Методика за изчисляване на самосвали за открити рудници с eлектромеханична предавка



Скачать 233.87 Kb.
Дата24.04.2016
Размер233.87 Kb.
ГОДИШНИК на Минно-геоложкия университет “Св. Иван Рилски”, Том 56, Св.IІІ, Механизация, електрификация и автоматизация на мините, 2013

ANNUAL of the University of Mining and Geology “St. Ivan Rilski”, Vol. 56, Part ІІІ, Mechanization, electrification and automation in mines, 2013



МЕТОДИКА ЗА ИЗЧИСЛЯВАНЕ НА САМОСВАЛИ ЗА ОТКРИТИ РУДНИЦИ С EЛЕКТРОМЕХАНИЧНА ПРЕДАВКА
Христо Шейретов
Минно-геоложки университет „Св.Иван Рилски”, 1700 София, sheiretov@abv.bg
РЕЗЮМЕ. Разработена е методика за изчисляване на руднични самосвали с електромеханична предавка. Първоначално се избира модела и товароподемността на самосвала. След това се определят диаметъра на гумите, масата на натоварения самосвал и продължителната мощност на тяговите двигатели и генератора. Избират се тягов електродвигател и тягов генератор. Определя се максималната теглителна сила на самосвала от условията за сцепление и максимален въртящ момент на тяговите електродвигатели, максималната спирачна мощност и максималната спирачна сила на самосвала. Построяват се граничните тягови и спирачни характеристики на самосвала. Определят се максималните скорости, средните скорости, необходимите теглителни и спирачни сили за всички участъци от трасето на пътя, продължителността на рейса и производителността на самосвала. Накрая се правят проверки на продължителната тангенциална мощност на дизеловия двигател (на периферията на задвижващите колела) и на тяговите електродвигатели за нагряване.

На базата на разработената методика е решен конкретен пример.

Разработената методика може да се използува както от студентите, така и от специалистите, които работят в миннодобивната и строителната промишленост.
METHODOLOGY FOR THE CALCULATION OF MINING DUMP TRUCKS WITH HYDROMECHANICAL TRANSMISSION

Hristo Sheiretov

University of Mining and Geology “St. Ivan Rilski” Sofia, sheiretov@abv.bg

ABSTRACT. A methodology for the calculation of mining dump trucks with electromechanical transmission is developed. At first the model and the payload of the truck are selected. After that the diameter of tires, the weight of the loaded truck and the continuous power of the traction motors and generator are determined. Traction motor and traction generator are selected. The maximum traction force is determined from the conditions of adhesion and maximum torque of the traction motors, the maximum retard power and the maximum retard force are determined. The rimpull-speed-gradeability and brake performance characteristics of the truck are drawed. The maximum speed, the average speed, the required traction and brake forces of all of sections the road, the duration of the tour and the output of the truck are determined. Finally checks are made for the tangential continuous power of the diesel engine (at the periphery of the drive wheels) and for the heating of the traction motors.

A concrete example is solved using the developed methodology.

The methodology may be useful for the students, and also for the specialists, working in the mining and in the construction industry.



Увод
В Дьяков (1986) са дадени основите на теорията и изчисляването на автомобилния транспорт в откритите рудници. В Проектирование электропривода мотор-колеса (2011) са разгледани видовете видовете електро­механични предавки на самосвалите и проектирането им.
В Caterpillar и БелАЗ са дадени техническите параметри, тяговите и спирачните характеристики на произвежданите от фирмите руднични самосвали. В Komatsu e разгледана практическа методика за определяне на производител­ността на челните товарачи, багерите и самосвалите за открити рудници.
На базата на тези литературни източници и допъл­нителна информация от Интернет е разработена цялостна методика за изчисляване.

