Dynamika górniczych przenośników zgrzebłowych

ZESZYTY NAUKOWE

POLITECHNIKI

Ś L Ą S K I E J

MARIAN DOLIPSKI

DYNAMIKA GÓRNICZYCH

PRZENOŚNIKÓW ZGRZEBŁOWYCH

TW O

Z. 1 7 7

[ GLIWICE

! 1 9 8 9

PO LITECH N IKA Ś L Ą S K A

ZESZYTY NAUKOWE Nr 1030

M A R IA N D O LIPS K I

335V

D YN iM lK A GÓRNICZYCH

PRZENOŚNIKÓW ZGRZEBŁOWYCH

G L I W I C E 1 9 8 9

O PINIO DAW CY

Prof. zw . dr hab. inż. J erzy A n ton iak Prof. zw . dr hab. inż. M arek D ietrich

K O LEG IUM R ED A K C Y JN E

RED AK TO R N AC ZE LNY — P rof. dr hab. inż. Jan W ęgrzyn R ED AK TO R D Z IA Ł U — P rof. dr hab. inż. M irosław C hudek SEKR ETA RZ R ED A K C JI —

E lżbieta L esko

O PR AC O W A NIE R ED AK C Y JN E M gr K azim iera R ym arz

W ydano za zgodą ,

R ektora P o lite c h n ik i Ś ląsk iej

PL IS S N 0372-9508

D ział W y d a w n ictw P o lite c h n ik i Ś ląsk iej ul. K u ja w sk a 3, 44-100 G liw ice

N a k ła d 160+85 A r k w y d . 15,8 A rk . d r u k . 14,375 P a p i e r o f f s e t . k l . I I I 70x100 70g O d d a n o d o d r u k u 3 05.89 P o d p is , d o d r u k u 26.06 89 D r u k u k o ń c z , w l l p c u 1989

Z a m 350189 R-)6 C e n a z ł 316,—

Skład, fotok op ie, druk i opraw ą

w yk on an o w Z akładzie G raficzn ym P o lite c h n ik i Ś lą sk iej w G liw icach

P 25 Ł 3 3

SPIS TREŚCI

Str.

WYKAZ OZNACZEŃ ... 13

1. WSTĘP ... 17

2. DYNAMIKA PRZENOŚNIKÓW ZGRZEBŁOWYCH W ŚWIETLE DOTYCHCZASOWYCH BADAŃ ... . ... 20

2.1. Przenośniki z napędem 1 zwrotnię ... 20

2.1.1. Modelowanie ... 20

2.1.2. Badania doświadczalne ... 22

2.2. Przenośniki z napędem głównym i pomocniczym ... 23

2.2.1. M o d e l o w a n i e ... 23

2.2.2. Badania doświadczalne ... 24

2.3. Ocena dotychczasowych badań ... 27

2.4. Wprowadzenie pojęcia stanu napięcia łańcucha ... 29

3. TEZY, CEL I ZAKRES PRACY ... . ... 30

4. MODELOWANIE GÓRNICZYCH PRZENOŚNIKÓW ZGRZEBŁOWYCH ... 32

4.1. Przenośniki dwułańcuchowe z napędem głównym i pomocniczym

32

32

4.1.2. Model matematyczny ... 35

4.1.2.1. Modelowanie rozruchu ... 44

4.1.2.2. Modelowanie ruchu ustalonego ... 47

4.1.2.3. Modelowanie zerwania łańcucha ... 48

4.1.3. Macierz sztywności dynamicznej ... 48

4.2. Przenośniki jednołańcuchowe z napędem głównym i pomocni­ czym ... 53

4.3. Przenośniki z napędami pośrednimi ... 55

5. BADANIA DOŚWIADCZALNE PRZENOŚNIKÓW ZGRZEBŁOWYCH Z NAPĘDEM GŁÓWNYM I P O M O C N I C Z Y M ... 60

5.1. Badania przenośnika na powierzchni k o p a l n i ... 60

5.1.1. Stanowisko badawcze i p o m i a r o w e ... 60

5.1.2. Fazy rozruchu przenośnika zgrzebłowego .... 66

5.1.3. Dynamika przenośnika ze sprzęgłami hydrokinetycz- nymi ... 67

5.1.3.1. Wpływ stanu napięcia ł a ń c u c h ó w ... 67

5.1.3.2. Wpływ stopnia napełnienia sprzęgieł hydro- kinetycznych ... 76

- 4 -

Str.

5.1.4. Dynamika przenośnika ze sprzęgłami podatnymi ... 79

5.1.4.1. Wpływ stanu napięcia łańcuchów ... 79

5.1.4.2. Wpływ niejednoczesnego włączenia silników asynchronicznych ... 83

5.1.5. Porównanie rozruchu przenośnika ze sprzęgłami hydro- kinetycznyrai i podatnymi ... 90

5.1.5.1. Porównanie obciążeń sprzęgieł i łańcuchów 90 5.1.5.2. Porównanie spadków napięcia zasilania .... 93

5.1.5.3. Podsumowanie porównania ... 97

5.2. Pomiary w wyrobisku ś c i a n o w y m ... 101

5.2.1. Przebiegi obciążeń dynamicznych w łańcuchach ... 102

5.2.2. Przebiegi poboru mocy elektrycznej przez silniki ... 104

6. WERYFIKACDA MODELU MATEMATYCZNEGO DWUŁAŃCUCHOWEGO PRZENOŚNIKA ZGRZEBŁOWEGO Z NAPĘDEM GŁÓWNYM I P O M O C N I C Z Y M ... 110

6.1. Wybór liczby stopni swobody modelu ... 110

6.2. Porównanie pomiarowych i obliczeniowych charakterystyk dy­ namicznych ... 110

6.3. Wpływ metody całkowania numerycznego ... 119

7. BADANIA MODELOWE PRZENOŚNIKÓW ZGRZEBŁOWYCH Z NAPADEM GŁÓWNYM I P O M O C N I C Z Y M ... 125

7.1. Dynamika ruchu ustalonego ... 125

7.1.1. Częstości drgań w przenośniku zgrzebłowym ... 125

7.1.2. Zjawisko ruchowego węzła drgań obciążeń w łańcuchach 127 7.1.3. Analiza drgań zgrzebeł ... 132

7.1.4. Porównanie drgań w przenośniku z dwoma i z trzema silnikami ... 141

7.2. Dynamika rozruchu ... 147

7.2.1. Wpływ oporów ruchu gałęzi górnej i dolnej .... 148

7.2.2. Znaczenie spadku napięcia zasilania silników ... 156

7.2.3. Znaczenie stanu napięcia łańcuchów ... 156

7.2.4. Warunek rozruchu przenośnika zgrzebłowego ... 167

7.3. Znaczenie parametrów masowo-sprężystych ... 169

7.3.1. Przenośnik ze sprzęgłami podatnymi ... 169

7.3.1.1. Wpływ wartości parametrów struktury układów napędowych ... 169

7.3.1.2. Wpływ momentów bezwładności układów napędo­ wych ... 174

7.3.1.3. Wpływ sztywności ł a ń c u c h ó w ... 181

7.3.2. Przenośnik ze sprzęgłami hydrokinetycznymi ... 181

7.3.2.1. Wpływ wartości parametrów struktury układów napędowych ... 183

7.4. Symulacja zerwania łańcuchów ... 186

7.4.1. Przenośnik ze sprzęgłami podatnymi ... 186

7.4.1.1. Skutki zerwania jednego łańcucha .... 186

7.4.1.2. Skutki zerwania dwóch łańcuchów ... 189

Str. 7.4.2. Przenośnik ze sprzęgłami hydrokinetycznymi ... 191

7.5. Zastosowanie tłumików drgań podłużnych ...

195

8. BADANIA MODELOWE PRZENOŚNIKÓW ZGRZEBŁOWYCH Z NAPĘDAMI POŚREDNI­ MI ... 200

8.1. Stan nieluzowania ł a ń c u c h ó w ... 200

8.2. Stan stałego luzowania ł a ń c u c h ó w ... 204

9. WNIOSKI Z BADAŃ W Ł A S N Y C H ... 207

9.1. Przenośniki zgrzebłowe z napędem głównym i pomocniczym ... 207

9.2. Przenośniki zgrzebłowe z napędami p o ś r e d n i m i ... ... . 213

10. KIERUNKI DALSZYCH B A D A Ń ... 215

LITERATURA ... i... 217

STRESZCZENIE 224

СОДЕРЖ АН ИЕ

Стр.

