CC BY
33
- © В.Я. Туркин, С.Ю. Тягушев,
О.Б. Шонин, 2014
УДК 621.926.22-52
В.Я. Туркин, С.Ю. Тягушев, О.Б. Шонин
ПОВЫШЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ВИБРАЦИОННОЙ ЩЕКОВОЙ ДРОБИЛКИ СРЕДСТВАМИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Приведены результаты экспериментальных исследований вибрационных щековых дробилок ОАО «НПК «Механобр-Техника». Показано, что начальная расфазиров-ка колебаний щек, обусловленная неидентичностью параметров подсистем ВШД, вызывает существенное снижение производительности и рост энергоемкости. Для улучшения технологических показателей предложена система автоматического управления приводом по критерию максимальной производительности. Приведены результаты испытаний прототипа системы.
Ключевые слова: двухдвигательный привод, вибрационная щековая дробилка, автоматическое управление, производительность, энергоемкость.
Новый тип дробилки ОАО «НПК «Механобр-Техника» относится к классу машин с вращательными (маятниковыми) колебаниями щек. Вибрационные щековые дро-
билки (ВЩД) предназначены для дробления прочных и сверхпрочных рудных и технологических материалов (строительных отходов, ферросплавов и т.п.). [1].
В основу работы дробилок ВЩД положено явле ние самосинхронизации двух дебалансных вибраторов [2], возбуждаемых от двух-двигательного асинхронного электропривода. В настоящее время ВЩД используются рядом предприятий России, ближнего и дальнего зарубежья. Дробилки входят в состав тех-
Рис. 1. Испытательный стена в цехе полупромышленных и стендовых испытаний ОАО «НПК «Меха-нобр-Техника»: ВЩД - вибрационная щековая дробилка, ДБ1, ДБ2 - дебалансы, ДУ1, ДУ2 - датчики ускорения, ПК- персональный компьютер, ПЧ - преобразователь частоты, ИИС - информационно измерительная система
нологических линий переработки строительных отходов (ОАО «КИНЕФ», г. Кириши), дробления прочных ферросплавов (ОАО «Петросталь», г. Санкт-Петербург, ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат», г. Магнитогорск), дробления медных шлаков (ОАО «Ревдинский
а) б)
о ю зо
Начальная рас фаз нровка щек, град п ,
с т г г Начальная расфазировк
Рис. 2. Удельная энергоемкость дробления (а) н производительность (б)
завод по обработке цветных металлов», г. Ревда) и т.д.
В процессе заводских и промышленных испытаний, а так же эксплуатации дробилок, специалистами ОАО «НПК «Механобр-Техника» отмечалось несоответствие их расчетных и эксплуатационных характеристик. В большинстве случаев они выражены в меньшей производительности и повышенной энергоемкости, а так же в «зависании» материала в камере дробления.
Для решения поставленной задачи улучшения технологических характеристик оборудования выполнен комплекс теоретических и экспериментальных исследований ВЩД трех типоразмеров. Эксперименты выполнялись на испытательном стенде, разработанном в ОАО «НПК» Механобр-Техника», общий вид которого показан на рис. 1. Стенд состоит из серийного образца ВЩД 130х300, двухдвигательного привода и преобразователя частоты (ПЧ). Информационно измерительная система включает в себя совокупность датчиков электрических и механических величин, подсистему сбора данных National Instruments NI 6218, а так же виртуальную измерительную лабора-
торию для визуализации и анализа экспериментальных данных на основе среды визуального программирования ЬаЬУ1еш 8.5 [3].
Анализ экспериментальных данных по влиянию условий возбуждения щек дробилки на энергоемкость и производительность дробления показал, что причиной пониженных эксплуатационных характеристик ВЩД является рассогласование номинального синхронно-противофазного режима колебаний щек.
Как следует из рис. 2, увеличение начального угла сдвига фаз в интервале ур0 = 0-500 приводит к снижению производительности П и росту энергоемкости Е:
П(уо) = ехр(-уо /20),
_ (1)
П = П / П0.
