автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему: Разработка и исследование электропривода хода станков шарошечного бурения по системе ТРН-АД
Автореферат диссертации по теме "Разработка и исследование электропривода хода станков шарошечного бурения по системе ТРН-АД"
МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ^ ^ ф д (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
„. . - и • На правах рукописи
МАСМУДИ НЛВКЛЬ БЕН ХЕЙДИ
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ' ХОДА СТАНКОВ ШАРОШЕЧНОГО БУРЕНИЯ ГО СИСТЕМЕ ТРН-АД
Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы
и системы, включая их . - управление и регулирование
диссертации на соискание ученой степени-кандидата технических наук
Работа выполнена на кафедре Автоматизированного электропривода Московского энергетического института.
Научный руководите» - доктор технических наук, , профессор ЮОСЦЕВ В, И,
Официадьные оппоненты - доктор технических наук, профессор ЮНЬКОВ М-Г. / кандидат технических наук, доцент Мухаыедов М.А. ,
Ведудее предприятие - АО иРудоа»тоцагнка", г. Желеавогорск.
Защита состоится " 16 " июня 1994 Г» ■ № час- Ш. MKH-в аудитории Ы-214 на еаседании специализированного Оо®еуа К-053.16.06 при Московском энергетическом институте.; *
Отвыв на автореферат в двухэквешиирах, »аверевюй печатей, просим направлять по адресу; 105836, ГСЯ, Москва, Е-250, Красноказарменная уд., дом Н, Учений СоветЛШ,
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЗИ.
Автореферат разослан " 18 " мая 1091 г.
специализированного Совета К-053.16.06 .
кандидат технических наук, доцент <1н.ъя1$—-Айчарова Г.В.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Анализ технической литератур« свидетельствует о том, что к электроприводам врас^нка й иедачи бурового инструмента бурс-танков предгябЛя^тся слохпый комплекс технических требований, позто»*у ойй привлекаю* основное внимание разработчиков и исследователей. ЗйеОТропривод кода не требует регулирования скорости, на Перегонах работает а продолжительном режиме, дзига-тели работают на открытом воздуге, поэтому наибольший интерес представляет прймейеше используемых йа ряде бурстанков асинхронных коротковахкнутых двигателей крано-металлургической серии С простейшей системой релейно-контакторного управления. Опыт эксплуатации бурстанков показывает, что привод хода рабо-' тает Ненадежно, и двигатели часто выходят из строя из-за повреждения изоляции обмоток вследствие <кзльшх динамических нагрузок и тепловых перегрузок. Попытка увеличения мощности ведет К ускоренному износу механического оборудования передач и Проблемы надежности не решает.
В связи с этим, ряд российских и иностранных фирм применяю* ва механизме хода привод постоянного тока по системе ТЙ*-Й К таким образом повышают н адехи ость и осуществляют унификацию систем приводов;
Однако в системе ТП-Д сохраняются недостатки, присущие Ьсеи электроприводам постоянного тока, -обусловленные наличием коллектора, низкими массо-габаритными; подавателями и высокой , стоимостью двигателя постоянного тока. Невысокие технологические Требования, предъявляемые к электроприводу хода, не оправдывают применений этой сложной сисгеш.
Применяемый на зарубежных станках гидропривод хода удов. летворйет "Требованиям, т Только при высокой культуре его производства, и требует Постоянного обслуживания.
В связи с изложенный, сохранение асинхронного электропривода, при условии повышения надежности его работы и управляемости путем применения современных электронных устройств, является актуальной задачей. Наиболее простым и надежным решением является использование тиристорньм регуляторов напряжения (система ТРИ-АД).
Целью настоящей работы является улучшение динамических показателей электропривода хода бурового станка и повышение его надежности путем индивидуального управления напряжением на двигателях по системе ТРН-АД.