П Е Р Е Ч Е Н Ь О Б О З Н А Ч Е Н И И ... ... 13

1. В В Е Д Е Н И Е ... 17

2. СОСТОЯНИЕ РАЗВИТИЯ ГОРНЫХ С КР Е БК ОВ ЫХ КОНВЕ ЙЕ РО В П О ДАННЫМ ПРОВ ЕД Е НН ЫХ Д О НАСТО ЯЩ ЕГ О ВРЕМЕНИ ИСС ЛЕ Д ОВ АН ИЙ ... 20

2.1. К о н в е й е р ы с приводом и обратной головкой ... 20

2.1.1. М од ел ирование ... 20

2.1.2. Экспериментальные исследования ... 22

2.2. К о н в е й е р ы с основным и вспомогательным приводами ... 23

2.2.1. Мод ел ир о ва ни е ... 24

2.2.2. Экспериментальные исследования ... 27

2.3. О ценка проведенных до насто ящ ег о времени исследований ... 27

2.4. В в о д поня ти я со с тояния н ат я жения це пи ... 29

3. ТЕЗИСЫ, Ц Е Л Ь И ОБЪЕМ РА ЗР А БО ТК И ... 30

4. МО Д ЕЛ ИР ОВ А НИ Е Г О РН ЫХ С К Р Е Б К О В Ы Х КОНВЕЙЕРОВ ... 32

4.1. Двухце п ны е к он ве й е р ы с основным и вс по м огательным приводами 32 4.1.1. Ф и зи че ск а я мо дель 32 4.1.2. М ат ем а т и ч е с к а я м о д е л ь ...

35

4.1.2.1. М о д е л ир ов ан и е п у с к а ... . 44

4.1.2.2. М о д е л ир ов ан и е устано ви вш е го ся движения ... 47

4.1.2.3. Моделиро ва н ие разрыва це пи ....'... 48

4.1.3. М а т р и ц а д и на мической жесткости ... 48

4.2. Одноцепные к он вейеры с основным и в спомогательным приводами 53 4.3. К о н в е й е р ы с пр ом ежуточными приводами ...

55

5. ЭКСПЕРИМ ЕН ТА ЛЬ Н ЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СКРЕБКОВЫХ КО НВ Е ЙЕ РО В С ОСНОВНЫМ И В СП О МО ГАТЕЛЬНЫЙ П РИ ВОДАМИ ... 60

5.1. Ис пы та н ия к он вейера на поверхности ш а х т ы ... 60

5.1.1. Испытат е ль ны й и и змерительный с т е н д ы ... 60

5.1.2. Ф а з ы п у ск а скре бк о во го конвейера ... 66

5.1.3. Дин а ми ка ко нв ей ер а с гидромуфтами ... ., 67

5.1.3.1. Влияние состояния на тя же н ия ц е п е й ... .. 67

5.1.3.2. Влияние состояния заполнения гидромуфт ... 76

- 7 -

5.1.4.1. Влияние состояния натяжения цепей ... 79

5.1.4.2, Влияние неодновременного включения асинхрон­ ных электродвигателей ... 83

5.1.5. ^Сопоставление пусков конвейера с гидромуфтами и под­ вижными муфтами ... 90

5.1.5.1, Сопоставление нагрузок на му фт ы и цепи ... 90

5.1.5.2, Сопоставление падений напряжения литания ... 93

5.1.5.3, Подведение итогов по данн ым сопоставления .. 97

5.2. И зм ер е ни я в горной выработке ... » ... 101

5.2.1. Состояние протекания динамических нагрузок в цепях .. 102

5.2.2. Пр оц ес с ы потребления электрической мощности электро­ двигателями ... 104

6. ПОВЕ РК А МАТ Е МА ТИ ЧЕ С КО Й М О Д Е Л И ДВУХЦЕПНОГО СКРЕБКОВОГО КОНВЕЙЕРА С ОСНОВНЫМ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫМ П Р И З О Д А Ш ... 110

6.1. Выбор числа степеней с в об о ды модели ... 110

6.2. С опоставление фактически измере нн ых и расчетных динамических параметров ... Н О 6.3. Влияние метод а ч исленного интегрирования ... 119

7. МОДЕЛЬНЫЕ И СП Ы ТАНИЯ СКРЕБКО ВЫ Х КОНВЕЙЕРОВ С ОСНОВНЫМ И ВС ПО М ОГ А­ ТЕЛЬНЫМ П Р И В О Д О М ... ... ...'... 125

7.1, Д инамика у стано в ив ше го с я д в и ж е н и я ... 125

7.1.1. Ч а ст о та колебаний в скребковом конвейере ... 125

7.1.2. Явление подвижного у зл а колебаний нагрузок в ц еп я х .. 127

7.1.3. Анализ колебаний скребков ... 132

7.1.4. Сопоставление колебаний в конвейерах с двумя и тремя двигателями ... 141

7.2. Динамика п у с к а ... 147

7.2.1. Влияние сопротивлений движению холостой и нагруженной ветвей конвейера ... 148

7.2.2. Влияние падения напряжения питания электродвигателей 156 7.2.2. Значение состояния натяжения цепей ... 156

7.2.4. Условие запуска скребкового конвейера ... 167

7.3, Значение м ассово-упругих параметров ... 169

7.3.1. Конвейер с подвижными муфтами ... 169

7.3.1.1. Влияние значений параметров структуры приводных систем ... 169

7.3.1.2. Злияние моментов инерции приводных систем .. 174

7.3.1.3. Влияние жесткости цепей ... 181

7.3.2. Конв е йе р с гидромуфтами ... 181

7.3.2.1, Влияние величины параметров структуры приводных смстем ... 183

7.4. Ими та ц ия разрыва цепей ... 186

7.4.1, К о нв е й е р с подвижными м у ф т а м и ... ... 1е6 7.4.1.1, После дс т ви я разрыва одной цепи ... 186 7.4.1.2, П оследствия разрыва дву х ц е п е й I. 189

Срт.

7.4.2. К о н в е й е р ы с гидромуфтами ... 191

7.5. Применение компенсаторов продо ль н ых к ол ебаний ... 195

8. М ОД ЕЛ ЬН Ы Е И СП ЫТАНИЯ СК РЕ БК О В Ы Х KOHBEitEPOB С ПРШЕЯСУТ ОЧНЫМИ П РИ В О­ ДАМИ ... 200

8.1. Состояние неослабления цепей ... 200

8.1. Состояние непрерывного ослабления цепей ... 204

9. В ЫВОДЫ ИЗ СОБСТ ВЕ НН ЫХ И С С Л Е Д О В А Н И Й ... 207

9.1. Скребковые к он в ейеры с основным и в спомогательным п ри в одами 207 9.2. Скребковый конвейеры с промежуточными приводами ... 213

10. Н АП РАВЛЕНИЯ Д АЛ Ь НЕ Й Ш И Х И С СЛ ЕД О В А Н И Й ... 215

Л И Т Е Р А Т У Р А ... ... 217

Р Е З Ш Е ... 224

CONTENTS Page LIST OF D E S IG NA T IO NS ... 13

1. INT R OD UC TI O N ... 17

2. DYNA MI C S OF S C RA PE R C O N V EY OR S IN TH E LIGHT OF T H E HITHERTO C O N D UC TE D STUD IE S ... 20

2.1. Scrap er conveyors wit h the drive and turing station ... 20

2.1.1. Modelling ... 20

2.1.2. E x p e r i m e n t a l invest ig at io n s ... 22

2.2. Conveyors w i t h the main and au xi liary drive ... 23

2.2.1. Modelling ... 23

2.2.2. Exper im e nt al i nv estigations ... 24

2.3. E va l ua ti on of the h i therto conducted studies ... 27

2.4. Intr od u ct io n of the notion of the state of tension of the chain ... 29

3. THESIS, A I M A N D RANGE OF W O R K ... 30

4. M O D E L LI N G OF MINE S C R A P E R C ON V EY bR S ... 32

4.1. Doub le -c h ai n conveyors with the main and auxiliary drive s ystem ... 32

4.1.1. Physical m o d e l ... 32

4.1.2. Mathematical model ... 35

4.1.2.1. Sta r t- up mo delling ... 44

4.1.2.2. Modelling of stationary motion ... 47

4.1.2.4. Modelling of chain break ... 48

4.1.3. Matrix of dynamic rigidity ... 48

4.2. Sing le - ch ai n conveyors wi th the main and auxiliary drive .. 53

4.3. C on veyors wit h i nt ermediate drives ... 55

5. E X P ER I ME NT AL IN VE S TI GA TI O NS OF S C R A P E R C O NVEYORS WI T H THE MAIN A N D A U X I L I A R Y DRIVE ... . . . . . ... 50

