Возможность повышения производительности драг производства ИЗТМ

Суздальницкий М.Л.

Количество срезаемой дражными черпаками горной массы в единицу времени равно произведению продольного сечения стружки на скорость бокового перемещения. Последний параметр не имеет средств точного измерения, но визуально с некоторым приближением может быть оценен. Средств, обеспечивающих  приборный контроль площади продольного сечения стружки, либо ее геометрические размеры (длину и толщину) также нет. Существуют средства измерения величины зашагивания, но длина стружки из-за дрейфа рабочей сваи в эфельном отвале, достигающего нескольких метров, существенно от нее  отличается. Если корма драги не подэфелена, то свая дрейфует от забоя, а при подэфеливании кормы - на забой. Толщина стружки определяется величиной опускания черпаковой рамы после отработки очередного слоя. Существуют приборы измерения глубины черпания, основанные на измерении угла наклона черпаковой рамы, но совокупная погрешность метода измерения и самого прибора вполне соизмерима с величиной толщины стружки. Поэтому определять толщину стружки как разность глубин отрабатываемого и предыдущего слоев нецелесообразно.

Таким образом, драгер может оценивать параметры процесса отделения черпаемых пород от массива   лишь приблизительно, а от него требуется обеспечить производительность добычного комплекса (ДК), соответствующую оптимальной нагрузке обогатительно-транспортного оборудования (ОТО). Превышение производительности ДК допустимой нагрузки ОТО ведет к увеличению потерь полезного компонента (золота, алмазов и т.п.), либо к образованию завалов. Если на первое драгер не всегда обращает должное внимание, то уж завалов он изо всех сил старается не допустить. Рассмотрим возможности драгера поддерживать производительность равной предельно допустимой нагрузке ОТО.

При драгировании несвязанного галечника, песка, торфа сопротивление пород боковому перемещению драги ниже, чем усилие бокового перемещения, создаваемое носовой лебедкой при номинальной нагрузке ее двигателя. Нагрузка привода черпаковой цепи также ниже номинальной. В таких условиях драгер может выбрать толщину стружки и скорость навивки канатов носовой лебедки заведомо больше, чем требуется для обеспечения оптимальной нагрузки ОТО. При этом черпаки наполняются максимально возможно. Драгер, регулируя скорость черпания и сравнивая текущую нагрузку привода бочки с заданным значением, легко обеспечивает нужную производительность. Остаток пород, образованный разницей между срезанными породами и оттранспортированными черпаковой цепью, частично перемещается по забою черпаковой рамой, а частично сваливается на дно котлована. Свалившиеся породы причерпываются при отработке приплотиковых слоев. Таким режимом драгеры широко пользуются, только они, как правило, скорость черпания не регулируют, а работают при номинальной скорости и за нагрузкой привода бочки не следят, надеясь, что об угрозе завала предупредит кормовой машинист.

 При драгировании пород большей крепости, чем в описанном случае, нагрузка привода носовых лебедок не превышает номинальную нагрузку только в том случае, если черпаемые породы не сминаются боковой поверхностью черпака. Это возможно при малых значениях отношения скорости бокового перемещения к скорости черпания, причем при увеличении толщины стружки значение отношения этих скоростей, при котором начинается смятие пород, снижается. В подобной ситуации во избежание перегрузки двигателей носовых лебедок драгер снижает скорость бокового перемещения, либо выбирает меньшую толщину стружки.

Выбрать оптимальный вариант и при этом не превысить допустимую нагрузку в реальных условиях очень сложно, поэтому он вынужден работать при нагрузке заведомо ниже номинальной. Это ведет к снижению производительности драги. Во избежание потери возможной производительности в подобных условиях на драгах   Колымы и Чукотки используется регулирование скорости навивки канатов носовых лебедок по нагрузке приводов этих лебедок. Для этого упорную ветвь механической характеристики привода формируют в зоне длительно допустимых нагрузок (это означает, что при достижении нагрузки привода заданного значения его скорость снижается, причем задание для снижения скорости устанавливают в зоне длительно допустимых нагрузок). Такое регулирование позволяет драгеру задавать сочетание скорости бокового перемещения, длины и толщины стружки заведомо больше, чем это требуется для достижения требуемой производительности. При этом регулирование скорости носовых канатов по нагрузке их двигателей обеспечивает определенное наполнение черпаков, а регулированием скорости черпания драгер меняет производительность до требуемой величины.