Разработки и исследования в данной работе выполнены применительно к широко используемому на карьерах России бурстанку СВШ-250. Этот станок снабжен электроприводом вращателя по системе ТП-Д мощностью 90 кВт и есинхронньм приводом хода с двумя короткоэамкнутнми двигателями мощностью 28 кВт каждый с релей-но-контакторным управлением. Привод подачи - гидравлический. • В работе были поставлены и решены следующие задачи: . 1)Разработка.и исследование электропривода хода с индивидуальным управлением напряжением на двигателях с помощью ти-' рисгорньи преобразователей ПТЭМ-1Р, обеспечивающих удобство, управления и ограничение нагрузок и потерь в двигателе при. возможных колебаниях нал, лжения питания*,; ■ : . •>>-;4 .'г '¿) Разработка аналоговой модели научаемой электромеханической системы с упругими связями и кинематическими зазорами и экспериментальное подтверждение ее адекватности исследуемому, объекту; - _ '■-.''■'"■7''
.3) Исследование на модели динамических нагрузок в передачах привода и разработка методики расчета параметров привода по заданному коэффициенту динамичности. ; » . /V
Методика проведения исследований: 77\-ч7
В работе использованы результаты теоретических, и экспериментальных исследований.. Теоретические исследования проводились на аналоговой модели, моделирующей работу привода хода одной гусеницы бурового станка СБШ-250. Экспериментальные исследования проводились на лабораторном стенде, который был собран по системе ТРН-АД. . .. 1. Научная новизна: ' .'■ . . ' • ■ ' ; .
Новизна проведенных исследований заключается в следующем: 1. Анализ динамических процессов'лри прямом пуске электропривода хода показал, что повышенная перегруеочная способность крановых двигателей и большие зазоры в . кинематической цепи определяют ударные динамические нагрузки, вызывающее ускоренный явное двигателя и механических передач, привода. .
2. На базе тиристорных преобразователей ПТЭМ-1Р разработана унифицированная система управления напряжением на двигателях с заданием в функции времени напряжения или скорости двигателя, обеспечивающая возможность ограничения ударов при выборе зазоров на любом требуемом уровне и необходимое ограничение механических нагрузок передач на остальной части процессов пуска.
3. Разработана аналоговая модель электромеханической системы привода хода, адекватность которой исследуемому объекту подтверждена на лабораторном макете системы с нагрузочным устройством по схеме ТП-Д.
4. Выполнены исследования динамических процессов электропривода хода бурстанка СБШ-250, которые подтвердили широкие возможности разработанной системы управления в отношении формирования плавных пусков и ограничения динамических наг рузок передач. На основе использования метода планирования эксперимента получены аналитические соотношения, связывающие коэффициент динамичности на разных этапах пуска с параметрами системы.
5. Разработана методика расчета параметров системы управления электроприводом по заданному коэффициенту динамичности.
• 6. Разработанная система управления используется для модернизации электропривода хода бурстанка СБШ-250 на Михайловском горно-обогатительном комбинате.'
Практическая ценность и реализация результатов работы:
Практическая ценность теоретических и экспериментальных исследований определяется сформулированными рекомендациями, обеспечивающими ограничение динамических нагрузок и тепловых потерь в формировании плавных пусков, а также ограничение потерь в двигателе при возможных колебаниях напряжения питания.
Достоверность результатов исследований подтверждена экспериментами, выполненным» на модели и на лабораторном макете.
V Практические рекомендации работы по улучшению показателей изучаемого привода используются при модернизации электропривода хода бурстанка СНВ-250 на Михайловском горно-обогатительном комбинате.
Научные исследования диссертационной работы докладывались
и обсуждались на семинаре и заседании ка&едры АЭП МЭИ 11 января 1994 года. ' , ,• Публикации: ; ' По результатам проведенных исследований опубликованы 2 печатные работы. . Структура и объем работы:
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав,' заключения, списка литера1Уры иа 80 наименований, содержит основного текста, 5 4 рисунков, § таблиц.
Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы вадами и цель исследования, показаны научная новизна полу-' чеиных результатов и их практическая ценность. *
В первой главе дано краткое описание процесса бурения главных приводов буровод. станка и режимов работы. Подчеркнуты тяжелые условия работы привода хода и отмечены основные проб- ' лемы в эксплуатации, на основании которых был сформулирован комплекс требований, предъявляемых к электроприводу хода Сурового станка: " . •
1) Высокая плавность процессов пуска, надежное ограничение ускорений при и после выбора аазсра допустимыми значениями; . •
2) Ограничение динамических упругих колебаний и ударных нагрузок в механической части электропривода хода;
- 3) Ограничение потерь в двигателе при воеможных повышениях напряжения питания сверх номинального;
4) Необходимость оперативного реверсирования с предварительной остановкой под действием механического тормоза после отключения двигателя, после чего осуществляется пуск в обратную сторону; '
б) Надежность, приспособленность к тяжелым условиям эксплуатации системы электропривода хода и его элементов, отсутствие необходимости постоянного и квалифицированного техухода и исключение простоев стакка при отказах электроники. . ' . -.