5.1. Investigations of the conveyor above ground the mine ... 60

5.1.1. Test and me as ur i ng s t a n d ... 60

5.1.2. S tart-up stages of the scraper conveyor ... 66

5.1.3. Dynamics of the c onveyor with fluid couplings ... 67

5.1.3.1. Influence of chains tension state ... 67

5.1.3.2. Influence of the filling ratio of fluid couplings ... 76

- 10 -

Page

5.1.4. Dynamics of the con ve y or wit h f l exible co up l in gs ... 79

5.1.4.1. Effect of chains tensi on in g s t at e ... 79

5.1.4.2, Effect of the n o n- si mu l ta ne ou s s w i t c h i n g on of as y nc h r o n o u s motors ... 83

5.1.5. C om pa r is on of s t a r t - u p of co nv ey o rs wi th fluid and flexible co u plings ... 90

5.1.5.1. C o m p a r i s o n of loads of c ou plings and chains 90 5.1.5.2. C om pa r i s o n of supply v o l t ag e drops ... 93

5.1.5.3. S u m ma r y of the co m pa ri so n .. .. . ... 97

5.2. Measurements in the face w o r k in g . . .. .. .. . .. .. .. . .. .. .. . .. . 101

5.2.1. V ar i at io ns of d y n am ic loads in the chains ... 102

5.2.2. V ariations of the ele ct ri c power c o n su mp ti o n by the motors ... 104

6. VE R IF I C A T I O N OF T H E M AT H EM A T I C A L MO D EL OF T H E D O UB L E - CHAIN S C R A P E R CON V EY OR W I T H T H E MAIN A N D A U X I L I A R Y D R I V E ... 110

6.1. Se le ction of the n u mber of the degrees of fredom of the model ... 110

6.2. Compar is o n of meas u re d a n d c a lc ul at e d d y n am i c c h a r a c t e r i ­ stics ... 110

6.3. Influence of the n um e rical i n te gr at i on m e t ho d ... 119

7. MODEL T E S TI NG OF S C R A P E R C O N V E Y O R S W I T H T H E MAIN A N D A U X I L I A R Y D RI VE ... 125

7.1. D ynamics of the s t at io na r y m ot i on ... 125

7.1.1. V ib r at io n freq ue nc i es in the scr ap e r con ve yo r ... 125

7.1.2. P h en om en o n of the m o ti v e point of load vi br at i o n s in c h a i n s ... 127

7.1.3. Ana ly s is of scraper vi br a t i o n s ... 132

7.1.4. C om parisons of v ib ra t i o n s in the conveyor wi th two and three motors ... 141

7.2. Dynamics of the s t a r t - u p p r o c e d ur e ... 147

7.2.1. Effect of m ot io n resis ta nc e s ot the top and bottom s t r a n d ... 148

7.2.2. T he s i g n i f i c a n c e of the supply v o l t ag e drop of the motors ... 156

\ 7.2.3. The si g ni f i c a n c e of the t ensioning state of chains 156 7.2.4. S tart-up c on d i t i o n of the scraper co nv ey or ... 167

7.3. The s ig ni f i c a n c e of mass and elastic paramet er s ... 169

7.3.1, C onveyor with flexible couplings ... 169

7.3.1.1. Effect of the value s of paramet er s of the s t r u c t u r e of drive s y st e ms ... 169

7.3.1.2. Effect of the mom e nt s of inertia of the drive syste ms ... 174

7.3.1.3. Effect of the chains rigidity ... ' 181

7.3.2. Conveyor with f luid couplings ... 181

7.3.2.1. Effect of va lues of parame te r s of the s t r u c t u r e of d r iv e sys te ms ... 183

- 11 -

7.4.1. C onveyor with flexible couplings ... 186

7.4.1.1. Results of break of one chain .. 186

7.4.1.2. Results of break of two chain ... 189

7.4.2. Con ve y or with fluid couplings ... 191

7.5. A p p l i c a t i o n of l on g itudinal vibrations dampers ... 195

8. MO DE L T E S T I N G OF S C R AP ER CO N VE YO RS W I T H INTE RM ED I AT E D RIVES .. 200

8.1. S ta te of chains tension ... 200

8.2. State of permament chains slack ... 204

9. C ON C LU S I O N S F R O M O WN STU D IE S ... 207

9.1. S c ra p er conveyors with the main and auxiliary drive ... 207

9.2. S c r a p e r conveyors w i t h in te rmediate drives ... 213

10. DI RE C T I O N S OF F U R T H E R INV ES TI G AT IO NS ... 215

R EFERE N CE S ... 217

S U M M A R Y... . 224

)■

i

w tablicach i na rysunkach

SPA “ a m P ^i tuc*a obciężenia dynamicznego sprzęgła podatnego w napędzie głównym podczas rozruchu

AMgpA - amplituda obciężenia dynamicznego sprzęgła podatnego w napędzie głównym w czasie ruchu ustalonogo

ASq - amplituda obciążenia dynamicznego w łańcuchu gałęzi górnej pod­

czas rozruchu

ASg - amplituda obciężenia dynamicznego w łańcuchu gałęzi górnej w czasie ruchu ustalonego

Eq j - sztywność łańcucha ogniwowego górniczego nr 1 Eq2 “ sztywność łańcucha ogniwowego górniczego nr 2

MAK - krytyczny moment napędowy w napędzie głównym zredukowany na wał bębna łańcuchowego

- krytyczny moment napędowy w napędzie pomocniczym zredukowany na

DI N

wał bębna łańcuchowego

Mq a - moment oporowy na bębnie łańcuchowym w napędzie głównym Mo b ” moment oporowy na bębnie łańcuchowym w napędzie pomocniczym

- nominalny moment napędowy silnika asynchronicznego

MgHA - moment obrotowy na wale wyjściowym sprzęgła hydrokinetycznego w napędzie głównym

sHA (1) ~ pierwszy przyrost momentu obrotowego na wale sprzęgła hydrokine- tycznego w napędzie głównym podczas rozruchu, N m "

MjJHA - maksymalny moment obrotowy na wale sprzęgła hydrokinetycznego w napędzie głównym podczas rozruchu, Nm

- minimalny moment obrotowy na wale sprzęgła hydrokinetycznego w napędzie głównym podczas rozruchu, Nm

- moment obrotowy na wale wyjściowym sprzęgła hydrokinetycznego brio

w napędzie pomocniczym

MSHB “ P i ^ w s z y przyrost momentu obrotowego na wale sprzęgła hydrokine­

tycznego w napędzie pomocniczym podczas rozruchu, Nm

MoSo “ maksymalny moment obrotowy na wale sprzęgła hydrokinetycznego bnb

w napędzie pomocniczym podczas rozruchu, Nm

- 14 -

Mg p A ~ moment obrotowy na wale sprz ęgł a po datnego w nap ęd zie głównym

^SP A - i-ty przyrost mo me nt u o br oto we go na wal e sp r zę gła podatnego w napędzie główn ym podczas ro zruchu (i = 1,2,3,4), Nm

MSPB " rooraent ob rotowy na wal e sprzę gł a podatnego w napęd zi e po m oc n i­

czym

^

5

3

^ S A - mal<symalny moment obrotowy na wale spr zęg ła sz t y wn e go w napędzie główn ym podc za s rozruchu, Nm

^ S B “ "^ksyma ln y moment obro to wy na w al e sp rz ęg ł a szt yw neg o w napędzie pom oc ni c z ym podczas rozruchu, Nm

Na ” pobór mocy elekt ry cz nej przez s iln ik a sy n ch ron ic zny w napędzie głównym

