К вопросу обоснования метода управления надежностью электромеханическими системами горных машин Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

2 Железко Ю.С., Артемьев А.В., Савченко

О.В. Расчет технологических потерь электроэнергии в электрических сетях // Энергетик. - 2003. -№2. -С. 29-33.

3 Пейзель В.М., Степанов А.С. Расчет технических потерь энергии в распределительных электрических сетях с использованием информа-

Рис. 1. Кинематическая схема вращательного механизма станка СБШ - 320: 1 - электродвигатель; 2 - коробка передач; 3 - шинно-шлицевая муфта; 4 - опорный узел; 5 - штанга; 6 - долото

ции АСКУЭ и АСДУ // Электричество. - 2002. -№3. - С. 10-15.

— Коротко об авторах ------------------------------------------------------

Шкрабец Ф.П., Красовский П.Ю. - Национальный горный университет, г. Днепропетровск, Вареник Е.А. - кандидат технических наук, УкрНИИВЭ, г. Донецк.

------------------------------------------- © С.В. Кузнецов, 2005

УДК 621.333.019.3 С.В. Кузнецов

К ВОПРСУ ОБОСНОВАНИЯ МЕТОДА УПРАВЛЕНИЯ НАДЕЖНОСТЬЮ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИМИ СИСТЕМАМИ ГОРНЫХ МАШИН

Семинар № 17

Совершенствование технологического процесса предприятий предъявляет высокие требования к качеству функционирования электромеханических систем, являющихся главным звеном в обеспечении рабочего процесса конкретных машин и механизмов, входящих в единую технологическую структуру.

Одним из главных требований качества функционирования электромеханических систем является обеспечение их надежности в процессе эксплуатации, следствием чего является снижение времени простоев по причине возникновения неисправности или отказов.

В настоящее время при эксплуатации и техническом обслуживании оборудования

существуют два метода контроля и поддержания технического состояния электромеханических систем:

1. метод - эксплуатация по заданному ресурсу;

2. метод - эксплуатация по состоянию.

Метод эксплуатации по заданному ресурсу эффективен при гарантированном качестве элементов и постоянстве режимов эксплуатации (режимов нагружения).

Данный метод наиболее эффективен в том случае, когда входящие в систему элементы одного иерархического уровня (например, механические передачи, гидро-и электроприводы и т.д.)

\Г

•Л\

Ш.

2 * 6 8 Гв Г2 /V /£ /9

промежутки времени (планово-предупредительный ремонт (ППР));

- измерение необходимых параметров оборудования или

____ и

(У

обладают высокой и примерно одинаковой надежностью и долговечностью, т.е. при соблюдении так называемого «принципа равной прочности». Однако принцип равной прочности далеко не всегда удается реализовать на практике. Это обусловлено отсутствием единых требований по надежности как к главным элементам системы, так и к составным элементам. Кроме того, электромеханические системы одного и того же исполнения эксплуатируются в различных условиях, испытывая при этом различные нагрузки на элементы, различное воздействие окружающей среды, что особенно проявляется при эксплуатации горных машин. И, наконец, сказываются различия в технологии изготовления элементов.

Метод эксплуатации электромеханических систем по состоянию предполагает два способа проведения работ по техническому обслуживанию:

- регулярное техническое обслуживание элементов системы через заданные

диагностирование состояния элементов, изменяющегося в результате воздействия внешних факторов и старения.

На основании полученных данных решается вопрос о проведении того или иного вида работ по техническому обслуживанию и ремонту.

Но эффективность и экономичность данного метода по сравнению с методом эксплуатации по заданному ресурсу могут быть обеспечены только при применении систем безразборной диагностики состояния электромеханических систем, которые позволяют осуществлять контроль технического состояния по входным и выходным параметрам, а также передаточным функциям каждого элемента электромеханических систем не прерывая рабочего процесса. Этот метод является наиболее прогрессивным методом обслуживания оборудования, так как основан на использовании глубокой количественной информации о техническом состоянии оборудования по сравнению с информацией только о моментах отказов. Эти два метода можно считать методами управления надежностью, но они не позволяют влиять на состояние электромеханической системы, а только констатировать факты неисправностей.

В основе факторов влияющих на надежность каждого элемента системы, рис. 1, лежат динамические воздействия, являющиеся следствием взаимодействия исполнительного органа с забоем рис. 2. В основе оценки динамики нагружения электромеханической системы лежит математическая модель:

З уг ■' %' Ю

32 Уг - /уар, - /у

%•*(%-%) где Мдв - момент двигателя; электродвигателя; Му - момент упругий трансмиссии ИО; Мс (1) - момент сопротивления породы резанию; І1 - момент инерции ИО; І2 - момент инерции электродвигателя; ф1 - угловая координата ИО; ф2 - угловая координата вала электродигателя; ю0 - угловая скорость идеального холостого хода электродвигателя.

