Результат интеллектуальной деятельности: СИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ЛЕНТОЧНОГО КОНВЕЙЕРА И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИМ

Изобретение относится к конвейерному транспорту, а именно к электрическим приводам ленточных конвейеров мощностью более 500 кВт.

Известен привод ленточного конвейера, содержащий два или три приводных барабана, валы которых посредством муфт и редукторов соединены с асинхронными электродвигателями [1]. Недостатками этого привода являются большие потери электроэнергии, существенно возрастающие при неполной загрузке асинхронных электродвигателей, а также использование громоздких дорогостоящих редукторов.

Известен ленточный конвейер, включающий несущую конструкцию, конвейерную ленту и приводное устройство конвейерной ленты [2]. Приводное устройство включает по меньшей мере один приводной барабан с приводным валом и один приводной синхронный электродвигатель переменного тока с питанием через преобразователь частоты с посторонним возбуждением. При этом приводной вал и приводной электродвигатель соединены друг с другом без редуктора с коаксиальным расположением ротора электродвигателя и приводного вала.

Отсутствие редуктора уменьшает габариты и массу электропривода. Недостатком данного синхронного электропривода ленточного конвейера является сильное скольжение и износ конвейерной ленты при использовании нескольких приводных барабанов.

Известен способ управления электроприводом ленточного конвейера, заключающийся в изменении скорости вращения приводного барабана согласно заданному режиму работы ленточного конвейера [3].

Данный способ не учитывает разницу скоростей вращения нескольких приводных барабанов, поэтому недостатком этого способа управления является сильное скольжение и износ конвейерной ленты на приводных барабанах.

Задачей изобретения является повышение эффективности электропривода ленточного конвейера.

Синхронный электропривод ленточного конвейера, включающий первый и последующие по ходу движения ленты приводные барабаны, соединенные муфтами с синхронными электродвигателями (СД), отклоняющие барабаны, тормоза, систему управления частотой, напряжением и силой тока электропитания.

Согласно изобретению система управления содержит датчики скорости ленты (ДСЛ), установленные перед приводными барабанами, датчики натяжения ленты (ДНЛ) установленные перед и за приводными барабанами, или только перед или только за приводными барабанами.

ДНЛ установлены парами перед и за приводными барабанами.

Способ управления синхронным электроприводом ленточного конвейера, включающий изменение скорости вращения и крутящих моментов приводных барабанов посредством изменения системой управления частоты, напряжения и силы тока электропитания СД.

Согласно изобретению ДСЛ замеряют скорость ленты перед приводными барабанами, ДНЛ замеряют силу натяжения ленты перед и за приводными барабанами, или только перед или только за приводными барабанами, система управления задает синхронную частоту ω₁ СД, соединенного с первым по ходу движения ленты приводным барабаном

ω₁=V_n/R₁,

где V_n - номинальная скорость ленты, R₁ - радиус первого по ходу движения ленты приводного барабана;

система управления задает синхронные частоты ω_i СД, соединенных с последующими по ходу движения ленты приводными барабанами

ω_i=V_i/R_i+Δ_i, i=2…n,

где n - количество приводных барабанов, V_i - скорость ленты перед i-м приводным барабаном, R_i - радиус i-го приводного барабана, Δ_i - допускаемое увеличение синхронной частоты i-го СД;

система управления задает крутящие моменты M_i СД,

M_i=0…1,0 M_imax, i=1…n,

где M_imax - предельно допустимый момент i-го приводного барабана;

система управления синхронизирует пуск, изменение скорости и остановку приводных барабанов так, что отношения синхронных частот СД

ω_i/ω_i+1 (i=1…n-1) остаются постоянными;

система управления останавливает СД, если сила натяжения ленты перед или за приводными барабанами выходит за допустимые границы и/или сила тока превышает допустимое значение.

На фиг. 1 изображена схема синхронного электропривода ленточного конвейера с двумя приводными барабанами;

на фиг. 2 - то же;

на фиг. 3 - схема взаимодействия ленты с барабанами.

Синхронный электропривод ленточного конвейера включает первый 1 и второй 2 по ходу движения ленты 3 приводные барабаны, соединенные муфтами с синхронными электродвигателями (СД) 4 и 5. Возможно применение СД 4 и 5 с установленными на роторах обмотками возбуждения или постоянными магнитами. Лента 3 огибает приводные барабаны 1 и 2, отклоняющие барабаны 6, 7. Приводные барабаны 1 и 2 соединены с тормозами и/или храповыми механизмами (на чертежах не показаны). Возможно соединение тормозов и/или храповых механизмов с отклоняющими барабанами 6, 7 (на чертежах не показано). Электропривод ленточного конвейера не содержит редукторы, поэтому скорости вращения приводного барабана 1 и ротора СД 4 одинаковы. Аналогично скорости вращения приводного барабана 2 и ротора СД 5 также одинаковы.

