автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Повышение эффективности функционирования электромеханических систем вибрационных грохотов

На правах рукрийси

и /7 ///\

До Ньы И

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ВИБРАЦИОННЫХ ГРОХОТОВ

Специальность 05.09.03 — Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005061371

Тула-2013

005061371

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тульский государственный университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Степанов Владимир Михайлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Остриров Вадим Николаевич, ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ», профессор

кандидат технических наук Фомин Андрей Васильевич, ЗАО «Нидек АСИ ВЭИ», технический руководитель проектов

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Липецкий государственный

технический университет»

Защита диссертации состоится 26 июня 2013 г. в 14-00 часов на заседай диссертационного совета Д 212.271.12 при Федеральном государственном бюдас-ном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ту ский государственный университет» по адресу: 300012, г. Тула, пр. Ленина, 9 ауд.9-101.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного университета.

Автореферат разослан «¿Ц.» мая 2013 г. Ученый секретарь

диссертационного совета Елагин Михаил Юрьевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В горнорудной промышленности, где широкое применение нашли вибрационные грохоты в технологических процессах, сохраняется достаточно высокая их энергоемкость. Они применяются для разделения кусковых материалов на классы в результате дробления при погрузке угля в железнодорожные вагоны и отмывки утяжелителя при обогащении полезных ископаемых в тяжелых средах.

Колебательные движения исполнительного органа электромеханической системы (ЭМС) вибрационных грохотов, приводящие к формированию динамических нагрузок на валу электродвигателя, вызывающие превышение момента по отношению к его номинальной величине, рассмотрены в работах Е.Е Серго, С.Е Андреева, В.А Перова, В.В Зверевича и Булаалла Мохаммеда при обосновании режимных и конструктивных параметров. Однако в этих работах не учитывались характеристики неравномерности поступления полезного ископаемого в грохот, что вызывает либо неполное использование мощности электродвигателя вибрационного грохота, либо усиление динамики в трансмиссии ЭМС, что проводит к повышению энергоемкости процесса грохочения до 30%.

Одно из направлений уменьшения величины момента на валу электродвигателя вибрационного грохота может быть достигнуто при наклоне просеивающей поверхности в диапазоне 10°-40°. Фиксированная величина этого угла снижает эффективность формирования меньшей величины момента на валу электродвигателя, что также усугубляется неравномерностью поступающей массы полезного ископаемого при процессе грохочения.

Поэтому обоснование рациональных параметров электромеханической системы и следящей системы формирования наименьших значений момента на валу электродвигателя вибрационного грохота, обеспечивающей надежность и эффективность ее функционирования, является важной научной задачей.

Цель работы состоит в повышении надежности и эффективности функционирования электромеханических систем вибрационных грохотов путем обоснования их рациональных параметров структуры и формулирования закона управления в следящем режиме.

Задачи исследования;

1. Анализ конструктивных схем и условий эксплуатации электромеханических систем вибрационного грохота, методов управления их режимами работы и расчета параметров.

2. Разработка обобщенной математической модели электромеханических систем вибрационного грохота, учитывающей его функциональные связи трансмиссий с трансмиссией, устройства регулирования угла наклона просеивающей поверхности.

3. Исследование математической модели электромеханической системы вибрационного грохота с регулированием угла наклона его просеивающей поверхности для установления закономерностей формирования управляющего воздействия в системе функциональной связи трансмиссий грохота с трансмиссией

устройства регулирования угла наклона расчета ее рациональных параметров по критерию надежности.

4. Определение условий реализуемости конструкционной и функциональной надежности электромеханических систем вибрационного грохота с регулированием угла наклона его просеивающей поверхности.

5. Разработка методики определения рациональных параметров электромеханических систем вибрационных грохотов по критерию надежности.

6. Определение структуры и топологии управления электромеханической системой вибрационных грохотов с регулированием угла наклона его просеивающей поверхности.

7. Численные и экспериментальные исследования режимов работы электромеханической системы вибрационных грохотов при применении разработанных технических решений устройства управления ее электроприводами.

Идея работы заключается в достижении требуемого уровня значения момента на валу электродвигателя вибрационного грохота на основе регулирования угла наклона его просеивающей поверхности и обоснования рациональных параметров электромеханической системы при критерии надежности, структуры и топологии управления режимами работы грохота.

Объектом исследования является электромеханическая система вибрационного грохота с регулированием угла наклона его просеивающей поверхности.

Предметом исследования являются переходные процессы, протекающие в электромеханической системе вибрационных грохотов.

Методы исследования, используемые в работе, основаны на применении теории электромеханических цепей, автоматического управления, надежности, вероятностей и математической статистики, численных методов и экспериментальных исследований с применением ЭВМ.

Автор защищает:

1. Математическую модель электромеханической системы вибрационного грохота, учитывающей функциональные связи трансмиссии с устройством регулирования угла наклона просеивающей поверхности грохота.

2. Закономерности формирования управляющего воздействия в систем функциональных связей трансмиссий грохота с трансмиссией устройства регули рования угла наклона просеивающей поверхности грохота.

3. Зависимости для расчета рациональных параметров электромеханичесю -систем вибрационных грохотов и условия реализуемости их конструкционной функциональной надежности в технические решения структуры и топологи управления их режимами работы.

Научная новизна заключается в определении рациональных параметро электромеханических систем вибрационных грохотов с регулированием угла на клона просеивающей поверхности грохота, закономерностей формирован] структуры и топологии управления ее режимами работы для повышения надеж ности и эффективности работы системы.

Она представлена следующими результатами:

- определены зависимости для расчета рациональных параметров электромеханических систем вибрационных грохотов с регулируемым углом наклона просеивающей поверхности грохота на основе исследования ее математической модели;

- установлены закон и условия формирования электромеханическими системами вибрационных грохотов с регулируемым углом наклона просеивающей поверхности, обеспечивающие повышение надежности и эффективности их функционирования;

- определены условия реализуемости конструкционной и функциональной надежности математической модели электромеханических систем вибрационных грохотов с регулируемым углом наклона их просеивающей поверхности в разработку технических решений.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций диссертационной работы обеспечены обоснованными допущениями, адекватностью результатов теоретических и экспериментальных исследований, расхождения между которыми не превышают 14%, что допустимо в инженерных расчетах.

Практическое значение. Разработана методика расчета рациональных параметров электромеханических систем вибрационных грохотов с регулируемым углом наклона его просеивающей поверхности.

