Выбор двигателя для привода ленточного конвейера
Автор: Garry E. Paulson, P. Eng.
Автор перевода: Трутень И.Н.
Источник: Motor selection for belt-conveyor drives [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.littelfuse.com/technical-resources/. /Conveyor_Belt_Drives.pdf
Реферат
Параметр номинальной мощности двигателя всегда указывается при выборе двигателя для ленточного конвейера – скольжение двигателя, как правило, игнорируются. Эта статья показывает, как пусковые характеристики ленточного конвейера зависят от скольжения. Она показывает, что двигатели с повышенным скольжением улучшают распределение нагрузки между непосредственно соединёнными двигателями, и также демонстрирует, что двигатель с повышенным скольжением позволяет снизить эффект натяжения ленты для улучшения распределения нагрузки между лентой и барабаном. Проиллюстрировано графическое отношение между натяжением и скольжением показывающее процент потребляемой мощности доступной для конвейера без перегрузки двигателя (двигателей) при запуске второго барабана. Если требуемая мощность конвейера была определена правильно и если номинальная мощность недостаточна, отношение натяжения к скольжению слишком высоко – вероятно, результатом случайного выбора стали высокоэффективные двигатели с низким коэффициентом скольжения и плохими пусковыми характеристиками. С этими двигателями необходимо использовать механические устройства, которые вводят скольжение, если конвейер должен работать вблизи проектной мощности. Предпочтительным решением для избегания этой проблемы является использование непосредственно соединённых двигателей с повышенным скольжением для улучшения распределения нагрузки и повышения пускового момента. Приведены примеры двух двигателей, которые устраняют необходимость введения скольжения механически.
1. Электропитание
Требование к питанию ленточного конвейера является функцией пяти составляющих:
- Мощность, необходимая для запуска порожней ленты;
- Мощности, необходимая для горизонтального перемещения груза;
- Мощность, необходимая для вертикального подъема;
- Мощность, необходимая для преодоления трений с дополнительными оборудованием, такого как плинтуса или боковые ролики;
- Мощности, необходимой для ускорения.
Сумма первых четырех компонентов – сила необходимая для запуска конвейера. Составляющая ускорение требуется только во время пуска. Если время ускорения дольше чем 15 секунд, составляющая ускорения обычно мала по отношению к потребляемой мощности, небольшое преимущество достигается за счет увеличения времени ускорения на 20 или 25 секунд. Метод обычно используется для определения суммарной мощности, необходимо умножить сумму всех пяти компонентов на 1,1 и выбрать следующий ближайший больший размер. Результат произведения составляющей ускорения и коэффициента 1.1 с последующим округлением, предполагает, что ленточные конвейеры обычно используют около 70% проектной мощности. Это отличная рабочая точка, потому что двигатели работают эффективно в этом диапазоне, и это позволяет сделать запас в случае выполнения перегрузки, тяжелого пуска, и дисбаланса в распределении нагрузки.
2. Рабочее состояние конвейера
Когда двигатели непосредственно соединены при пуске конвейера, высокие скольжения и распределение нагрузки между двигателями происходит потому, что небольшие различия скоростей двигателя в результате приводят к небольшим различиям крутящего момента двигателя. Фактически,, двигатели с различной мощностью и рабочей скоростью разделят пусковую нагрузку в соответствии с их мощностью.
При запуске, распределения нагрузки может быть проблемой, потому что небольшие различия в скорости двигателей могут привести к большим различиям крутящего момента двигателя. Проблема может быть проиллюстрирована путем расширения рабочего диапазона крутящего момента кривой 1770 и 1785 об/мин, как показано на рис. 1
Рис. 1. Рабочий диапазон скорости крутящего момента асинхронного двигателя, кривые для 1770 и 1785 об/мин.
В рабочем диапазоне, момент-скоростные характеристики очень близки к линейным. Если два двигателя непосредственно соединены с одним барабаном, они вынуждены работать с одинаковой скоростью, а двигатель на 1770 об/мин будет загружен на 50%, двигатель на 1785 об/мин обеспечит номинальную мощность. При условии равной номинальной мощности, любой нагрузка более 75% от общей мощности приведет к тому, что при 1785 об/мин двигатель будет перегружен. Следствием этого наблюдения является то, что двигатели с различной мощностью могут быть непосредственно соединены, и они будут загружаться в соответствии с их номинальными мощностями, если их номинальные скорости одинаковы. С другой стороны, новые двигатели одной и той же марки изготовителя не могут оравномерно распределить груз. Это означает, что два двигателя с низким скольжением рассчитанных на 1785 оборотов, могут быть загружены с разницей до 23,5%, если они непосредственно связаны. Эквивалентный наихудший показатель при 1770 оборотов двигателя составляет 12,5%.
