Изучение карьерных экскаваторов и анализ электрических приводов главного движения карьерного экскаватора

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

“Санкт-Петербургский государственный  электротехнический университет “ЛЭТИ”

им. В.И.Ульянова (Ленина)” (СПбГЭТУ)

 

 

 

 

Кафедра РАПС

 

 

 

 

Отчет по бакалаврской практике

 

Тема: Изучение карьерных экскаваторов и анализ электрических приводов главного движения карьерного экскаватора

 

 

 

 

Выполнила студентка группы 9403:

Шиманова О. В.

Руководитель:

Козлова Л. П.

 

 

 

Санкт-Петербург

2013г.

Содержание

 

1. Введение 3

2. Виды экскаваторов 4

3. Типы электропривода экскаватора 10

4. Электроприводы главного движения экскаватора 17

5. Выводы 21

 

 

 

 

1. Введение

 

При современных объемах добычи руд черных и цветных металлов подземный способ ведения горных работ становится малоэффективным, так как применение мощной техники  сдерживается ограниченными размерами  горных выработок и условиями  поддержания покрывающих пород. В наше время машиностроение позволило  создать мощную горную технику, с  помощью которой ведутся горные работы открытым способом в очень  больших объемах.

Горная промышленность являться сырьевой и топливной базой важнейшей  и отраслью народного хозяйства.

Открытый способ разработки полезных ископаемых является наиболее перспективным  в техническом, экономическом и  социальном отношениях. Благодаря мощной индустриальной базе и огромным запасом  полезных ископаемых, расположенных  близко к поверхности, этим способом в наше время добывается 75% общего объема твердого минерального сырья, потребляемое народным хозяйством страны.

Для горных машин и комплексов созданы  и применяются совершенные системы  автоматизированного электропривода и системы электроснабжения горных предприятий, все шире внедряется автоматическое и дистанционное управление машинами, все это способствует повышению  производительности на открытых горных работах.

2. Виды экскаваторов

 

Экскаватор выемочно-погрузочная машина цикличного действия для земляных работ и добычи полезных ископаемых. Экскаваторы применялись еще в Древнем Египте и Древнем Риме как средство механизации работ по углублению русел рек и каналов. В зависимости от организации процесса черпания они делятся на ряд типов: механическая лопата (прямая и обратная), драглайн, многоковшовый, роторный, грейферный и т.д. Первая паровая механическая лопата была запатентована в 1836. В настоящее время большинство экскаваторов имеет электрический или дизельный приводы.

Механическая  лопата. (См. рис. 1) Усилие черпания прямой механической лопаты складывается из направленной вверх силы тяги, прилагаемой к ковшу подъемной цепью или подъемным проволочным канатом, и осевого усилия напора, прилагаемого к рукояти, на которой закреплен ковш. По своему назначению (и вместимости ковша) механические лопаты подразделяются на универсальные (0,2-2 м3), карьерные и добычные (2-5 м3) и вскрышные (8-90 м3). Все эти экскаваторы выполняются на гусеничном ходу. На основании устанавливается поворотная платформа, несущая стрелу. Нижний конец стрелы опирается (через шарниры) на эту платформу, а верхний удерживается в рабочем положении канатным подвесом, опорой которого служат треугольные рамы, тоже закрепленные на платформе. Стрела может быть рассчитана на работу с ковшом прямой или обратной лопаты, ковшом драглайна, грейферным ковшом или работу с грузоподъемным крюком.

Рис. 1. Механическая лопата.

Универсальный одноковшовый экскаватор.(См. рис. 2) Экскаватор такого типа легко перестраивается на любой вид работ путем замены переднего рабочего оборудования. Все основные параметры таких экскаваторов (вылет стрелы, размеры гусеничных опор, габариты, мощность привода, линейные скорости, вместимость ковша, грузоподъемность, вид двигателя) стандартизованы. Как правило, они выпускаются с бензиновыми или дизельными двигателями, но может быть предусмотрен и электропривод.

Рис. 2. Универсальный одноковшовый экскаватор.

Карьерные и добычные одноковшовые экскаваторы.( См. рис. 3) Такие машины рассчитаны на самые тяжелые условия эксплуатации. Они проектируются как механические лопаты, допускающие переоборудование в драглайн. Поскольку они предназначаются для карьеров, шахт, крупных строительств, где имеется подвод электроэнергии, их, оборудуют системой электропривода, основанной на управлении по напряжению всеми или некоторыми функциями - черпанием, поворотом стрелы, напором и перемещением.

Рис. 3. Экскаватор ЭКГ-12.