В других странах также практикуется подобное регулирование как наиболее производительное.  ИЗТМ рекомендует для своих драг формировать упорную ветвь механической характеристики приводов носовых лебедок с превышением нагрузкой номинального значения в 1,5-2,1 раза. Двигатели с такой перегрузкой могут работать только несколько десятков секунд и после нее требуют длительного перерыва, прежде чем снова  подвергнуться такой же перегрузке. Если нарушить рекомендации завода и настроить стопорный режим в соответствии с  номинальной нагрузкой, то  при скорости носовых лебедок ниже номинальной двигатели, которыми комплектуются драги,  работать не смогут. Двигатели носовых лебедок имеют на валу вентиляторы, подающие охлаждающий воздух пропорционально скорости лебедок. Этого воздуха при номинальной нагрузке на пониженных скоростях недостаточно. Поэтому для регулирования скорости  носовых лебедок по нагрузке их двигателей нужны двигатели продуваемого исполнения (охлаждаемые отдельным вентилятором с самостоятельным двигателем).

Таким образом,  при комплектации драг двигателями носовых лебедок, предусмотренной ИЗТМ, драгер вынужден выбирать сочетание скорости бокового перемещения, длины и толщины стружки заведомо меньшим, чем требуется для достижения допустимой нагрузки ОТО, что ведет к потере возможной производительности. Следует отметить, что если упорную ветвь механической характеристики привода носовой лебедки формировать процентов на 30 ниже номинальной нагрузки, то двигатели, предусмотренные комплектацией завода, можно оставить, но это возможно только тогда, когда драга работает с использованием берегового блока (канат носовой лебедки через береговой блок крепится к черпаковой раме). Но в этом случае очень желательно увеличить верхний предел регулирования скорости бокового перемещения драги.

На драгах Колымы м Чукотки такое увеличение осуществлено путем повышения рабочего напряжения двигателей носовых лебедок свыше номинального (двигатели серии П позволяют регулировать скорость вверх от номинальной повышением якорного напряжения свыше номинального до удвоения). В Амурской области и  Красноярском крае драги работают без берегового блока. Канат носовой лебедки крепится не к черпаковой раме, а  либо к береговому мертвяку, либо к ролику, скользящему по береговому канату, протянутому параллельно направлению движения забоя. Эти изменения заводского проекта не только упрощают береговые работы, но и существенно увеличивают диапазон изменения скорости бокового перемещения. Многолетняя работа этих драг показала достаточность усилия бокового перемещения при такой запасовке канатов.

При дальнейшем увеличении крепости драгируемых пород нагрузка привода черпаковой цепи растет и может превышать номинальную. Для поддержания равенства производительности добычного комплекса предельно допустимой нагрузки  ОТО  установленной мощности этого привода недостаточно. В этой ситуации задача драгера сводится к поддержанию максимально возможной производительности путем приближения нагрузки привода черпаковой цепи к номинальному значению. Если драга не снабжена устройством автоматического регулирования скорости носовых лебедок по нагрузке привода черпаковой цепи, то драгер выбирает сочетание скорости бокового перемещения, длины и толщины стружки меньше обуславливающего полноту загрузки привода черпаковой цепи. Если же такой регулятор имеется, то драгер должен выбирать упомянутое сочетание параметров, определяющих производительность драги, заведомо большим, чем необходимо для равенства производительности добычного комплекса предельно допустимой нагрузке ОТО. А регулятор скорректирует скорость носовых лебедок до нужного значения.

Во второй половине прошлого века было предложено несколько вариантов регуляторов скорости носовых лебедок по нагрузке привода черпаковой цепи. Не рассматривая подробно работу этих регуляторов лишь отметим, что большинство из них помимо основной функции обеспечивать снижение скорости носовых лебедок при перегрузке привода черпаковой цепи снабжены дополнительными функциями. Например, коррекция скорости носовых лебедок в зависимости от скорости черпания, не только не способствует повышению производительности драги, а даже снижает ее. В таких регуляторах дополнительные функции должны быть отключены. Эти регуляторы хороши только, когда нет условий для перегрузки двигателей носовых лебедок. Поэтому для  эффективного использования регуляторов желательно сочетать их  функции с ранее описанным регулированием скорости носовых лебедок по нагрузке их двигателей.