Описание на методиката
Входни данни

Самосвалите се натоварват от хидравличен багер права лопата с вместимост на кофата q = 20 m3; Изкопаният материал е желязна руда с плътност в разбухнало състояние ρ = 2,2 t/m3; Упростеният надлъжен профил на трасето и състоянието на пътя са дадени в табл.1:


Таблица 1

Данни за трасето на пътя

Участък

1

2

3

4

5

6

Дължина Li [m]

300

100

1000

1000

100

300

Наклон ii [%]

0

10

0

0

-10

0

woi [%]

8

5

3,5

3,5

5

8

1 - движение на натоварения самосвал в рудника от багера до изходната траншея; 2 - движение на натоварения самосвал нагоре в изходната траншея; 3 - движение на натоварения самосвал на повърхността от изходната траншея до товарния пункт; 4 - движение на празния самосвал на повърхността от товарния пункт до изходната траншея; 5 - движение на празния самосвал надолу в изходната траншея; 6 - движение на празния самосвал в рудника от изходната траншея до багера.

woi - основно относително съпротивление (2-3,5 - за път в добро състояние (със здрава повърхност); 5-за път в средно стояние (повърхността се огъва под натиска на колелата); 8-10 - за път в лошо състояние (основата не е уплътнена и бързо се образуват се коловози); 15-20 - за път в много лошо състояние (кален път с мека повърхност и дълбоки бразди)).
Избор на самосвал

Самосвалите се избират в зависимост от вместимостта на кофата на багера q според табл.2 и табл.3.


Таблица 2

Избор на максимална товароподемност на самосвала

q [m3]

10 - 15

16 - 20

21 - 34

35 - 40

G [t]

130 - 136

130 - 190

160 - 292

220 - 363

G - максимална товароподемност на самосвала
Таблица 3

Класификация на произвежданите модели двуосни самосвали с електромеханична предавка по товароподемност (ТП)

Клас по ТП

Фирма


130 - 136 t

160 - 190 t

220 - 222 t

Hitachi




EH3500 190 t

EH4000 222 t

Komatsu




730E 184 t

830E 222 t

Unit Rig

MT 3300

136 t


MT 3700

186 t


MT 4400

221 t


БелАЗ

75137 130 t

75170 160 t

75302 220 t

Liebherr




T252 180 t

T262 220 t




Клас по ТП

Фирма


240 - 292 t

313 - 327 t

360 - 363 t

Caterpillar




795F AC

313 t





Komatsu

730E 292 t

960E 327 t




Hitachi

EH 5000

290 t








Unit Rig




MT 5500

326 t


MT 6300

363 t


БелАЗ

75310 240 t

75600 320 t

75601 360 t

Liebherr

T272 270 t

T282 327 t



Избирам самосвал БелАЗ 75170 със следните параметри:

Максимална товароподемност G = 160 t;

Собствена маса m = 134 t;

Максимална мощност на диз. двигател Nдд = 1491 kW;

Номинална честота на въртене на дизеловия двигател (при максимална мощност) пдн = 1900 min-1;

Максимална конструктивна скорост vmax = 50 km/h;

Гуми 36.00R51.



Диаметър на гумите
m , (1)
където: Dдж e диаметърът на джантата в инчове;

Вг - ширината на гумата в инчове.
Маса на натоварения самосвал

t , (2)
където: nк е броят на кофите, необходими за натовар­ването на самосвала;

kз - коефициентът на запълване на кофата на багера или челния товарач (kз = 0,7 - 1,1).
Приемам nк = 4. (3)
Избор на тягов електродвигател
Тяговият електродвигател се избира според необходимата номинална продължителна мощност N'н:
kW , (4)
където: Nm е продължителната тангенциална мощност на самосвала (на периферията на задвижващите колела);

ηр - к.п.д. на редуктора на мотор-колелото (при двустъпален планетарен редуктор ηр = 0,95);
kW (5)
kдг - коефициентът, отчитащ каква част от максималната мощност на дизеловия двигател се отдава на тяговия генератор (kдг = 0,85 - 0,9);

ηг - к.п.д. на тяговия генератор (ηг = 0,95);

ηеп - к.п.д. на електрическата предавка (ηеп = 0,85 - 0,9 при променливо-постояннотокова предавка).

Избирам постояннотоков тягов електродвигател ЭК-590 със следните параметри:

номинална продължителна мощност Nн = 590 kW;

номинално напрежение Uн = 830 V;

номинална честота на въртене nн = 950 min-1

максимална честота на въртене nmax = 2570 min-1;

максимален въртящ момент Mmax = 16530 N.m;

продължителен ток Iа= 760 А.