Реализация результатов работы. Основные научно-практические результаты диссертационной работы переданы для практической реализации на ЗАО "Производственное объединение Тулаэлектропривод", а также используются в учебных курсах "Специальные главы электропривода", "Энергетика электропривода" и "Специальные виды электроприводов" на кафедре "Электроэнергетика" ТулГУ.

Апробация результатов работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на ежегодных магистерских научно-технических конференциях ТулГУ <г. Тула 2010-2012 г.г), Международной научно-технической конференции «Энергосбережение -2011» (г. Тула, 2011г.), Энергосбережение -2012 (г. Москва, 2012), Энергосбережение -2013 (г. Москва, 2013).

Публикации. Основные положения диссертационной работы изложены в 8 статьях, из них 7 в изданиях, рекомендованных ВАК, имеется 1 патент РФ на полезную модель.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 разделов, заключения, списка использованных источников из 152 наименований и включает 137 страниц машинописного текста, содержит 24 рисунка и 8 таблиц. Общий объем - 148 страницы.

Автор выражает благодарность заведующему кафедрой «Электроэнергетика» Тульского государственного университета, доктору технических наук, профессору Степанову Владимиру Михайловичу и доценту кафедры «Электроэнергетика» Тульского государственного университета, кандидату технических наук, доценту Горелову Юрию Иосифовичу за научные консультации, поддержку и помощь при работе над диссертацией.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и за дачи исследования, научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе рассмотрены конструктивные схемы и условие эксплуата

ции электромеханических систем вибрационных грохотов, способов управлени режимами работы и методов расчета их параметров и проведен их анализ.

Большой вклад в создание теоретических основ вибрационной техник внесли И.И. Блехман, И.И. Быховский, Р.Ф. Ганиев, И.Ф. Гончаревич, В.В. Гор тинский, Э.Э. Лавендел, Б.П. Лавров, Р.Ф. Нагаев, В.Н. Потураев, К.Ф. Фролов К.Ш. Ходжаев, Kelly S.Graham, Frederick F. Ling, C.F. Beards, William J.Bottga, H Li. Практика проектирования, расчета и технологического применения вибраци онных машин и устройств отражены в работах В.А. Баумана, Ю.Ю. Гяцявичюсг Г.А. Денисова, И.И. Кавармы, Н.Г. Картавого, В.К. Преснякова, K.M. Рагульскис; А.О. Спиваковского, А.Я. Тишкова, А.Д. Учителя, В.П. Франчука, М.В. Хвингии А.Г. Червоненко, A.B. Юдина.

В этих работах электромеханические системы вибрационных грохотов рас

сматриваются в длительном, кратковременном режимах при частых отключениях пусках, повторных включениях и реверсах. Показано, что режим установившихс колебаний можно рассматривать как периодический реверс. Это приводит к ди намическим переходным процессам в электромеханической системе вибрацион ных грохотов и большей энергоемкости процесса грохочения.

В работах В.Г. Трубицына, И.И. Блехмана, A.C. Усменеца, В.А. Полоцкого, A.B. Печенева, B.C. Тодорова, В.А. Рожкова, В.А. Шарякова, О.Л. Нагибиной, Н. Лао, Y. Zhao, Z. Luo исследованиями показано, что за счет изменения угла накло на просеивающей поверхности вибрационных грохотов имеет место уменьшени величины момента на валу электродвигателя грохота, а в работах К.К. Лиандова, Е.Е. Серга, С.Е. Андреева, В.А. Перова, В.В. Зверевича установлен диапазон из меиения угла наклона 10°-40°, при которых формируются наименьшие значени момента на валу электродвигателя.

Для снижения динамики в трансмиссиях электромеханической системь вибрационных грохотов Булаала Мохаммедом предложено применение частотно регулируемого электропривода для снижения энергоемкости процесса грохочения и повышения надежности ее работы.

Однако в этих работах не учитывались характеристики неравномерност поступления полезного ископаемого в грохот, что вызывает, в одном случае, не полное использование мощности электродвигателя вибрационного грохота, в другом случае, усиливает динамические процессы в трансмиссии ЭМС, что приводи к повышению энергоемкости процесса грохочения. Кроме того, не рассматривались в комплексе регулирование угла наклона просеивающей поверхности и частотно-регулируемый электропривод вибрационного грохота.

Выполненный анализ позволил сформулировать цель и задачи исследования.

Во второй главе рассматриваются вопросы, связанные с разработкой математической модели электромеханической системы вибрационного грохота Расчетная схема ЭМС вибрационного грохота приведена на рис. 1.

Использованы следующие обозначения: Оху, О1Х1У1 - система координат; т — масса дебалансов; т0— масса короба; От/ — масса груза; а — угол наклона короба; \]/— угол наклона пластины; <рь <р2 — угол отклонения дебалансов; а/, ¿/, Ъ2 — координаты соответственно первого и второго вибровозбудителей; гь г2 — эксцентриситеты дебалансов; (Л — расстояние между центром короба и подшипниковой опорой ; с, С] — жесткости пружин; / — расстояние между центром пластины и пружиной; в — червячная передача.

В процессе работы пружина трансформирует по двум направлениям х, у. Поэтому в схеме пружина заменена четырьмя пружинами сх, су. В заменимой схеме пружины трансформируют по одному направлению х или у и не претерплен горизонтальный выгиб.

Решение поставленных задач потребовало разработки обобщенной математической модели, обеспечивающей расчет переходных процессов, протекающих в вибрационных грохотах, и оптимизацию параметров электромеханической системы.

Математическая модель разработана в форме уравнений Лагранжа второго рода с обобщенными координатами q¡, <7/ следующим образом:

[* у ¥ Ф1 Фг х\ у\

[* У V <Р1 Ф2 Л]Г> где первые три члена относятся к платформе, четвертый к дебалансу, а пятый, шестой и седьмой к грузу.

Получены уравнения для системы в следующем виде:

M M M ^ ' M т

+sin(9l+a) - Ф1 cos(9i+a)]+ ^ Ы sin(92 +«)~Ф2 соб(ф2+a)|-M M

2cxd .

