Исследование и разработка САР скорости ленты конвейера КЛ5250 для экскаватора ЭРШР Д 5250

Исследование и разработка САР скорости ленты конвейера КЛ5250 для экскаватора ЭРШР Д 5250

 

1. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИНЦИПОВ УПРАВЛЕНИЯ КОНВЕЙЕРАМИ 1.1 Требования к конвейерному транспорту, грузопотоки, область применения, характеристики грузов

Эксплуатация ленточных конвейеров на горных предприятиях (в шахтах и на карьерах) связана с часто изменяющимися горно-геологическими условиями, чем определяются особые требования, предъявляемые к конструкциям этих конвейеров.

Грузопотоки на горных предприятиях характеризуются значительной неравномерностью. В связи с этим приемная способность конвейеров должна соответствовать поступающим максимальным минутным грузопотокам. В последние годы выполнены исследования по определению характеристик грузопотоков на угольных шахтах, калийных рудниках и железорудных карьерах. Для обеспечения современных шахтных и карьерных грузопотоков отечественной промышленностью выпускаются конвейеры производительностью до 5000-6000 м³/ч, что до последнего времени в основном соответствовало требованиям современного горного производства.

Длина конвейерных линий в масштабах горных предприятий при современных средствах автоматизации и контроля за состоянием конвейеров практически может быть весьма значительной. На горных предприятиях СНГ эксплуатируются конвейерные линии длиной 10 км и более, а в мировой практике известны конвейерные линии длиной до 100 км. Оценивая современные темпы повышения мощности шахт и карьеров, можно предвидеть, что в самое ближайшее время потребуются конвейеры производительностью до 10000 м³/ч для шахт и до 20000 м³/ч для карьеров. Мощность приводов таких конвейеров будет достигать 10000 кВт.

Особые требования предъявляются к надежности работы отдельных конвейеров и конвейерных линий в целом. Это требование усугубляется еще и тем, что конвейерные линии, как правило, относятся к нерезервируемым системам, так как установка резервной конвейерной линии настолько повышает капитальные затраты, что по сравнению с другими вариантами транспорта конвейерный транспорт, при прочих равных условиях, в ряде случаев становится менее рентабельным.

Надежность работы конвейеров определяется главным образом продлением сроков наиболее быстро изнашиваемых элементов конвейера, к которым относятся ролики и конвейерная лента, а также такими факторами эксплуатационного характера, как устойчивость движения конвейерной ленты и качество ее очистки от налипающего транспортируемого груза. Надежность работы конвейерных линий, помимо указанных выше факторов, определяется также рациональным устройством перегрузочных пунктов. К основным факторам, влияющим на надежность работы ленточных конвейеров, следует также отнести отказы электрооборудования и систем управления конвейерами и конвейерными линиями.

Повышение срока службы подшипниковых узлов конвейерных роликов достигается применением роликов с долговременной смазкой, которые работают практически без ремонта. Имеются примеры безремонтной эксплуатации роликов конструкции УкрНИИпроекта в течение 7 лет. До настоящего времени не вполне решен вопрос повышения долговечности корпуса роликов, особенно при транспортировании грузов, включающих крупные куски и обладающих абразивными свойствами.

Долговечность конвейерных лент в наибольшей степени зависит от свойств транспортируемого груза и от уровня динамических нагрузок, которые она испытывает в загрузочном пункте и при движении с грузом по роликоопорам, а также от соблюдения правил эксплуатации лент. Современные конвейерные ленты с основой из высокопрочных синтетических тканей и с тросовой основой при обеспечении постоянного профилактического ухода за ними имеют довольно высокий срок службы, особенно при эксплуатации на конвейерах с податливыми роликоопорами. Считается, что при перемещении рыхлых некрупнокусковых грузов срок службы лент с основой из синтетических тканей должен составлять не меньше 5-6 лет, а с тросовой основой 10 лет и больше. При перемещении скальных грузов, особенно крупнокусковых, срок службы лент уменьшается почти вдвое. Дальнейшее повышение долговечности конвейерных лент является наиболее важной задачей при решении вопросов повышения эффективности конвейерного транспорта.

Для угольных шахт важным требованием является обеспечение огнестойкости конвейерных лент для всех типов подземных конвейеров.

Несмотря на большое разнообразие типов и конструкций загрузочных и перегрузочных устройств, все они, как показывает опыт эксплуатации, удовлетворительно работают при перемещении рыхлых пород, не склонных к налипанию. Для скальных крупнокусковых грузов, а также для рыхлых влажных пород со скальными включениями до настоящего времени не создано удовлетворительно работающих загрузочных и перегрузочных устройств.