Вскрышные механические лопаты. (См. рис. 4) Для таких экскаваторов характерны большие радиусы черпания и разгрузки (более 100 м) и большая вместимость ковша (90 м3 и более). От малых универсальных и карьерных экскаваторов, перемещающихся на двух жестко закрепленных гусеничных тележках, они отличаются конструкцией гусеничного хода. Каждый из четырех углов их основания опирается на двухленточную гусеничную тележку. Горизонтальность основания автоматически поддерживается гидравлическими домкратами, цилиндры которых закреплены на основании экскаватора, а поршни - на гусеничных тележках. Шире других используются существуют два варианта конструкции переднего оборудования. В одном из них основными узлами являются одноканатная двухбарабанная лебедка, рукоять круглого сечения и канатный напорный механизм, закрепленный на поворотной платформе. Подъемный механизм сбалансирован, так что при опускании ковша поднимается противовес, а опусканием противовеса облегчается поднятие ковша при срезании грунта. В другом варианте используется трехканатная лебедка без противовеса. Стреле, рукояти и напорному механизму придается особая конструкция с промежуточным шарниром, обеспечивающая независимость подвеса. Напорный механизм, закрепленный на треугольной или портальной ферме, воздействует на двухзвенную рукоять, которая поддерживается и направляется подвижным жестким звеном.

Рис. 4. Вскрышная механическая лопата.

Драглайн. (См. рис. 5) В отличие от прямой механической лопаты, которая разрабатывает забой, расположенный выше горизонта установки самого экскаватора, экскаватор-драглайн (как и обратная лопата) разрабатывает грунт ниже уровня стояния машины. Его ковш подвешен на подъемном канате, а черпание осуществляется подтягиванием "на себя" вторым, тяговым канатом. Ковш врезается в грунт под тяжестью собственного веса. Такое устройство позволяет разрабатывать даже крепкую скальную породу, разрыхленную взрывом. Благодаря своим большим рабочим размерам (глубине черпания, радиусу и высоте разгрузки) драглайн особенно подходит для строительства каналов и дамб, подводного черпания, разработки россыпных месторождений и месторождений требующих раздельной выемки покрывающей породы и промышленной руды. Производительность драглайна зависит от глубины черпания и высоты подъема, а также от рабочего угла поворота стрелы. Экскаватор с вместимостью ковша 20 м3 снимал покрывающую породу с угольного пласта с производительностью ок. 640 000 м3 в месяц (720 рабочих часов). В ходе 14-дневных испытаний драглайн с вместимостью ковша 9 м3, разгружавший материал в хоппер, показал производительность погрузки, равную 400 м3 за 1 ч. Основание драглайна служит для закрепления поворотной платформы. На платформе установлены стрела и барабаны лебедок для подъемного и тягового канатов. Барабаны через муфты и зубчатые передачи связаны с отдельными дизелями или электродвигателями. Подъемный канат огибает шкив на конце стрелы, а тяговый пропассован через направляющее устройство у основания стрелы. Для опускания ковша и стравливания подъемного каната машинист выключает сцепление барабанов, и ковш опускается под собственным весом. Скорость опускания регулируется тормозами. Для поворота стрелы даже на дизельных экскаваторах предусматривается система управления с двигатель-генераторным агрегатом. Большие драглайны выпускаются на шагающем ходу, который состоит из центральной опорной плиты, боковых лыж и кулачкового или рычажного механизма, приводящего их в движение. Когда экскаватор опирается на плиту, лыжи приподняты и могут перемещаться. После их опускания экскаватор вместе с центральной плитой приподнимается, опирается на лыжи и перемещается. Шаг перемещения составляет ок. 2 м. Поскольку лыжи закреплены на поворотной платформе, ее поворотом можно изменить направление перемещения, так что машина может перемещаться даже в боковом направлении. Благодаря высокой маневренности и проходимости шаговый ход вытесняет гусеничные и другие ходовые устройства. Башенный драглайн (канатно-скреперная установка). Это экскаватор-драглайн, стрела которого заменена натянутым между двумя башнями канатом, несущим ковш. Такой драглайн может иметь эффективный "вылет стрелы" (расстояние между башнями) до 500 м. Применяются башенные драглайны двух типов: с волочением ковша по земле от точки черпания до точки разгрузки и с перемещением его над землей. Башни могут быть установлены на гусеничном ходу. По натяжному канату ходит кабельная тележка, к которой прикреплен ковш. Когда натяжному канату дается слабина, ковш под собственным весом движется от высокой башни к низкой. На больших пролетах ковш снабжается хвостовым канатом. При приспущенном натяжном канате посредством тягового каната осуществляется черпание. По заполнении ковша натяжной канат натягивается, и ковш приподнимается для перемещения по поверхности земли. Когда ковш приходит в зону разгрузки, натяжной канат натягивают так, чтобы можно было поднять ковш на нужную высоту. Ковш разгружается через дно, для чего ему часто придают серповидную форму. Такие драглайны применяются преимущественно на строительстве дамб обвалования. Канатно-скреперные установки второго типа широко используются на заводах по производству щебня и гравия; ковш в них обычно без открывающегося дна, и управление разгрузкой осуществляется посредством тягового каната.

Рис. 5. Драглайн

3. Типы  электропривода экскаватора

В настоящее время для электроприводов главных механизмов горных машин в основном применяют двигатели постоянного тока. Реверсивные электроприводы выполнены по системам: генератор - двигатель (Г-Д); тиристорный преобразователь - двигатель (ТП-Д).