 На большинстве драг ИЗТМ номинальная скорость черпания составляет примерно 2/3 предусмотренного диапазона регулирования. Скорость черпания выше номинальной достигается регулированием при т.н. «постоянной мощности». При этом крутящий момент привода обратно пропорционален его скорости. Полезную мощность привода черпаковой цепи определяют три основных слагаемых: мощность, затрачиваемая на срезание пород, на транспортировку срезанных пород и на движение самой цепи, барабанов и подчерпаковых роликов (холостой ход). Первых два слагаемых не зависят от скорости черпания, а мощность холостого хода прямо пропорциональна скорости черпания. При равенстве полезной мощности и установленной повышение скорости черпания выше номинальной ведет к повышению потерь холостого хода и, следовательно, снижению мощности  затрачиваемой на резание и транспортировку пород и снижению производительности драги. Вследствие этого на драгах ИЗТМ отработка крепких пород, требующих полной загрузки привода черпаковой цепи, ведется только на номинальной скорости черпания.

Целесообразно номинальную скорость двигателей черпаковой цепи сделать соответствующей верхнему пределу регулирования скорости черпания и при этом сохранить крутящий момент равным предусмотренному изготовителем драги. Тогда представится возможность отработки крепких пород с номинальным крутящим моментом во всем диапазоне регулирования. Увеличение при этом мощности привода черпаковой цепи позволяет повысить производительность при отработке крепких пород.  ИЗТМ комплектует приводы черпаковой цепи двигателями с самовентиляцией, требующими снижения крутящего момента при снижении скорости ниже номинальной. Для обеспечения возможности отработки крепких пород во всем диапазоне регулирования скорости черпания нужны двигатели продуваемого исполнения (с отдельным вентилятором для охлаждения).

Увеличение мощности двигателей требует проверки на достаточность трансформаторной мощности и мощности преобразователей, питающих эти двигатели. 

Более мощные двигатели имеют и более высокие моменты инерции вращающихся частей, что обусловливает увеличение кинетической энергии, запасаемой движущимися частями привода. Эта энергия при встрече черпаковой цепи с жестким препятствием (стопорении)  расходуется на  ее растяжение, сжатие пружин свайных прижимов, опрокидывание застопорившего черпака, кормовой дифферент драги, что в ряде случаев может создавать аварийную ситуацию.  Для драг, в приводах черпаковой цепи которых используются тихоходные двигатели, и нет клиноременной передачи (например, 150Д 1970г., 150ДМ 1982г.), увеличение момента инерции двигателей не представляет проблемы, поскольку оно может быть скомпенсировано снижением момента инерции маховиков. На драгах 150Д 1970г. номинальная скорость черпания соответствует верхнему пределу регулирования, но он мал и его желательно увеличить.  Для драг, в приводах черпаковой цепи которых используются быстроходные двигатели и клиноременная передача, существенное повышение мощности привода черпаковой цепи для предотвращения роста усилий в элементах и конструкциях драги необходимы куда более сложные меры, неосуществимые без участия завода изготовителя драги. В данной статье эти меры из-за большого объема материала не рассматриваются. Отмечу только, что автором эти меры ИЗТМ предлагались, но со стороны завода интереса не вызвали. Однако и в приисковых условиях некоторое увеличение мощности привода черпаковой цепи возможно.

Для приводов черпаковой цепи абсолютного большинства драг, действующих в России, проектом предусматривались двигатели, которым в настоящее время имеются новые аналоги с существенно меньшим моментом инерции. Это обстоятельство определяет возможность подбора двигателей большей мощности с более высокой скоростью, с меньшей кинетической энергией и с примерно равным крутящим моментом.  В таблице (см.ниже) приведены примеры возможной модернизации приводов черпаковой цепи некоторых драг ИЗТМ.

Предлагаемые в таблице двигатели при номинальной частоте вращения запасают меньшую кинетическую энергию,чем предусмотренные ИЗТМ. Нужно ли компенсировать разницу? Удельный вес кинетической энергии двигателей в общем объеме кинетической энергии, запасаемой всеми движущимися частями черпающего устройства, не превышает 15%. Поэтому небольшая разница в кинетической энергии не оказывает заметного влияния на характер нагрузки двигателей.

Тяговое усилие, создаваемое новым двигателем, превышает тяговое усилие предусмотренное ИЗТМ. Для сохранения уровня  надежности работы драги следует скорректировать ток стопорения привода черпаковой цепи.