Ленточным конвейерам свойственны ограничения по роду транспортируемого груза и в особенности по его кусковатости. Обычными ленточными конвейерами производится перемещение насыпных грузов крупностью до 300 мм или несколько большей (для нетяжелых грузов). Наиболее эффективно осуществляется транспортирование сухих, слабоувлажненных пород средней крепости, не склонных к налипанию на конвейерную ленту. К таким породам относятся уголь, сухие известняки, сухие суглинки, песчано-глинистые смеси. Достаточно эффективно ленточными конвейерами можно перемещать дробленые скальные породы и руды. Использование конвейеров с шарнирно-подвесными роликоопорами и канатным ставом позволяет применять конвейерный транспорт для перемещения скальных грузов крупностью до 500-600 мм, а применение конвейеров на ходовых опорах (ленточно-тележечных) обеспечивает перемещение скальных грузов практически любой крупности.

Условием эффективного применения ленточных конвейеров является прямолинейность их трассы в плане, что особенно трудно выполнимо в подземных выработках.

В последние годы накоплен некоторый опыт, доказывающий возможность изгиба обычного ленточного конвейера по большим радиусам (не меньше 150-200 м) путем соответствующей установки роликоопор, препятствующих сбеганию конвейерной ленты при изгибе става. Однако для подземных условий такие радиусы изгиба бывают обычно слишком велики. В настоящее время ведутся работы по созданию устройств, обеспечивающих движение конвейерной ленты по значительно меньшим радиусам.

Угол наклона трассы ленточного конвейера зависит от силы сцепления транспортируемого груза с конвейерной лентой и от угла естественного откоса груза на движущейся ленте. На обычных ленточных конвейерах уголь удерживается при углах наклона конвейера до 18°. Глинистые и песчано-глинистые породы, известняки, обладающие более высоким коэффициентом сцепления с конвейерной лентой, допускают угол наклона конвейера до 20°.

Для расширения области применения конвейерного транспорта и повышения его эффективности проводятся работы по созданию конвейеров, способных перемещать насыпные грузы при углах наклона более 20°. Прошли промышленные испытания конвейеры ЗЛН100 с лентой, имеющей поперечные выступы. Этот конвейер может перемещать уголь при углах наклона конвейера до 27°. В течение нескольких лет на поверхности шахты № 5 «Великомостовская» (Львовско-Волынский бассейн) эксплуатируется двухленточный конвейер, который может перемещать уголь при угле наклона установки более 35°, а на шахте «Пронская» (Подмосковный бассейн) прошел испытания вертикальный двухленточный конвейер. Работы по подготовке выпуска крутонаклонных конвейеров продолжаются.

При установлении эффективной области применения конвейерного транспорта обычно решается технико-экономическая задача по определению минимума приведенных затрат различных принципиально возможных вариантов транспорта для данных конкретных условий горного производства. На основе многократно решавшихся задач такого типа установлена эффективная область применения конвейерного транспорта при подземной разработке угольных месторождений. К этой области относятся горизонтальные и пологие пласты средней мощности с углами падения до 18°. Создание крутонаклонных конвейеров позволит расширить область применения конвейерного транспорта на наклонные пласты с углами падения до 35° и выше.

На рудных шахтах большой производительности, добывающих крепкие руды, применение конвейерного транспорта эффективно в наклонных стволах, на которые руда поступает после дробления. В последнее время накоплен положительный опыт по применению ленточных конвейеров на ходовых опорах (ленточно-тележечных) в качестве доставочного средства по выемочным, а в дальнейшем и по магистральным выработкам рудных шахт, разрабатывающих рудные залежи большой мощности. Эффективное использование конвейерного транспорта на рудных шахтах позволит повысить концентрацию горных работ.

Применение конвейерного транспорта на открытых разработках непрерывно возрастает. На открытых разработках некоторых зарубежных стран (ПНР, ФРГ и др.) объем перевозок горной массы конвейерным транспортом достигает 50 % и более. В СНГ доля перевозок, приходящихся на карьерный конвейерный транспорт, пока незначительна, однако в настоящее время в проектах новых угольных и рудных карьеров все чаще предусматривается конвейерный транспорт. В ближайшее время предполагается создать конвейерные комплексы протяженностью в несколько десятков километров для доставки полезного ископаемого от карьера непосредственно к потребителю.

