Состав и свойства систем управления транспортным и подъемно-транспортным оборудованием

Конвейеры. Общие сведения. Конвейеры широко применяются в различных отраслях промышленности для перемещения сыпучих и штучных грузов.
Для перемещения сыпучих грузов на агломерационных фабриках, в доменных цехах металлургических заводов, на тепловых станциях применяют ленточные конвейеры. Между барабанами 2 и 7 натяжной 1 и приводной 6 станций расположена гибкая лента 5. Барабан 2, ось которого может перемещаться в направляющих 12, под действием груза 13 создает предварительное натяжение ленты. Это натяжение обеспечивает передачу без проскальзывания тягового усилия от барабана приводной станции.
Чтобы исключить провисание верхней рабочей и нижней холостой ветвей ленты, вдоль трассы устанавливают поддерживающие ролики 11. Барабан приводной станции через редуктор 9 соединен с двигателем 10.
Для сглаживания возможных ударов в процессе пуска и торможения валы двигателя и редуктора соединяют упругой муфтой 9. Транспортируемый груз подается на ленту через загрузочную воронку 3 и выгружается плужком 4.
Длина ленточного конвейера может достигать 2... 3 км при скорости движения ленты 1,5...3 м/с и ширине ленты 2 м. Такой конвейер может обеспечивать производительность 700 т/ч.
Ленточные конвейеры применяют не только для транспортирования груза в горизонтальной плоскости. При перемещении с углом наклона более 20°, когда возможно осыпание груза, устанавливают ленточный скребковый конвейер.
Для перевозки людей используют разновидность конвейера — эскалатор. Несущий орган в эскалаторах — замкнутая цепь, охватывающая звездочки приводной и натяжной станций и снабженная ступенями.
Поточные линии машиностроительных и автомобильных заводов оборудованы подвесными конвейерами. Грузозахватывающие приспособления шарнирно присоединены к каткам, движущимся по монорельсу. Тяговое усилие каткам сообщается от двигателя цепью через звездочку приводной станции.
Разновидность подвесного конвейера — канатную дорогу — используют как транспортное средство для пассажирских и грузовых перевозок.
Роль монорельса в такой дороге выполняет канат, подвешенный на специальных опорах. Тяговое усилие от двигателя к грузонесущему приспособлению сообщается посредством дополнительного каната приводной и натяжной станций канатной дороги.
Часто производственный процесс обслуживает группа конвейеров, объединенных общим технологическим циклом в единую поточно-транспортную систему (ПТС), например процесс смесеобразования в металлургическом производстве. В ПТС конвейеры могут образовывать несколько параллельных (конвейеры 2 и 3, 6 я 7, 9 я 10) или последовательных (5, 4 и 1) цепей. При этом движение тянущих органов конвейеров должно быть строго согласованным, в противном случае может возникнуть нарушение технологического процесса, что приведет к снижению качества выпускаемой продукции. Чтобы избежать этого при пуске ПТС или ее остановке включение двигателей конвейеров должно производиться в определенной последовательности. Так, в схеме, представленной на рис., а, первым должен включаться двигатель Ml, а затем М4, М8, М2, МЗ, М5, М9, М10, Мб, М7. Остановка ПТС без образования завала и сохранения постоянного содержания компонентов обеспечивается, если двигатели будут отключаться в последовательности МЗ, М5, М2, М4, М9, М10, М8, Мб, М7 и Ml.
Конвейеры в зависимости от их назначения и области применения могут эксплуатироваться в разнообразных условиях, в том числе крайне неблагоприятных: на открытом воздухе, на высоте над уровнем моря, превышающей 1000 м (ленточные конвейеры горнодобывающих предприятий, высокогорные канатные дороги), а также в помещениях, содержащих пары активных веществ и характеризующихся повышенной влажностью, загрязненностью, высокой температурой окружающей среды (красильные и сушильные линии, термические цехи).
Это определяет необходимость использования для данной группы механизмов электрооборудования, по типу и исполнению удовлетворяющего перечисленным условиям. К нему предъявляются жесткие требования по безопасности и простоте обслуживания, надежности работы. Это в первую очередь относится к приводным двигателям, которые, как правило, должны иметь закрытое исполнение и обладать повышенным пусковым моментом.
Режим работы приводных двигателей конвейеров — продолжительный с редкими пусками и остановками при диапазоне регулирования скорости, не превышающем 1:2, 1:3.
Статические и динамические нагрузки приводов конвейера. Основной фактор, определяющий статическую нагрузку конвейера, — сила трения, действующая между тянущим элементом (лента, цепь и др.) и поддерживающим устройством (ролики, монорельс, канат и др.).
