Электропривод вращателя бурового станка СБШ-320

Содержание

 

ВВЕДЕНИЕ 4

1. Условия работы и требования, предъявляемые к проектируемому механизму 6
2. Обзор и анализ систем проектируемого электропривода и структур систем управления им 11
3. Расчет мощности и выбор двигателя, управляемого преобразователя 14
1. Расчет мощности и выбор двигателя  14
2. Построение механической характеристики выбранного двигателя 16
3. Расчет и выбор управляемого преобразователя  19
4. Выбор токоограничивающего реактора 19
4. Расчет структурной схемы электропривода 20
1. Расчет параметров объекта регулирования 20
2. Синтез регулятора тока 24 
3. Синтез регулятора скорости 25
4. Переход к относительным единицам 28
5. Исследование полученной системы управления (анализ статических и динамических свойств электропривода) 31 
6. Описание электрической принципиальной схемы 36

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 40

Список литературы                  41

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Развитие отечественной  горной промышленности происходит на основе широкого внедрения открытых горных разработок, где первоочередным, весьма трудоемким и наиболее ее дорогостоящим  производственным процессом является бурение  взрывных скважин. Удельный вес буровых работ в общей себестоимости добычи полезного ископаемого составляет 30% и более. Поэтому для выполнения значительного объема работ по подготовке горной массы и добыче полезных ископаемых в горнодобывающей промышленности предстоит в первую очередь создать, освоить и внедрить высокопроизводительные буровые станки. В связи с этим вопросы совершенствования техники и технологии бурения на открытых разработках приобрели особо важное значение для народного хозяйства страны.

Из различных способов проходки скважин в горной промышленности в породах с коэффициентом крепости f = 6-18 по шкале проф. М. М. Протодьяконова в России и за рубежом наиболее эффективен способ шарошечного бурения.

Наиболее распространенными  в настоящее время на горных предприятиях являются шарошечные станки типа 2СБШ-200-32 (2СБШ-200), 2СБШ-200-40 (2СБШ-200Н), 4СБШ-200-40 (2СБШ-200МН), 3СБШ-200-60 (3СБШ-200Н), СБШ-250МНА-32 (СБШ-250МН), СБШ-250-55 (СБШ-250С) и СБШ-320.

Автоматизация является одним из главных направлений  научно-технического процесса и важным средством повышения эффективности  производственных процессов. Современное промышленное производство характеризуется ростом масштабов и усложнением технологических процессов, увеличение единичной мощности отдельных агрегатов и установок, повышением требований к качеству продукции, сохранности оборудования и т.п. Автоматизация технологических процессов имеет существенное значение в деятельности любого предприятия. Автоматизация процессов бурения позволяет повысить количественные и качественные показатели, облегчить труд производственного персонала, обеспечивает безопасность производственной деятельности, понизить трудоемкость труда, тем самым, улучшая экономическую эффективность производства.

Основными задачами автоматизации является регулирование и контроль параметров технологического процесса, централизованный сбор и обработка информации о состоянии процесса и технологического оборудования. Задачи автоматизации электропривода сводятся к рационализации использования электроэнергии, а также осуществлению контроля и регулирования выходных параметров электропривода, оказывающих влияние на технологическую переменную.

В настоящем курсовом проекте ставится задача получения системы управления электроприводом вращателя бурового шарошечного станка

СБШ-320, которая сделает  возможной работу данного механизма  внутри автоматизированной системы  управления технологическим процессом, взаимодействие с этой системой, а также позволит регулировать технологические параметры процесса.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Условия работы и требования, предъявляемые к проектируемому электроприводу

 

Буровой станок СБШ-320 (рис 1.)  является самоходной буровой установкой, предназначенной для бурения шарошечными долотами вертикальных  взрывных скважин в крепких и весьма крепких породах (с коэффициентом крепости f до 18 но шкале проф. М. М. Протодьяконова). Станок может быть использован на карьерах, добывающих сырье для черной и цветной металлургии, а также строительные материалы [7, с. 43].

Технические данные станка СБШ-320

Диаметр бурения, мм  320

Глубина бурения, м 40

Направление бурения  Вертикально 
Мощность, кВт:

общая  712

в том числе:

привода вращателя              100   

привода компрессора          2×200

привода гусеничного  хода        2×22

Подводимое напряжение, В       380                  

Габариты станка, м:

ширина 5,45  

длина:

с поднятой мачтой        12,5     

с опущенной мачтой       24,8

высота:

с поднятой мачтой        25,2     

с опущенной мачтой       7,83

Головка бурового снаряда:

скорость вращения бурового

става, об/мин 30-130

Механизм подачи:

тип канатно-полиспастная

Масса станка, т  110

 

Станок СБШ-320 (рис. 1) смонтирован на гусеничном ходу 1. На его осях устанавливается платформа с машинным помещением 2, являющейся силовой конструкцией станка. К основным узлам станка относят: рабочий орган, ходовое оборудование, гидравлический привод, систему пылеулавливания, систему пылеподавления, пневматическую систему. Электроэнергию станок получает с помощью двух гибких кабелей от карьерной сети напряжением 380 В переменного тока.

Рабочий орган станка установлен в мачте 3, которая при помощи четырех гидродомкратов 4 устанавливается в рабочее (вертикальное) положение. К основному рабочему (буровому) оборудованию: механизм подачи, вращатель, головку бурового снаряда, направляющие, сепаратор, оборудование для свинчивания и развинчивания бурового става и замены долота, стояк с гирляндой. Станок СБШ-320 оснащен верхним расположением вращательно-подающего механизма 5.

 Вращательно-подающий механизм (рис. 2) станка служит для вращения бурового става и подачи буровых штанг. Вращатель состоит из электродвигателя постоянного тока 1, вентиляционной установки 7 для охлаждения электродвигателя, двуступенчатого односкоростного редуктора 2 с передаточным числом 10, шинно-зубчатой муфты 3, каретки 4, опорного узла 5, траверсы 6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1 Общий вид бурового станка СБШ-320 Рис. 2 Вращатель бурового станка СБШ-320

 

 

 

Режимы работы электропривода

 

Привод вращателя работает в процессе бурения, а также при  наращивании и разборке бурового става [4, с. 86]. Нагрузка привода

 

вращателя носит случайный характер, который определяется множеством факторов. Основным является распределение горных пород по глубине залегания. В результате анализа литологических разрезов ряда угольных месторождений (Черногорского, Экибастузского, Минусинского, Черемховского и др.) выявлено, что толщина слоев и коэффициент крепости буримых пород изменяются случайным образом и колеблются соответственно от 0,1 до 6 м и от 2 до 18 (по шкале профессора М. М. Протодьяконова).

Из осциллограммы (рис. 3), изменения тока якоря электродвигателя вращателя бурового станка, полученной в процессе буровых работ видно, что нагрузка двигателя в пределах нескольких циклов перехвата одного периода бурения изменяется в четыре раза (отношение максимального, значения к минимальному). Это происходит случайным образом относительно более или менее очевидных средних значений в пределах одного цикла перехвата и в период бурения всей штанги. На характер нагрузки вращателя оказывает также влияние конструктивное исполнение механизма вращателя, что определяется верхним или нижним расположением механизма вращателя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3 Осциллограмма изменения тока якоря электродвигателя вращателя бурового станка

 

Диаграмма нагрузки двигателя привода  вращателя в процессе цикла работы бурового станка (рис. 4) показывает, что в период t₁ происходит непосредственно бурение первой и последующими штангами, t₂ — смена штанги, t₃ — свинчивание штанг, а t₄ — их развинчивание. За время t₅ осуществляется комплекс операций, необходимых для подготовки к бурению новой скважины (переезд, горизонтирование и др.). t₆ - время рабочего цикла.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4 Диаграмма нагрузки двигателя привода вращателя в процессе цикла работы бурового станка

В период свинчивания  и развинчивания штанг максимум тока достигает стопорного значения.

У станков с верхним  расположением механизма вращателя  цикл работы привода проще, чем для станков с нижним расположением механизма вращателя, поскольку подача става осуществляется без перехватов. Двигатель в процессе бурения работает непрерывно, без пауз. Значения нагрузки якоря двигателя по току и продолжительность отдельных участков нагрузочной диаграммы носят случайный характер и непрерывно изменяются в процессе работы от цикла к циклу.

Таким образом, из вышесказанного можно сформулировать следующие  особенности работы механизма:

• длительный режим работы, не требующий частых пусков, торможения и реверса;
• работа в условиях питания от внешней сети с увеличенным диапазоном изменения значения рабочего напряжения (от 80 до 115% номинального значения);
• повышенная запыленность, тряска, повышенная влажность и вибрация;
• широкий диапазон изменения температуры окружающего воздуха (от —50° С для условий Крайнего Севера, до +40° С);
• нагрузка – реактивная, носит случайный характер, изменяется в широких пределах вплоть до стопорения;
• механизм вращателя – упругий буровой став переменной длины;
• возможно совпадение частот возмущающих воздействий и частот собственных колебаний, так как нагрузка носит колебательный характер.

Требования  к электроприводу

Анализ режимов нагружения и характеристик приводов отечественных и зарубежных станков шарошечного бурения позволяет сформулировать требования к ним (табл. 1), [4, с. 88], [9].

Таблица 1

 

Показатели	Привод механизмов
	вращателя	подачи	хода
Диапазон регулировании	10—15	200	10—15
Форма механической характеристики	Экскаваторная
Кратность перегрузки	2,5	2,5	2,5
Жесткость рабочей ветви механической характеристики, >,%	5—7	2-5	10—15
Целесообразность регулирования  продолжительности пуска	Да	Да		Да
Необходимость оперативного реверсирования в период рабочего процесса	Нет	Да		Да
Возможность неоперативного (установочного) реверсирования	Да	Нет		Нет
Целесообразность автоматизации управления	Да	Да		Нет

 

Необходимо  обеспечить работоспособность приводов в условиях питания от внешней сети с увеличенным диапазоном изменения значения рабочего напряжения (от 80 до 115% номинального значения); повышенной запыленности, тряски и вибрации; широкого диапазона изменения температуры окружающего воздуха (от —50° С для условий Крайнего Севера, до +40° С). Необходимы минимальные габариты, максимальная унификация приводов для одного типа станка, и между станками различных типов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Обзор и анализ систем  проектируемого электропривода  и структур систем управления им

 

Для буровых станков  характерно многообразие типов применяемых электроприводов. Поэтому в данном разделе рассмотрены основные разновидности электроприводов, применяемых в главных механизмах буровых станков [4, с. 91].