Эффективность применения конвейерного транспорта, как правило, зависит от типа конвейера, входящего в транспортный комплекс. Из существующих типов наибольшее распространение получили ленточные конвейеры традиционной конструкции и значительно меньшее — ленточно-канатные. В ближайшие годы предполагается использование ленточных конвейеров с промежуточными приводами, ленточно-тележечных конвейеров и других.

В ИГД Минчермета выполнена работа по установлению эффективной области применения конвейерных комплексов, состоящих из конвейеров различного типа. Критерием эффективности принят минимум приведенных затрат. Методика предусматривает при выборе параметров принимаемых конвейеров оптимизацию типа конвейерной ленты и ее ширины, типа привода и перегрузочных узлов. Методика учитывает также такие факторы, как неравномерность поступающего на конвейер грузопотока, степень долговечности конвейерной ленты и надежность оборудования, входящего в состав конвейерного комплекса.

В результате анализа различных вариантов конвейерного транспорта по указанной методике была выявлена рациональная область применения конвейеров различного типа. По этим данным ленточные конвейеры обычной конструкции оказалось наиболее рационально использовать при наклонных трассах, производительностях свыше 4000 т/ч и расстояниях транспортирования около 3000-4000 м. При больших расстояниях целесообразно применение хвостовых и промежуточных приводов.

Ленточные конвейеры с канатным ставом оказываются эффективнее ленточных на горизонтальных трассах большой протяженности и грузопотоках до 4000 т/ч или при слабонаклонных трассах и грузопотоках до 2000 т/ч. При этих условиях лента имеет меньшую стоимость, а срок ее службы будет выше. Кроме того, ленточные конвейеры с канатным ставом отличаются меньшей металлоемкостью става. Типовая секция ленточного конвейера с канатным ставом приведена на рисунке 1.1.

Ленточные конвейеры с канатным ставом и с подвесными роликоопорами (рис. 1.1) представляет собой два параллельно натянутых каната 1, опирающихся на стойки 2; на канат на определенном расстоянии друг от друга навешиваются роликоопоры грузовой ветви 3, роликоопоры порожняковой ветви 4, как правило, крепятся на опорных стойках 2.

Рисунок 1.1 Ленточный конвейер с канатным ставом

Конвейер с канатным ставом малогабаритен, легок, имеет небольшую стоимость; особенно удобен в подземных условиях. Благодаря своей конструкции он легко позволяет устанавливать различное количество роликоопор на единицу длины. Для предотвращения чрезмерного сближения канатов между ними иногда устанавливают поперечные распорные рамки.

Конструкция става во многом определяется техническими характеристиками конвейера: скоростью и устойчивостью движения ленты, величиной динамических нагрузок на опорные стойки и т. д. Конвейер с подвесными роликоопорами является колебательной системой с определенной частотой собственных колебаний. При определенных нагрузках и скоростях транспортирования частота вынужденных колебаний может совпасть с частотой собственных колебаний конвейера, и вся система входит в резонанс. Это может вызвать значительные колебания ленты, канатов, опорных стоек.

В зависимости от свойств транспортируемого груза, скорости ленты и характеристики загрузочного устройства меняется величина динамической нагрузки на роликоопоры линейных и загрузочных секций. При погрузке и транспортировании мелкокусковых насыпных грузов нагрузки на роликоопоры в загрузочном устройстве превышают нагрузки на роликоопоры линейных секций в 1,25-1,5 раза, а при погрузке крупнокусковых грузов — в 10-20 раз. Так, при погрузке крупных кусков динамическая нагрузка в месте удара куска может достигать 50-100 кН при длительности действия 0,001-0,05 с; на линейных секциях эти нагрузки составляют в среднем 5-8 кН при длительности 0,05-0,2 с. Для мелкокусковых грузов роликоопоры в местах загрузки и роликоопоры линейных секций конструктивно практически не отличаются, тогда как для крупнокусковых грузов требуются принципиально отличные конструктивные решения.

Многоприводные ленточные конвейеры с фрикционными промежуточными приводами иногда целесообразно использовать на наклонных (выше 9°) трассах длиной 3000 м и больше, так как в этих условиях увеличение капитальных затрат на устройство промежуточных приводов и затрат на саму конвейерную ленту компенсируется более высокой надежностью конвейерной установки, не имеющей промежуточных перегрузочных пунктов.

Ленточно-тележечные конвейеры на горизонтальных трассах при производительностях более 2000 т/ч оказываются более экономичными, чем обычные ленточные конвейеры, благодаря тому, что срок службы их ленты выше, чем у ленточных, а энергоемкость ниже вследствие более низкого коэффициента сопротивления движению.