Е(у 0) = 1 + 0,028у 01,3, _ (2) Е = Е / Е0,
где ур0 — начальная расфазировка относительно синхронно-противофазного режима, П0 , Е0 — значения производительности и энергоемкости при
Рис. 3. Функциональная схема стенда для испытаний дробилки со скалярной системой управления
¥р0 = 0, зависящие от типоразмера дробилки.
Из-за появления фазового сдвига в режиме дробления значения величин П0 , Е0 не соответствуют значениям, которые могут быть достигнуты в идеальном случае синхронно-противофазного режима колебаний щек, на который рассчитана работа дробилки. Для повышения производительности необходимо обеспечить непрерывную компенсацию отклонений от номинального режима. Осуществление такой компенсации требует разработки автоматизированной системы управления электроприводом вибровозбудителей.
Вопрос управления синхронизацией вибрационных установок изучался различными авторами. В частности, в работе [4] рассмотрена задача повышения устойчивости синхронизированного режима и обеспечения заданного угла синхронизации двухро-торной вибрационной установки. Для решения задачи предложен алгоритм
управления на базе метода скоростного градиента. Так же известна система управления двухроторной вибрационной установкой с приводом постоянного тока, в которой регулирование фазы между роторами вибровозбудителей реализовано на основе принципа подчиненного регулирования с контурами тока, скорости и положения ротора [5].
Прямое использование рассмотренных алгоритмов представляется затруднительным, поскольку требует разработки сложных многодатчико-вых измерительно-вычислительных систем. Синтез системы управления дробилкой целесообразно выполнять на основе обобщения имеющегося опыта управления двухротоными вибрационными установками с учетом особенностей ВЩД как технологического объекта управления.
Применение такого подхода показало, что управление ВЩД может быть реализовано на основе отрицательной обратной связи по углу сдвига фаз колебаний щек путем измене-
а)
б)
Рис. 4 Фазовый сдвиг колебаний щек дробилки ВЩД 80x300 а) стандартная схема, б) с регулируемым приводом
ния параметров индивидуальных механических характеристик приводных двигателей из условия выравнивания их парциальных скоростей, а для компенсации отклонений режима от номинального синхронно-противофазного достаточно использовать простейшие алгоритмы управления.
Разработка алгоритма автоматического управления производилась на базе компьютерной модели вибрационной щековой дробилки с двухдви-гательным электроприводом. Математической основой модели являются взаимосвязанные системы дифференциальных уравнений вибрационной щековой дробилки [6] и асинхронного двигателя. Влияние технологической
нагрузки на параметры режима электропривода предложено учитывать дополнительным моментом сопротивления нагрузки. Такое представление не противоречит результатам экспериментальных исследований, в соответствии с которыми при перехо де ВЩД из безударного режима в режим дробления усредненные значения мощностей и соответствующие им моменты на интервале дробления остаются постоянными [7].
Установлено, что для восстановления синхронно-противофазного режима за счет изменения жесткости механической характеристики напряжение питания одного из двигате лей необходимо менять в диапазоне
100—90 % от номинального значения. Такой способ управления реализован в компьютерной модели с помощью тиристорного регулятора напряжения, угол включения которого определяется по контролируемому углу сдвига фаз колебаний щек. Для компенсации отклонений от номинального режима ВЩД за счет использования системы скалярного управления приводом требуемая разность частот вращения поля двигателей должна быть порядка Ап0 = 10 об/мин, при номинальной частоте п0 = 1500 об/мин.
В дробилке со скалярной системой управления один из двигателей питался непосредственно от сети, а другой — от ПЧ, параметры которо го изменялись по закону U/f = const, где U — напряжение, f — частота (рис. 3). Для формирования частоты питающего напряжения использовалась отрицательная обратная связь по фазовому сдвигу колебаний щек дробилки и пропорционально интегральный (ПИ) регулятор. Результаты компьютерного моделирования показали, что такая система позволяет скомпенсировать рассогласование режима, вызванное как несимметрией подсистем дробилки, так и технологической нагрузкой.
Практическая проверка работоспособности и эффективности предложенного способа управления проводилась на образце виброщековой дробилки ВЩД 80x300 экспериментальной конструкции с наклонной камерой дробления, разработанной специалистами ОАО «НПК «Меха-нобр-Техника» под руководством главного конструктора Туркина В. Я.