Данная математическая модель, построена на базе динамической рис. 3 и расчетной эквивалентной моделей привода исполнительного органа рис. 4.

Как показывает практика эксплуатации, в основе причин возникновения неисправности и отказов лежат как внешние факторы, к которым относятся факторы нагружения и окружающей среды, так и внутренние факторы к которым можно отнести физические и структурные параметры электромеханических систем.

В процессе разрушения горной породы, электромеханическая система подвергается воздействию двух основных видов динамических колебаний:

- собственных;

- вынужденных.

Рис. 3. Эквивалентная динамическая модель вращателя станка СБШ - 320

‘У

Рис. 2. Нагрузка и режим работы электродвигателя механизма вращателя бурового станка: а -

осциллограмма нагрузки двигателя вращателя; б - диаграмма цикла работы станка; в - операция бурения станка с нижним расположением механизма вращателя

Если собственные колебания в основном зависят от характеристик самой электромеханической системы, то на характер вынужденных, оказывают влияние как характеристики разрушаемой горной породы, так и вид и качество рабочего инструмента.

Как показывают данные многих исследователей (Шадрин А.И., Махно Д.Е., Кантович Л.И. Фащиленко В.Н., Хошму-хамедов И.М.),диапазон собственных частот изменяется в пределах 3^6 Гц; а диапазон вынужденных частот зависит от условий эксплуатации и крепости породы и лежит в пределах 1,5^3 Гц. Взаимодействие указанных выше частот влияет на динамические свойства электромеханической системы, что в свою очередь определяет показатели надежности как отдельных элементов, так и всей системы в целом.

Имея динамические схемы электромеханической системы и построив структурно-функциональные модели надежности этой системы, промоделировав все связи между элементами системы и изучив

Рис. 4. Расчетная эквивалентная динамическая модель вращателя станка СБШ - 320

влияние крепости породы на динамические процессы в системе, возможно определить основные частоты собственных и вынужденных колебаний.

Основываясь на работах авторов Идия-туллина Р.Г., Труханова В.М. в качестве закона распределения вероятности безотказной работы электромеханической системы принят экспоненциальный закон, «Р»- вероятность безотказной работы определяется:

П

P(t) = exp (- Е Xi t).

i = 1

где Xi - интенсивность отказов i-го элемента системы; t - время работы системы.

Имея возможность изменять частоту колебаний электромеханической системы, по методу предложенному Фащи-ленко В.Н., тем самым, улучшая разрушение горной породы, мы можем улучшить условия функционирования каждого элемента системы, снижая динамические нагрузки.

1. Махно Д.Е., Шадрин А.И. Надежность карьерных экскаваторов и станков шарошечного бурения в условиях севера. - М.: Недра, 1976, 168 с.

2. Подэрни Р.Ю., Хромой М.Р. Станки вращательного бурения шарошечными долотами. -М: МГИ, 1990, 20 с.

В силу того что каждый элемент электромеханической системы подвержен накопительному износу, изменяя «5>-частоту колебаний системы (снижая динамические нагрузки) мы можем оказывать активное влияние на показатели надежности системы, что можно выразить через показатель интенсивности износа:

д = Б (М; ^вн).

где д - интенсивность износа; М - момент двигателя; £б - собственные динамические колебания; 1вн - вынужденные динамические колебания.

Основной задачей разработки метода непосредственного управления надежностью - износом элементов электромеханических систем, опираясь на результаты исследований в области управления резонансными частотами Фащиленко В.Н, является определение возможности влияния на частоту нагружения этих элементов, следствием чего влияние на режимы работы и на их надежность.

--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

3. Труханов В.М. Методы обеспечения надежности изделий машиностроения, - М.: Маши-ностроение,1995, 304 с.;

4. Фащиленко В.Н. дис. «Структурный анализ и синтез систем управления электромеханическими системами горных машин». - М.: МГГУ, 2004.

— Коротко об авторах

Кузнецов С.В. - кафедра электрификации и энергоэффективности горных предприятий, Московский государственный горный университет.

----------------------------------------------© Д.В. ■ ■.■■. С"а.'"'V

2005

УДК 622.625-83(06)

Д.В. Волков, Ю.П. Сташинов

К ВОПРОСУ О ПРИМЕНЕНИИ АСИНХРОННОГО ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМОГО ПРИВОДА НА РУДНИЧНОМ ЭЛЕКТРОВОЗЕ

Семинар № 17