—i7-smv; M

2cy+cyi cvi M\(.i . .. \ Mi,. 2 •• ■ ч

y =----~x + -^—y¡ +—Чу sin у-y cosy 1+—-(V cos у + у sin y)-

M MM M

cos(<pj + a)+Ф! sin((pi + a)]- ^ |ф2 cos(92 + a) + tp2 sin(92 + a)]+

2 cyd ша 2cyd

-i---—cos vi/--—g--^—;

M T M M y = ^-(5csiny-j>cos y)+^^(icœsy +j>siny)-^y^-|<pi cos[*(/ —(фх+а)]-

- ф! sin[y - (фХ + a)]j+ cos[y - (ф2 + a)] - ф2 sin[y - (ф2 + a)]]+

+ ^Y^ I?1 siní V - (Ф1 + «)] + Ф1 «»[ V - (Ф1 + <*)]]+ ^>2 sîntV - (Ф2 + a>] + + ф2 cos[y — (ф2 + a)]]+ ^ ^^ sin 2y - sin vj/ - ^j- cos y + cy y sin у)

<Pl = Mdx -^-[ЗссобСф! +a) +3?со5(фх + а)]+ [y2cos[\)/-(9i +a)] + h h h

+ y sin[y - (фх + a)]] - тЬт{Г{ [y2 sin[\j/ - (фх + а)]-у cos[y - (фх + a)]] -h

- mgri sin(yx + a)- ф^ --^^-[хзтСфх +a)-3>СОБ(ФХ +a)] +

h h h f\m

+ --v[flx соб(ФХ + a) + bi зш(фх + a)];

h

ф2 = - TO. [je cos(92 +a) + _p cos(92 + a)] + ШЕ2И. [ф2 cos [у - (ф2 + a)] + h h h

+y sin[y - (ф2 + a)]] - mblri [y2 sin[v|/ - (ф2 + a)] - y cos[v)/ - (ф2 + a)]] -J2

i2 /2 h + y[a2 соб(ф2 + a) + sin(ç2 + a)];

» сх\ ^ , сх\

=--Л] н--х;

щ щ

су\ , су\

У\=-—У1+—У~8'> т\ щ

где I = ус+т(а1+Ьх +а2 1\ = Jc\ + тг\ '> ^2=^с2+т,!2> М = щ+2т,

М\ - т(а\ - «г) > Л/г = + ¿2)» к^СхР+СуС?, к2= - моменты тре-

ния в подшипниках соответственно вала первого и второго вибровозбудителя; Мы, Мса — моменты двигателей; А — радиусы соответственно вала первого и второго вибровозбудителя; ^ — момент инерции короба; g - ускорение свободного падения; ^ - моменты инерции дебаланса; / - коэффициенты трения в подшипниках соответственно первого и второго вала вибровозбудителя.

Математическое описание динамических свойств асинхронного электродвигателя можно выражать через потокосцепления:

Л

М'ях = ААа +Ща Уга =1г'га + Ща

; ..¿гУза-МУга 'за о

ь3ьг-мг

Чгр = %р

л

1гп =

ЦЬг-М2

Мэ =-

ЗрМ

¿Уф * "гр =ГгЬп+—£--шгУгр

[УгР = -Мга

ЬВЪГ -М

ь3ьг-мг

'гр

2 (¿Л"^)

где м5а, и^р- на напряжения статора по осям а, р; ит, игр - напряжения ротора по осям а, Р; — токи статора по осям а, Р; /га, /гр—токи ротора по осям а,

Р; — полные потокосцепления обмоток статора по осям а, Р; ц/^, 1|/гр —

полные потокосцепления обмоток ротора по осям а, Р; г5,гг— активные сопротивления фаз ротора и статора; ш* — приведенная скорость вращения ротора в электрических радианах в секунду; Ь3,ЬГ- полные индуктивности фаз обмоток статора и ротора; М— взаимная индуктивность обмоток статора и ротора.

Для обеспечения регулирования угла наклона просеивающей поверхности вибрационного грохота определены силовые соотношения в винтовой гайке передачи: для удобства рассмотрения сил в винтовой паре развернем виток резьбы по среднему диаметру с12 в наклонную плоскость, а гайку представим в виде ползуна (рис. 2).

Рис. 4. Зависимость возвратно-поступательного перемещения сита по у 1 от времени

Рис. 2. Силовые соотношения в винтовой передаче

Требуется добавлять вращательный момент для балансирования с моментом резьбы

Тг = Fa{0,5d2tg(y + Ф') + 0,25/(4, + ¿0>) где - осевая сила; Т7, - окружная сила; / - коэффициент трения; ср - угол между векторами сил и ТУ; Л"- нормальная реакция; Я - равнодействующая сил N и Ту; <1п, г/о - наружный и внутренний диаметр; й2 - средняя диаметра; у - угол наклона рабочей грани профиля; <р' — приведенный угол трения.

Исследование разработанной математической модели проводилось на ПЭВМ с помощью пакета программ, разработанных для сложных дифференциальных уравнений.

Результаты исследования обобщенной математической модели: на основании вышеизложенного было проведено исследование разработанной математической модели на ПЭВМ с помощью пакета программ МаЙаЬ-ЗгтиНпк.

..................................................................................ншк^ший

Рис. 3. Зависимость возвратно-поступательного перемещения

-Лйь*'-' * - '" шк1'' Ч50ИМЙ .»ж»

Рис. 5. Зависимость возвратно-поступательного перемещения

Рис. 6. Зависимость возвратно-поступательного перемещения

Рис. 7. Зависимость угла наклона короба от времени

Рис. 8. Зависимость угла поворота дебаланса от времени

По результатам моделирования можно сделать вывод о соответствии математической модели реальному объекту.

Далее во второй главе рассмотрены вопросы установления условий реализуемости функциональной надежности электромеханической системы вибрационного грохота. С этой целью определяется уровень ее надежности

Н Лу

где дп, дс~ вероятности отказа системы существующего и нового технического уровня; ку- коэффициент технического уровня, равный

к л

Ку 7

С- + Лз- + + Он +!

N

дс

Сп

Лс

6с

ДН

где соответственно и - усилия на валу электродвигателя; г|с и г|н - к.п.д. электромеханической системы установки; Сс и Сд — структурная жесткость электропривода; АГДС и ТУда — расход деталей на ремонт электромеханической системы; ккс и кЗКИ — коэффициент затухания колебаний в электромеханической системе; Qcv^.Qн — производительность установки; Сос и Сон — сортность угля.

Исходя из структуры взаимосвязанных элементов и устройств электромеханической системы вибрационного грохота и равной вероятности отказов по общеизвестным зависимостям структурной надёжности, устанавливается требуемая их вероятность отказов ди = д, (Ф, ) и уровень показателей (табл).

