Расчёт и моделирование нагрузок карьерного экскаватора

Содержание диплома 1. Введение Глава 1.Технические характеристики экскаватора ЭКГ-8И Глава 2 Расчёт параметров механизмов подъёма и напора Глава 3. Синтез системы управления. 3.1 Синтез двухконтурной СУ при игнорировании упругой связи. 3.2 Синтез двухконтурной СУ с упругой связью и линейной ОС по упругой нагрузке.

3.3 Синтез двухконтурной СУ с упругой связью и нелинейной ОС по упругой нагрузке. Глава 4. Моделирование нагрузок. Глава 5. Фильтры. Глава 6. БЖД Глава 7. Технико- экономический расчёт. Введение Моя дипломная работа направлена на повышение эффективности процесса добычи полезных ископаемых. На отечественных карьерах широко применяются экскаваторы типа

ЭКГ, большая часть которых эксплуатируется в течении 10-20 лет. На них применяется система Г-Д обладающая рядом достоинств: -способность устойчиво работать в условиях слабых карьерных сетей. -высокий коэффициент мощности cos  -относительно простая по структуре схема управления скоростью двигателей. Недостатки существующих схем управления главными приводами ( подъёма, напора, поворота) в основном связаны с применением устаревшей схемы управления, выполненной

на суммирующих магнитных усилителях. Эти недостатки проявляются в следующем: -не плавность регулирования скорости двигателей (из-за дискретности задающих воздействий). -значительные динамические нагрузки, особенно проявляющиеся в скальных забоях. -относительно низкое быстродействие магнитных усилителей -недоиспользование возможностей системы Г-Д по гашению колебаний в главных механизмах. Основная причина недостатков происходит от того, что главные механизмы являются двухмассовыми механическими

системами с нежёсткой кинематикой, которые дополняются ещё рядом ёмкостей электромагнитной энергии. На работу электромеханических систем в целом неблагоприятно влияют наличие ряда больших постоянных времени, нерациональная электромеханическая связь, неоптимальный наклон рабочего участка механических характеристик, неэффективное устройство ограничение тока. Всё это приводит к появлению различных упругих , иногда и знакопеременных, колебаний нагрузок и скорости.

Производительность и надёжность экскаватора, работающего в тяжёлом забое, в основном определяется свойствами подъёмно- напорного механизма. Поэтому моя дипломная работа посвящена исследованию режимов нагружения этих механизмов и способу и средств такого распределения нагрузок в этих механизмах, при которых можно уменьшить перегрузки без ущерба для производительности. Проверка теоретических разработок в моей работе выполняется на примере экскаватора

ЭКГ- 8И. Наиболее часто применяемом на карьерах. Поэтому в 1-ой и 2-ой главах приведены технические характеристики этого экскаватора и расчёт параметров механизмов подъёма и напора. Обычно синтез систем управления механизмов подъёма и напора выполняется без учёта упругой связи. При этом получаются простые регуляторы (пропорциональный UГ и пропорционально-интегральный регулятор тока).

Но , регуляторы, рассмотренные по такой методике, как раз и приводят к высоким динамическим перегрузкам. На кафедре ЭА проф. Кибизовым и доц.Годжиевым были разработаны варианты построение СУ с учётом упругой связи: с линейной и нелинейной обратной связью на упругой нагрузке. В третьей главе моей работы выполнен синтез трёх вариантов. Проверку свойств трёх вариантов удобно выполнить на электронной модели (МОДО-

С или Maple). Соответствующие модели и анализ результатов приведены в главе 4. Как проверить результаты полученные в главе 4 ? наилучший способ – проверить на действующем экскаваторе работающем в реальном забое. Желательно проверку выполнить на модели, но тогда возникает задача создания модели адекватного нагружения механизмов экскаватора. В главе 5 предпринята соответствующая попытка. В главе 6 рассмотрен анализ возможных вариантов защиты

машиниста экскаватора от вибрации, возникающей при работе экскаватора. В главе 7 дана оценка предложенных решений. Глава 1.Технические характеристики экскаватора ЭКГ-8И Ёмкость ковша VКОВ= 8м3 Длина стрелы LC = 13.35 м Длина рукояти LР = 11,43 м Продолжительность цикла в забое средней эскавируемости при повороте на 90о tЦ = 28 с Масса рукояти Масса ковша Масса рабочего оборудования ( ковша с рукоятью) mРО = 25800 кг.

Масса поворотной платформы Масса экскаватора Среднее значение радиуса инерции платформы Номинальная скорость подъёма VП.Н = 0,94 м/с Номинальная скорость напора VН.Н. = 0,46 м/с Технические данные электромашинного преобразовательного агрегата Тип приводного синхронного двигателя СДЭУМ-14-29-6У2 Номинальное напряжение UСД.Н = 6000/3300 В. Ротор имеет короткозамкнутую пусковую обмотку, в схеме предусмотрен

автоматический ввод в синхронизм. Кроме СД, электромашинный агрегат содержит три генератора постоянного тока, причём один из них работает только на двигатели подъёмного механизма, а два других ( напорного и поворотного) переключаются на двигатели хода. Далее будут применяться следующие индексы переменных: - в приводе подъёма «п» - в приводе напора «н» - в приводе поворота «в» если надо будет отметить переключение генераторов на привод хода, то индексы будут «н-х», «в-х».

