Силового оборудования горных машин

1. К силовому оборудованию горных машин предъявляются следу­ющие требования:

-необходимость ограничения момента двигателей при механиче­ских перегрузках и резких отключениях;

- обеспечение необходимой формы механической характеристики двигателей для отдельных механизмов (подъемного, напорного, поворотного, ходового);

- простое формирование механических характеристик;

- обеспечение необходимого диапазона регулирования скорости;

- простота и легкость управления механизмами.

2. Первыми силовыми установками на горных машинах (экскава­торах, буровых станках) были паровые. Горные машины с паровыми установками отличались громоздкостью, неудобством в эксплуатации, длительными простоями, связанными с обеспечением их топливом и водой. Мягкая механическая характеристика (кривая 1, рис. 14.1) паровой машины не может обеспечить высокой производительности машины. Кроме того, паровая силовая установка обладает низким к. п. д.

Дизельное силовое оборудование

Дизельные силовые установки в настоящее время находят при­менение на экскаваторах в качестве самостоятельного двигателя или как первичные двигатели в комбинации с электрическими гене­раторами и двигателями или гидропередачами. По сра­внению с паровыми ди­зельные установки менее громоздки, имеют более высокий к. п. д., более удобны в эксплуатации. Основное достоинство горных машин с дизель­ными силовыми установ­ками — полная независи­мость от внешних источ­ников энергии. Недо­статки: дизель не развивает начального пу­скового момента (кри­вая 2, рис. 14.1) и не реверсируется, поэтому требуются специальные дополнительные устройства для его запуска и муфты и механизмы для его реверса; дизели не могут быть использованы в качестве приводных двигателей для отдельных рабочих механизмов горной машины. Поэтому при дизельном силовом оборудовании возможен только однодвигательный привод, а это вызывает необходимость устройства специальных тяг, муфт и фрикционов для управления отдельными механизмами.

Рис. 14.1. Механические характеристики:

1 — паровой машины без регулятора; 2 — дизеля с регулятором подачи топлива; 3 — асинхронного двигателя; 4 — двигателя постоянного тока с парал­лельным возбуждением в системе ТГ—Д; 5 — двига­теля постоянного тока с параллельным возбужде­нием в системе Г—Д с СМУ и Г—Д с ЭМУ и ПМУ («экскаваторная» характеристика)

Электрическое силовое оборудование переменного тока

В качестве двигателей переменного тока используются асинхрон­ные двигатели с короткозамкнутым и фазным ротором. Асинхронные двигатели имеют жесткую механическую характеристику (кривая 3, рис. 14.1), но они обладают плохими регулировочными свойствами.

Однако асинхронные двигатели просты и надежны в эксплуатации и имеют высокий к. п. д. Поэтому асинхронные двигатели с коротко-замкнутым ротором широко применяются для механизмов, не тре­бующих регулирования скорости (ленточные конвейеры, компрес­сорные и насосные станции, вентиляторы и т. д.). В отдельных случаях на горных машинах (буровых станках, роторных и многочерпаковых экскаваторах) используются многоскоростные двигатели с короткозамкнутым ротором, что позволяет осуществлять ступенча­тое регулирование скорости. Широкое применение находят высоко­вольтные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором и синхронные двигатели с асинхронным пуском в качестве приводных (сетевых) в машинных преобразовательных агрегатах. Асинхронные двигатели с фазным ротором позволяют осуществлять регулирова­ние скорости вниз от номинальной, но это связано с большими потерями электрической энергии в регулировочных реостатах. Кроме того, регулирование скорости двигателя с фазным ротором производится путем изменения сопротивлений в силовой цепи ротора, что приводит к необходимости применять громоздкую аппаратуру управления. По указанным причинам двигатели с фазным ротором находят ограниченное применение на горных машинах.

Питание электродвигателей вспомогательных механизмов на мощных экскаваторах осуществляется от силовых трансформаторов, преобразующих трехфазный переменный ток напряжением до 35 кв в трехфазный переменный ток напряжением 400 в (220 и 127 в) при неизменной частоте 50 гц.

Электрическое силовое оборудование постоянного тока

Применение машин постоянного тока в качестве силового обору­дования на одноковшовых экскаваторах с емкостью ковша свыше 2,5 ж³ и на мощных буровых станках обусловлено хорошими регу­лировочными свойствами вверх и вниз от номинальной скорости путем изменения параметров цепей возбуждения с малыми потерями электрической энергии в них; возможностью создания раз­дельного (индивидуального) привода с необходимыми механиче­скими характеристиками для каждого механизма; легким ручным управлением с возможным переходом на автоматическое упра­вление.