В качестве разрушаемого материала использовался гранит исходной крупностью -65 +40 мм. Дробление производилось при полностью заполненной камере с подпором материала со стороны загрузочной воронки.
В результате испытаний установлено, что применение автоматической системы регулирования двухдвига-тельного электропривода дробилки позволило повысить производительность дробления на 87%. При этом гранулометрический состав конечного продукта соответствовал показателям базового варианта. Контроль текущего фазового сдвига (рис. 4) показал, что полученный эффект увеличения производительности в 1,87 раза был достигнут не при полной, а лишь частичной компенсации рассогласования. Это связано с несовершенством прототипа предложенной системы, в частности, с относительно большим значением единицы дискретности частоты ПЧ. Поэтому совершенствование алгоритма управления и соответствующая реализация системы управления позволит достичь более значительного прироста производительности предложенного варианта ВЩД по сравнению с базовым вариантом.
Результаты компьютерного моделирования и натурных экспериментов подтверждают целесообразность и необходимость применения разработанной системы в промышленных образцах ВЩД. Внедрение автоматизированного привода ВЩД позволит существенно улучшить ее эксплуатационные характеристики, сократить сроки ввода нового оборудования в эксплуатацию и тем самым повысить надежность и конкурентоспособность дробилок.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Вайсберг Л.А., Зарогатский Л.П., Туркин В.Я. Вибрационные дробилки. СПб., ВСЕГЕИ. 2004.
2. Блехман И.И. Вибрационная механика - М.: Физматлит, 1994.
3. Тягушев С.Ю., Шонин О.Б., Ерошен-ко В.А. Экспериментальный стенд для исследования электромеханических характеристик вибрационных щековых дробилок ОАО «НПК «Механобр-техника» Труды международной конференции «Образовательные, научные и инженерные приложения в среде LabVIEW и технологии National Instruments - 2008», М. 2008 г.
4. Блехман И.И., Фрадков А.Л.. Управ-
ление мехатронными вибрационными установками - СПб.: Наука, 2001.
5. Шестаков Б.М., Епишкин А.Е. Динамика автоматизированных электромеханических систем вибрационных установок -СПб.: Изд-во СПБГПУ - 2005 г.
6. Нагаев Р.Ф., Туркин Б.Я. Динамика безударного режима вибрационной щеко-вой дробилки. Записки СПбГГИ им. Г. В. Плеханова, 1995.
7. Тягушев С.Ю., Шонин О.Б. Влияние рассогласования подсистем вибрационной щековой дробилки на режим работы электропривода и показатели дробления. СПб., Обогащение руд - 2009 г. № 5. [ГШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Туркин Бладимир Яковлевич - кандидат технических наук, главный конструктор Тягушев Сергей Юрьевич - научный сотрудник, е-шаП [email protected] ОАО «НПК» Механобр-Техника»
Шонин Олег Борисович - доктор технических наук, профессор кафедры электротехники и электромеханики, е-шаП [email protected] Национальный минерально-сырьевой университет «Горный».
А
N.
IMPROVEMENT OF TECHNOLOGICAL PARAMETERS OF THE VIBRATION JAW CRUSHER BY MEANS OF FULLY AUTOMATIC ELECTRIC DRIVE
Türkin V.Ya., PhD Eng. Chief designer Tyagushev S.Yu., Research worker
Mekhanobr Tekhnika Research&Engineering Corporation
Shonin O.B., Dr Eng, Professor, Chair of Electric Technology and Electromechanics, National Mineral Resource University (University of Mines)
The article reports experimental tests of vibration jaw crushers of Mekhanobr Tekhnika Co. manufacture. It is shown that initial misphasing of jaws due to unequal parameters of the vibration jaw crusher subsystems appreciably degrades productivity and increases energy consumption of the machine.
The automated control algorithm was developed based on computer model of a vibration jaw crusher with twin-engine electric drive. Mathematical base of the model was the interrelated systems of differential equations of the vibration jaw crusher [6] and asynchronous motor.