Технические параметры генераторов № Привод П Н-Х В-Х 1 Тип генератора ПЭМ-151-8К ПЭМ-2000М ПЭМ-141-4К 2 Ном.мощность генератора 500 115 250 3 Ном.скорость вращения, 1000 1000 1000 4 Ном.напряжение якоря, 560 330 630 5 Ном.ток якоря 895 348 397 6 Ном. КПД 0,932 0,92 0,925 7

Ном.напряжение возбудителя 2 38,5 2 31 2 30,5 8 Ном.ток возбудителя 29 19,3 12,9 Число пар полюсов 10 Число витков обмотки якоря на полюс 11 Соединение обмоток якоря 6 1 2+12 Магнитный поток полюса 0,0578 0,0546 0,13 Число витков обмотки возбуждения на полюс 360 Сопротивление обмоток генератора при 20о С Якоря RЯГ ,

Ом 0,0075 0,0112 0,0355 Добавочных полюсов RДПГ , Ом 0,00153 0,00385 0,0054 Компенсационной об-ки RКОГ , Ом 0,00516 - 0,0139 Обмотки возбуждения RОВГ , Ом 2x0,96 2x1,3 2x1,95 Технические параметры двигателей Привод Подъём Н/х В/х Тип двигателя 2xДЭ-816 Номинальная мощность 2 190

Номинальная скорость 720 Номинальное напряжение 2 300 Число пар полюсов 2 2 2 Сопрот-ие обмотки якоря 2 0,0055 Сопрот-ие доб. плюсов 0,0032 Характеристики электроприводов экскаватора типа ЭКГ-8И Электромеханическая система (ЭМС) напора экскаватора типа ЭКГ-8И Cкорость напора VН.Н. = 0,46 м/с Диаметр напорного барабана dб = 1200 мм

Передаточное число редуктора JРЕД = 82 В приводе напора используется генератор ПЭМ 2000М со следующими параметрами: Номинальная мощность РГ.Н. = 115 кВт Номинальное напряжение UГ.Н. = 330В Номинальный ток якоря IГ.Н. = 348 А Номинальная скорость вращения NНОМ.Г. = 1000 об/мин Число пар полюсов 2р = 4 Число параллельных ветвей обмотки якоря 2а = 4 + 4

Сопротивление обмотки якоря при температуре 20о С RЯ = 0,0112 Ом Сопротивление дополнительных полюсов температуре 20о С RДП = 0,00385 Ом Число витков обмотки возбуждения на полюс NВ = 280 Номинальное напряжение возбуждения UВ.Н. = 31 В Номинальный ток обмотки возбуждения IВ.Н = 19,3 А

Сопротивление якорной цепи генератора приведённое к температуре 75о С RЯ = Ом Индуктивность якорной цепи LЯГ = Гн Постоянная времени якорной цепи с, В приводе напора используется двигатель ДЭ-812 со следующими параметрами: Номинальная мощность РДН = 100 кВт Номинальное напряжение UДН = 305 В Номинальный ток якорной цепи IНД = 360

А Номинальная скорость вращения NДН = 750 об/мин Номинальный ток обмотки возбуждения IВН = 17,2 А Число пар полюсов 2р = 4 Сопротивление обмотки якоря при температуре 20о С RЯ = 0,014 Ом Сопротивление дополнительных полюсов температуре 20о С RДП = 0,009 Ом Сопротивление обмотки возбуждения при температуре 20о С RВ = 4,76 Ом Момент инерции двигателя JД = 7 кг м2

Сопротивление якорной цепи двигателя приведённое к температуре 75оС RЯД = Ом Индуктивность якорной цепи LЯГ = Гн Постоянная времени якорной цепи с, Постоянная двигателя СД = В с Электромеханическая система (ЭМС) подъёма экскаватора типа ЭКГ-8И Скорость подъёма VП.Н = 0,94 м/с Диаметр подъёмного барабана dб = 1200 мм Передаточное число редуктора JРЕД = 24,84 Время цикла 26 с.

В приводе подъёма используется генератор ПЭМ-151 со следующими параметрами: Номинальная мощность РГП = 500 кВт Номинальное напряжение UГП = 560 В Номинальный ток якорной цепи IГП= 895 А Номинальная скорость вращения NГП = 1000 об/мин Число пар полюсов 2р = 6 Сопротивление обмотки якоря при температуре 20о С RЯ = 0,0075

Ом Сопротивление дополнительных полюсов температуре 20о С RДП = 0,00153 Ом Сопротивление компенсационной обмотки при температуре 20о С RКО = 0,00156 Ом Число витков обмотки возбуждения на полюс NВ = 220