В настоящее время на горных машинах широко применяются силовые установки, представляющие собой систему из генераторов и двигателей (Г-Д) постоянного тока.

Первоначально машины постоянного тока применялись на одно­ковшовых экскаваторах в виде системы трехобмоточный генератор — двигатель (ТГ—Д). Система ТГ—Д отвечает основным требованиям к силовому оборудованию для горных машин, хотя механическая характеристика двигателя (кривая 4, рис. 14.1) в данной системе недостаточно жесткая.

Наличие последовательной обмотки возбуждения на полюсах генераторов приводит к увеличению размеров и веса генераторов преобразовательного агрегата, увеличению размеров и аппаратуры в цепях управления. Наличие трех обмоток возбужде­ния на магнитной системе генераторов приводит к несовпадению внешних характеристик генераторов и механических характеристик двигателей в установившихся и переходных режимах. Поэтому система ТГ—Д в настоящее время заменяется более совершенными системами, такими, как генератор — двигатель с силовыми магнит­ными усилителями (Г—Д с СМУ) и генератор — двигатель с электро­машинным усилителем и промежуточными магнитными усилителями

(Г—Д с ЭМУ и ПМУ).

Применение усилителей для питания обмоток возбуждения с ис­пользованием обратных связей по току и напряжению позволило осво­бодиться от последовательной обмотки возбуждения в генераторах, перейти на бесконтакторное управление в цепях возбуждения, полу­чить более жесткую механическую характеристику (кривая 5, рис. 14.1) и сблизить внешнюю и механическую характеристики генератора и двигателя в установившихся и переходных режимах. Применение усилителей позволило автоматизировать управление отдельными механизмами машин и создало предпосылки для автоматического управления машиной в целом.

Имеются проекты использования на горных машинах вместо гене­раторов постоянного тока управляемых ртутных преобразователей (система У РВ—Д). Однако наиболее перспективным является исполь­зование управляемых тиристорных преобразователей (УТП — Д). В настоящее время изготовлены и проходят заводские и промышлен­ные испытания несколько экскаваторов с управляемыми тиристорами.

В комплект электрического силового оборудования постоянного тока кроме преобразователей и двигателей входят также усилители. На горных машинах используются два типа усилителей — электро­машинные поперечного поля (ЭМУ) и магнитные промежуточные и силовые (ПМУ и СМУ). Усилители предназначены для питания цепей обмоток возбуждения генераторов и позволяют путем введения на их ввод сигналов в виде мощности малой величины управлять на выходе усилителя значительно большими величинами мощности.

Комбинированное силовое оборудование

Дизель-электрическое силовое оборудование представляет собой комплект, в котором в качестве первичного двигателя используется дизель с системой Г—Д постоянного тока. Такое оборудование отвечает основным требованиям к силовому оборудованию для гор­ных машин. Дизель-электрические установки позволяют использо­вать горное оборудование в районах, где отсутствуют мощные источ­ники электрической энергии.

В Советском Союзе дизель-электрическое оборудование исполь­зуется на карьерных экскаваторах с ковшом емкостью 2 м³, на

передвижных подъемных кранах, которыми производятся переук­ладки ж.-д. путей и такелажные работы на карьерах.

Дизель-гидравлическое силовое оборудование представляет собой комплект из дизеля и гидропередачи. Гидропередачи бывают объем­ными или динамическими. Объемная гидропередача состоит из насоса и гидродвигателя, соединенных магистралью из труб. По характеру преобразования движения объемные гидропередачи делятся на: гидропередачи вращательного движения, осуществляемого при по­мощи гидродвигателей; возвратно-поступательного и возвратно-пово­ротного движений, осуществляемых при помощи гидроцилиндров. В комплект гидродинамической передачи входят гидромуфты или гидротрансформаторы. Гидропередачи могут быть регулируемыми и нерегулируемыми. Регулирование скорости гидропередач дости­гается специальными устройствами. Одним из критериев объемной или гидродинамической гидропередачи являются основные размеры данных устройств. Объемные гидропередачи по характеристикам и размерам целесообразнее применять на горных машинах, работа­ющих в стесненных условиях, а гидродинамические — в условиях, где основные размеры не имеют решающего значения.