Расчет и обоснование режимных параметров - davaiknam.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Обоснование исполнения печатного узла 18 5 662.19kb.
Влияние схемы размещения дробильно-сортировочного комплекса на обоснование... 1 42.79kb.
Материалы по порядку расчета параметров заявок и сделок репо (Cross-currency... 1 112.18kb.
Расчет посадок цилиндрических, шпоночных соединений, подшипников... 1 201.52kb.
Обоснование геомеханических параметров безопасной отработки рудных... 2 384.73kb.
Обоснование параметров и разработка энергетических регуляторов шахтных... 1 299.89kb.
Обоснование рациональных параметров чугунно-бетонной крепи вертикальных... 1 239.1kb.
Обоснование Конструктивных параметров установки для выведения кормовых... 1 253.15kb.
Обоснование параметров и создание оборудования для гидроструйной... 5 528.65kb.
Лабораторная работа №2 «Исследование диодных схем» 1 99.04kb.
Лабораторная работа №2 «Исследование диодных схем» 1 81.68kb.
Связи с общественностью в решении общегосударственных социальных... 1 130.04kb.
Направления изучения представлений о справедливости 1 202.17kb.

Расчет и обоснование режимных параметров - страница №1/1

УДК 622.233.05:621.3
РАСЧЕТ И ОБОСНОВАНИЕ РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО МЕХАНИЗМА ПОДАЧИ

РАБОЧЕГО ОРГАНА БУРОВОГО СТАНКА

Татарков Д.А

СФУ, Институт горного дела, геологии и геотехнологии
При бурении сложноструктурных массивов горных пород с колебанием их физико-механических свойств возникают ударные нагрузки и вибрация, результатом которых является увеличение циклических напряжений во всем буровом органе. Оценка напряженного состояния опор

шарошечных долот показывает их низкий расчетный ресурс. Для приближения ресурса шарошечных долот к максимально возможному, имеющему место при бурении однородной породы,

разработаны адаптивный вращательно-подающий механизм и лабораторный стенд для ис-

следования его механических характеристик при различных режимах работы. Произведены анализ общего вида механических характеристик и расчет ориентировочной потребляемой мощности двигателя. Сделаны выводы об эффективности применения линейного трехфазного асинхронного двигателя с массивным ротором в качестве привода подачи при бурении сложноструктурных горных массивов.

В горной промышленности применяются буровые станки с различными ти-

пами вращательно-подающих механизмов, которые характеризуются величиной

усилия подачи, частотой вращения бурового става и др. При бурении сложно-

структурных массивов горных пород с колебанием их физико-механических

свойств по глубине часто возникают большие ударные нагрузки и вибрация, ре-

зультатом которых является увеличение циклических напряжений во всем буро-

вом органе. При этом 80 % случаев отказов приходится на разрушение опор ка-

чения шарошек буровых долот [1]. Из анализа наработок на отказ шарошечных

долот следует вывод о значительном снижении их стойкости (вдвое) при бурении

породы со сложной структурой.

В конструкции современных шарошечных долот, имеющих опоры качения,

часто применяются подшипники по схеме ролик–шарик–ролик. Предел прочности

стали для тел качения составляет 1900…2300 МПа и более. Для получения еще

более высоких показателей необходимо осуществлять термическую обработку с

бóльшей точностью в температурах и по времени выдержки . Расчеты показы-

вают, что напряжение в телах качения при равномерном нагружении составляет

1400…1650 МПа, а при значительных колебаниях физико-механических свойств

породы напряжение доходит до 2250 МПа и выше.

Для приближения ресурса шарошечных долот к максимально возможному,

имеющему место при бурении однородной породы, необходимо применение

адаптивного вращательно-подающего механизма . Он позволит использовать

узкий промежуток между уровнем напряжения в телах качения и предельными

прочностными показателями материала.

Отечественные станки шарошечного бурения имеют в системе подачи рабо-

чего органа нерегулируемые гидроприводы . При изменении свойств горной

породы исключить внезапную ударную нагрузку практически невозможно (на из-

менение свойств породы уже позже реагирует машинист). В течение указанного

переходного процесса буровой инструмент испытывает сложнейшие по характеру

и величине нагрузки, вследствие чего стойкость буровых долот значительно сни-

жается. Для решения данной проблемы возможно применение линейного элект-

ромагнитного привода механизма подачи рабочего органа. Авторами разработан

экспериментальный лабораторный стенд «Электромагнитный механизм подачи

бурового станка». Основным его элементом является линейный трехфазный асин-

хронный электрический двигатель с массивным ротором. Он имеет в своей ос-

нове статорную обмотку, подключаемую к сети трехфазного переменного тока,

напряжением 380 В. В качестве ротора используется стандартная труба из стали,

обладающей ферромагнитными свойствами.

Рис. 1. Схема экспериментальной установки с трехфазным асинхронным линейным двигателем

Схема экспериментальной установки с трехфазным асинхронным линей-

ным двигателем представлена на рис. 1. Стенд состоит из стальной рамы 1

с роликовыми опорами 2, в которых подвижно закреплен массивный ротор

3 – стальная магнитная труба. Статор 4 в виде цилиндрических обмоток рас-

положен вокруг массивного ротора 3 с возможностью продольного переме-

щения последнего внутри статора. Катушки статора могут подключаться по-

переменно, как показано на рис. 1, по одной или несколько штук на каждую

фазу. Таким образом, стенд позволяет проанализировать режимы работы дви-

гателя. Для этого он оснащен динамометром для измерения усилия подачи, а

также приборами для измерения тока и напряжения в определенных фазах.