Таблица

ЧЕМ р 1 нм Км, 1/4 Тощ© Ч *дп> ч

0,0088 0,9912 0,0024 13,8 416,7 1,65

Кгнм ь- лтинм кп Кн к ко

0.9961 0,9422 1,45-1,7 1,53-1,96 0,9952 0,6320

где Чш, — вероятность безотказной работы; ^ — требуемое время безотказной работы; Хнм — допустимая интенсивность отказов; Тонм — требуемое среднее время наработки на отказ; ^ — допустимое время простоя; К^ — коэффициент готовности; ктянм. — требуемое значение коэффициента технического использования; кп — коэффициент перегрузки, учитывающий изменение нагрузки от номинальной; Кн - коэффициент надежности (запаса) по конструкционному материалу; кт - коэффициент условий работы, учитывающий изменение нагрузки; ко — коэффициент однородности конструкционных материалов, учитывающий изменение ее механических свойств.

Условия реализуемости конструкционной и функциональной надёжное системы

• *дпТос < , 2. Я н ' т ~Ч«М «т*о он

где Fд - действующая на элементы конструкции; - нормативная нагрузка на элементы конструкции; Тос - среднее время наработки на отказ существующих систем.

В третьей главе говорится о том, что нагрузка электромеханической системы вибрационного грохота носит сложный динамический характер. С изменением наклона платформы изменяют момент сопротивления электродвигателя грохота на вале, который приводит к изменению тока статора. Поэтому осуществляется управление наклоном платформы в допустимом пределе для уменьшения потери, мощности использующего двигателя и повышения надежности их работы.

В этой главе даются построения зависимости момента электродвигателя, производительности и эффективности от наклона грохота. Приводится анализ

влияния наклона грохота на режим работы грохота. Определены закон и топология управления электромеханической системой вибрационного грохота.

Момент электродвигателя привода грохотов определен по следующей формуле:

= 9¿5a( + (у цп

K2g2 cos2 a sin ф | \íKdgde cosa^ 2а>2 2сояФ

v

где Кд - динамический коэффициент, представляющий собой отношение составляющей силы тяжести в плоскости, перпендикулярной ситам; a - угол наклона сит к горизонтали; р - угол между плоскостью сит и направлением действия инерционной силы; аз - угловая частота колебаний, рад/с; ср - угол сдвига фаз между вынужденными колебаниями и вынуждающей силой; тк - масса короба грохота; тм - масса материала; ц - приведенный коэффициент трения качения; g -ускорение свободного падения; т^ - к.п.д. привода; da - диаметр беговой дорожки внутреннего кольца подшипника качения; п - частота вращения вала вибратора.

Производительность грохочения находится по методике, предложенной В.А. Бауманом, учитывающей формы зерен и типа грохотов:

Q=pFmk1k¡k3t м3/ч

где р - удельная производительность сита, м3/ч; F - площадь просеивающей поверхности грохота, м2; т - коэффициент, учитывающий неравномерность питания, форму зерен и тип грохота; k¡ - коэффициент, учитывающий угол наклона грохота; к2 - коэффициент, учитывающий содержание зерен нижнего класса в исходном материале, %; к3 - коэффициент, учитывающий содержание в нижнем классе зерен, размеры которых меньше половины размера отверстий сита, %.

Эффективность грохочения отражает качественную сторону процесса грохочения и определяется следующим образом:

E=e.a¡a2di %

где е - эталонная эффективность грохочения; a¡ - коэффициент, учитывающий угол наклона грохота; а2 — коэффициент, учитывающий процентное содержание нижнего класса в исходном материале; а3 - коэффициент, учитывающий процентное содержание в нижнем классе зерен, размером меньше половины отверстия сита.

Определены коэффициенты зависимости момента, производительности и эффективности от угла наклона грохота.

М(а.) K2g2 cos2 a sin 2ф+2a2\iKdgde cosa.

M~M(a=o) ~ K2g2 sin 2cp + 2a2\iKdgdg

ki=8,49a2-0,59a+0.36; a,= -2,6a2+0,81a+l; км, kh a¡- коэффициенты момента, производительности и эффективности, учитывающие угол наклона грохота; a - угол наклона грохота.

На основании вышеизложенного были получены результаты зависимости момента, производительности и эффективности от угла наклона грохота (рис. 9).

3.5 '

............. /

2.5 • ✓ /

9 .................................у............ /

ч? 13 • у .......... /

4 """V"......................-

0.5 - -------

О ■ 5 10 15 20 25 30 35 40 Угол наклона грохота -Ш --И -а1

Рис. 9. Зависимость момента, производительности и эффективности электродвигателя привода грохота от угла наклона грохота На графике видно, что изменение угла по допустимому интервалу приводит к изменению момента двигателя, производительности и эффективности грохотов. Таким образом, необходимо регулировать угол наклона для определения рационального момента двигателя в соответствии с эффективностью и производительностью грохотов с целью повышения надежности и качества работы грохотов.

Разработка устройства управления электроприводом вибрационного грохота с изменением наклона платформы для определения рационального момента со-

электроприводом вибрационного грохота 1,7- задающее устройство тока, наклона; 2,8 - регулятор тока, положения;

3,9— преобразователь частоты; 4 — электродвигатель грохота;

5,13— датчик тока, положения платформы; 11 — червячная передача; 6,14 - преобразователь тока в напряжение; 10 - электродвигатель передачи;

12 - платформа грохота; 15,16,17-сумматор.

Устройство управления ЭМС вибрационного грохота функционирует следующим образом: входной сигнал датчика тока 5 от статора I, электродвигателем грохота 4 и выходной сигнал 1Р подают на второй вход первого сумматора 15 и на преобразователя тока в напряжение 6. На первый вход первого сумматора 15 по-

дают выходной сигнал задающего устройства тока 1. На первом сумматоре 15 суммируют два приемных сигнала, и выходной сигнал подают на вход регулятора тока 2 и одновременно на второй вход подают сигнал со второго сумматора 17. На вход преобразователя частоты 3 подают выходной сигнал с регулятора тока 2. Работой электродвигателя грохота 4 управляют выходным сигналом преобразователя 3.

Значение наклона платформы 12 грохота а берут от датчика положения платформы 13. Выходной сигнал с датчика положения платформы 13 Ор подают на второй вход сумматора 16 и на второй преобразователь тока в напряжение 14. На первый вход сумматора 16 подают выходной сигнал сц задающего устройства наклона 7, выходной сигнал сумматора 16 подают на первый вход регулятора.положения грохота 8. На второй вход регулятора положения грохота 8 подают сигнал с выхода второго сумматора 17. На вход преобразователя частоты 9 подают выходной сигнал регулятора положения грохота 8. Функционированием электродвигателя передачи 10 управляют выходом сигнала преобразователя частоты 9. Скоростью электродвигателя передачи 10 управляют с помощью червячной передачи 11, которая воздействует на платформу грохота 12 для изменения ее наклона.