Собранный обаор применяемых' систем электропривода главных механизмов бурстанков, в том числе механизма хода, в России и
за рубежом представлен в табл.1.2. Ее анализ показывает, что иностранные фирмы стремятся к унификации приводов, а российские предприятия больше склоняются к простоте и низкой стоимости приводов, особенно для хода.
Станок, фирма-изготовитель (страна) Главные приводы механизмов
. вращения подачи (подъема) хода
СВД-250 МНА-32 СБШ-250 МН СШ-320 ТП-Д Г . АД
СБШ250-55 ТИ-Д ТП-Д АД
2СБШ200-32 2СБШ-200 Г-Д с ЭМУ г АД '
№-4-55,"Мориок-Сумми-томо"(Япония) М-4,М-5 "Морион'ЧСША) Г-Д с ТВ Г(Г-Д с ТВ) Г-Д с ТВ
401? "Бюсай^ус-Ири" ТП-Д г (ТП-Д) г(ТП-Д)
60Н,61К "Бюсайрус-Ири" (ОНА) 120, Ш-130, "Гарднер-Денвер",США 613-100, "Гарднер-Денвер'', США Г-Д с ТВ Г-Д с ТВ Г (Г-Д с ТВ) Г-Д с ТВ Г-Д с ТВ Г-Д с ТВ
1Ж-12Е "Джей" (США) ТП-Д г Г
ВМ-5, Ш-7 "Ингерсоннранд" (США) г г АД
Примечание. Г-Д с ТВ - привод по системе генератор-двигатель с тирксторным возбудителем; АД - привод с асинхронным двигателем, Г - гидравлический привод, Г-Д с ЗМУ - привод по системе генератор - двигатель с электромашинным усилителем.
Также было указано, что анализ работы механизма хода электропривода буровых станков в процессе эксплуатации показывает, что применение простого асинхронного привода с релей-но-контакторннм управлением не обеспечивает требуемую надеж-
ность, что всегда подтверждали представители эксплуатации.
Данная работа имеет целью разработку регулируемого электропривода хода по системе 7РН-АД на базе унифицированных ти-ристорных преобразователей ПТЭМ- 1Р, - предназначенных для тяжелых условий эксплуатации горных машин, обеспечивающего повышение надежности работы электропривода и уменьшение износа механизма при минимальных затратах на модернизация. ' Работа посвящена решению следующих вадач:
.1) На базе тиристорных преобразователей ПТЭМ-1Р необходимо разработать схему привода хода по системе ТРИ-АД. ограничивающую динамические ударные нагрузки и увеличивающую долговеч-. ность привода и механизма в целом; ,
2) Создать аналоговую модель электромеханической системы с учетом упругих свяеей и кинематических зазоров;
3) Провести исследования на модели, позволяющие разработать оптимальный еакон управления я методику расчета параметров привода по заданному коэффициенту динамичности в" вариантах реализации* с обратной связью по напряженна или по скорости двигателя.
Во второй главе обоснован выбор ткрнсторного регулятора напряжения, рассмотрены разные варианты структуры оистеш управления, н детально описан выбранный вариант управления.
Гиристорные регуляторы напряжения, предлагаемые для привода хода бурового станка СБШ-250, должны отвечать следующим требованиям:
- быть работоспособными в весьма тяжелых условиях эксплуатации электрооборудования, обусловленных широким диапазоном изменения температуры окружающей среды (-40*- +40>, наличием вибраций, тряски, ударов, большой запыленности и повышенной влажности;
- иметь несложную схему управления тиристорами, а также конструктивные особенности, которые позволили бы контролировать неисправности и обеспечили бы возможность оперативной замены вышедшего из строя преобразователя без дополнительной подналадки; _ * . '-■
- иметь хорошие массо-габаритные показатели:
- обеспечивать унификации привода хода с главными приводами бурового станка. .:
Удовлетворить отмеченные требования можно только путем применения тирисгорных преобразователей специального экскаваторного исполнения ПТ5М-1Р, разработанных на кафедре АЭП МЭИ' . под руководством д.т.н. профессора Юаочева В.И.