Избор на тягов генератор
Тяговият генератор се избира според необходимата номинална продължителна мощност N'гн, номиналната честота на въртене на дизеловия двигател nдн и номиналното напрежение на тяговия електродвигател Uн:
kW (6)

Избирам синхронен тягов генератор СГТ-1400 със следните параметри:

номинална продължителна мощност Nгн = 1400 kW;

максимално изправено напрежение Uн = 910 V;

номинална честота на въртене nгн = 1900 min-1.
Предавателно отношение на редукторите на мотор-колелата
(7)
Максимална теглителна сила на самосвала
От условието за сцепление между колелата и пътя (липса на буксуване):
kg , (8)
където: Рсц е сцепната маса на самосвала (която се пада върху водещите колела);

ψmах - максималният коефициент на сцепление между колелата и пътя (ψmax = 0,3 - 0,7);
(9)
ξ - коефициентът, който отчита каква част от масата на самосвала се пада върху водещите колела (за самосвали с колесна формула 4х2 ξ = 0,65).
От условието за максимален въртящ момент на тяговите електродвигетели:
kg (10)
От двете стойности приемаме по-малката, т.е. Fmax = 62000 kg.
Построяване на граничната тягова характеристика на самосвала

Граничната тягова характеристика (фиг.1) представлява зависимостта на теглителната сила на самосвала F [kg] от скоростта му на движение v [km/h] при гранични (максимално допустими) условия.

Участъкът АВ представлява ограничението на характеристиката по максимална теглителна сила и се построява, като се прекара хоризонтална линия от точката с координати 0, Fmax.

Участъкът ВС представлява ограничението по максимална мощност и се построява като се използува зависимостта:


, kg (11)
Участъкът CD представлява ограничението по максимална скорост и се построява като се прекара вертикална линия от точката с координати vmax,0.


Фиг.1. Гранична тягова характеристика на самосвал БелАЗ 75170 с електромеханична предавка и максимална товароподемност 160 t

Е - празен самосвал; L - натоварен самосвал;

v - скорост на движение на самосвала; F - теглителна сила на самосвала; Р - пълна маса на самосвала (собствена маса + маса на товара); wi - общо относително съпротивление при движение

Построяване на граничната спирачна характериситка на самосвала

Граничната спирачна характеристика (фиг.2) представлява зависимостта на спирачната сила на самосвала B [kg] от скоростта му на движение v [km/h] в режим на електродинамично спиране при гранични (максимално допустими) условия.

Участъкът АВ представлява ограничението на характеристиката по максимална спирачна сила и се построява, като се прекара хоризонтална линия от точката с координати 0, Вmax, където: Вmax - максимална спирачна сила.

kg (12)
kсп - коефициент, който зависи от максимално допустимия ток на тяговите двигатели, и се приема според табл.4.
Таблица 4

Коефициенти за определяне на максималната спирачна сила и максималната спирачна мощност

G [t]

130

160

220

240

320

kсп

1,76

1,38

1,25

1,64

1,65

k'сп

1,87

1,95

1,8

2

2,37

Участъкът ВС представлява ограничението по максимална спирачна мощност и се построява като се използува зависимостта:



Фиг.2. Гранична спирачна характеристика на самосвал БелАЗ 75170 с електромеханична предавка и максимална товароподемност 160t

Е - празен самосвал; L - натоварен самосвал;

v - скорост на движение на самосвала; В - спирачна сила на самосвала; Р - пълна маса на самосвала (собствена маса + маса на товара); wi - общо относително съпротивление при движение
, kg , (13)
където: Ncnmax е максималната спирачна мощност;
kW (14)
kсп - коефициентът, който зависи от максимално допустимото напрежение на тяговите електродвигатели, и се приема според табл.4.
Участъкът CD представлява ограничението по максимална скорост и се построява като се прекара вертикална линия от точката с координати vmax,0.
При самосвалите с постояннотокови двигатели се въвежда и четвърто ограничение - линията ОВ, която представлява спирачната характеристика на самосвала при нулево спирачно съпротивление.