Выходной сигнал датчика тока 1р через преобразователь тока в напряжение 6 преобразуют в и1 и подают на первый вход сумматора второго 17, на второй вход второго сумматора 17 подают сигнал IIкоторый преобразовывают с выходного сигнала датчика положения Ор через второй преобразователь тока в напряжение 14. Выходной сигнал второго сумматора 17 подают на второй вход регулятора тока 2 и на второй вход регулятора положения грохота 8.

С изменением наклона платформы 12 изменяют момент сопротивления электродвигателя грохота 4 на вале, который приводит к изменению тока статора. Этот момент сопротивления достигает минимума, когда два приходящих значения напряжения во вход второго сумматора 17 равны друг другу. Поэтому существует управление наклона платформы с начальными задающими значениями аа в рамках от 10° до 40° для нахождения места, при котором и1 =

Определены структурная схема и передаточные функций системы управления для определения формирования законов и качества регулирования электропривода грохота в разных условиях работы.

Передаточная функция асинхронного двигателя:

}У{р)= кдв

ТМР +1

где Тм — электромеханическая постоянная времени; кдб - жесткость механической характеристики.

Передаточная функция преобразователя частоты:

ту (п\= Ктп

ТтпР +1

где Ктп - коэффициент передачи преобразователя частоты; Ттп - постоянная времени преобразователя.

Передаточная функция редуктора:

Щр) =

фСР) :

№

где ц - передаточный коэффициент редуктора. Передаточная функция грохота:

би

4

где Тп =

2 ¿/ ^вта

— время прохождения грохота материалом, которое легко можно

оценить в режиме нормальной эксплуатации; Т = —

постоянная времени; Ь

длина грохота; g - ускорение свободного падения;/— частота вибраций; а — угол наклона грохота; 2 - расход поступающей на грохот материала; (¿п - расход подре-шетного продукта; ¿-коэффициентпередачи грохота.

На рис. 11. приведена структурная схема устройства управления электроприводом вибрационного грохота

<0,1

пч ЭД„р РД

к. и: V. СО: 1

Т.?-!

Рис. 11. Структурная схема устройства управления электроприводом вибрационного грохота Применение регуляторов Р, Р1, РГО для установленной схемы определяет запас устойчивости и оценивает качество регулирования. На рис. 12. представлены результаты моделирования на программе МаНаЬ-БтщНпк.

Угол наклона грохота

вале ---Регулиро*

а Р1_ Регулиром

— — Регулиров«

Регулирование РГО

си Зависимость запаса устойчивости по амплитуде от угла наклона грохота

б. Зависимость запаса устойчивости по фазе от угла наклона грохота

0.25 - Л

................................................/Т

\ ::......../........А....................

.....ч .......

~__-V,-'

з 10 15 Ж 25 Э© 35 40 43 Угол наклона грохота — Не регулирование ---Регулирование Р — Регулирование PI -Регулирование РГО

1 \........../..........

...................................................

.................. .....

——X _ -

Угол нянлоня грохота

-Не регулирование

--Регулирован*« PI

- Регулирование РШ

в. Зависимость времени нарастания

г. Зависимость показа максимума от угла наклона грохота

to

1 ............................................

7

............... '/ \

* :

0 5 10 1» 20 25 30 36 *0 <5 Угол наклона грохота -Не регулирование -----Регулирование Р — Регулирование PI -Регулирование РШ

— Не регулирование

- - Регулирование PI

--Регулирование Р

-Регулирование РШ

. Зависимость времени регулирования от угла наклона грохота

е. Зависимость перерегулирования от угла наклона грохота

ж. Граница устойчивости зависимости з. Колебательная устойчивость зависимо-

от угла наклона грохота и частоты сти от угла наклона грохота и частоты

Рис. 12. Результаты применения регуляторов Р, PI, PID

Анализ полученных результатов приводит к следующему выводу. Оценка запаса устойчивости и качество регулирования через интервал времени нарастания, показ максимума, времени регулирования, установившееся значение и перерегулирование при использовании регуляторов Р, PI, РШ показывают, что по закону регулирования при подаче руды большой удельной массы нужен большой запас устойчивости, поэтому для PI регулирования руды и для угля с малым удельным весом лучше Р регулятор.

В четвертой главе проведено планирование эксперимента, разработана физическая модель электромеханической системы вибрационного грохота (рис 13).

Разработанная методика экспериментальных исследований соотношения мощностей электропривода вибрационного грохота и электропривода определяет критерии подобия его физической модели реальной установке

3 — трансформатор тока; 4 - трансформатор напряжения; 5 - тормоз;

6 - червячной передача; 7 - обработка на ЭВМ; 8 - ЭВМ; 9 - диск; 10 - груз.

В результате экспериментальных исследований, проведенных Булаала Мо-хаммедом, установлена осциллограмма формирования момента на валу электродвигателя вибрационного грохота типа ГИСЛ72, где, используя пропорционость напряжения изменению момента, оно генерировалось на стенд через моделирование ПЭВМ и преобразователь на тормоз, а система изменения моделирования угла наклона просеивающей поверхности грохота через измерительно-преобразовательные элементы обеспечивала определение изменения момента его

Рис. 14. Зависимость изменения момента на валу электродвигателя вибрационного грохота

___ : при отсутствии угла наклона грохота;

------: с регулированием угла наклона грохота

Обработка результатов экспериментальных исследований показала, что наименьшие значения момента электродвигателя вибрационного грохота достигались в диапазоне его изменения 15 -25°, а при 18° обеспечивалась наибольшая эффективность функционирования электромеханической системы, повышение

которой составило 25%. Изменение величин момента на валу электродвигателя вибрационного грохота не выходило за пределы области, ограниченной зависимостями мощности, производительностью и его эффективностью.

Результаты экспериментальных исследований доказали правильность теоретических исследований и разработанных технических решений по повышению эффективности функционирования электромеханических систем вибрационных грохотов с регулируемым углом наклона его просеивающей поверхности.