Система генератор-двигатель(Рис. 6)

Пуск и регулировка  двигателя по схеме Г-Д заключаются в следующем. Рабочий двигатель 1 получает питание от генератора постоянного тока 2, приводимого во вращение синхронным или асинхронным двигателем 3. Возбуждение рабочего двигателя и самого генератора осуществляется от специального возбудителя 4г сидящего на одном валу с генератором. Для пуска рабочего двигателя необходимо включить первичный двигатель генератора. При достижении генератором нормальной скорости вращения выводят сопротивление реостата 5 в цепи возбуждения генератора. Напряжение генератора постепенно увеличивается до номинальной величины. Рабочий двигатель, на щетках якоря которого увеличивается напряжение, приходит во вращение. Изменяя сопротивление регулировочного реостата в цепи возбуждения генератора, можно менять скорость вращения рабочего двигателя.

Рис. 6. Схема системы Г-Д.

 Система Г-Д дает возможность осуществить плавный пуск н широкую регулировку скорости вращения двигателя (100: 1). В том случае, когда по условиям работы рабочий двигатель должен изменять направление вращения, в цепи возбуждения генератора устанавливают переключатель, который меняет направление тока в обмотке возбуждения, вследствие чего полярность щеток меняется и рабочий двигатель начинает вращаться в другую сторону.

 

 При резких колебаниях  нагрузки на валу двигателя  (шахтные подъемники, прокатные станы)  пуск двигателя осуществляется  по схеме Г-Д с маховиком. Эта схема отличается от схемы Г-Д наличием тяжелого маховика на валу, соединяющем первичный двигатель с генератором. Для работы с маховиком первичный двигатель выбирается с падающей механической характеристикой, т. е. с увеличением нагрузки на валу скорость вращения двигателя должна уменьшаться. Увеличение нагрузки на валу рабочего двигателя вызовет увеличение тока, забираемого двигателем у генератора. Мощность, необходимая для вращения нагруженного генератора, увеличивается. При отсутствии маховика первичный двигатель всю дополнительную мощность будет брать из сети, вызывая резкие колебания тока. Колебания тока в сети будут уменьшены, если на валу первичного двигателя имеется маховик. При своем вращении тяжелый маховик имеет запас кинетической энергии. С увеличением нагрузки генератора скорость вращения первичного двигателя уменьшается и освободившаяся кинетическая энергия маховика дает возможность покрывать резкие колебания механической нагрузки на валу рабочего двигателя 1.

 

 При уменьшении нагрузки  рабочего двигателя первичный  двигатель увеличивает скорость и маховик запасает кинетическую энергию.

Однако, система Г-Д имеет ряд недостатков:

• сравнительно низкий ресурс по причине наличия движущихся частей;
• высокая масса и стоимость за счет материалоёмкости конструкции;
• вибрация и шум;
• необходимость технического обслуживания (смазка подшипников, чистка коллекторов, замена щёток в коллекторных машинах);
• низкий КПД, как правило, 50-70%, из-за двойного преобразования энергии.
• высокая пожароопасность

 

Поэтому на всех этапах развития электропривода много внимания уделялось поиску возможностей замены электромашинных преобразователей статическими вентильными преобразователями. В свое время получила некоторое распространение система управляемый ртутный выпрямитель - двигатель (УРВ-Д). Однако особенности ртутных вентилей - значительное падение напряжения в дуге, большие габариты, сложность эксплуатации, значительная мощность и несовершенство системы сеточного управления - не позволили этой системе успешно конкурировать с системой Г-Д Эта задача получила успешное решение только после создания полупроводниковых кремниевых вентилей и совершенных систем импульсно-фазового (СИФУ) управления на базе микроэлектроники, которые позволили разработать тиристорные преобразователи с высокими техническими показателями. 

Система тиристорный преобразователь-двигатель (ТП-Д) (См. рис. 7,а)

Рис. 7. Схема и характеристики системы ТП-Д

Двигатель постоянного тока Д получает питание от тиристорного преобразователя ТП, который преобразует напряжение сети переменного тока Uc в выпрямленное напряжение Uя, приложенное к цепи якоря двигателя. Для сглаживания пульсаций тока в цепь якоря введен сглаживающий реактор Р. Выпрямленное напряжение Uя зависит от угла регулирования α, противоЭДС нагрузки, тока нагрузки, падений напряжения на элементах силовой цепи преобразователя, и внешние характеристики преобразователя Uтп=Uя=f(Iя, Е) при α=const имеют сложный нелинейный вид.  
Внешняя характеристика тиристорного преобразователя близка к линейной только при непрерывном токе нагрузки. При этом процессы в цепи выпрямленного тока определяются средними значениями напряжения и тока, что позволяет без большой погрешности представить преобразователь в качестве источника питания с ЭДС Еп и эквивалентным внутренним сопротивлением Rп экв. Значения Еп в этом режиме однозначно определяются утлом регулирования а и при линейной характеристике СИФУ зависимость а показана En=f(U) на рис.7,б (кривая 1) При замене реальной характеристики линеаризованной как динамическое звено системы электропривода тиристорный преобразователь в режиме непрерывного тока описывается уравнением