Силы трения возникают в подшипниках вращающих элементов, местах контакта роликов и катков с опорой, тяговом элементе при его изгибах. Вследствие значительной протяженности конвейера и большого количества движущихся элементов эти силы составляют значительную часть суммарной статической нагрузки, а для горизонтальных конвейеров определяют всю статическую нагрузку привода.
Статическая нагрузка конвейера в значительной степени зависит от конструкции и массы тягового органа (масса определяется передаваемым усилием). Поэтому мощность двигателя в процессе проектирования конвейера выбирают с учетом статической нагрузки конвейера.
Для тяжелых конвейеров динамическое усилие из-за большой массы поступательно движущихся элементов может оказаться значительным и существенно превысить силу статического сопротивления. При этом слагаемое, вызванное массой поступательно движущихся элементов, может составлять 90 % и более результирующего динамического усилия. Пуски конвейера с длительным режимом работы осуществляются редко и, как правило, вхолостую.
Силы трения покоя существенно больше, чем силы трения при движении конвейера, поэтому для конвейерных установок характерны повышенные моменты трогания, которые у наружных установок дополнительно возрастают в зимнее время. Это учитывают, выбирая приводной двигатель с повышенным пусковым моментом, обеспечивающим надежный пуск конвейера при возможном снижении напряжения питающей сети.
Для общего случая конвейерной трассы со сложной конфигурацией определить заранее однозначно оптимальное месторасположение привода не удается. Поэтому рассматривают несколько вариантов расположения приводной станции.
При выборе исходят из следующих условий. Привод должен устанавливаться в конце рабочего участка, что позволяет разгрузить последующую холостую ветвь конвейера от больших натяжений рабочего участка. Если в конвейере имеется несколько рабочих участков, то для рассмотрения выбирают наиболее тяжелый, на котором происходит максимальное нарастание натяжения, а также участок, предшествующий самой длинной холостой ветви.
Располагая привод в конце самого тяжелого участка, можно существенно уменьшить максимальные натяжения на последующих рабочих участках. Размещение привода перед самой длинной холостой ветвью позволяет снизить среднее по трассе натяжение. Для конвейеров, работающих на спуск грузов при тормозном режиме работы привода, последний устанавливается в начале рабочего участка по ходу тягового элемента.
Для конвейерных линий значительной протяженности и с большим числом тяжелых рабочих участков может оказаться, что даже оптимальное расположение приводной станции на трассе не обеспечивает снижения максимального натяжения до допустимого уровня. В таком случае конвейер односекционного исполнения заменяют многосекционным конвейером или на тяговом элементе устанавливают несколько приводных станций. Поэтому при необходимости уточнить места расположения приводов следует выполнить расчет диаграммы натяжений с учетом сопротивлений на участках изгиба. Решение рассмотренной задачи часто корректируется по конструктивным соображениям.
По производственным условиям размещения конвейерной линии не всегда удается расположить приводы в местах, определенных расчетом. Расположение приводов в середине участков требует установки дополнительных звездочек. Поэтому обычно места расположения приводных станций заранее определяют по производственно-конструктивным соображениям и, как правило, увязывают с предусмотренными на трассе поворотными звездочками. Расчет диаграммы натяжения при этом носит поверочный характер для определения максимального натяжения и выбора необходимого типа тягового элемента.
Особенности статики и динамики электропривода конвейеров. Механическая часть конвейеров представляет собой систему с распределенными по длине конвейера параметрами: массой перемещаемого груза, массой и упругостью тягового органа, усилием статического сопротивления. Наличие упругих механических связей способствует возникновению колебаний, которые при неблагоприятных условиях существенно увеличивают динамические нагрузки рабочего оборудования.
Движение системы с распределенными параметрами описывается дифференциальными уравнениями в частных производных, решение которых в общем виде математически трудно. Однако для рассмотрения физических процессов, возникающих в пусковых режимах конвейеров, реальная механическая система может быть представлена упрощенной динамической моделью, в которой распределенные массы, упругости и силы заменены эквивалентными сосредоточенными.
Колебательный характер процесса пуска обусловливает динамические перегрузки тягового элемента. Возникшие при пуске колебания демпфируются за счет вязкого трения во всей подвижной части привода и главным образом внутри тягового элемента.
В конце процесса пуска, когда работа двигателя соответствует жесткой механической характеристике, колебания эффективно демпфируются самим приводом.