В заключении сформулированы основные научные результаты работы, рекомендации по их применению.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация представляет собой законченную научно-квалификационную работу, в которой поставлена и решена задача обоснования рациональных параметров, условий формирования закона и структуры управления электромеханическими системами вибрационных грохотов, в комплексе учитывающих регулирование нагрузки на валу электродвигателя грохота и угла наклона его просеивающей поверхности, обеспечивающих повышение эффективности их функционирования.

Основные результаты работы и выводы заключаются в следующем:

1. Разработана математическая модель электромеханической системы вибрационного грохота, учитывающая его функциональные связи трансмиссий с трансмиссией устройства регулирования угла наклона просеивающей поверхности грохота.

2. Установлены условия реализуемости математической модели электромеханической системы вибрационных грохотов и разработана методика расчета их рациональных параметров по критерию надежности.

3. Определены рациональные параметры электромеханических систем вибрационных грохотов с регулируемым углом наклона его просеивающей поверхности, условия формирования закона и структуры управления ими на основе исследования их математической модели.

4. Установлено влияние на определение закона управления, удельного веса полезного ископаемого с учетом того, что для удельного веса руды требуется запас устойчивости, обеспечиваемый Р1 регулированием, а угля Р регулированием.

5. Численное моделирование переходных процессов в электромеханических системах вибрационных грохотов с регулированием угла наклона его просеивающей поверхности позволило определить рациональные режимы их работы и при сравнении расчетных и экспериментальных исследований показало, что расхождение их не превышает 14%, что допустимо в инженерных расчетах. При этом установлено, что эффективность функционирования электромеханических систем с регулируемым углом наклона повышается до 30%.

6. Разработана физическая модель электромеханической системы вибрационного грохота с регулируемым углом наклона его просеивающей поверхности и стенд для физического моделирования структуры правления, проведения

экспериментальных исследований по оценке правильности и эффективности ре зультата теоретических исследовании и разработанных технических решений п их реализации. Экспериментальными исследованиями установлено, что наименьше значение момента достигалось при угле наклона просеивающей поверхности вибра ционного грохота 15°-25°, а эффективность достигала 20-30%.

7. Изменение величин момента на валу электродвигателя вибрационно грохота не выходило за пределы области, ограниченной зависимостями мощно сти, производительностью и его эффективностью.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. До Ньы И. Анализ конструктивных и расчетных схем вибрационны грохотов II Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011 Вып.б. 4.1 — С.180-184.

2. Степанов В.М, До Ньы И. Обобщенная математическая модель виб рационных грохотов // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-в ТулГУ, 2011. Вып.б. 4.1. - С.246-251.

3. До Ньы И. Исследование влияния различных факторов на процесс грохо чения. УП магистерская научно-техническая конференция. Россия, Тула, 23-2 апреля 2012 года.

4. До Ньы И. Моделирование процесса колебания вибрационного гро хота // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012 Вып.4. - С.34-38.

5. До Ньы И. Исследование влияния наклона просеивающей поверхн сти на процесс грохочения // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд во ТулГУ, 2012. Вып.4. - С.30-33.

6. До Ньы И, Нго Сян Кыонг, Зыонг Куок Зунг. Синтез замкнутой сист мы скалярного управления скоростью асинхронного двигателя // Извесп-ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. Вып.12.4.2. - С.163-166.

7. До Ньы И. Методы расчета и оценка показателей надежности вибра ционных грохотов // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во Тул ГУ, 2012. Вып.12.4.2. - С.15-21.

8. До Ньы И. Анализ и синтез системы векторного управления с ориен тацией по потокосцеплению ротора // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. Вып.12.4.2. - С.157-162.

9. Пат. №127271 на полезную модель. Устройство электроприводом вибрационного грохота: Рос. Федерация. Степанов В.М, До Ньы И. Опубл. 20.04.2013. Бюл. №11.

Изд. Лиц. ЛР № 020300 от 12.02.97. Подписано в печать?/.05.2013.

Формата бумаги 60x84 1/16. Бумага офсетная. Усл. печ. л. 1,1 Уч.-изд. л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ О2,1 ГОУ ВПО Тульский государственный университет 300600, г.Тула, просп. Ленина, 92 Отпечатано в издательстве ТулГУ. 300600, г.Тула, просп. Ленина, 95

ТУЛЬКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

04201359202

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ВИБРАЦИОННЫХ

ГРОХОТОВ

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

Диссертация

На соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Степанов В.М.

Тула-2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.........................................................................................................4

1. АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ВИБРАЦИОННЫХ ГРОХОТОВ И МЕТОДОВ РАСЧЕТА ИХ ПАРАМЕТРОВ, НАДЕЖНОСТИ И ОПТИМИЗАЦИИ РЕЖИМОВ РАБОТЫ...................10

1.1. Конструктивные схемы и условия эксплуатации...........................10

1.2. Способы управление режимами работы и методы расчета параметров электромеханических системы...........................................27

1.2.1. Способы управление режимами работы.......................................27

1.2.2. Методы расчета параметров электромеханических системы.....34

1.3. Цель и задачи исследования.............................................................37

1.4. Выводы................................................................................................38

2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ВИБРАЦИОННЫХ ГРОХОТОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИХ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ..................................................................................40

2.1. Разработка обобщенной математической модели..........................40

2.2. Определение параметров устройство регулирования угла наклона просеивающей поверхности.....................................................................54

2.3. Исследование обобщенной математической модели для определения рациональных параметров и режимов работы................56

2.4. Выводы................................................................................................84

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСЛОВИЙ ФОРМИРОВАНИЯ ЗАКОНА И

СТРУТУРЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМОЙ ВИБРАЦИОННОГО ГРОХОТА............................................85

3.1. Определение условий формирования управляющего воздействия .....................................................................................................................85

3.2. Разработка структуры управления...................................................93

3.3. Исследование работоспособности системы управления и определении закона управления............................................................100

3.4. Выводы....................:.........................................................................113

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИМЕНЕНИЯ

РАЗРАБОТННОЙ СТРУКТУРЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМ ВИБРАЦИОННОГО ГРОХОТА

............................................................................................................................114

4.1. Планирование эксперимента...........................................................114

4.2. Стенд аппаратура и методика исследований................................120

4.3. Экспериментальные исследования................................................127

4.4. Выводы..............................................................................................132

ЗАКЛЮЧЕНИЕ..............................................................................................133

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ДИССЕРТАЦИОННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ...........................................................................................................................135

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В горнорудной промышленности, где широкое применение нашли вибрационные грохоты в технологических процессах, сохраняется достаточно высокая их энергоемкость. Они применяются для разделения кусковых материалов на классы в результате дробления при погрузке угля в железнодорожные вагоны и отмывки утяжелителя при обогащении полезных ископаемых в тяжелых средах.