Общи относителни съпротивления, максимални скорости, средни скорости, времена за движение и необходими теглителни сили на самосвала за различните участъци от трасето
Таблица 5

Общи относителни съпротивления wi, максимални скорости vimax, средни скорости vicp, времена за движение ti и необходими теглителни сили Fi на самосвала за различните участъци от трасето

i

Li [m]

woi

i

wi

vimax [km/h]

1

300

8

0

8

15 (40) →15

2

100

5

10

15

8 (20) →8

3

1000

3,5

0

3,5

38 (60) →38

4

1000

3,5

0

3,5

50 (65) →50

5

100

5

-10

-5

50 (40) →40

6

300

8

0

8

28 (65) →28




i

kvi

vicp [km/h]

ti [min]

Fi [kN]

1

0,5

7,5

2,4

229

2

0,6

4,8

1,25

430

2

0,8

30,4

1,87

100

4

0,65

32,5

1,84

46

5

0,7

28

0,21

-66

6

0,7

19,6

0,91

105

min

За участъци 1, 2, 3, 4 и 6 максималните скорости се определят по граничната тягова характеристика, а за участък 5 - по спирачната характеристика.

В скоби са дадени максималните скорости на движение на самосвала според правилника за безопасност. От двете скорости (отчетена и препоръчвана от правилника) се приема по-малката.
(15)
(16)
(17)
(18)

- за участъци 1, 2 и 3 (натоварен самосвал)


(19)

- за участъци 4, 5 и 6 (празен самосвал),


където: kv е коефициентът на скорост (табл.6).
Таблица 6

Коефициент за определяне на средната скорост на самосвала за различните участъци от пътя

Li [m]

при потегляне

(участъци 1 и 4)



при движение без спиране (у-ци 2, 3, 5 и 6)

0 - 100

0,25 - 0,50

0,50 - 0,70

100 - 250

0,35 - 0,60

0,60 - 0,75

250 - 500

0,50 - 0,65

0,70 - 0,80

500 - 750

0,60 - 0,70

0,75 - 0,85

750 -1000

0,65 - 0,75

0,80 - 0,85

Над 1000

0,7 - 0,85

0,80 - 0,90

За участъци 1, 3, 4 и 6 (движение по хоризонтален път или път с малък наклон) се взимат най-малките стойности на kv от диапазона. За участък 5 (движение надолу при голям наклон) се взима най-голямата стойност от диапазона. За участък 2 (движение нагоре при голям наклон) се взима средната стойност от диапазона.

Нека да определим по графиката от фиг.1 необходимата теглителна сила и максималната скорост на натоварения самосвал БелАЗ 75170 (P=292t) при движение нагоре в изходната траншея на рудника (участък №2 от трасето). Наклонът на траншеята е i2=10%, а пътят е в средно състояние (wo2=5%).

На една графика (фиг.1) се нанасят граничната тягова характеристика на самосвала F=f(v) и зависимостите Fi=f(P) при различни общи относителни съпротивления wi[%] (2%, 4%, 8% и.т.н.), където: Fi [kg] - необходими теглителни сили на самосвала за участъците с различни wi.

Зависимостите Fi=f(P) представляват прави линии, започващи от точката с координати 0,0 и преминаващи през точките с координати Р,Fi, където:
,kg (20)
От точката, съответствуваща на Р=292t прекарваме вертикална линия L до пресичането на правата, съответствуваща на w = 15% (w2 = wo2 + i2 = 5 + 10 = 15). От пресечната точка Х прекарваме хоризонтална линия до пресичането и с ординатната ос в т.Z' и отчитаме необхо­димата теглителна сила F2 = 44000 kg. От пресечната точка Y на тази линия с граничната тягова характеристика спускаме вертикална линия до пресичането и с абсцисната ос в т. Z и отчитаме максималната скорост на самосвала за този участък v2max = 8 km/h.

Нека сега да определим по графиката от фиг.2 максималната и минималната безопасна скорост на празния самосвал БелАЗ 75170 (P = m = 134 t) при спускане надолу в изходната траншея на рудника (участък №5 от трасето). Наклонът на траншеята е i2 = 10%, а пътят е в средно състояние (wo2 = 5%).

На една графика (фиг.1б) се нанасят граничната спирачна характеристика на самосвала В = f(v) и зависимостите Вi = f(P) при различни общи относителни съпротивления wi [%] (-4%, -6%, -8% и.т.н.), където: Вi[kg] - необходими спирачни сили на самосвала за участъците с различни wi.