Двигатель стенда не имеет магнитопровода для получения характеристик, за-

висящих от минимального числа факторов. Двигатель подключается к сети

переменного трехфазного напряжения 380 В.

В результате начальных испытаний выяснено, что при потребляемой мощнос-

ти 6,35 кВт и нулевой скорости двигатель без ферромагнитного магнитопровода

развивал усилие с учетом погрешности приборов 80…90 Н. Без нагрузки двига-

тель развивал линейную скорость 0,31 м/с. Наличие ферромагнитного магнито-

провода, с учетом его магнитного насыщения, увеличивает эффективность элект-

рического двигателя в несколько десятков раз.

Механическая характеристика асинхронного двигателя вращательного дейс-

твия представлена на рис. 2.

Асинхронная машина линейного действия имеет подобную механическую

характеристику. Отличие заключается в наличии краевых эффектов. Однако при

условии применения в качестве массивного ротора трубы достаточно большой

длины краевой эффект оказывает меньшее влияние на механическую характе-

ристику двигателя . Активное и индуктивное сопротивления массивного

ротора ввиду сильно выраженного поверхностного эффекта значительно зависят

от скольжения. Так, в случае f1 = 50 Гц при пуске (S = 1) эквивалентная глуби-

на проникновения токов в роторе составляет только 3 мм, при S = 0,02 – около

20 мм, при S = 0,001 – около 100 мм . Поэтому при пуске сопротивление r2

весьма велико и Х2 мало, а с уменьшением скольжения сопротивление r2 уменьшается, а Х2 увеличивается.

В результате сильного проявления поверхностного эффекта пусковой момент

Мп двигателя с массивным ротором достаточно велик по отношению к номиналь-

ному моменту Мн: Мп/Мн = 1,5…2,0 . Однако двигатели малой мощности с

массивными роторами при f1 = 50 Гц имеют низкие КПД и коэффициент мощнос-

ти, но с увеличением мощности растет и КПД.

Массивный ротор имеет большое преимущество в прочности. В связи с этим

асинхронные двигатели вполне могут применяться в качестве привода подачи ра-

бочего органа бурового станка.

Поскольку двигатель в лабораторном стенде не имеет ферромагнитного магни-

топровода, необходимо рассчитать номинальное подающее усилие в случае нали-

чия магнитопровода, изготовленного из электротехнической стали. А затем найти

мощность двигателя, способного создавать подающее усилие до 200 или 300 кН

в зависимости от модели бурового станка. Для этого необходимо рассчитать маг-

нитное сопротивление цепи в случае с магнитопроводом и без него.

Таким образом, трехфазный асинхронный двигатель с массивным ротором,

имеющий аналогичные размеры, оснащенный магнитопроводом, будет развивать

усилие в пределах 7766…8736,5 Н. Среднее значение усилия P1 = 8251 Н при пот-

ребляемой мощности 6,35 кВт.

Для получения усилия подачи 200 кН данный привод должен будет иметь ори-

ентировочную мощность с учетом магнитных и электрических потерь 154 кВт.

Потребляемая мощность может быть уменьшена: увеличением площади по-

перечного сечения и магнитной проницаемости магнитопровода; уменьшением

магнитного сопротивления в воздушном зазоре; нанесением металлического слоя

с высокой электрической проводимостью на поверхность массивного ротора; со-

зданием пазов в теле массивного ротора.

При этом основной задачей создания электромагнитного привода подачи

бурового органа является своевременное реагирование на изменение свойств

горной породы. Электромагнитный привод будет реагировать на увеличение

или уменьшение показателя буримости соответственным изменением вели-

чины тока в обмотке статора, т. е. точка рабочего режима двигателя будет

перемещаться по механической характеристике. Продолжительность такой

адаптивной реакции будет характеризоваться периодом переходных электро-

магнитных процессов, что равняется десятым долям секунды . Изменение

тока в обмотке двигателя должно быть учтено при проектировании электри-

ческой машины.

Кроме того, данный механизм подачи рабочего органа позволяет легко авто-

матизировать процесс в случае длительных перегрузок. Изменение тока будет

фиксироваться напрямую с обмотки двигателя. В автоматическом режиме, со-

гласно заложенной в контроллере функции, режим бурения будет изменен. Соот-

ветственно должны быть изменены усилие и скорость подачи, а также момент на

валу вращательного механизма и скорость вращения бурового става. Регулировка

режимов возможна тремя способами: при помощи преобразователя частоты; по-

нижением напряжения – для экстренного снижения величины ударных нагрузок;

комплексное использование обоих способов для получения оптимальных режи-

мов.Таким образом, применение адаптивного механизма подачи на основе линей-

ного трехфазного асинхронного двигателя с массивным ротором возможно на базе

существующих буровых станков, запитанных от трехфазной электрической сети.

Линейный трехфазный асинхронный двигатель с массивным ротором спосо-

бен обеспечить требуемое усилие подачи с приемлемым значением потребляемой

мощности. Адаптивный привод подачи способен своевременно реагировать на резкие из-

менения '84u{свойств горных пород перемещением точки рабочего режима по меха-

нической характеристике асинхронной машины при соответственном изменении

величины тока в обмотке двигателя.

Применение в качестве системы подачи линейного электромагнитного дви-

гателя позволяет получать информацию об изменениях физико-механических

свойств породы при измерении величины тока в обмотке двигателя.

В случае длительных перегрузок в автоматическом режиме, согласно заложен-



ной в контроллере функции, режим бурения может быть изменен.




Дураков меньше, чем думают: люди просто не понимают друг друга. Люк де Вовенарг
ещё >>