Колебательные движения исполнительного органа электромеханической системы (ЭМС) вибрационных грохотов, приводящие к формированию динамических нагрузок на валу электродвигателя, вызывающие превышение момента по отношению к его номинальной величине, рассмотрены в работах Е.Е Серго, С.Е Андреева, В.А Перова, В.В Зверевича и Булаалла Мохаммеда при обосновании режимных и конструктивных параметров. Однако в этих работах не учитывались характеристики неравномерности поступления полезного ископаемого в грохот, что вызывает либо неполное использование мощности электродвигателя вибрационного грохота, либо усиление динамики в трансмиссии ЭМС, что проводит к повышению энергоемкости процесса грохочения до 30%.

Одно из направлений уменьшения величины момента на валу электродвигателя вибрационного грохота может быть достигнуто при наклоне просеивающей поверхности в диапазоне 10°-40°. Фиксированная величина этого угла снижает эффективность формирования меньшей величины момента на валу электродвигателя, что также усугубляется неравномерностью поступающей массы полезного ископаемого при процессе грохочения.

Поэтому обоснование рациональных параметров электромеханической системы и следящей системы формирования наименьших значений момента на валу электродвигателя вибрационного грохота, обеспечивающей надежность и эффективность ее функционирования, является важной научной задачей.

Цель работы состоит в повышении надежности и эффективности функционирования электромеханических систем вибрационных грохотов путем обоснования их рациональных параметров структуры и формулирования закона управления в следящем режиме.

Задачи исследования:

1. Анализ конструктивных схем и условий эксплуатации электромеханических систем вибрационного грохота, методов управления их режимами работы и расчета параметров.

2. Разработка обобщенной математической модели электромеханических систем вибрационного грохота, учитывающей его функциональные связи трансмиссий с трансмиссией, устройства регулирования угла наклона просеивающей поверхности.

3. Исследование математической модели электромеханической системы вибрационного грохота с регулированием угла наклона его просеивающей поверхности для установления закономерностей формирования управляющего воздействия в системе функциональной связи трансмиссий грохота с трансмиссией устройства регулирования угла наклона расчета ее рациональных параметров по критерию надежности.

4. Определение условий реализуемости конструкционной и функциональной надежности электромеханических систем вибрационного грохота с регулированием угла наклона его просеивающей поверхности.

5. Разработка методики определения рациональных параметров электромеханических систем вибрационных грохотов по критерию надежности.

6. Определение структуры и топологии управления электромеханической системой вибрационных грохотов с регулированием угла наклона его просеивающей поверхности.

7. Численные и экспериментальные исследования режимов работы электромеханической системы вибрационных грохотов при применении разработанных технических решений устройства управления ее электроприводами.

Идея работы заключается в достижении требуемого уровня значения момента на валу электродвигателя вибрационного грохота на основе регулирования угла наклона его просеивающей поверхности и обоснования рациональных параметров электромеханической системы при критерии надежности, структуры и топологии управления режимами работы грохота.

Объектом исследования является электромеханическая система вибрационного грохота с регулированием угла наклона его просеивающей поверхности.

Предметом исследования являются переходные процессы, протекающие в электромеханической системе вибрационных грохотов.

Методы исследования, используемые в работе, основаны на применении теории электромеханических цепей, автоматического управления,

надежности, вероятностей и математической статистики, численных методов и экспериментальных исследований с применением ЭВМ.

Автор защищает:

1. Математическую модель электромеханической системы вибрационного грохота, учитывающей функциональные связи трансмиссии с устройством регулирования угла наклона просеивающей поверхности грохота.

2. Закономерности формирования управляющего воздействия в системе функциональных связей трансмиссий грохота с трансмиссией устройства регулирования угла наклона просеивающей поверхности грохота.

3. Зависимости для расчета рациональных параметров электромеханических систем вибрационных грохотов и условия реализуемости их конструкционной и функциональной надежности в технические решения структуры и топологию управления их режимами работы.

Научная новизна заключается в определении рациональных параметров электромеханических систем вибрационных грохотов с регулированием угла наклона просеивающей поверхности грохота, закономерностей формирования структуры и топологии управления ее режимами работы для повышения надежности и эффективности работы системы.

Она представлена следующими результатами:

- определены зависимости для расчета рациональных параметров электромеханических систем вибрационных грохотов с регулируемым углом наклона просеивающей поверхности грохота на основе исследования ее математической модели;

- установлены закон и условия формирования электромеханическими системами вибрационных грохотов с регулируемым углом наклона просей-

вающей поверхности, обеспечивающие повышение надежности и эффективности их функционирования;

- определены условия реализуемости конструкционной и функциональной надежности математической модели электромеханических систем вибрационных грохотов с регулируемым углом наклона их просеивающей поверхности в разработку технических решений.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций диссертационной работы обеспечены обоснованными допущениями, адекватностью результатов теоретических и экспериментальных исследований, расхождения между которыми не превышают 14%, что допустимо в инженерных расчетах.

Практическое значение. Разработана методика расчета рациональных параметров электромеханических систем вибрационных грохотов с регулируемым углом наклона его просеивающей поверхности.

Реализация результатов работы. Основные научно-практические результаты диссертационной работы переданы для практической реализации на ЗАО "Производственное объединение Тулаэлектропривод", а также используются в учебных курсах "Специальные главы электропривода", "Энергетика электропривода" и "Специальные виды электроприводов" на кафедре "Электроэнергетика" ТулГУ.

Апробация результатов работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на ежегодных магистерских научно-технических конференциях ТулГУ (г. Тула 2010-2012 г.г), Международной научно-технической конференции «Энергосбережение -2011» (г. Тула, 2011г.), Энергосбережение -2012 (г. Москва, 2012), Энергосбережение -2013 (г. Москва, 2013).

Публикации. Основные положения диссертационной работы изложены в 8 статьях, из них 7 в изданиях, рекомендованных ВАК, имеется 1 патент РФ на полезную модель.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 разделов, заключения, списка использованных источников из 152 наименований и включает 137 страниц машинописного текста, содержит 24 рисунка и 8 таблиц. Общий объем - 148 страницы.

Автор выражает благодарность заведующему кафедрой «Электроэнергетика» Тульского государственного университета, доктору технических наук, профессору Степанову Владимиру Михайловичу и доценту кафедры «Электроэнергетика» Тульского государственного университета, кандидату технических наук, доценту Горелову Юрию Иосифовичу за научные консультации, поддержку и помощь при работе над диссертацией.

1. АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ВИБРАЦИОННЫХ ГРОХОТОВ И МЕТОДОВ РАСЧЕТА ИХ ПАРАМЕТРОВ, НАДЕЖНОСТИ И ОПТИМИЗАЦИИ РЕЖИМОВ РАБОТЫ

1.1. Конструктивные схемы и условия эксплуатации

Вибрационные грохоты- получили повсеместное и широкое применение не только в горно-обогатительной, но и во многих других отраслях техники и промышленности - в дорожной, строительной, химической и пр. Они /1, 29, 37, 43, 51, 69, 99, 102/ используют в горнорудной промышленности для разделения кусковых материалов на классы перед дроблением, для отмывки утяжелителя при обогащении полезных ископаемых в тяжелых средах, для обезвоживания пульпы, в горной химии и угольной промышленности, для товарного грохочения, то есть разделения готового продукта (угля и руды) и на товарные классы перед отправкой потребителю.

Большой вклад в создание теоретических основ вибрационной техники внесли И.И. Блехман, И.И. Быховский, Р.Ф. Ганиев, И.Ф. Гончаревич, В.В. Гортинский, Э.Э. Лавендел, Б.П. Лавров, Р.Ф. Нагаев, В.Н. Потураев, К.Ф. Фролов, К.Ш. Ходжаев, Kelly S.Graham, Frederick F. Ling, C.F. Beards, William J.Bottga, H. Li. Практика проектирования, расчета и технологического применения вибрационных машин и устройств отречены в работах В.А. Баумана, Ю.Ю. Гяцявичюса, Г.А. Денисова, И.И. Кавармы, Н.Г. Картавого, В.К. Преснякова, K.M. Рагульскиса, А.О. Спиваковского, А .Я. Тишкова, А.Д. Учителя, В.П. Франчука, М.В. Хвингии, А.Г. Червоненко, A.B. Юдина /9, 16,17, 18, 19, 24,38,48, 84, 89, 92, 96, 119,123,125, 131, 134, 137, 141, 142, 143, 151/.

В зависимости от типа механизма, приводящего сито в вибрационное движение, все вибрационные грохоты могут быть разбиты на следующие три группы:

а) Полувибрационные (гирационные) грохоты,

б) Вибрационные (инерционные) грохоты с круговыми вибрациями короба,

в) Вибрационные грохоты с прямолинейными вибрациями короба.

Полувибрационные (гирационные) грохоты: схема гирационного грохота показана на рис. 1.1. Короб с ситом устанавливается наклонно под углом от 10° до 30° к горизонту /1, 30,71,101/.

Вращение эксцентриковому валу передается от электродвигателя через гибкую передачу на шкив 8. Короб в своей центральной части совершает при этом круговые движения с радиусом, равным эксцентриситету е вала. Крайние точки короба в загрузочной и разгрузочной частях совершают движение по замкнутым овальным кривым, форма которых определяется жесткостью и местом расположения амортизаторов

А-А

1

Рис. 1.1. Схема гирационного грохота:

1 - опора; 2 - подшипник; 3 - вал; 4 - эксцентриковый заточка; 5 - подшипник; 6 - короб; 7 - просеивающая поверхность; 8 - шкива; 9 - контргруз; 10 - диск; 11 - рессора.

При движении короба грохота по круговой траектории возникает центробежная сила Р

где М - масса движущегося короба с грохотимым материалом; и - окружная скорость кривошипа; е - эксцентриситет приводного вала; п - частота вращения вала, об/мин.

Переменная по направлению радиальная центробежная сила инерции, передаваемая через подшипники 2 на неподвижную раму грохота, могла бы вызывать колебания опорных конструкций. Для уравновешивания этой силы на валу закрепляются два маховика 10 с дополнительными неуравновешенными грузами 9. Радиус г вращения центра тяжести грузов и их массу т подбирают таким образом, чтобы соблюдалось равенство

где т - масса одного неуравновешенного груза.

Достоинство этих грохотов заключается в том, что они имеют постоянную амплитуду качаний короба, независимо от нагрузки материала на грохот, и могут быть применены для весьма тяжелых условий работы.

Вибрационные грохоты с круговыми вибрациями короба: принципиальная схема такого грохота показана на рис. 1.2. Короб грохота с ситом 2 подвешивается или устанавливается на пружинах (рессорах) 3 под углом 10°-40° к горизонту/1,30,71,101/

М)2 _ Мг2еи2 Є ЗО2

(1.1)

(1.2)

6 7

'///////

V//////

їїі

З

Рис. 1.2. Схема вибрационного грохота с простым дебалансным вибратором: 1 - короб грохота; 2 - просеивающая поверхность; 3 - пружины 4 - подшипники; 5 - вал; 6 - шкив; 7 - дебаланс. Короба вызываются центробежной силой инерции, возникающей при вращении неуравновешенной массы дебаланса. Дебаланс при вращении развивает радиально направленную вращающуюся центробежную силу инерции

где т - масса одного дебалансного груза, кг; п - частота вращения вала, об/мин; г - расстояние от центра тяжести дебалансного груза до оси вращения, м.

Центробежную силу можно представить разложенной на две составляющие. Одна из них направлена перпендикулярно к плоскости короба грохота и по оси пружин, а другая вдоль плоскости короба. Первая составляющая сжимает и растягивает опорные пружины короба, а вторая погашается их жесткостью в направлении, перпендикулярном к оси пружин. В результате короб грохота описывает эллиптическую траекторию. Весь приводной меха-

Р -

2 2 я п г

2т,

(1.3)

ЗО2

низм участвует в колебаниях короба, а поэтому радиус колебаний зависит от соотношения масс короба грохота и дебалансного груза. В области, далекой от резонанса, справедливо соотношение

а 2т

атг = 2 гт, — = —, (1.4)

г тг

где а - амплитуда колебаний короба грохота; тг - полная масса короба с нагрузкой.

Амплитуду колебаний короба можно регулировать изменением массы дебалансных грузов т или радиуса их вращения г. Если масса короба по каким-либо причинам увеличилась против расчетной (увеличение нагрузки), то при неизменной массе дебалансов т и том же радиусе их вращения г амплитуда должна уменьшиться. Поэтому при перегрузках грохота амплитуда колебаний короба уменьшается, колебания затухают и эффективность грохочения ухудшается. При уменьшении нагрузки амплитуда колебаний увеличивается. В этом случае эф