The test showed that the automated control of the two-engine electric drive of the crusher allowed the 87% increase in the crusher output with the end product grain distribution in accord with the reference variant figures.
It is suggested to improve technological parameters of the crusher by using the automated control by the maximum output criterion. The automated control prototype trials are described.
Key words: two-engine drive, vibration jaw crusher, automated control, output, energy intensity.
REFERENCES
1. Vaisberg L.A., Zarogatsky L.P., Turkin V.Ya., 2004. Vibration Crushers. Saint-Petersburg: VSEGEI.
2. Blekhman I.I., 1994. Vibration Mechanics. Moscow: Fizmatlit.
3. Tyagushev S.Yu., Shonin O.B., Eroshenko V.A., 2008. Test bench for electromechanical characteristics of vibration jaw crushes of Mekhanobr Tekhnika Research&Engineering Company manufacture, Proc. Int. Conf. Education, Scientific and Engineering Applications in LabVIEW Environment and National Instruments Technologies-2008. Moscow.
4. Blekhman I.I., Fradkov A.L., 2001. Control of Mechatronic and Vibration Installations. Saint-Petersburg: Nauka.
5. Shestakov V.M., Epishkin A.E., 2005. Dynamics of Automated Electromechanical Systems in Vibration Machines. Saint-Petersburg: SPbGPU.
6. Nagaev R.F., Turkin V.Ya., 1995. Dynamics of Shock-Free Regime of Vibration Jaw Crusher. Saint-Petersburg: SPbGGI.
7. Tyagushev S.Yu., Shonin O.B., 2009. Effect of misphasing of vibration jaw crusher subsystems on electric drive operation and crushing quality, Ore Concentration J., No. 5.
- ОТДЕЛЬНЫЕ СТАТЬИ
ГОРНОГО ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОГО БЮЛЛЕТЕНЯ
(ПРЕПРИНТ)
РАЗВИВАЮЩАЯ АТТЕСТАЦИЯ КАК СПОСОБ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ
ФУНКЦИОНАЛА ГОРНОГО МАСТЕРА (НА ПРИМЕРЕ ФИЛИАЛА
ОАО ««СУЭК-КРАСНОЯРСК» «РАЗРЕЗ БОРОДИНСКИЙ ИМ. М. И. ЩАДОВА»)
Евтушенко Евгений Михайлович, технический директор ОАО «СУЭК-Красноярск»; Самарин Сергей Витальевич, зам. ген. директора по персоналу ОАО «СУЭК-Красноярск»; Бирилкин Виктор Васильевич, зам. управляющего по персоналу и административным вопросам филиала ОАО «СУЭК-Красноярск» «Разрез Бородинский им. М.И. Щадова»; Лабунский Леонид Вячеславович, главный научный сотрудник ООО «НИИОГР», д.э.н., проф.; Лапаева Оксана Анатольевна, старший научный сотрудник ООО «НИИОГР», к.э.н.; Полещук Марина Николаевна, научный сотрудник ООО «НИИОГР», к.э.н.
Представлен материал, отражающий результаты проведения развивающей аттестации мастеров в филиале ОАО «СУЭК-Красноярск» «Разрез Бородинский». Предназначен для руководителей и специалистов, заинтересованных в повышении ценности своей деятель-ности на предприятиях, в региональных производственных объединениях, управляющих компаниях. Ключевые слова: аттестация, горный мастер, функционал, СУЭК-Красноярск.
EDUCATIONAL QUALIFICATION AS A MEANS OF IMPROVING FUNCTIONAL MINING MASTER (THE CASE OF BRANCH OJSC " SUEK-KRASNOYARSK" "CUT BORODINO MI. MI SCHADOV")
Yevtushenko, Y.M., Samarin S.V., Birilkin V.V., LabunskyL.V., Lapaeva O.A., PolishchukM.N. Presents material that reflects the results of developing certification masters at OJSC "SUEK-Krasnoyarsk" Borodino cut them. MI Shchadov. "Designed for managers and professionals interested in enhancing the value of its activities in enterprises, regional industrial associations, management companies.
Key words: certification, mine foreman, functional SUEK-Krasnoyarsk.