Конвейерная лента создает дополнительную проблему к измерению разделения нагрузки. Для того чтобы приводной барабан передавал движение ленте, необходимо увеличить натяжение ленты, для натяжения необходимо чтобы участок ленты набегающей на барабан был длиннее такого же участка ленты сбегающего с него. Для того, чтобы растянуть ленту, скорость барабана должна быть равна или больше чем скорость движения ленты во всех точках контакта. В идеале, скорость набегания ленты на барабан равна скорости контактной поверхности барабана, а скорость ленты при сбегании с барабана ниже на величину растяжения ленты. Рис. 2 относится к приводному барабану с 1782 об/мин (1% скольжения) и лентой, которая растягивается на 1% при номинальной мощности – отношение натяжения к коэффициенту скольжения 1,0 для барабана. Для иллюстрации, скорость определяется по валу двигателя.
Рис. 2. Набегающая и сбегающая скорости движения ленты в зависимости от номинальной мощности
При условии, натяжения сбегающей ленты и коэффициенте трения между лентой и барабаном достаточным для поддержания скорости набегающей ленты равной скорости вращения барабана, скорость сбегания ленты будет меньше, чем скорость набегания ленты на произведение скольжения и отношение раятяжения при скольжении.
Опоясывание лентой приводных барабанов, лента сбегая с первого барабана набегает на второй барабан, как показано на рис. 3.
Рис. 3. Опоясывание лентой приводных барабанов
Поскольку растяжение ленты пропорционально напряженности ленты, скорость основного барабана больше, чем скорость второстепенного барабана, когда T1>T2>T3 и оба приводные барабаны. Максимальная мощность, доступная конвейеру, без перегрузки двигателя, происходит, когда двигатели привода второстепенный барабана работают при номинальной мощности. Если основной и второстепенный двигатели совпадают в 1% скольжении, 1% растяжении, то пример на рис. 2 показывает, что при номинальной вторичной, скорость первичного барабана 1791 оборотов в минуту. При 9 об/мин , основной барабан обеспечивает 50% от номинальной мощности и совместно приводы обеспечивают 75% из потребляемой мощности до перегрузки. В этом примере используются конкретные значения для иллюстрации – следующий график на рис. 4 представляет собой общее решение, показывающее процент потребляемой мощности доступной в зависимости от функции натяжения к скольжению для 3 и 4 приводов.
Рис. 4. Максимально допустимая мощность в зависимости от натяжения и скольжения
Рис. 4 показывает, что уменьшение эластичности ленты и увеличение номинального скольжения оба имеют эффект увеличения мощности доступной на вторичном двигателе (двигателях) находящихся на грани перегрузки.
В исследовании 3-го двигателя, 750 л.с., в данных производителя указано что натяжение пояса должно быть 0,765% . Двигатели были оценены в 1776 об/м, приводящих к отношению натяжения к скольжению 0,57 на двигатель. Рис. 4 показывает, что для 3 электропривода с отношением натяжением к скольжению 0,57, доступно только 64% от номинальной мощности. Наличии второго двигателя обеспечивает номинальную суммарную мощность, сумма растяжения и скольжения для первичных двигателей составляет 24 оборота в минуту. Поскольку отношение натяжения к скольжению 1,15 для основного барабана, скольжение на первичном двигателе составляет 24+2,15=11,2 оборотов в минуту и общая доступная мощность 250+500 (11,2/24)=480 л.с. или 64%. Для улучшения распределения нагрузки, двигатель с 1769 оборотами в минуту был использован на вторичном барабане. Рис. 4 не может использоваться непосредственно для этого примера, потому что это предполагает, что все двигатели одинаковы; однако, увеличение мощности легко вычислить, так как сумма натяжения и скольжения для основных двигателей увеличена до 31 об/мин, когда вторичный двигатель обеспечивает номинальную мощность, на первичном двигателе мощность составляет 31 – 2,15=14,4 оборотов в минуту и общая доступная мощность увеличилась до 250+500 (14,4/24) = 550 л.с. или 73%. Для сравнения у двигателей на 1785 об/мин на том же самом конвейере было бы отношение протяжения к скольжению 0,92, и доступная мощность составит только 57%.