NB - pobór mocy ele ktrycznej przez s iln ik asyn ch ro nic zny w napędzie p o moc ni cz ym

N x - pobór mocy el e kt ryc zn ej przez i-ty silnik as y n chr on ic zny w cz t e ro s il n i ko w ym pr ze no ś n ik u zgr ze bł o wy m (i = 1 , 2 ,

3

4

n0

n S HA ~ znac zn ik ob r o tó w wa ł u wy jśc i o we g o sprz ęg ła hy dr o k in e ty c z ne g o w na ­ pędzie głównym

n SHB ” zn acznik o br o t ów wa ł u w yj ś ci o w eg o sprzę gł a hy dro k in e t yc z ne g o w n a­

pędzie pom oc n ic z ym

nS PA ~ znac zni k ob ro tów w a łu s pr z ę gł a pod atnego w napędzie głównym n SPB " zn a czn ik o b rot ów wa ł u s p rz ęg ła pod at ne go w napęd zie pom oc ni c z ym

“ n a P ® ł n isn ie s pr zę gła hy d ro k i ne t yc z n eg o w napę dz ie głównym Qg - na peł n i en i e sprz ęg ła hy d ro k i ne t yc z n eg o w napędzie pomocn ic zym

” sz czy to we ob cię że ni a w łańcuchu ga łęzi dolnej podczas rozruchu

r \

Sq “ sz c zy to we o b ci ę że n i e w łańcuchu gałęzi górnej podczas rozruchu S G " s z cz y to w e ob ci ęż e n ie w łańcuchu gałęzi górnej w czasie ruchu

ustalon eg o

Sq i " nap ięc ie w st ę p ne ła ńcucha nr 1 S q

2

Sq - na pięcie wstępne łańcucha ko m pe nsu ję ce s t at yc zn e wy d ł uż e ni a sp rę ­ żyste

&

SQ - napięcie wstępne łańcucha kompensujące statyczne i dynamiczne wydłużenia sprężyste

- 15 -

- obc ię że n ie w łańcuchu w miejscu położenia ogniwa tensometrycz- nego (i), (i = 1,2, 3,4 ,5 ,6 )

S„. - o bci ęże ni e dynami cz ne w łańcuchu gałęzi górnej w miejscu nabie- IjA

gania na bęben łańcuchowy napędu głównego

S-_ - o bci ęże ni e d yn ami cz ne w łańcuchu gałęzi górnej w miejscu zbiega- GB

nia z bębna łańcuchowego na pędu pomocniczego

- czas mierzony od chwili w ł ąc ze nia pierwszego silnika, s<

- czas rozr uch u górnicze go prz enośnika zgrzebłowego, s

- czas trwania pierwszej fazy rozruchu pr zenośnika zgrzebłowego, s - czas trwania drugiej fazy rozruchu prz enośnika zgrzebłowego, s - czas trwania fazy porozruchowej pr zenośnika zgrzebłowego, s R

RI RII RIII

UA - napi ęci e zas ilania silnika asynchronic zn ego w napędzie głównym U_ - napięcie zas il ani a silnika as yn ch ron ic zn ego w napędzie pomocni-

B

czym

UU _ w sp ół cz ynn ik roz działu mocy silni ka napędu głównego w czasie ru­

chu ustalon ego

Ud - ws p ółc zy nn ik rozdziału mocy silnika napędu pomocniczego w czasie 3

ruchu ustalonego

^S (i )

" Pr2yrost

chu

A Tq a - op óźn ie ni e we w łą c za n i u silnika as ynchronicznego napędu głównego A Ua - spadek na pięcia zas il ani a silnika as ynchronicznego w napędzie

głównym

Au„

£a - prędkość kątowa bębna łańcuchowego w napędzie głównym ipB - prędkość kątowa bębna łańcuchowego w napędzie pomocniczym u _ częs to ść podsta wow a obciążeń dynamicznych w łańcuchu gałęzi gór-

nej w czasie ruchu ustalonego

cUgpA - pręd ko ść kątowa w ał u sp rzęgła po datnego w napędzie głównym w - prę dk ość kątowa wa ł u sprzę gła podatnego w napędzie pomocniczym

SPB

y- - nachyle ni e podłużne przenoś ni ka zgrzebłowego

^ - nachylenie podłużne przenośnika zgrzebłowego z dwoma silnikami

napędowymi, przy którym luzy międzyogniwowe występuję w miejscach

zbiegania łańcuchów z obu bębnów łańcuchowych

i" - nachylenie podłużne pr zenośnika zgr ze błowego z trzema silnikami n a ­ pędowymi, przy którym luzy m i ęd z yo g n iw o we w ys t ęp uję w miejscach zbie­

gania łań cuchów z obu bębnów łańcuchowych

Znaki umowne występujące w tablicach dot yczących ob ciążeń szczytowych sp rz ęgieł posiadają na stępujące znaczenie:

r -

P ” - nagły przyrost momentu obrotowego,

- brak znaku oznacza, że przyrost mo me ntu obrotowego posia da charakter szczytowy

1 . W STĘP

Pierwsze pociągowe układy łańcuchowe stworzył Leonardo da Vinci, któ­

rego prace opu bl ikowane są w Kodeksie Atlan tyc ki m [l40j . Pociągowe układy łańcuchowe stały się kilka wieków później organami roboczymi przenośników łańcuchowych, których zadaniem jest transport materiałów o charakterze:

nosiwa (przenośniki z g a r n i a r k o w e , członowe i zgrzebłowe), ładunku (prze­

nośniki po dwieszone i podłogowe) lub porcji materiału sypkiego (elewato­

ry). Wymieni on e środki transportu stosowane są w przemyśle maszynowym, metalurgicznym, rolniczym, spożywc zy m i chemicznym. Najpowszechniejsze zastosowanie znalazły jednak w górnictwie węgla kamiennego, gdzie prze­

nośniki zgrzebło we stanowią jedyny środek transportu urobku węglowego w wyrobiskach ścianowych.

W górnictwie węgla kamiennego przenośniki zgrzebłowe stosowane są od prawie pięćdzie si ęci u lat. W czasie ich ewolucji zawierały one różne typy łańcuchów pociągowych. W tej rywalizacji zwy ciężył łańcuch ogniwowy, który posiada na jprostszą technologię wytwarzania, a jednocześnie spełnia wszystkie wy magania stawiane łańcuchom eksploatowanym w wyrobiskach ścia­

nowych (możliwość względnego obrotu ogniw w pła sz czyźnie poziomej i pio­

nowej, duża w yt rz yma łoś ć na rozciąganie, łatwe łączenie zerwanych odcin­

ków za pomocą ogniw złącznych). Dotychczas górnicze przenośniki zg rzebło­

we posiadały jeden łańcuch, dwa łańcuchy skrajne i trzy łańcuchy. Ak tu al­

nie największe uznanie wśród użytkowników z kopalń węgla kamiennego zdo­

były przenośniki zgrzebłowe z dwoma łańcuchami środkowymi. Są to łańcuchy ogniwowe górnicze wie lkości 2 x 18 x 64, 2 x 26 x 92, 2 x 30 x 108, a na­

wet 2 x 34 x 126. Masa jednostkowa łańcucha 18 x 64 wynosi 6,5 kgm- 1 ,

-1 -1

łańcucha 26 x 92 - 14,7 kgm , a łańcucha 32 x 114 już 22,0 kgm . Przenośniki te wyposażone są w dwa, trzy lub cztery układy napędowe umie­

szczone przy wysypie i zwrotni. Każdy z układów napędowych składa się z silnika asynchronicznego, sprzęgła hy dr okinetycznego lub podatnego, roduktora i bębna łańcuchowego. Długość ścianowych przenośników zg rzebło­

wych stale wzrasta z powodu dążenia do obniżania kosztów wydobycia węgla związanych z drążeniem i utrzymywaniem wyrobisk chodnikowych. W kraju na razie nie przekracza ona 200 m, a za granicę osiąga już 300 m. Wzrasta również moc zainstalowanych silników asynchronicznych, osiągając w kraju 2 x 90 kW, 3 x 90 kW lub 4 x 90 kW (przenośniki standardowe), 2 x 90 + + 2 x 132 kW (przenośniki modyfikowane przez użytkowników) i 2 x 250 kW (przenośnik prototypowy), a za granicą 4 x 250 kW. Ten ciągły trend do zwiększania mocy zainstalowanych silników napędowych wynika nie tylko ze

- 18 -

zw iększonej w y d a jn o ś ci ści an ow ych pr z e no ś ni k ó w zgrz eb łow ych , lecz w y w o ł a ­ ny Jest ró w nie ż wys tę p uj ę c ym i cz ęs to tr u dn ośc ia mi z ro z r uc h em pr z en o śn i ­ ków zał ad o wa n yc h urobkiem. Ko ns ekw en cj ę wię ks zyc h mocy jest z kolei zwi ęk­

szanie w ie l ko ści stosowa ny ch łań cuchów ogniwow ych gó rn icz yc h wo bec z d a ­ rzających się zerwa ń o c har ak tr eze zmęczeniowym.