Для электропривода хода целесообразно принимать ПТЗМ-1Р не только потому, что они отвечают вышеперечисленным требованиям, но и потому, что они'стоят на приводе вращения бурового станка СБШ-250 по системе ТП-Д, что позволяет осуществлять унификацию главных приводов станка, и соответственна проблема резервирования упрощается, поскольку привод хода и вращателя вместе никогда на работают, и простои машин практически исключаются.
. • вормирование переходных процессов, отвечающих предъявляв-, кш требованиям, в системе ТРН-ДД возможно в трех основных вариантах;
. 1. В разомкнутой системе управления приводом путем формирования веданного закона изменения напряжения за счет соответствующего изменения угла регулирования под действием формируемого ¿акона изменения входного сигнала СИФУ;
2. В замкнутой системе регулирования напряжения на статоре АЛ по отклонению путем формирования требуемого закона изменения .
3. В замкнутой системе регулирования скорости электропривода по отклонению путей формирования требуемой зависимости
Наибольший интерес представляет использование второго варианта в связи с тем, что регулирование напряжения по отклонению обеспечивает, с определенной динамической точностью линеаризацию характеристики 0(?) можно определить параметры, ,опре-деляющие требуемое ограничение на первом и втором этапе пуска, с помощью разработанной методики расчета. Для привода с отри- . дательной связь.« по скорости определены уравнения регрессии и указана методика расчета нужных параметров.для достижения нужного ограничения. ■ f Б пятой главе- исследовалась система ТРИ-АД на созданном
для этой цели лабораторном стенде, его параметры были заложены в модель и проведена экспериментальная проверка адекватности модели реальному объекту.
В целом результаты лабораторных исследований подтвердили работоспособность разработанной системы, которая принята заводом "Рудоавгоматика" в городе Железногорск для серийного производства. В настоящее .время завод, изготовил опытный образец Низковольтного комплектного устройства управления вращателя и хода бурового станка СБЩ-250 на базе преобразователей
Основные выводы по работе:
, 1, Анализ динамических процессов при прямом пуске электропривода хода показал, что повышенная перегрузочная способность крановых двигателей и большие зазоры в кинематической .цепи определяют ударные динамические? нагрузки, вызывающие ускоренный износ двигателя и механических передач привода.
2. На 'баге тирксторных преобразователей ПГЗМ-хР разработана унифицированная система управления напряжением на .-вига-телях с заданием в функции Времени напряжении или скорости двигателя,- обеспечивающая возможность огранич?ния ударов при выборе зазоров ка любом тр<?буемэм уровне и необходимое ограничение механических нагрузок передач на остальной части процессов пуска. - •
3. Разработана аналоговая модель электромеханической сис^_ темы привода хода, адекватность которой исследуемому объекту подтверждена на лабораторном макете системы с нагрузочным устройством по схеме ТП-Д.
4. Выполнены исследования динамических процессов электропривода хода бурстанка СВВ-2Ю, которые подтвердили широкие, возможности разработанной системы управления в отношении формирования плавных пусков и ограничения динамических нагрузок передач. На основе использования метода планирования эксперимента получены аналитические соотношения, связывающие коэффициент динамичности на разных этапах пуска с параметрами системы.
б. Разработана методика расчета параметров системы управления электроприводом по заданному коэффициенту динамичности.
6. Разработанная система управления используется для модернизации электропривода хода бурстанка СБШ-250 на Михайловском горно-обогатительном комбинате.
Основные положения диссертации отражены в следующей публикации:
Масмуди Н.Б. - Анализ некоторых вариантов уг"явления систем электропривода, Москва, 1692 - 17 е. , депонировано в (ВИНИТИ) - Информзнерго - 23.11.92, N 3347-ЭН92. .