Механизмы связи между основными и вторичными барабанами устраняют проблему распределения груза, связанную с натяжением ленты между соединенными с лентой барабанами. Механизмы связи основного и вторичного барабанов, работают на той же самой скорости, так что все приводные двигатели вынуждены делить рабочую нагрузку до такой степени, пока позволит их индивидуальная номинальная скорость. Однако, связанные механизмы не разрешают разделение груза между барабанами. Связанные механизмы, эффективно передают движение вторичному барабану, и основной барабан не способствует напряженности ленты, если лента не скользит на вторичном барабане в связи с увеличением вращающего момента, доступного ему – это чаще всего происходит во время запуска.
3. пуск ленточного конвейера
Есть два общих заблуждение относительно крутящего момента, необходимого для пуска ленточного конвейера. Первым заблуждением является то, что ленточный конвейер имеет большой пусковой момент. Статическое трение выше, чем трение качения, но конвейер не срывается сразу. Он движется постепенно из-за растяжения ленты и действия натяжного устройства статическое трение не имеет значительного влияния на запуск. Другие заблуждения, что это движение ленточного конвейера занимает значительно больше крутящего момента, чем для его запуска. Единственным компонентом потребляемой мощности связанной с началом движения является составляющая ускорения. Крутящий момент, требуемый для других четырех компонентов увеличения со скоростью и их суммой, является максимумом на номинальной скорости. Следовательно, стартовый крутящий момент просто немного выше, чем рабочий крутящий момент, который в конечном счете запустит конвейер. Если потребляемая мощность была определена правильно любая запускаемая техника, которая может поставлять 75% номинального крутящего момента, или более, на протяжении всей последовательности запуска должны быть в состоянии запустить конвейер. Однако, чтобы управлять ускорением и учитывать случайные перегрузки, благоразумно выбрать изночально технику, способную к обеспечению по крайней мере 100% от номинального крутящего момента на протяжении запуска.
Выводы
Несбалансированное распределение груза не является проблемой, если он излишне не вызывает у одного или нескольких двигателей перегрузку. Некоторое отсутствие равновесия ожидаемое между двигателями на одном барабане и между основными и вторичными барабанами. Непрактично, и не нужно пытаться устранить дисбаланс. Простое решение состоит в том, чтобы использовать двигатели с высоким скольжением, которые уменьшают отсутствие равновесия до допустимого количества. Отношения натяжения к скольжению 0,3 и 0,5 в 3 и 4 электроприводе позволяют соответственно получать 75% потребляемой мощности без перегрузки вторичного двигателя(лей). Любое решение, которое включает в себя соответствия двигателя или отдельную поправку на каждый двигатель является ненужным и дорогим. Логистика поддержания промышленного предприятия с многочисленными подобными установками упрощена, если двигатель может использоваться в любом месте. Двигатели конструкции-C – двигатели высокого скольжения, и их рекомендуют для применения в работе конвейера. В дополнение к уменьшению проблемы распределения груза, характеристики скорости вращающего момента двигателей конструкции-C также решают большую часть начальных проблем конвейера.
Обслуживающие предприятия и контролирующие органы поощряют использование двигателей высокой производительности. Эти двигатели приемлемы в одномоторных устройствах; однако они имеют неправильные характеристики для двигателей с несколькими моторами конвейера. У двигателей высокой производительности есть роторы низкого импеданса, которые работают с низким скольжением, плохим распределением груза, имеют высокий ток запертого ротора и плохие константы вращающего момента. Термин «высокая производительность» может быть неправильным употреблением, потому что в некоторых механизмах мощность, потребляемая двигателем высокой производительности, превышает мощность двигателя стандартной эффективности.
Кривые скорости вращающего момента двух двигателей, рекомендуемых для применения на конвейере, показаны на рис. 5 и 6. Двигатель Toshiba имеет 447TZ структуру и номинальную скорость 1770 об/мин. У него крутящий момент при заблокированном роторе = 243% FLT в 607% FLA, максимальный крутящий момент = 235% FLT и минимальный момент при разгоне = 167% FLT. Это может обеспечить приемлемый 100% FLT только с 425% FLA в седле его кривой момента-скорости Это – дизайн B по причинам маркетинга, но это – фактически двигатель конструкции-C.