Uk łady na pędowe ws z ys t k i c h gó r n ic z yc h p r ze n oś n i kó w zg rz ebł ow yc h w y t w a ­ rzanych w Po lsce (Rybnicka Fabr yka M as zyn RY FA MA) w y p o s a ż o n e sę w sp rz ę ­ gła hyd ro kin et yc zne typu SH. Ta w y t w ó r c z a d om i nac ja s t o s o w a n i a s p rz ęg ieł h y dr ok in ety cz ny ch wynika z powsze chn ej zn aj om ośc i ich na stę p u ją c yc h zalet:

- rozruch silnika as y n ch r on i c zn e go na s t ęp u je bez jego obc iężenia, mimo s t ałe go poł ąc zen ia go z re duk t o re m z a ład owa ne go prz en oś n ik a zg r z e b ł o ­ wego. Dzieje się tak w w yn iku za st os o w an i a w sprz ęg le specja lne j komory rozruchowej umieszczonej po stron ie na pę dowej za czaszę w i rn i ka p o m p o ­ wego. W czasie p os to ju p rz e n oś n ik a komora r oz ruc ho wa w yp e ł n i o n a jest cieczę roboczę. W chwili wł ę cz e n ia silnik a as y nc h r o n i c z n e g o n ape łni en ie komory roboczej jest m n ie js ze od napełni en ia no mi nal ne go o ilość cieczy znajdujęcej si ę w komorze rozruchowej. W mia rę na ras ta ni a prę dk ośc i kę- towej wi rn ika po mpo we go ciecz roboc za pod wp ły wem dzi ał ani a sił o d ś r o d ­ kowych pr zed o s ta j e s i ę s to p ni owo pr zez k al ibr ow ane otwor ki do komory roboczej, która wy p ełn ia s ię ca łko w i ci e już po o s ię g ni ę c iu prz ez wi rnik siln ik a nominalnej pr ę dk oś ci kętowej. W wy n i k u s to p n i o w e g o na peł ni an i a się komory roboczej wirnik turbinowy sprzęgła h y d r ok i n et y cz n e go (a wraz z nim reduktor, bęben łańcuchowy i łańcuch zgr zeb ło wy z nosi we m) rusza z opóźnieniem. Wskutek istn ie ni a tej z wł oki możliwy jest rozruch s i l ­ nika as ync h r on i c zn e go w s ta nie odciężonym. Z b ad a ń s t a n o w is k o wy c h spr zę gie ł hy d ro k i ne t yc z n yc h typu S H -1 00 /7 5 wynika, że dla mo m en t u op o r o ­ wego równego 200 Nm op óź ni e n ie w ruszaniu w i rni ka tu rb ino we go w yn os iło 0,5 4 s, dla 540 Nm - 0,7 6 s, natomiast dla 730 Nm - 0 , 9 4 s [l32j.

W tych pr zed z ia ł a ch cza sow yc h pośl izg s pr z ęg i e ł hy dro k i ne t yc z n yc h był równy lOOZi

- kr ótk ot rw a ł e o bci ęż en ie sie ci el ek trycznej prędem rozruchowym. W wyniku ruszania odc ię żo n e go si l ni ka a s y n c h ro n ic z n eg o w y s t ę p u j e krótszy czas

\ . t

prz ejścia na stab iln ę część charaktery st yki ; - zdolność tłumienia drgań skrętnych,

- a ut om at ycz ne og ran i c ze n ie m a k s y ma l ne g o moment u ob ci ęża ję ceg o silnik a s y n c h r o n i c z n y ;

- możl iwo ść nagłe go z a tr z ym a n ia wa ł u trubiny sp r zęg ła hy d r ok i ne t y cz n eg o w prz ypadku z ab lok ow ani a łańcucha zgrzebłowego, bez szkody dla si ln ik a asy nc hronicznego. Przy u ni e r uc h om i o ny m wi r n ik u turbino wym sprz ęg ła s i l ­ nik będzie rozwijał moment obrotowy wy ni ka j ęc y ze ws p ó łd z ia ł a ni a s i l n i ­ ka as y nc h ro nic zn ego ze s pr z ę g ł e m hyd ro ki n et y c zn y m przy p oś li zg u 10 0 % tak długo, dopóki n ag rz ana ci e cz robo cza ni e w yt o p i b ez pie cz nik a ter­

micz ne go o te mpe raturze to pli wo śc i ok o ło 140°C. Wó wcz as go ręc a ciecz

- 19

robocza wypływa z komory roboczej i następuje rozsprzęglenie silnika z pozostał? częścię układu napędowego;

- możliwość rozruchu załadowanego przenośnika zgrzebłowego przy słabej sieci elektrycznej pod warunkiem odpowiedniego napełnienia sprzęgła hydrokinetycznego;

- wyrównywanie różnych obciężeń silników asynchronicznych wywołanych zmianę obciężenia przenośnika nosiwem albo ws półdziałaniem bębnów łańcuchowych z niejednakowo wydłużonymi odcinkami łańcucha.

Z rozeznania przeprowadzonego w krajowych kopalniach węgla kamiennego wynika ^5, 7 o j , że coraz większa liczba użytkowników dobrowolnie zastę­

puje w ścianowych przenośnikach zgrzebłowych sprzęgła hydrokinetyczne typu SH-100/75 sprzęgłami podatnymi typu SPP-1 00 Z (nawet kosztem utraty serwisu technicznego). Przyczynami skłaniającymi użytkowników do takiego postępowania sę wady sprzęgieł hydrokinetycznych, do których zalicza się:

- stosowanie palnych cieczy roboczych (Hydrol),

- silna wrażli woś ć na napełnienie cieczę roboczę (znaczenie posiada nie tylko ilość cieczy, lecz również podłużne i poprzeczne nachylenie ukła­

dów napędowych),

- dodatkowe koszty zwięzane z obsługę i kontrolę (sprawdzanie szczelności i dokładności napełnienia oraz ma gazynowanie zapasów cieczy roboczej i bezpieczników termicznych),

- większy koszt wyt warzania w porównaniu ze sprzęgłami podatnymi,

- obniżenie mocy nominalnej na wale turbinowym o procentowę wartość jego poślizgu w stosunku do mocy silnika asynchronicznego,

- zależność przenoszonego momentu obrotowego od dokładności wykonania w ir ­ ników oraz ciężaru właściwego i lepkości cieczy roboczej,

- trudniejszy transport i montaż (masa własna sprzęgła typu SH-100/75 wynosi 110 kg w porównaniu z 62 kg sprzęgła typu SPP-100Z),

- niemożliwość współdzi ał an ia sprzęgieł hydrokinetycznych aktualnej kon­

strukcji z silnikami wielobiegowymi.

Połowa z wymienionych wad jest szczególnie uciężliwa dla obsługi prze ­ nośników zgrzebłowych w wyrobiskach ścianowych.

•

' I

•

. ' . ■ V ■■

2. DY N AMI KA PR ZE NO Ś N IK Ó W ZGRZEB ŁOW YC H W ŚWIE TL E D O TY C HC ZAS OW YCH BADAŃ

Od poczętku pro je ktowania prze noś ni kó w łańcuchowych istniał problem obliczania obciężeń dy nam icznych w łańcuchu. Pierwszę formułę matematycz­

ny podał w 1921 roku Han ff stengel [76], według której obciążenie dy n a­

miczne w łańcuchu równe jest potroj on emu iloczynowi masy i maksymalnego przyspieszenia łańcucha. Z formuły tej wynika Jednoznacznie, że z w ię ks za ­ niu liczby zębów koła łańcuchowego towarzyszy zmn ie jszanie maksymalnego przyspieczenia łańcucha, a tym samym Jogo obciężenia dynamicznego.