Зависимостите Вi = f(P) представляват прави линии, започващи от точката с координати 0,0 и преминаващи през точките с координати Р, Вi, където:


, kg (21)

От точката, съответствуваща на P = 134 t прекарваме вертикална линия L до пресичането на правата, съответствуваща на w=-5% (w5=wo5+i5=5-10=-5). От пресечната точка Х прекарваме хоризонтална линия до пресичането и с граничната тягова характеристика. От пресечните точки Y и Y' спускаме вертикални линии до пресичавнето им с абсцисната ос в т.Z и т.Z' и отчитаме максималната безопасна скорост на самосвала за този участък v5max=50km/h и минималната безопасна скорост на самосвала за този участък v5min=4km/h.

Според правилника за безопасност, обаче, скоростта на самосвала при спускане не може да бъде по-голяма от 40km/h. За да поддържа тази скорост водачът трябва да натиска леко механичната спирачка.

Пресечната точка Y" на хоризонталната линия през т.Х с ординатната ос показва необходимата спирачна сила В на самосвала за участък 2 (В=7100kg).




Продължителност на рейса на самосвала
, (22)
където: tн [min] - време за натоварване на самосвала;

tp - време за разтоварване на самосвала (tp = 0,5 - 2 min);

tм - време за маневри при натоварване (tм = 0,1 - 0,5 min);
min (23)
tц - продължителност на един цикъл на багера (tц = 22-33s и зависи от вместимостта на кофата и ъгъла на завъртане на багера).
Производителност на самосвала
t/h , (24)
където: kп - коефициент на производителност (kп=0,7-0,83 в зависимост от условията на експлоатация).
Проверка на продължителната тангенциална мощност на самосвала
973 < 979 kW, (25)
където: N'm - необходима продължителна тангенциална мощност;
kW (26)
F [kN] - продължителна теглителна сила на самосвала;

vср [km/h] - средна скорост на движение на самосвала.
(27)

= 181 kN
За участък №5 теглителната сила е отрицателна и не се включва в горната формула.



= 19,7 km/h (28)
Проверката не излиза с малко и затова трябва незначително да се намалят скоростите на движение на самосвала.
Проверка на тяговите двигатели за нагряване
Средноквадратичният ток в двигателя, при изминаването на самосвала на един рейс (от багера до таварния пункт и обратно), трябва да е по-малък от продължителния ток на двигателя:
607 < 760 A (29)
= 607 A,
където: Ii [A] - токове в двигателя при движението на самосвала по различните участъци от трасето;
, A (30)
I%i - процентни стойности на токовете от продължителния ток в двигателя. Отчитат се от универсалната електромеханична характеристика на тяговия двигател M%=f(I%) (фиг.3) в зависимост от процентните стойности на необходимите въртящи моменти М%i от номиналния въртящ момент на двигателя Mн за различните участъци от трасето.
,% (31)
, N.m (32)
Таблица 7

Необходими теглителни сили на самосвала, необходими въртящи моменти и токове на тяговите електродвигатели и времена на движение на самосвала за различните участъци от трасето

У-к

1

2

3

4

5

6

Fi [kN]

229

420

100

46

-66

105

Mi [N.m]

6224

11415

2718

1904

1250

2854

M%i

104

191

45

32

21

48

I%i

104

180

45

32

21

48

Ii [A]

790

1368

342

243

160

365

ti [min]

2,4

1,25

2,87

1,84

0,21

0,91





Фиг.3. Универсална електромеханична характеристика на постояннотоковите тягови електродвигатели тип ЭК

І% - процентна стойност на тока от продължителния ток в двигателя; М% - процентна стойнаст на въртящия момент от номиналния въртящ момент на двигателя

N.m (33)

ωн е номиналната ъглова скорост на тяговия електродвигател;

rad/s (34)

Ако проверката не излезе трябва да се намалят скоростите на движение на самосвала или да се намали масата на транспортирания материал.



Литература
БелАЗ 75570 и други - проспекти.

Дьяков, В.А. 1986. Транспортные машины и комплексы



открытых разработок. М., Недра. 385 с.

Проектирование автоматизиронного электропривода

мотор-колеса большегрузного самосвала БелАЗ -

справочник, 2011.

Komatsu. Погрузчики, экскаваторы, карьерные

самосвали. Расчет производителности., справочник.

Caterpillar. Construction mining trucks., справочник.








База данных защищена авторским правом ©bezogr.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница