Силовое оборудование привода очистных комбайнов

§ 1, Виды привода и основные требования

В очистных комбайнах применяются следующие виды при­водов: электрический, пневматический и гидравлический (водяная турбина для горных машин гидрошахт). Привод включает в себя, как правило, силовое оборудование (двигатель), передаточные механизмы (см. гл. 12), устройства для подвода энергии и управ­ления приводом.

Электрический привод, работающий на переменном трехфазном электрическом токе, применяется

почти повсеместно при разработке пологих и наклонных пластов. При разработке крутых пластов он применяется там, где это раз­решается по условиям безопасности; в остальных случаях здесь применяется пневматическая энергия. Основным является на­пряжение 660 В и начат переход на напряжение 1140 В, что позво­ляет улучшить энергоснабжение очистных комбайнов и повысить их мощность. Широкое распространение электропривода в очист­ных комбайнах обусловлено его преимуществами: большой мощ­ностью и высоким к. п. д.; компактностью; простотой канализации электроэнергии, а также управления электроприводом и его за­щиты; возможностью получения энергии из сети, питаемой цен­трализованными мощными источниками энергии. Широко вошла в практику также гидрофикация электропривода.

Электропривод, работающий на постоянном или вы­прямленном переменном электрическом токе, в дополнение к указанным выше преимуществам, позво­ляет легко регулировать частоту вращения исполнительных органов. Однако его применение в очистных комбайнах еще не вышло из опытной стадии.

Пневматический привод в тех же габаритах имеет значительно меньшую мощность, невысокий к. п. д., более сложное и менее надежное управление.

Основные требования к электродвигателям очистных комбай­нов заключаются в следующем. Электродвигатель должен быть рудничным, взрывозащищенным, трехфазным, асинхронным, ко-роткозамкнутым. Это обеспечивает его максимальную простоту и надежность, а также возможность применения в шахтах, опас­ных по взрыву метана или угольной пыли.

Электродвигатель должен иметь: номинальное напряжение 660 В с возможностью его переключения на П40 В; для шахт, где еще сохранилось напряжение 380 В, должен быть предусмотрен вариант двигателя с рабочим напряжением 660/380 В; частоту вра­щения ротора, близкую к 1500 об/мин; небольшие габариты, особенно по высоте, обеспечивающие возможность применения комбайнов в условиях тонких пластов; номинальную мощность как можно большей величины, так как она определяет наиболь­шую возможную сменную производительность комбайна; макси­мальный вращающий момент такой величины, какую может передать передаточный механизм, что необходимо для преодоления крепких включений в пласте; начальный пусковой момент, обес­печивающий надежный запуск очистного комбайна под нагрузкой; прочность корпуса, обеспечивающую передачу усилий от меха­низма перемещения к передаточному механизму, между кото­рыми обычно расположен электродвигатель; каналы и камеры для прокладки питающих его проводов, а также циркуля­ционные каналы для среды, охлаждающей двигатель; пополне­ние смазки в подшипниках ротора без разборки электродвига­теля.

 

§ 2. Классификация и технические характеристики электродв и гателе й

Электродвигатели очистных комбайнов классифицируются: по виду системы охлаждения — на три типа: ЭДК — необдуваемые (с внутренней циркуляцией воздуха); ЭДКО — с наружным об­дувом; ЭКВ — с водяным охлаждением (расшифровка обозначе­ний следующая: Э — электрический; Д — двигатель; К — ком­байновый; О — обдуваемый, с воздушным охлаждением; В — с водяным охлаждением);

по высоте корпуса, измеренной в дециметрах без учета местных выступов на нем, — на три габарита: 3,5; 4 и 5;

по ширине корпуса — на нормальные и узкие. У первых ширина корпуса составляет 720—780 мм, у вторых 400—500 мм.

В маркировке электродвигателя, например, ЭК.В4-160-2У5, вначале указывают его тип и габарит по высоте, а затем, после тире, проставляют его мощность; после второго тире — порядко­вый номер модернизации, а в некоторых случаях и группу клима­тического исполнения У5.

Технические характеристики современных комбайновых элек­тродвигателей приведены в табл. 14.1.

Номинальная мощность электродвигателя — это наибольшая полезная механическая мощность на его валу, которую он способен отдавать, не перегреваясь. У электродвигателей выемочных машин допустимая температура корпуса равна 100 °С, обмоток статора — 155 °С; при кремнийорганической изоляции класса Н допускае­мый нагрев обмоток до 180 °С.

Режим работы приводов выемочных машин отличается значи­тельной неравномерностью нагрузки, частыми перерывами в ра­боте, что обусловливает большое число включений двигателя в час и вследствие этого быстрый его нагрев и перегрев, что крайне нежелательно. Температурный режим работы двигателя является одним из основных критериев.

По нагреву двигателей различают три основных режима их работы:

1. Продолжительный или длительный (услов­ное обозначение Si), когда в течение продолжительного рабочего периода температура двигателя достигает установившегося значе­ния, при котором двигатель может работать неограниченное время.

2. Кратковременный (S₂ = 60 мин), когда двига­тель работает ограниченное время, в течение которого его тем­пература не успевает достигнуть установившегося значения, а пау­зы настолько длительны, что двигатель успевает охладиться до тем­пературы окружающей среды; в режиме S₂ = 60 мин обмотка статора нагревается до предельной температуры в течение 60 мин.

3. Повторно-кратковременный (5₄ = 60 мин) характеризуется тем, что электродвигатель включается и выклю­чается периодически. Отношение продолжительности пребывания во включенном состоянии к продолжительности цикла называется

5* 131

						Та£	лица 14.1
			Электродвигатели
Параметры	ЭДК-3.5-ТУ-5	ЭДК4-75У5	ЭДКО4-100У5	1ЭДК05-РУ5	ЭКВ4УУ5	ЭКВ4-160-2У5	ЭКВ5-200-2У5
Номинальная мощность, кВт: ■ в продолжительном режиме
в часовом режиме					—	—	—
Номинальное напряжение, В	380/660	380/660	380/660
Ток в продолжительном режиме, А	61,4/35,5	105,5/61,0	186,8/108,0	116,0	144,5	104,0	221,0
Максимальный крутящий момент, Нм
Начальный пусковой ток, А	670/385	910/525	870/500
Охлаждение	Естест	венное	Внешний обдув		Водяное
Масса, кг
Габариты, мм	400Х400Х Х960	400Х720Х Х1000	400Х720Х Х1165	500X 780X XI100	400X 500X Х1090	400Х500Х Х1090	510Х780Х XI100

 

 

продолж ительностью включения ПВи выражается в процентах (ПВ = 60 %). Этот ре­жим наиболее близок к реальному режиму работы очистного комбайна.

Номинальная мощность электро­двигателя в режиме S, называется его продолжительной мощ­ностью, а номинальная мощность в режиме S_a = 60 мин часовой мощностью.

Помимо мощности важнейшей ха­
рактеристикой двигателя является
зависимость максимального крутяще­
го момента от скольжения ротора
электродвигателя М — f (S), которая
называется механической
характеристикой элек­
тродвигателя. Величина Рис. 14.1. Механические харак-
скольжения S (%) определяется по теристики комбайновых электро­
формуле Двигателей:

^{т r J} _K J — ЭДКЗ, 5-Т («Темп»); 2 —

Я—(\ "Дв \ ШП ЭДКО-i-iOO; 3 - ЭДК4-75; 4-

& — (I --------------- "— ) ^ши. ЭКВ4У; 5 - 1ЭДК05-Р; 6 —

⁴ ''С ' ЭКВ4-160-2; 7 — ЭКВЗ-200-2

где /г_ц1, — частота вращения при данной нагрузке, об/мин; п_с — синхронная частота вращения магнитного поля статора, которая составляет 1500 об'мин.

Механические характеристики серийных электродвигателей при номинальном напряжении на их зажимах приведены на рис. 14.1.

В режиме холостого хода имеем

»дв > "с И S «* 0.

В этом режиме нагрузка на валу электродвигателя почти равна нулю и его ротор вращается практически синхронно с магнитным полем статора. Ток, потребляемый двигателем в режиме холостого хода, определяется потерями энергии в обмотках статора и опо­рах ротора — потерями холостого хода.

Начальная часть характеристики у всех комбайновых электро­двигателей очень крутая — жесткая. Номинальному вращающему моменту и, таким образом, номиналь­ной мощности соответствует скольжение, равное 1—4 %, в за­висимости от типа электродвигателя. Максимальный крутящий момент М_1ШХ имеет место при скольжении, равном 10—15 %, в зависимости от типа электродвигателя. Максимальный крутящий момент больше номинального момента в 2—3 раза. При последующем увеличении скольжения враща­ющий момент на валу двигателя убывает. При нагрузке, которая больше максимального вращающего момента, скольжение дви-

гателя быстро возрастает и он опрокидывается — его ротор пере­стает вращаться и скольжение становится равным 100 %.

Скольжению 100 % соответствует также запуск электродвига­теля. При этом пусковой ток и начальный пусковой крутящий момент М_пуС имеют ту же величину, что и при опрокидывании, однако параметры электродвигателя при скольжении 100 % полу­чили свое название именно по пусковому режиму, как значи­тельно часто встречающемуся. Пусковой ток в 2—3 раза превышает номинальный; начальный пусковой враща­ющий момент составляет 75—85 % от максимального враща­ющего момента.

Ток, потребляемый электродвигателем при работе в продолжи­тельном режиме (Si), а также пусковой ток характеризуют токовые нагрузки, по которым должны выбираться кабель и пусковая электроаппаратура, а также настраиваться защитные устройст­ва.

Номинальное напряжение — это то расчетное напряжение, при котором определяются стендовые характери­стики электродвигателя. В реальных условиях в процессе выемки угля допускается падение напряжения на зажимах электродви­гателя, не более чем на 5 % и не более чем на 20 % при запуске электродвигател я.

В шахтной сети на зажимах двигателя, как правило, напряже­ние ниже номинального. Падение напряжения происходит, глав­ным образом, в кабелях, соединяющих комбайн с передвижной подстанцией. Так как вращающий момент пропорционален ква­драту напряжения, то действительные значения моментов, раз­виваемые двигателем в условиях шахтной сети, оказываются меньше значений, измеренных при номинальном напряжении. Для эффективного использования двигателей выемочных машин необходимо применение более высокого напряжения— 1140 В.

§ 3. Конструкции электродвшателей

Электродвигатель ЭДК4-75 (рис. 14.2) с естественным охла­ждением выполнен в стальном литом корпусе 6 прямоугольного сечения. Корпус снабжен с обеих сторон мощными фланцами, к которым при помощи шпилек крепятся с одной стороны пере­даточный механизм, с другой — механизм перемещения.

В центральном сквозном отверстии этого корпуса находится статор 7. Статор набирается из тонких пластин динамной стали, в которых имеются продольные пазы для укладки витков обмотки. Эти витки по концам соединяются между собой и образуют лобо­вые части обмотки статора. Витки и лобовые части обмотки тща­тельно изолируются высококачественной кремнийорганической изоляцией класса нагревостойкости Н. Питающие обмотку ста­тора провода выводятся в закрытую крышкой боковую камеру в корпусе 6 и крепятся к выходным зажимам установленного в этой камере реверсивного комбайнового выключателя 9 типа 134

ВРК.2. В зависимости от напряжения сети указанные провода соединяются звездой или треугольником.

В отверстии статора 7 расположен ротор 8, который собирается из тонких пластин и имеет продольные пазы. В этих пазах на­ходится двойная литая алюминиевая короткозамкнутая клетка. На торцах этой клетки предусмотрены литые лопатки, улучша­ющие охлаждение клетки. Ротор 8 напрессован на вал двигателя и, кроме того, соединен с этим валом шпонкой. На валу двига­теля также установлен вентилятор 5, создающий циркуляцию воздуха внутри двигателя. Эта циркуляция улучшает теплопере­дачу от внутренних частей — статора и ротора — к внешним стенкам корпуса двигателя.

На валу двигателя, на обоих его концах, установлены зубчатые полумуфты для кинематической связи с передаточным механиз­мом и механизмом перемещения. Опорами вала электродвигателя ЭДК4-75 являются шарико- и роликоподшипники, установленные в круглых щитах 4 и 10. Эти щиты расположены в центральном отверстии корпуса 6 и закреплены специальными планками //. Подшипники снаружи закрыты крышками 2 и 13, в которых размещаются манжетные уплотнения / и 14. От ротора подшипники отделены двойными войлочными уплотнениями 3 и 12, а образо­вавшиеся камеры подшипников заполняются при помощи пресс-масленки густой смазкой с высокой температурой каплепадения.

Электродвигатель ЭДКО4-10О (рис. 14.3) с внешним сбдувом имеет такие же статор и ротор, как и двигатель ЭДК4-75, и отли­чается от него тем, что вентилятор 2 установлен на валу 3 с внеш-

ней стороны щита 4. Вентиляционные каналы в корпусе электро­двигателя сообщаются с атмосферой. Наружный воздух всасы­вается вентилятором 2, охлаждает статор и выбрасывается нагре­тым наружу. От зубчатой муфты вентилятор отделен диафрагмой /. Камера 5 в корпусе двигателя значительно уменьшена в раз­мерах, что позволило выполнить проходы для воздуха. В связи с этим выключатель ВРК2 вынесен из электродвигателя в корпус механизма перемещения, а в электродвигателе сохранены лишь зажимы для соединения обмотки статора с питающими его про­водами.

Электродвигатель ЭКВ4У (рис. 14.4) с водяным охлаждением имеет устройство статора и ротора, аналогичное их устройству в предыдущих двигателях. Основное отличие состоит в том, что его корпус способен выдерживать без течи давление воды, равное

2_t5_ 3 МПа. В этом корпусе выполнены каналы А, по которым

проходит, охлаждая статор, вода, подаваемая в систему орошения исполнительных органов. В некоторых конструкциях электродви­гателей с водяным охлаждением вода пропускается также через щиты, что значительно улучшает охлаждение лобовых частей обмотки статора. Подвод и отвод воды происходят через отверстия во фланцах корпуса. Двигатель ЭКВ4У выполнен узким — его ширина равна 500 мм, что позволило расположить два таких двигателя рядом в комбайне 1ГШ68.

§ 4. Электрооборудование очистного комбайна

Для примера рассмотрим электрооборудование комбайна 1ГШ68, в состав которого входят (рис. 14.5): автоматический фи­дерный выключатель типа АФВД-2БК для дистанционного ава­рийного отключения комбайна, предохранительной лебедки и насосной установки; магнитный пускатель типа ПВИ-320 для оперативного управления комбайном; магнитный реверсивный пускатель типа ПМВИР-41 для управления предохранительной лебедкой; магнитный пускатель типа ПМВИ-13М для управле­ния насосной установкой; асинхронный короткозамкнутый элек­тродвигатель Ml типа ВА062-44 мощностью 17 кВ для привода предохранительной лебедки типа 1ЛП; асинхронный коротко-замкнутый электродвигатель М2 типа ВА072-2 мощностью

 

30 кВт для привода насосной установки; два асинхронных коротко-замкнутых электродвигателя МЗ и М4 типа ЭКВ4У для привода исполнительного органа и системы перемещения комбайна; штеп­сельный разъем типа РШВС-320 для ввода гибкого кабеля в ком­байн; контакторы КН\ и КН₂, обеспечивающие раздельный по­следовательный запуск электродвигателей МЗ и М4 комбайна с целью уменьшения пускового тока.

В однодвигательных очистных комбайнах для реверсирова­ния и фиксированного выключения электродвигателя применяется комбайновый реверсивный выключатель ВРК.2.

Включение комбайна осуществляется пускателем ПВИ-320 только после подачи по лаве предупредительного сигнала. Этот сигнал подается в течение б с после нажатия кнопки «Пуск» с помощью аппаратуры управления и громкоговорящей связи по лаве типа АУС. С блоком БУПС этой аппаратуры соединены пускатели ПВИ-320 и ПМВИ-13М, а с блоком СГС связан фидер­ный выключатель АФВД-2БК..

Включившись, пускатель ПВИ-320 подает напряжение на за­жимы только двигателя МЗ, который запускается первым. Че­рез 2—4 с включаются контакторы КН^ и КН%, которые запускают второй двигатель М4.

Одновременно с пускателем ПВИ-320 комбайна включается пускатель ПМВИ-13М, который запускает двигатель М2 насос­ной установки, обеспечивая подачу воды в оросительную систему комбайна в момент начала разрушения угля.

Пускатель ПМВИР-41 предохранительной лебедки вклю­чается одновременно с включением механизма перемещения ком­байна. При этом направление вращения предохранительной ле­бедки автоматически согласуется с направлением движения ком­байна.

Оперативное выключение пускателей комбайна и его вспомо­гательных устройств происходит при нажатии кнопки «Стоп» на пульте управления комбайном. При выключении пускателей их рукоятками дистанционное включение каких-либо двигателей невозможно.

Аварийное выключение всего электрооборудования комбайна, а также конвейера может быть произведено с помощью кнопки «Стоп аварийный» на пульте управления комбайном или такой же кнопкой на любом посту аппаратуры АУС в лаве.

Эти кнопки вызывают отключение фидерного выключателя АФВД-2БК комбайна и через реле ИК.С-2 такого же фидерного выключателя конвейера. Последующее включение выключате­лей производится только с помощью их рукояток.

Разъем штепсельный РШВС-320 (рис. 14.6) состоит из двух основных частей: штепсельной вилки 4, закрепленной в расточке корпуса комбайна, и штепсельной розетки /, присоединенной к жилам гибкого кабеля, питающего комбайн. Когда розетка I вставлена и закреплена в вилке 4, кабель присоединен к ком­байну, когда она отделена от вилки 4 — кабель отсоединен.

 

 

Жилы кабеля соединяются с соответствующими проводами на машине с помощью семи штырей на вилке 4, которые входят в гнез­да розетки /. Три штыря 5 и их гнезда соединяют силовые цепи, три штыря 6 и их гнезда — цепи управления, а с помощью штыря 7 и его гнезда комбайн присоединяется к заземляющей жиле ка­беля. Штыри и гнезда установлены в вилке 4 и розетке / непод­вижно и имеют на своих концах зажимы для крепления проводов и жил кабеля. Силовые контактные штыри имеют большую длину, чем штыри цепей управления. Поэтому силовые штыри и гнезда размыкаются позже и соединяются раньше штырей и гнезд в це­пях управления, размыкание которых вызывает отключение пу­скателя'комбайна. Правильное взаимное положение розетки / и вилки 4 муфты обеспечивается направляющим штифтом 3, который взаимодействует со шпоночным пазом на розетке /. Первоначальная ориентация розетки 1 при ее установке проис­ходит при помощи направляющего выступа 8, скользящего вдоль штифта на корпусе электроблока.

Штепсельная розетка 1 задвигается и вытягивается из штеп­сельной вилки с помощью круглой накидной гайки 2. Она же обес­печивает механическую прочность соединения розетки / с вилкой 4, а также необходимую выдержку при их рассоединении. Для того чтобы кабель нельзя было вырвать из муфты, он зажимается в раструбе розетки с помощью поперечной планки 10, установлен­ной в пазу раструба на болтах. Раструб болтами прикреплен к розетке / и сжимает при этом резиновое кольцо 9, уплотняющее кабель.

Выключатель реверсивный комбайновый ВРК2 (рис. 14.7) обеспечивает аварийное отключение комбайна при отказе дистан­ционного управления пускателем. Кроме того, выключатель ВРК2 позволяет реверсировать исполнительный орган комбайна и создает видимый по положению его рукоятки разрыв силовых цепей, обеспечивающий безопасность обслуживания комбайна.

Выключатель ВРК2 имеет три перекидных контакта, которые могут находиться в трех положениях: в нейтральном, в котором все три фазы разорваны, и в двух рабочих — «Включено вперед»

 

Рис. 14.7. Выключатель реверсивный комбайновый ВРК.2

Выключатель реверсивный комбайновый ВРК2 (рис. 14.7) обеспечивает аварийное отключение комбайна при отказе дистан­ционного управления пускателем. Кроме того, выключатель ВРК2 позволяет реверсировать исполнительный орган комбайна и создает видимый по положению его рукоятки разрыв силовых цепей, обеспечивающий безопасность обслуживания комбайна.

Выключатель ВРК2 имеет три перекидных контакта, которые могут находиться в трех положениях: в нейтральном, в котором все три фазы разорваны, и в двух рабочих — «Включено вперед»

переместить вдоль оси на некоторую величину.