Повышение надежности горных машин с помощью регулируемого электропривода на базе сдвоенного двигателя

Повышение надежности горных машин с помощью регулируемого электропривода на базе сдвоенного двигателя

Работа большинства горных машин сопровождается достаточно большими вибрациями корпуса, что негативно отражается на надежности установленного там оборудования. Большая часть вибраций обусловлена реакцией машины на изменяющуюся нагрузку и наличием упругой податливости в элементах рамы, связывающих статоры приводных двигателей с землей [1]. Помимо этого, резкопеременный характер нагрузки способствует возникновению упругих колебаний в элементах трансмиссии, которые негативно влияют на надежность этих элементов.

Отдельно задача стабилизации упругого момента в трансмиссии была рассмотрена в [2], а задача стабилизации упругого момента в раме горной машины была рассмотрена в [3]. Однако одновременно стабилизировать

обе эти величины в электроприводе со стандартным двигателем невозможно, так как на механическую систему действует одно управляющее воздействие — электромагнитный момент.

Решить задачу одновременной стабилизации упругих моментов со стороны статора и трансмиссии возможно с использованием сдвоенного двигателя, упрощенная конструкция которого схематически изображена на рис. 1.

Повышение надежности горных машин с помощью регулируемого электропривода на базе сдвоенного двигателя 1
Рис. 1 – Конструктивная схема сдвоенного двигателя

где

  • 1 — статор первого двигателя
  • 2 — ротор первого двигателя
  • 3 — статор второго двигателя
  • 4 — ротор второго двигателя
  • 5 ,6 — подшипниковые опоры

В данной конструкции статор первого двигателя крепится к раме горной машины. Его ротор жестко связан со статором второго двигателя и может свободно вращаться, а ротор второго двигателя подсоединяется к трансмиссии горной машины.

Расчетная схема горной машины со сдвоенным двигателем представлена в виде четырехмассовой системы на рис. 2.

Повышение надежности горных машин с помощью регулируемого электропривода на базе сдвоенного двигателя 2
Рис. 2 – Четырёхмассовая механическая система со сдвоенным двигателем

Математическая модель такой механической системы описывается системой уравнений:

Повышение надежности горных машин с помощью регулируемого электропривода на базе сдвоенного двигателя 3

(1)

где

  • ω1, ω2, ω3, ω4 — частоты вращения первой, второй, третьей и четвертой масс
  • М1, М2 — электромагнитные моменты первого и второго двигателей
  • М12 -упругий момент между статором первого двигателя и землей
  • М34 — упругий момент между ротором второго двигателя и рабочим органом
  • J1 -момент инерции статора первого двигателя
  • J2 — суммарный момент инерции ротора первого двигателя и статора второго двигателя
  • J3 — момент инерции ротора второго двигателя
  • J4 -момент инерции рабочего органа
  • Мс — момент сопротивления
  • С12, С34 — коэффициенты жесткости упругих связей

Проведя синтез системы управления для сдвоенного двигателя с помощью аналитического конструирования агрегированных регуляторов [4] при задании основных инвариантных многообразий в виде:

Повышение надежности горных машин с помощью регулируемого электропривода на базе сдвоенного двигателя 4
Повышение надежности горных машин с помощью регулируемого электропривода на базе сдвоенного двигателя 5

где

  • М12*, М34* — желаемые значения соответствующих упругих моментов, получим зависимости управляющих моментов, как для рассмотренных ранее систем [2, 3].

Применительно к сдвоенному двигателю (1) эти зависимости будут иметь вид:

Повышение надежности горных машин с помощью регулируемого электропривода на базе сдвоенного двигателя 6

(2)

На рис. 3 — 4 представлены результаты моделирования работы, управляемого сдвоенного двигателя с параметрами:

  • J1=3 кг*м2
  • J2= 1,5 кг*м2
  • J3=1 кг*м2
  • J4=3 кг*м2
  • С12=50000 Н*м
  • С34=5000 Н*м
  • T1= Т2= Т3= T4= 0,02
  • М12*34*=500 Н*м
Повышение надежности горных машин с помощью регулируемого электропривода на базе сдвоенного двигателя 7
Рис. 3 – Временные зависимости моментов
Повышение надежности горных машин с помощью регулируемого электропривода на базе сдвоенного двигателя 8
Рис. 4 – Временные зависимости частот вращения

Анализируя полученные зависимости, можно сделать вывод, что упругие напряжения в раме и трансмиссии стабилизируются, а возмущающие воздействия поступающие со стороны нагрузки, гасятся за счет управляющего момента М2 и динамических моментов, вызванных изменениями скоростей второй и третьей масс.

Таким образом, предлагаемую систему регулируемого электропривода со сдвоенным двигателем можно рекомендовать к применению в горных машинах с упругой податливостью рамы и трансмиссии, для уменьшения уровня вибраций и повышения их надежности.

Список литературы

  1. Гончаревич И.Ф., Докукин А.В. Динамика горных машин с упругими связями. — М.: Наука, 1975. 212 с
  2. Завьялов В.М. Подавление упругих колебаний в горных машинах с двухмассовой расчетной схемой // Вести. КузГТУ, 2005, №6. — С 67-69
  3. Завьялов В.М. Подавление упругих колебаний в горных машинах с упругой рамой // Вести. КузГТУ. 2006. № 1.-С. 65-66
  4. Колесников А.А. Синергетическая теория управления. — Таганрог: ТРТУ, М.: Энергоатомиздат, 1994.344 с

Источник: Повышение надежности горных машин с помощью регулируемого электропривода на базе сдвоенного двигателя / В.М. Завьялов, И.А. Куприянов // Вестник КузГТУ. — 2007. — №1. — C. 44-46

Добавить комментарий

Gekoms LLC

Коллектив экспертов большая часть опыта и знаний которых востребованы в области промышленной автоматизации, разработке технически сложного оборудования, программировании АСУТП, управлении электроприводом. Телефон: +7(812) 317-00-87 Email: info@gekoms.com Сайт: https://gekoms.org