспечивающими двигательный режим их работы, теоретически можно представить производными от него. Таким образом, все наклонные конвейеры могут быть представлены как самодействующие либо реверсивные самодействующие; горизонтально расположенные установки при таком подходе следует представить как вырожденные самодействующие*.
Действительно, самодействующий конвейер – есть простейший, так как предусматривает перемещение груза под действием его веса и теоретически может существовать без привода. Такой самодействующий конвейер без двигателя подробно исследовался нами [1-3]. Он обладает рядом выгодных, с точки зрения эксплуатации, свойств. Так, прежде всего, он является автоматическим регулятором прямого действия, который регулирует скорость движения своего тягового органа в зависимости от величины поступающего на него грузопотока. Масса груза, находящегося на грузонесущем органе, и, следовательно, момент сопротивления такого конвейера как производственного механизма при этом стремятся к постоянной величине.
Для получения на практике регулирования близкого к оптимальному самодействующую конвейерную установку следует оснастить специальным электроприводом. Он должен обеспечивать в период, последующий за разгоном тягового органа, приложение к нему тормозного усилия постоянной величины во всем диапазоне предполагаемой скорости [4-6]. Более того, на практике может быть целесообразным создание унифицированного многоступенчатого привода. Или даже иметь один привод, позволяющий получать несколько постоянных величин тормозных моментов и соответствующих им усредненных значений погонной массы груза и уровней регулирования скорости на одной самодействующей установке. Действительно, применение описанного привода позволит реализовать условие рационального регулирования скорости тягового органа реального самодействующего конвейера в зависимости от его производительности, что на практике существенно повысит ресурс всех подвижных элементов конвейера, сократит потребление им электроэнергии, уменьшит пыле-образование и уровень шума.

Между тем нами был разработан новый способ регулирования работы подбункерного самодействующего конвейера. В соответствии с этим способом такой конвейер работает синхронно с питателем, загружающим его, и, более того, сам служит датчиком, регулирующим работу этого загрузочного устройства, т.е. собственную загрузку. Особенности работы и регулирования этой системы, включающей, кроме самодействующего конвейера, относительно небольшой бункер и загрузочное устройство, приведем в общих чертах.
Итак, автоматический конвейерный агрегат состоит из относительно небольшого бункера, загрузочного устройства (ЗУ) и подбункерного самодействующего конвейера. Этот конвейер оснащен двигателем, обеспечивающим двигательный режим работы и тормозной момент постоянной величины. ЗУ (питатель), расположенный между бункером и конвейером, связан с последним посредством механической, электрической или др. связи, которая обеспечивает синхронность работы (кратность скоростей) ЗУ и конвейера. Таким образом, имеем работу единого агрегата. Питатель настроен так, что при наличии груза в бункере, ЗУ обеспечивает погонную массу груза наклонного самодействующего конвейера несколько большую той, которая необходима для равномерного хода его (конвейера) тягового органа. Таким образом, при наличии даже минимального уровня сыпучего груза в бункере осуществляется разгон тягового органа конвейера. С ростом его скорости увеличивается и производительность ЗУ, так как конвейер и питатель связаны.  Наступает момент, когда груз совсем не задерживается в бункере, там нет даже минимального его уровня (весь идет «на проход»). Это состояние динамического равновесия, когда погонная нагрузка будет в идеале постоянной (на практике ее значение будет колебаться около значений так называемой «действующей погонной нагрузки»). Теперь скорость тягового органа конвейера будет увеличиваться – уменьшаться вслед за соответствующим изменением (ростом – сокращением) грузопотока, а погонная нагрузка будет – в идеале должна – оставаться постоянной. Динамика роста грузопотока может превышать «мгновенные возможности саморегулирования конвейера», тогда в бункере вновь появится и повысится уровень сыпучего груза. Проектом задается емкость (вместимость) бункера. Ускорения и замедления возникают соответственно при росте и снижении уровня грузопотока. При этом такой самодействующий конвейер «стремится» к состоянию, при котором масса груза на тяговом органе (она определяется расчетом) постоянна. Такова природа самодействующей установки. Теоретическая часть предыдущей исследовательской работы дала нам возможность утверждать это.
Описанный агрегат, как и сам самодействующий конвейер, является автоматическим регулятором прямого действия. От использования предложенного технического решения «Автоматический конвейерный агрегат и способ его регулирования» можно ждать хороших результатов при транспортировании больших объемов полезного ископаемого нагорных месторождений, а также при отработке бремсберговых полей шахт.
Таким образом, анализ только перечисленных свойств (преимуществ), проявляющихся при эксплуатации первичной (самодействующей) конвейерной установки, подводит, на наш взгляд, к мысли о возможности их искусственного воспроизводства на уровне большей общности – конвейерном транспорте в целом. И прежде всего, это использование регулируемых приводов конвейеров, позволяющих изменять скорость движения их тяговых органов в зависимости от величин грузопотоков [7]**.
Технология горного производства обусловливает периодический или даже случайный характер загрузки конвейеров в течение рабочего времени. И этот аспект не следует игнорировать при проектировании конвейерной установки в целом и при выборе электропривода к ней в частности [7]. Отечественные конвейеры, оснащенные асинхронными двигателями, имеют низкие, по сравнению с западными аналогами эксплуатационные и экономические показатели. И одна из главных причин этого отставания, с нашей точки зрения, – неправильный выбор электропривода. Выбор электропривода во многом определяет первоначальные и эксплуатационные расходы, отражается на надежности и безопасности конвейерной установки в целом.
Действительно, имеется противоречие между принятой методикой выбора привода конвейеров и концепцией соответствия механических характеристик производственного механизма и электродвигателя в теории электропривода. Фактически выбирают не привод, а мощность, скорость и тип асинхронного двигателя. Это положение можно объяснить отсутствием простой и научно обоснованной зависимости скорости тягового органа конвейера от его момента сопротивления (механической характеристики), с одной стороны, и повсеместным использованием асинхронного двигателя как наиболее простого – с другой. Проектирование и использование регулируемого (не только при разгоне, но и при эксплуатации) электропривода конвейера должно получить в перспективе приоритетное развитие ввиду его экономической целесообразности [7, 8].
Итак, применение схем автоматического регулирования скорости в зависимости от производительности актуально. При выборе электропривода необходимо принять к сведению возможности различных электродвигателей переменного и постоянного тока. Известно, что последние имеют практически неограниченный диапазон регулируемости. При рассмотрении возможности использования асинхронных двигателей переменного тока необходимо учесть различные схемы параметрического регулирования. Некоторое внимание, с нашей точки зрения, следует обратить на асинхронный привод, питающийся от специального источника тока, являющегося, по существу, источником момента. Кроме того, большой интерес представляет исследование возможности использования электрических машин двойного питания, а также асинхронных электромагнитных муфт.
Целесообразным развитием идеи регулирования скорости тягового органа было бы оптимальное регулирование работы конвейера в целом [9-11]. Так, полезно в этой связи исследование на предмет создания единого агрегата, включающего подбункерный конвейер и работающее синхронно с ним загрузочное устройство с относительно малым бункером. Применение такого агрегата могло бы обеспечить постоянную распределенную массу груза в районе загрузки, а значит, и на грузонесущем полотне конвейера в целом. Заметим, что потребность в описанном регулировании конвейерного агрегата должна обусловить создание промышленных  приводов с автоматическими регуляторами (контроллерами), изучение динамических и других свойств которых потребует дополнительных исследований.
          Между тем возможность регулирования натяжения тягового органа конвейера во время его эксплуатации, пуска и останова, наряду с регулированием скорости, представляется целесообразной. 
          В то же время, вероятно, предложенный выше подход к выбору главных электроприводов позволит исключить регулирование натяжения тяговых органов конвейеров в процессе их эксплуатации. Так, сегодня, располагая специальной промышленной вычислительной техникой (компьютерная система управления: микропроцессоры, контроллеры и др.), соответствующим программным обеспечением (его разработка - задача весьма непростая), и оснастив конвейера и бункера датчиками (конвейерными весами, датчиками скорости, уровня и др.), можно реализовать в режиме реального времени описанное выше регулирование скорости тягового органа.   