Система управления электроприводом содержит датчики скорости ленты (ДСЛ) 8 и 9, датчики натяжения ленты (ДНЛ) 10 и 11, блоки управления 12 и 13. Блоки управления 12 и 13 соединены с ДСЛ 8 и 9, с ДНЛ 10 и 11, например, кабелями 14 и 15 и с СД 4 и 5 кабелями 16. Блоки управления 12 и 13 регулируют напряжение, частоту, ток возбуждения электропитания СД 4 и 5 согласно заявляемому способу управления.

Если приводные барабаны 1 или 2 работают без пробуксовки, то скорость ленты 3 в точке набегания на приводной барабан 1 или 2 равна скорости поверхности приводного барабана 1 или 2, поэтому для управления СД 4 и 5 необходимо замерять скорость ленты 3 перед точками набегания на приводные барабаны 1 и 2. ДСЛ 8 и 9 установлены перед приводными барабанами 1 и 2.

ДНЛ 10 и 11 также установлены перед приводными барабанами 1 и 2. Возможно расположение ДНЛ 10 и 11 за приводными барабанами 1 и 2 (на чертежах не показано). Возможно расположение ДНЛ 10 перед приводным барабаном 1, а ДНЛ 11 за приводным барабаном 2 или наоборот (на чертежах не показано).

На фиг. 2 приведена схема синхронного электропривода ленточного конвейера с ДНЛ 10 и 11, установленными парами перед и за приводными барабанами 1 и 2. Установка двух ДНЛ 10 перед и за первым приводным барабаном 1 позволяет системе управления замерять силу натяжения ленты 3 перед и за приводным барабаном 1 и определять реализуемый первым приводным барабаном 1 крутящий момент M₁. Установка двух ДНЛ 11 перед и за вторым приводным барабаном 2 позволяет системе управления аналогично определять реализуемый вторым приводным барабаном 2 крутящий момент М₂.

Способ управления синхронным электроприводом ленточного конвейера реализуют следующим образом.

При работе конвейера ДСЛ 8 и 9 замеряют скорости V₁ и V₂ ленты 3 перед приводными барабанами 1 и 2. V₁ - скорость ленты 3 перед первым приводным барабаном 1, V₂ - скорость ленты 3 перед вторым приводным барабаном 2 (фиг. 3).

Если ДНЛ 10 и 11 установлены перед приводными барабанами 1 и 2 (фиг. 1), то ДНЛ 10 и 11 замеряют силу натяжения S₁ и S₂ ленты 3 перед приводными барабанами 1 и 2. S₁ - сила натяжения ленты 3 перед первым приводным барабаном 1, S₂ - сила натяжения ленты 3 перед вторым приводным барабаном 2.

Блок управления 12 задает синхронную частоту ω₁ СД 4, соединенного с первым по ходу движения ленты 3 приводным барабаном 1,

ω₁=Vn/R₁ (рад/с),

где V_n - номинальная скорость ленты 3, R₁ - радиус первого по ходу движения ленты 3 приводного барабана 1. При переходных режимах работы конвейера, например при пуске и остановке, блок управления 12 изменяет номинальную скорость V_n ленты 3 согласно принятой зависимости.

Сила натяжения S₂ ленты 3 перед вторым приводным барабаном 2 меньше, чем сила натяжения S₁ ленты 3 перед первым приводным барабаном 1, поэтому скорость V₂ меньше V₁. Для работы второго приводного барабана 2 без скольжения и интенсивного износа ленты 3 скорость вращения второго приводного барабана 2 должна быть согласована со скоростью V₂ ленты 3.

Блок управления 13 задает синхронную частоту ω₂ СД 5, соединенного со вторым по ходу движения ленты 3 приводным барабаном 2,

ω₂=V₂/R₂+Δ₂ (рад/с),

где R₂ - радиус второго приводного барабана 2, Δ₂ - допускаемое увеличение синхронной частоты СД 5.

Использование допуска Δ₂ на увеличение синхронной частоты ω₂ упрощает регулирование СД 5, не допуская скольжения ленты 3 по поверхности второго приводного барабана 2. Величина допуска Δ₂ зависит, в основном, от упругих свойств ленты 3 и поверхности второго приводного барабана 2.