Рис. 5. Toshiba 200 л.с. SCIM
Двигатель Westinghouse имеет 449T структуру и номинальную скорость 1769 об/мин. У него крутящий момент заблокированного ротора = 259% FLT в 653% FLA, максимальный крутящий момент = 204% FLT и минимальный момент при разгоне = 233% FLT. В отличие от двигателя Toshiba, у него нет седлообразности кривой момента-скорости, и поэтому можно поставить 100%-ый FLT только с 320% FLA на 60%-ой скорости. Это – двигатель конструкции-C с идеальными характеристиками для ленточного конвейера.
Ленточные транспортеры
Ленточные транспортеры используют для перемещения сыпучих, кусковых и штучных грузов на расстояния, достигающие иногда 10-12 км и больше. Такие конвейеры обычно составляют из отдельных секций. Трасса конвейера в горизонтальной плоскости прямолинейная, а в вертикальной может быть наклонной или иметь более сложную конфигурацию. Тяговый и грузонесущий орган — лента, которая движется по стационарным роликоопорам, огибая приводной, натяжной, а иногда и отклоняющие барабаны. Груз перемещается на ленте вместе с ней. В зависимости от типа роликоопор лента имеет плоскую или желобчатую форму.
Длина ленточных конвейеров достигает 10-12 и даже более километров! Ширина обычно колеблется от 300 до 2000 мм.
Конвейер с плоской лентой используется преимущественно для перемещения штучных грузов. Необходимое натяжение ленты обеспечивает натяжная станция, обычно грузовая, а в передвижных конвейерах — винтовая. Привод конвейера (приводная станция) состоит из электродвигателя, редуктора, барабана и соединительных муфт. Загрузку сыпучего груза на ленту производят через направляющий лоток или воронку, а разгрузку — через концевой барабан или при помощи плужкового или барабанного сбрасывателя. Ленточные транспортеры имеют высокую эксплуатационную надёжность, обеспечивают производительность от нескольких т/ч до нескольких тысяч т/ч. Ширина тканевых лент от 300 до 2000 мм, скорость движения лент составляет 1,5 — 4,0 м/сек. Короткие передвижные ленточные транспортеры монтируются на колёсном ходу и используются на погрузочно-разгрузочных работах.
Ленточный конвейер является одним из самых распространенных типов машин непрерывного транспорта. Несущим органом является «бесконечная» конвейерная лента.
Лента приводится в движение мотор-редуктором посредством приводного барабана.
В наше время на ленточный транспортер, и другое транспортное оборудование, ложиться основная нагрузка по доставке зерновых в нужные узлы элеватора. Это экономит деньги и время.
Типы ленточных транспортеров
Ленточные транспортеры бывают открытого и закрытого типа. Закрытые ленточные транспортеры защищают груз от попадания влаги и солнечных лучей, если работа ведется на открытом воздухе. Изолированность от внешних факторов, может значительно обезопасить груз. Также стоит отметить, что современные ленточные транспортеры изготовляются из технологичных, надежных, прочных материалов и комплектующих. В зависимости от нагрузки на один погонный метр длины транспортера и переправляемого груза тип ленты может быть различным. Как и ее ширина.
Характеристики ленточных транспортеров
Характеристики ленточных транспортеров на элеваторе
- Применяется оцинкованный, крашеный короб. Длиной секция короба может быть до трех метров. Корпуса головной, хвостовой части и короба — герметичны. Основание ленточного транспортера имеет втулки, сделанные из антистатического материала. Они установлены в пазах, с учетом возможного расширения металла. В работе транспортера применяется износоустойчивая лента. Также возможен комплект датчиков. При наличии дополнительных бортов, на ленточном транспортере могут быть установлены прямые или желобные роликовые опоры.
- Основными двигателями рабочего процесса ленточного транспортера являются приводы. Они установлены в барабанах, по которым движется лента. Приводные и не приводные барабаны являются основным оборудованием ленточного транспортера. Возможны варианты. Барабаны с одной консолью вала, предназначенной для соединения с приводом. Или с двумя консолями, симметрично расположенными относительно оси ленточного транспортера, соединяющих, соответственно, уже два приводных механизма. При этом мощность двух одновременно работающих приводов равна половине мощности барабана. Барабаны с двумя консолями на ленточном транспортере предназначены для дублированных приводных механизмов. Это позволяет одному приводу работать, а другому быть запасным — на подстраховке. И каждый механизм рассчитан так, чтобы передавать барабану максимальную мощность.
- На выпуклых участках ленточного транспортера вместо нижних роликовых опор используются неприводные барабаны. Также они используются в головной и хвостовой частях транспортера, как отклоняющие барабаны.
Производительность ленточного транспортера
Производительность ленточного транспортера колеблется от 150 до 1500 тонн в час.