Выводы

         Вышеизложенные предложения могут представлять интерес при выработке программы перспективных исследований, направленных на совершенствование эксплуатационных режимов работы конвейерного транспорта.


* Прим. автора: Другими словами, любой конвейер – конвейер самодействующий. Что на практике дает такой подход? Нами разработана методика расчета самодействующего конвейера. Если все конвейеры – самодействующие, то она (методика) применима для расчета всех (всяких) конвейеров.

** Прим. автора: Рассмотрение проблемы регулирования скорости ленты конвейера в зависимости от величины грузопотока не является новым, работы в этом направлении велись, начиная с 60-х годов прошлого века. Для оптимизации режима работы ленточных конвейеров последние десятилетия также рекомендовалось регулировать скорость ленты. Так, доведя степень наполнения лотка до значения, близкого к максимальному, по данным  Ханса – Георга  Марквардта, можно сэкономить до 30 % электроэнергии, затрачиваемой на транспортирование. Инженер и официальный присяжный эксперт Германии по транспортным устройствам непрерывного действия  Ханс Лаухофф в своей статье в журнале «Глюкауфф» № 142 (№ 1-2 за 2006 г.) опровергает эту точку зрения. По его мнению, регулированием скорости ленты горизонтального конвейера при заполнении его лотка на 60-100 % нельзя достичь энергосбережения  и да-же снижения эксплуатационных затрат. Наше отношение к результатам работы Ханса Лаухоф-фа скептическое. В то же время, даже если они (результаты) и являются достаточно корректными, как видно из приведенных значений, имеют ограниченную область применимости. Док-тор технических наук Монастырский В.Ф. с коллегами получил следующие результаты. При регулировании скорости ленты в случае уменьшения производительности конвейера в два раза потребляемая мощность уменьшается примерно на 26 %. Регулирование скорости ленты конвейера в случае изменения его производительности позволит снизить энергозатраты привода конвейера в среднем на 30 % за счет уменьшения механических сопротивлений в узлах «тары». (В.Ф. Монастырский, В.Ю. Максютенко, Р.В. Кирия.  Эффективность работы ленточных конвейеров на горных  предприятиях // ИГТМ  НАН  Украины – 2010).