Блоки управления 12 и 13 задают напряжение и/или ток возбуждения СД 4 и 5 так, чтобы крутящие моменты Μ₁ и М₂ СД 4 и 5 имели требуемые значения

M₁=0…1,0M_1max, M₂=0…1,0M_2max,

где M_1max - предельно допустимый момент первого приводного барабана 1, M_2max - предельно допустимый момент второго приводного барабана 2. Блоки управления 12 и 13 вычисляют значения предельно допустимых моментов M_1max и Μ_2max, используя значения силы натяжения S₁ и S₂ ленты 3 перед приводными барабанами 1 и 2

M_1max=S₁[1-exp(-μ₁α₁)]R₁ (Н⋅м), M_2max=S₂[1-exp(-μ₂α₂)]R₂ (Н⋅м),

где μ₁ и μ₂ - коэффициенты сцепления ленты 3 с приводными барабанами 1 и 2, α₁ и α₂ - углы охвата (рад) лентой 3 приводных барабанов 1 и 2, ехр(…) - экспоненциальная функция.

Если ДНЛ 10 и 11 установлены за приводными барабанами 1 и 2, они замеряют силу натяжения S_1C и S_2C ленты 3 за приводными барабанами 1 и 2. В этом случае блоки управления 12 и 13 вычисляют значения предельно допустимых моментов Μ_1max и M_2max, используя значения силы натяжения S_1C и S_2C ленты 3 за приводными барабанами 1 и 2

M_1max=S_1C[exp(μ₁α1)-1]R₁ (Н⋅м), M_2max=S_2C[exp(μ₂α₂)-1]R₂ (Н⋅м).

Значения предельно допустимых моментов Μ_1max и могут быть вычислены и по другим, например, эмпирическим формулам.

Если ДНЛ 10 и 11 установлены парами перед и за приводными барабанами 1 и 2 (фиг. 2), то система управления замеряет значения силы натяжения S₁, S_1C, S₂, S_2C ленты 3 перед и за приводными барабанами 1 и 2, определяет реализуемые первым приводным барабаном 1 крутящий момент Μ₁ и вторым приводным барабаном 2 крутящий момент М₂.

M₁=(S₁-S_1C)R₁ (Н⋅м), M_2max=(S₂-S_2C)R₂ (Н⋅м).

Такая установка ДНЛ 10 и 11 парами позволяет системе управления контролировать соотношение фактически реализуемых крутящих моментов М₁, М₂ и предельно допустимых моментов M_1max, M_2max. При нормальной работе электропривода значения крутящих моментов М₁, М₂ не должны превышать M_1max, M_2max соответственно.

При неисправности электропривода превышение крутящими моментами Μ₁ и/или М₂ СД 4 и 5 значений предельно допустимых моментов M_1max и/или M_2max приводит к срыву сцепления ленты 3 с приводным барабаном 1 и/или 2. Такой режим работы электропривода ленточного конвейера недопустим.

Система управления синхронизирует пуск, изменение скорости и остановку приводных барабанов 1 и 2 так, что отношение синхронных частот ω₁ и ω₂ СД 4 и 5 остается постоянным ω₁/ω₂=const. Например, при остановке конвейера блоки управления 12 и 13 уменьшают значения синхронных частот ω₁ и ω₂ с сохранением пропорции.

Система управления останавливает СД 4 и 5, если сила натяжения S₁ и/или S₂ ленты 3 перед приводными барабанами 1 и 2 (или сила натяжения S_1C и/или S_2C ленты 3 за приводными барабанами 1 и 2) выходит за допустимые границы.

Система управления останавливает СД 4 и 5, если сила тока превышает допустимое значение.

При осуществлении изобретения может быть получен технический результат, заключающийся в повышении эффективности работы ленточного конвейера за счет уменьшения потерь электроэнергии и износа приводных барабанов и конвейерной ленты. Кроме того, повышается надежность работы привода за счет исключения пробуксовки барабанов, возможности нагрева и воспламенения конвейерной ленты, улучшаются характеристики электросети.

Источники информации, использованные при составлении заявки

1. Реутов А.А. Моделирование приводов ленточных конвейеров / А.А. Реутов. - Брянск: Брянский гос. техн. ун-т, 2011. - с. 7-14.

2. Ленточная конвейерная установка, способ ее эксплуатации, а также ее применения / Заявка на изобретение РФ №2014111059/11 от 02.08.2012, опубл. 27.09.2015.

3. Спиваковский А.О. Транспортирующие машины / А.О. Спиваковский, В.К. Дьячков. - М.: Машиностроение, 1983. - с. 94-97.