При углах наклона трассы до 9° и крупнокусковых грузах ленточно-тележечные конвейеры оказываются эффективнее ленточных при расстояниях до 5000 м, а при углах наклона трассы 18° — до 3000 м. При больших длинах конвейерные комплексы, состоящие из ленточно-тележечных конвейеров, приходится оборудовать довольно сложными перегрузочными устройствами, установка и эксплуатация которых связана с затратами, превышающими затраты на дробление горной массы, которое необходимо при обычных ленточных конвейерах.

По мере совершенствования конструкций конвейеров и технологии применения конвейерного транспорта границы эффективного использования различных типов конвейеров могут изменяться.

1.2 Обоснование выбранного направления

Задачи, решаемые, при проектировании систем управления конвейерными линиями сходятся к созданию безопасных, ремонтопригодных, высоконадежных и высокопроизводительных линий с минимальным использованием ручного труда.

В настоящее время задача проектирования высокопроизводительных конвейерных линий решена и на повестку дня ставится вопрос о рациональном использовании имеющихся мощностей. При решении задачи рационального использования конвейерного транспорта без увеличения существующих мощностей необходимо оценить воздействия комплекса мероприятий (технических, технологических, управленческих, организационных).

Основными мероприятиями принято считать выбор и определение технических и технологических параметров, а режимы организации и управления рассматриваются либо как подчиненные им, либо во внимание не принимаются. В то же время последние оказывают свое влияние на процесс транспортирования, и поэтому следует рассматривать этот процесс в комплексе. Комплексная оценка и выбор рационального режима транспортирования горной массы - задача многозвенная, учитывающая больное количество параметров взаимосвязанных друг с другом.

Задачей настоящего этапа является исследование принципов управления конвейерами тракта, учитывающих технические, технологические и организационные факторы транспортирования конвейерами.

 

1.3 Анализ существующих критериев управления конвейерными линиями

В литературе приводятся ряд критериев управления конвейерными линиями, используемыми при добыче угля подземным способом. Главной задачей системы оптимального автоматического управления определяется задача предельного снижения ограничивающего влияния режимов работы конвейерной линии на производительность забоя. Отсюда главный критерий для этих систем формулируется в следующем виде: "Предельное снижение времени простоя добычных участков по причине отказов конвейерной линии или отказов на выходе конвейерной линии".

Помимо этой задачи, существует другая задача системы оптимального автоматического управления конвейерными линиями, которая формулируется как предельное снижение эксплуатационных затрат на единицу веса транспортируемого груза.

Критерии для указанной задачи формулируются следующим образом:

·  минимальный расход электроэнергии на транспортирование единицы веса груза (минимальные удельные энергозатраты);

·  минимальный износ материальной части конвейера на транспортирование единицы веса груза (минимальный удельный износ).

Следует отметить, что предлагаемые авторами критерии управления не отвечают самому главному требованию и не учтены взаимовлияния этих критериев друг на друга. Таким образом, не производится оценки выбора критерия отвечающему требованию рационального критерия в каждый конкретно взятый момент времени. Кроме того, методы, используемые при решении поставленных задач, не приемлемы для решения задач автоматизации конвейерных линий роторных комплексов открытых горных работ. Так, например, главный критерий управления решается при использовании аккумулирующей способности конвейерной линии, переводом грузопотока из аварийного участка на менее загруженный. Т.е. используется тот факт, что шахтные конвейерные линии в своем большинстве разветвленные, и, таким образом, есть возможность, используя технологические решения, предельно снизить время простоя добычных участков по причине отказов конвейерной линии. Формулируются две задачи управления для подсистемы АСУ конвейерным транспортом: управление грузопотоком и управление пуском и остановкой конвейерных линий.

Обе эти задачи подчиняются одной цели - получения минимальной себестоимости транспортирования. Первая задача решается путём введения комбинированного управления с использованием системы бункер - регулируемый конвейер. Применение бункера в такой системе позволит уменьшить глубину регулирования скорости, а регулируемый конвейер позволит принимать меньший объем бункера по сравнению с вариантом нерегулируемого конвейера.

Управление пуском и остановкой конвейерных линий производится с учетом количества груза, лежащего на конвейере. Однако в этой работе, как и в предыдущей критерий управления конвейерной линией не является рациональным, т.к. предложенные критерии не оценивают взаимовлияние их между собой. Другие критерии не приняты во внимание, так, например, не оценен критерий обеспечения надежности работы конвейерной линии.

Наиболее полно оценены критерии управления ,где выделяют пять основных критериев управлении конвейерным транспортом, которые учитывают технические, технологические, организационные и управленческие направления.