Список использованных источников

1. Гольберт, А.Е. Анализ работы самодействующего ленточного конвейера с применением рабочего торможения // Разработка месторождений полезных ископаемых / Республиканский межведомственный научно-технический сборник, Выпуск 88. Киев «Тэхника» – 1991 – С. 69-73.
2. Гольберт, А.Е. Действующая погонная нагрузка самодействующего конвейера. – М., 1990. №5151 – 15 с. Деп. в ОАО «ЦНИИЭИуголь» 19.06.90.
3. Гольберт, А.Е. Электрические устройства рабочего торможения самодействующего ленточного конвейера. – М., 1990. – 19 с. Деп. в ЦНИЭИуголь 19.06.90. № 5152.
4. Пат. 2061636 Российской Федерации, МКИ B65G15/00 Способ автоматического регулирования скорости тягового органа самодействующего конвейера // Гольберт А. Е.
5. Гольберт, А.Е. Способ автоматического регулирования скорости движения тягового органа конвейера / А.Е. Гольберт // Уголь. – 1997. – № 5.
6. Гольберт, А.Е. К проблеме оптимизации эксплуатационных параметров наклонных ленточных конвейеров / А.Е. Гольберт // Уголь Украины. – 1992. – № 9.
7. Гольберт, А.Е. Перспективное направление развития эксплуатационных возможностей ленточных конвейеров / А.Е. Гольберт // Уголь Украины. – 1994. – № 11.
8. Гольберт, А.Е. О выборе электропривода к конвейеру в горной промышленности / А.Е. Гольберт // Уголь Украины. – 1995. – № 7.
9. Гольберт, А.Е. Новый способ автоматического регулирования режима работы конвейера / А.Е. Гольберт // Уголь Украины. – 1999. – № 3.
10. Гольберт, А.Е.  К перспективной концепции эксплуатационных режимов конвейеров / А.Е. Гольберт // Уголь Украины. – 2001. – № 6.
11. Гольберт, А.Е. О направлении исследований эксплуатационных режимов конвейеров / А.Е. Гольберт // Уголь. – 2003. – № 5.
12. Гольберт,  А.Е.  К исследованию эксплуатационных режимов работы конверов / А.Е. Гольберт //Изобретатели – машиностроению – 2012. – №3 
13. Пат. 2010760  Российской Федерации, МКИ B65G43/04 Устройство для управления электроприводом ленточного конвейера
// Гольберт  А. Е.

_________________
Эта работа с некоторыми изменениями и сокращениями вышла в Республике Беларусь , в журнале  ГОРНАЯ МЕХАНИКА И МАШИНОСТРОЕНИЕ № 4, 2012, 96-100
УДК 622.64:622.341.1
К ИССЛЕДОВАНИЮ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ КОНВЕЙЕРОВ
Гольберт А.Е. (г. Донецк, Украина)
Кратко изложены отдельные предложения по выработке программы перспективных исследований, направленных на совершенствование эксплуатационных режимов работы конвейерного транспорта.
MINE MECHANICAL ENGINEERING AND MACHINE-BUILDING, № 4 2012
Golbert A.E.
Concerning conveyers operating conditions
Briefly reviewed separate offers on working out advanced studies program. These studies deal with improvement of conveyers operating.
_________________
В Казахстане вышла статья: Гольберт А.Е. "ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ КОНВЕЙЕРОВ", Горный журнал Казахстана.— 2012.— №5.— С.39-42.
_________________
Національна бібліотека України імені В. І. Вернадського.
Гольберт, А.Е. Рекомендации по исследованию эксплуатационных режимов работы конвейеров, №8 за 2013 г., российский журнал "МЕХАНИЗАЦИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА".
УДК
622.64:622.341.1
Рубрики: Машини, механізми, обладнання--конвеєри--Україна, XXI cт.:
САМОДІЮЧИЙ КОНВЕЄР -- ПОГОННА МАСА ВАНТАЖУ -- ШВИДКІСТЬ ТЯГОВОГО ОРГАНУ -- АВТОМАТИЧНИЙ РЕГУЛЯТОР ПРЯМОЇ ДІЇ -- ЕЛЕКТРОПРИВОД -- БУНКЕР -- ЗАВАНТАЖУЮЧИЙ ПРИСТРІЙ -- КОНВЕЄРНИЙ АГРЕГАТ -- СПОЖИВАННЯ ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ -- ТОРМОЗНИЙ РЕЖИМ -- ПЕРВИННА КОНВЕЄРНА УСТАНОВКА -- БЮЛ 2014_8
Аннотация: Коротко викладено окремі пропозиції щодо розробки програми перспективних досліджень, направлених на удосконалення експлуатаційних режимів роботи конвеєрного транспорту (Україна).