Наиболее тяжелый режим колебаний возникает при пуске ленточных конвейеров длиной в несколько тысяч метров, используемых на открытых разработках полезных ископаемых. При пуске таких конвейеров учитывают скорость распространения упругих колебаний вдоль тягового элемента. Если время пуска двигателя меньше времени распространения упругой волны от приводного элемента до натяжного, двигатель успевает приобрести полную рабочую скорость, а хвостовой конец тягового элемента остается еще неподвижным. Это означает, что когда упругая волна дойдет до конца конвейера, к его хвостовым элементам прикладывается импульс полной рабочей скорости. Происходит упругий удар, подобный рывку при выборе слабины каната приводом подъема крана. Упругая волна, отражаясь, возвращается к приводному элементу. Для того чтобы ослабить упругий удар и уменьшить распространяющийся импульс скорости, в таких конвейерных линиях используют пуск на предварительную пониженную скорость и уже с этой скорости выполняют пуск на полную рабочую скорость.
Другим видом эластичной связи в механической части привода является гибкая подвеска транспортируемого груза. При пуске подвесного конвейера возникает проблема устранения или уменьшения до допустимой нормы раскачивания груза. График изменения ускорения массы груза в процессе пуска конвейера с F„ = = const показан на рис.
В отличие от кранов для конвейеров характерны более короткие подвески и, следовательно, большие частоты свободных колебаний груза. Интервал продолжительного пуска конвейера включает в себя несколько периодов таких колебаний, что позволяет в ряде случаев для устранения раскачивания груза использовать метод интерференции противофазных колебаний.
Пуск выполняется в две ступени: сначала к механизму прикладывается половина пускового момента, а через полпериода свободных колебаний момент увеличивается до полного значения. В результате средние ускорения от двух слагаемых пускового момента суммируются, а периодические слагаемые ускорения компенсируются. В конце процесса пуска момент привода снимается также ступенчато. При этом основная часть процесса пуска проходит с постоянным допустимым ускорением без колебаний.
Рольганги. Эти механизмы предназначены для транспортирования металла вращающимися роликами. По назначению рольганги делятся на рабочие, транспортные, пакетировочные, передвижные и т.д.
Рабочие рольганги служат для подачи металла к прокатным валкам и отвода его от валков. Они располагаются непосредственно у клети. На крупных обжимных станах часть роликов этих рольгангов (от 1 до 3) размещается непосредственно в станине клети и называется станинными роликами. Их назначение — улучшить условия захвата металла валками.
Рабочие вспомогательные рольганги, называемые также удлинительными, или раскатными, являются продолжением основных рабочих. Их используют, если длина прокатываемого металла превышает длину основных рольгангов.
Транспортные рольганги служат для передачи металла от одного механизма к другому. Различают подводящие и отводящие транспортные рольганги в зависимости от направления их движения относительно механизма. Рольганг, расположенный в начале стана и служащий для приема металла, называется приемным. Разновидностью транспортных рольгангов являются печные рольганги, устанавливаемые в проходных нагревательных печах.
Пакетировочные рольганги с косыми роликами предназначены для одновременного перемещения металла вдоль и поперек оси рольганга с целью собирания заготовок или полос в пачки.
Передвижные рольганги служат для перемещения металла в направлении движения роликов рольганга и в направлении перемещения самого рольганга (передвижные столы рельсобалочных и трубосварочных станов, подъемно-качающиеся столы станов трио, параллельно-подъемные столы для загрузки металла в нагревательные печи и т.д.).
Для снижения массы диаметр роликов рольганга выбирают минимальным, удовлетворяющим условиям прочности.
Режим работы рольгангов определяется их назначением и типом стана.
Рольганги могут иметь групповой или индивидуальный привод. При групповом приводе секция рольганга, включающая в себя от трех до десяти и более роликов /, имеет один или два общих приводных двигателя 2. Групповой привод применяется для рольгангов, перемещающих короткие заготовки, когда на один ролик может приходиться почти вся масса заготовки. При индивидуальном приводе в этом случае потребовалась бы значительно большая установленная мощность.
Для рольгангов, перемещающих металл большой длины, когда масса металла распределяется между большим числом роликов 1, применяется индивидуальный привод. Более высокая стоимость индивидуального привода по сравнению с групповым для транспортных рольгангов компенсируется простотой его конструкции, удобством изготовления и эксплуатационной надежностью. Для этого привода обычно применяются корот-козамкнутые АД с большой перегрузочной способностью, питаемые от общего преобразователя частоты с диапазоном регулирования от 10 до 60 Гц.
Ускорение и замедление транспортируемого металла не может превышать акр. Если двигатель развивает ускорение больше ускорения акр, это приводит лишь к его избыточному нагреванию и повышенному износу роликов и не влияет на производительность рольганга.