St wi erdzenie to zac iężyło w sposób decydujący na rozwoju dotychczasowej toorii przen oś ni ków łańcuchowych. Wzór Ha nffstengela w pierwotnej czy też zmodyfikowanej postaci publikowany i używany Jest w dalszym cięgu [np. : 9, 11, 61, 68, 74, 105, 111, 131, 137, 138].

2.1. Przenośniki z napędem i zwrotnia

2.1.1. Modelowanie

Najbardziej po wsz ech ny m mode lem fizycznym przenośnika zgrzebłowego stał się jednorodny pręt sprężysty utwierdzony dwustronnie lub je dno ­ stronnie [l, 6, 9, 11, 22, 29, 66, 96, 106, 136, 137, 138] . Utwierdzenie dwustronne miało miejsce w przypadku niewystępowania luzów międzyogniw ow ych w miejscu zbiegania łańcucha z napędowego koła łańcuchowego. Występowanie luzów międzyogniwowych mo del ow an o ut wierdzeniem jednostronnym. W modelu mate ma tyc zn ym (równania ró żniczkowe częstkowe drugiego rzędu) stany te opisywano od po wiednimi wa ru nk a mi brzegowymi. Zakładano, że mapa układu napędowego jest ni es ko ńc zon ie duża. Wymuszenie drgań modelowano zmiennym w czasie pr zy spi esz en iem końca łańcucha, spowo do wan ym jego w s pó ł dz i a ła ­ niem z napędowym kołem łańcuchowym. Funkcja przyspieszenia łańcucha w miejscu jego nabiegania na koło łańcuchowe jest funkcję okresowę o okre ­ sie zazębienia łańcuchowego. Modele to służyły do oblicza nia obciężeń dynamicznych w łańcuchu vi ruchu ustalonym przenośnika. Przy takim m ode lo ­ waniu obciężenia dyn am ic z ne w łańcuchu przebiegać będę z częstościę zazę ­ bienia łańcuchowego i uzależ ni one będę zawsze od liczby zęb ów napędowego bębna łańcuchowego. Gdy okres wy mu sz e n ia pokrywa się z okresem drgań w ł a s ­ nych, to stan taki nazywany jest rezonansem iv przenośniku zgrzebłowym.

Na podstawowe okresy drgań w ł as ny ch podawane sę następujące -zależności [6, 11, 22, 114, 123, 136, 137, 138]:

To = 2L

gdy sn > siO k r ’

(

.

)

T 0 = gdy S0 < So k r . (2.2)

g d z i e :

T - okres drgań własnych,

L - długość przenośnika zgrzebłowego, a - prędkość propagacji fali sprężystej, Sg - napięcie wstępne łańcucha,

Sokr T krytyczne nap ięcie'wstępne łańcucha.

Wzory (2.1) i (2.2) otrzymano rozwięzując zagadnienia brzegowe sw o bo d ­ nych drgań podłużnych jednorodnego pręta sprężystego dla pierwszych w a r ­ tości własnych.

W pracach [24, 25, 26, 30, 69, 87, 93, 94] przyjęto nieliniowę ch arak­

terystykę tarcia zewnętrznego łańcucha i badano wy st ępowanie drgań samo- wzbudnych w ruchu ustalonym przenośnika. Używano do tego celu modeli o strukturze cięgłej (pręt lepkosprężysty [

2 5

nej o dwóch stopniach swobody [87] i dyskretno-cięgłej [24, 26]. Model fizyczny o strukturze dyskretno-cięgłej składa się z pręta lepkospręży- stego (modelujęcego łańcuch zgrzebłowy) i czterech mas skupionych połę- czonych więziami le pkosprężystymi (modelujęcymi układ napędowy). Wsp ół ­ działanie koła gniazdowego z łańcuchem ogniwowym zamodelowano okresowo zmiennym (o okresie zazębienia łańcuchowego) momentem sił obciążenia napędowego koła gniazdowego przy założeniu, że ramiona działania sił po obu stronach koła napędowego sę sobie równe. Nie uwzględniano przy tym w ogóle rodzajów zazębienia łańcuchowego oraz ograniczono się tylko do stanu luzowania łańcucha. Model ten sł użył do wyznac za ni a obciężeń dyna­

micznych w łańcuchu w ruchu ustalonym przenośnika zgrzebłowego.

Najpełniejszy model fizyczny i matematyczny jedrionapędowego przenośni­

ka zgrzebłowego, przeznaczony do badania zjawisk dynamicznych w ruchu ustalonym, przedstawiono w [

33

(o liczbie stopni swobody zależnej od długości przenośnika), uwzględnia­

jący wartość napięcia wstępnego łańcucha, rodzaj zazębienia łańcuchowego (zazębienie normalne, nominalne i specjalne) i dowolny stan obciężenia nosiwem. Za pomocą tego modelu badano wpływ napięcia wstępnego i rodzaju zazębienia łańcuchowego na amp litudę obciężeń dynamicznych w łańcuchu w ruchu ustalonym dla przypadku zgo dności częstości własnej z częstościę zazębienia łańcuchowego.

Teoret yc zne badania rozruchu przenośników zgrzebłowych z napędem i zwrotnię prowadzone były za pomocę modeli cięgłych i dyskretnych. Modelem Cięgłym był jednostronnie utwierdzony pręt sprężysty [l0 7, 129]. Siłę

- 22 -

be zw ładności od zredukowanej masy układu napędowego uwzględniono w w a r u n ­ ku brzegowym. Ch ar akterystykę mechaniczny silnika as ynchronicznego apro- ksymowano czterema prostymi. W pracy [l37] przedstawiono model dyskretny o dwóch sto pniach swobody, który ze względu na poczynione uproszczenia jest nie pr zydatny do analizy rozruchu. Model dyskretny [

1 2

Ch ar akterystykę me chaniczny silnika as ynchronicznego aproksymowano dwi e­

ma prostymi. W żadnym z tych modeli nie uwzględniano geometrii zazębienia łańcuchowego, podatn oś ci i struktury układu napędowego oraz w a r t o ś c i na ­ pięcia wst ępnego łańcucha.

W [ll6, 118] przedstaw io no model fizyczny i matematyczny jednonapędo- wego przenośnika zgrzebłowego, którego przeznaczeniem jest badanie z j a ­ wiska blokowania łańcucha. Modelem fizycznym jest jednostronnie utwier­

dzony pręt sprężysty, na którego drugim końcu umieszczono zredukowany masę układu napędowego.

2.1.2. Badania doświadczalne

Prz eprowadzone badania doświadczalne przenośników zgrzebłowych z na­

pędem i zwrotniy miały na celu:

V p o m i a r obciyżeń dynamicznych w łańcuchach, ze sz czególnym uwzględ ni e­

niem ruchu ustalonego przenośnika [lO, 34, 67, 72, 95, 114, 136], - pomiar momentów obrotowych i prędkości kytowych w układzie napędowym

podczas rozruchu [lO,

134

(- zbadanie wpływu za stosowanego sprzęgła (sztywne lub h y d r o k i n e t y c z n e ) na obciyżenia dynamiczne podczas blokowania łańcucha zgrzebłowego [l8] , - wykazanie, że jednym ze źródłe m obciyżeń dynamicznych w łańcuchu sy , uderzenia zgrz eb eł o styki rynien [

65

określenie znaczenia prędkości łańcucha zgrzebłowego [62, 95, 114, 115] , .■^/ wy zn acz en ie charakt er yst yk i tarcia zewnętrznego łańcucha zgrzebłowego

w gałęzi górnej i dolnej [62, 75, 86, 104, 117,

12 4

Do najistotni ej szy ch cz yn ników wpływajycych na opory ruchu w górniczym prz enośniku zg rzebłowym zalicza się: stere om et rię urobku węg lowego w rynnach, konst ruk cj ę styków rynien, geometrię przekroju poprzecznego

rynien, położenie łańcuchów wzg lęd em rynien (środkowe lub boczne), na­

pięcie wstępne łańcuchów, liczbę łańcuchów, wielkość łańcucha (grubość ogniwa x podziałka ogniwa), prędkość łańcucha, podłużne pochylenie prze­

nośnika (po upadzie lub po wzniosie), poprzeczne pochylenie przenośnika (w stron ę czoła ściany lub w s tro nę zrobów), względne pochylenie ry­

nien, obecność miału węg lo weg o w dolnym przedziale rynien, rodzaj nosi- wa (rodzaj skały, wi elkość sortymentu transportowego urobku), kształt i mas ę zgrzebeł, zużycie ścierne rynien i zgrzebeł oraz wilgotn ość ry­

nien.

- 23 -

I.G. Sztokman uzyskał potwierdzenie swojej teorii na przonośniku zgrzebłowym długości 32,5 m. Takiej samej długości przenośnik badali Krot i Smirnow. 0. Rzoźniczek i 3. Skiba badali jednonapędowy przenośnik zgrzebłowy długości 53 m i 77 m. Na uzyskanych oscylogramach obciyżeń dy­

namicznych w łańcuchu wy od rębniono okresy wymuszeń, okresy przejścia zgrzebeł przez bęben łańcuchowy i okresy drgań własnych, 0. Antoniak i 0. Suchoń badali przenośnik długości 96 m, obciyżony kostkami betonowymi.

Takie obciyżenie przenośnika daje inny charakterystykę tarcia zewnęt rzn e­

go łańcucha zgrzebłowego niż w przypadku urobku węglowego. Z badań rozru­

chu załadowanego przenośnika zgrzebłowego długości 90 m wynika [l 34] , że zastosowanie sp rzęgieł sztywnych lub sprzęgieł hydrokinetycznych wywiera nieznaczny wpływ na obciyżenia dynamiczne w łańcuchu.

2.2. Przenośniki z napędem głównym i pomocniczym

2.2.1. Modelowanie

Wśród modeli dynamicznych o strukturze dyskretnej istniejy następujy- c e :

— * model o jednym stopniu swobody przeznaczony do matematycznej analizy drgań samowzbud ny ch [ll6,

119

- model o dwóch stopniach swobody przeznaczony do Wyznaczania momentów obrotowych na wałach bębnów łańcuchowych i poboru mocy przez silniki podczas rozruchu niezaładowanego przenośnika zgrzebłowego [97],

- model o dwóch stopniach swobody przeznaczony do badania wpływu rozdzia­

łu mocy pomiędzy napęd główny i pomocniczy na rozkład napięć wzdłuż kon­

turu łańcuchowego tylko w przenośniku zgrzebłowym, w którym występujy luzy międzyogniwowe w miejscu zbiegania łańcucha z bębna łańcuchowego

[

1

8

- model o dwóch stopniach swobody przeznaczony do badania wpływu zr óżni­

cowania prędkości kytowych bębnów łańcuchowych (na skutek nabiegania odcinków łańcucha o różnej podziałce) na rozdział mocy pomiędzy napęd główny i pomocniczy, przy założeniu identycznych charakterystyk mecha­

nicznych układów napędowych [

2

- model o dwóch stopniach swobody przeznaczony do badania samego napędu zdwojonego [

80

kazały, że niejednoczesne wły czenie silników asynchronicznych w napę ­ dzie zdwojonym jest źródłem dużych obciyżeń dynamicznych wszystkich ele­

mentów układu napędowego. Zostało to również potwierdzone do świadczal­

nie [8l] .

Oprócz przedstawionych modeli dyskretnych w literaturze przedmiotu istniejy modele dynamiczne o strukturze ciygłej i d y skr et no -ci yg łe j.

W pracy [

78

- 24 -

głównym i pomocn ic zym są dwa równania różniczkowe cząstkowe drugiego rzę­

du op isujące ruch gałęzi górnej i dolnej z wa run ka mi brzegowymi, uwzg lęd ­ niającymi momenty na pędowe si lni k ów a sy nc hr oni cz ny ch i zredukowane mom en­

ty bezw ła dno śc i układów napędowych. Pr zeznaczeniem tago modelu są teore­

tyczne badania rozruchu za ład owanego pr zenośnika zgrzebłowego. Modele o strukt ur ze dy sk retno-ciąg^ej wys tę puj ę w [27» 127, 128]. W [27] gałęzie łańcuchów zamodelowano dwoma prętam i lepkosprężystymi, a każdy z napędów zdwojonych zam odelowano pięcioma masami skupiony/ni po łączonymi wi ęziami lepko-podatnymi. Pr ze znaczeniem tego modelu jest wy zna cz eni e obciążeń dy­

namicznych w yw oła ny ch drganiami samowzbudnymi. Podobną bu do wę posiadają modele w [l27, 128], z tym że uwzględniono tylko napędy pojedyncze. Ich prz ez nac ze ni em jest badanie rozruchu i zjawiska blokowa nia łańcucha z gr zebłowego w ścianie kombajnowej. W opisywanych modelach dyskretno- ctągłych wyk or z ys t an o klasyczne równania różniczkowe ruchu silników asyn ­ chronicznych wyraż aj ąc ych za leżność el ek tro dy na mic zne go momentu ob r o to ­ wego silni ka od prędkości kątowej wirnika [l43] .

2.2.2. Badania doświadc zal ne

W dotych cza so wy ch ba da niach doświa dc zal ny ch p r zen ośn ik ów zgrzebłowych z napędem głównym i pom ocniczym wyró żn ić można ich trzy obszary:

- pomiary obciążeń dynamicznych w łańcuchach i metody ich zmniejszania, - za gadnienie rozdziału mocy pomiędzy napęd główny i pomocniczy,

- problemy rozruchu za ład owanych prze no śni kó w zgrzebłowych.

Częste ze rwania łańcuchów o charakterze zmęc ze nio wy m były powodem w i e ­ lu pomiarów ob ciążeń dynamicznych w łańcuchach w ruchu ustalonym górni­

czego przenośnika zgr ze błowego i doś wi adczalnego wyznac zan ia cha rak te ry­

styki a m p l i t ud o wo - c zę s to t l iw o śc i o we j . W [ l u ] przedstawiono wyniki pomia­

rów obciążeń dy nam icznych w łańcuchach przenośnika zg rz ebłowego o długo­

ści 79 m. Stwierdzono, że obciąże nia dynamiczne w łańcuchach podczas roz­

ruchu pr zenośnika z napędem głównym i pomocniczym są dwukrotnie mniejsze niż w przeno śni ku jednonapędowym. Zjawiska dynamiczne w yst ęp uj ące w prze­

nośnikach zgrzebłowych z napędem głównym i pomocniczym pozostawiono bez wy j a ś n i e n i a , zw rac aj ąc uwagę na konieczność pr owadzenia dalszych badań.

We wn ioskach podano, że problem złagodzenia obciążeń dynamicznych w łań­

cuchach prz en oś n ik ó w zgr ze błowych jest bardzo skomplikowany i praktycznie trudny do rozwiązania. Badając przenośniki zgrzebł ow e o długości 200- 235 m zauważono [3l], że częstość podstawowa obciążsń dynamicznych w łań­

cuchach różni się od częstości zazębienia łańcuchowego. Zjawiska tego jednak nie wyjaśniono. Na po dstawie po miarów pustego przenośnika zgrzebło­

wego st wierdzono [l4l] , że s mar ow an ie łańcucha obniża amp litudę obciążeń dynamicznych w łańcuchu w ruchu ustalonym. W [lOo] pokazano, że na jw ięk ­ sza amplituda obciążeń dyn am icznych w łańcuchu wys tę puj e przy czę stotli­

wości 1,5 Hz i jest ona więks za przy stosow an iu sp rzęgieł hydrokinetycz- nych aniże li w pr zypadku spr zęg ie ł sztywnych.

Silna nierównomierność obciążenia łańcuchów skrajnych [

19

34

kach zgrzebłowych łańcuchów środkowych [

32

W [l5,

63

rzeń zgrzebeł o styki rynien. Aby wytł umi ć te drgania autorzy tych prac prcponują, aby zgrzebła oprócz funkcji przemieszczania urobku spełniały rolę dynamicznych eliminatorów drgań. Zmieniono konstr ukc ję zgrzebeł (nadano im kształt s i e r p o w a t y ), około dwukrotnie zwiększono ich masę oraz połączono je podatnie z łańcuchami. Na podstawie przeprowadzonych badań doświadczalnych stwierdzono obniżenie obciążeń dynamicznych w łańcuchach, zwiększenie wydajności przenośnika i zmniejszenie kruszenia węgla w ryn­

nach. Nie przedstawiono jednak żadnych oscylogramów obciążeń dynamicznych w łańcuchach dla zgrzebeł klasycznych i s i e r p o w at y ch . Opracowane metoda jest metodą eliminacji skutków. Zamiast redukować skutki, korzystniej jest wyel imi no wa ć przyczynę drgań przez zastosowanie wewnętrznych połą­

czeń rynien [77, 144].

Dotychczas wykryto dwie przyczyny nierównomiernego poboru mocy przez silniki asynchroniczne w napędzie głównym i pomocniczym, występującego w ruchu ustalonym przenośnika zgrzebłowego. Są nimi niejednakowe ch arak­

terystyki mechaniczne układów napędowych i zróżnicowanie podziałek ogniw wzdłuż konturu łańcuchowego [59, 79, 83, 85, 113, 125, 126, 130].

Na charakterystykę mec haniczną układu napędowego wpł yw wywierają chara k­

terystyki silnika asy nchronicznego i sprzęgła hydrokinetycznego. C har ak­

terystyka wyt wórcza silnika asynchronic zne go zależy od dokładności w y k o ­ nania (tolerancja poślizgu nominalnego wynosi +_ 20% [

98

terystyka ruchowa jest ponadto zależna od spadku napięcia zasilania na zaciskach stojana. Charakterystyki mechaniczne sprzęgieł hydrokinetycznycli zależne są od wielu 'czynników, wśród których do najistotniejszych należą:

dokładność wyk onania komory roboczej (ujawniająca się w odchyłkach śred­

nicy czynnej wirników, grubości łopatek wirników, kształtu i kąta nachyle­

nia łopatek, średnicy przesłony oraz chropowatości powierzchni kanałów międzyłopatkowych [l39] ), stopie ń napełnienia i wł asności cieczy roboczej.

Sprzęgła hydrokinetyczne zmiękczają stabilną część charakterystyki wy j ­ ściowej zespołu silnik - sprzęgło, dzięki czemu przyczyniają się do wyrównywania obciążeń napędu głównego i pomocniczego. Oednak nie dopełnie­

nie wymagań eksploatacyjnych (nominalne napełnienie odpowiednią cieczą roboczą) nie tylko nie poprawia, ale pogarsza rozdział obciążenia po­

szczególnych napędów [

9 0

dzeń sp rzęgieł hy d r ok i n e t y c z n y c h , których żywotność w wa runkach kopalnia­

nych nie przekracza średnio trzech miesięcy eksploatacji [lOl].

Zróżnicowanie podziałek ogniw łańcucha wzdłuż konturu wywołane jest odchyłkami wykonania poszczególnych ogniw, ich trwałymi odkształceniami oraz nierównomiernym zużyciem ściernym ogniw w przegubach podczas eks­

- 2 6 -

ploatacji w w y ro bi sk u ścianowym. Szc zególnie duże różnice podziałek ogniw powstaję przy wymia ni e odcinków łańcucha (nadmiernie zużytych lub zawier a­

jących więks zą liczbę og ni w zięcznych) bądź przy wyd łuż an iu przenośnika ścianowego podyktowanym procesem technologicznym urabiania. Bęben łańcu­

chowy w spó łdz ia łaj ąc y z bardziej wyd łu żo nym odcinkiem łańcucha posiada mn iejszą prędkość kątową, a napędzający go silnik asynchroniczny pobiera większą moc. W tym samym czasie spada pobór mocy silnika napędzającego drugi bęben łańcuchowy, a w skrajnym przypadku może dojść do jego pracy generatorowej [

1 3

nować poprzez takie ułożenie od cinków łańcucha w konturze, aby stosunek podziałek ogniw w s pó łdz ia ła jąc yc h z bębnami łańcuchowymi był zawsze równy jedności. Ponieważ ten środek zaradczy nie spełn ił oczekiwanych rezulta­

tów w war un kac h dołowych, w Ośrodku Bad aw czy m Te chniki Urabiania i T ra n s­

portu ściano weg o w Essen opracow an o elektrohydrauliczny układ au tom at yc z ­ nego wyr ów nywania poboru mocy przez napęd główny i pomocniczy [l7, 85].

Ba daniem rozruchu zał adowanego przenośnika zgrzebłowego z napędem głównym i po mocniczym wyposa żon ym w silniki dwubiegowe 20/60 kW zajmował się E.H. Henkel [78]. Badany przenośnik zgrzebłowy PFI o długości 76 m wyposażony był w skrajne łańcuchy 18 x 64. Bębny łańcuchowe o liczbie zębów równej 8 napędzane były przez reduktory o przełożeniu 24,4. W c za­

sie tych badań mierzono momenty obrotowe na wałach bębnów łańcuchowych, pobór mocy i prędkości obrotowe wi r nik ów s il ni ków asy nchronicznych oraz obciąże ni a w łańcuchach gałęzi górnej w środku przenośnika (ich oscylo- gramów nie przedstawiono) dla różnych wa r to ści napięcia wst ępnego łańcu­

chów z uwzględnieniem wpływu op óźnionego włączenia silnika w napędzie głównym. Rozruch badanego przenośnika zgrzebłowego przy jednoczesnym w ł ą ­ czeniu siln ikó w trwał 1,1 s, a przy wł ączeniu napędu głównego z opóźni e­

niem 0,2 -s czas trwania rozruchu przenośnika zw ię kszył się dwukrotnie.

W [

82

Wraz ze zwię ksz eni em długo śc i i wydajn ośc i prz enośników ścianowych po­

jawiły s ię problemy z ich uruchamianiem. Wielu badaczy zwraca uwagę na znaczenie spadku napięcia zasilania [

3

92

ków, napięcia zasilania podczas rozruchu przen ośn ik ów ścianowych (mierzo­

- 2 7 -

nych dotychczas w sposób dyskretny) wynoszą około 2 5 % [64, 73,

92

3

nej zaproponowano [

20

cych silniki asynchroniczne, dobranie odpowiednich zaczepów w transfo rm a­

torze odd ziałowym i podniesienie poziomu napięcia zasilania z 500 do 1000 V.

2.3. Ocena dotychczasowych badań

0 ile uzyskuje się pewną zgodność wynik ów otrzymanych ze wzoru Hanffstengela z wynikami pomiarów w krótkich przenośnikach łańcuchowych (L < 1 0 m), to wzór ten jest zupełnie nieprzydatny dla górniczych prze­

nośników zgrzebłowych. Ze względu na przyjmowane uproszczenia i sposób modelowania mało przydatne (oprócz modelu [

33

pędem głównym i pomocniczym. Modele te uniemożliwiają bowiem symulację:

zjawiska w yk ol eje ni a zgrzebeł, niejednakowego napięcia wstępnego łańcu­

chów, nierównomie rn ego obciążenia łańcuchów urobkiem węglowym, wszystkich stanów napięcia łańcuchów, spadku napięcia zasilania silników asyn chr o­

nicznych, rodzajów zazębień łańcuchowych oraz zjawiska zerwania łańcu­

chów. W ogóle nie istnieje matematyczny model dw uł ańcuchowego przenośnika zgrzebłowego z napędem głównym i pomocniczym oraz model matematyczny prz e­

nośnika zgrzebłowego z napędami pośrednimi.

Z prz eprowadzonych dotychczas badań teoretycznych wynika, że obciąże­

nia dynamiczne w łańcuchach w ruchu ustalonym przenośnika zgrzebłowego przebiegają z częstością zazębienia łańcuchowego. Wielu badaczom udało się nawet uzyskać doświadczalne po twierdzenie tego zjawiska, szczególnie na przenośnikach krótkich. Dla długości jednonapędowego przenośnika zgrzebłowego równej 51 m również autor niniejszej rozprawy uzyskał eks­

perymentalnie obciążenia dynamiczne w łańcuchu, których podstawowym okre­

sem drgań był' okres zazębienia łańcuchowego [

34