 

Таблица. Примеры возможной модернизации приводов черпаковой цепи некоторых драг ИЗТМ

 

 

Тип драги,
год раз-работки

Двигатель,

проект ИЗТМ/предложение автора

 

 

Скорость черпания,
черп/мин

 

 

Тяговое усилие черпако-вой цепи,

т

 

 

Тип

Мощ-
ность,кВт/
частота 
вращения
об/мин

Момент
инерции
якоря,
кгм2

Кинетичес_
кая энергия при но
мин.скоро
сти,кгм22

1

2

3

4

5

6

7

 

210 Д

(1950г)

П112

85

750

5,85

18000

24-36

45,4-30,3

4ПФМ

280L

118

1000

2,56

14000

32,5

47,9

 

250Д

(1958г)

П112

85

750

5,85

17900

27-36

40,4-30,3

4ПФМ

280L

118

1000

2,56

18000

36,8

42

 

150Д

(1970г)

П112

70

600

5,85

15100

31,6-40

34,3-27,1

4ПФМ

280L

102

800

2,56

16500

42

37,4

 

150ДМ

(1982г)

Д812

75

515

5,75

8400

24,3-40

47,8-29

4ПФМ

280L

102

800

2,56

15800

37,7

41,8

 

Для приведенных в таблице типов драг ИЗТМ предусматривает превышение тока стопорения над номинальным в 1,7 раза. Поэтому для всех рекомендуемых двигателей ток стопорения определяется по общей формуле:

 

Jст2=1,7Jн2Мн1н2 ,

 Где:

        Jн2, Mн2- номинальные ток и момент рекомендуемого двигателя,

        Мн1- номинальный момент двигателя предусмотренного проектом ИЗТМ.

        Номинальный момент рассчитывается по паспортным данным:

 

Мн=975Pн/nн

Где:

        Pн и nн- номинальные мощность и частота вращения двигателя. 

Как выбирать параметры стружки при выполнении рекомендуемых мероприятий?

Операция зашагивания, определяющая длину стружки, выполняется обычным способом и никаких корректировок не требует. Скорость носовых лебедок, определяющая скорость бокового перемещения, задается максимальной и автоматически корректируется регуляторами нагрузки привода черпаковой цепи, либо нагрузки привода носовых лебедок. Опускание черпаковой рамы определяющее толщину стружки, производится до тех пор пока черпаки не пойдут с максимальным наполнением, либо вольтметр якорного напряжения двигателей носовых лебедок не покажет снижение напряжения на 10-20%  от номинального. Если при этом нагрузка привода бочки ниже заданной - увеличивают скорость черпания, если выше - снижают. Если при таком регулировании на максимальной скорости черпания нагрузка приводов черпаковой цепи и бочки ниже заданной – это значит, что длина стружки мала и для ее увеличения нужно произвести подшагивание.

 

Что можно ждать от предлагаемого изменения черпающего и маневрового устройств?  Основной эффект связан с тем, что предложенные мероприятия исключают возможность образования завалов и позволяют драгеру в любой ситуации выбирать параметры, определяющие производительность драги, превышающими необходимые для достижения оптимальной загрузки ОТО и с помощью одной операции - регулирования скорости черпания обеспечивать требуемую производительность. Причем, корректировка этой скорости требуется достаточно редко  только при существенном изменении крепости пород. Чаще всего крепость пород возрастает по мере увеличения глубины черпания, поэтому и скорость черпания приходится увеличивать также по мере увеличения глубины черпания.

Выработанные драгером навыки, доведенные до автоматизма, зачастую приводят к тому, что драга работает с производительностью ниже возможной из-за малой толщины стружки или недостаточной скорости бокового перемещения. С целью ускорения выработки драгерами нужных навыков драгирования сотрудниками ВНИИ-1 с участием автора на одной из драг были внедрены мероприятия, сходные с  рекомендуемыми. Был установлен сигнализатор с красной и  зеленой лампами, красная лампа горела, если ток приводов черпаковой цепи и бочки были ниже заданного, зеленая лампа горела, если ток  одного из этих приводов сравнивался с заданным. Все входящие в драгерское помещение видели, какая из ламп горит. Через 2 дня время горения красной лампы значительно сократилось.

Экспериментальная проверка влияния рекомендуемых мероприятий на производительность драги показала, что в зависимости от состава драгируемых пород рост производительности составил от 20 до 30%. Но их полезность этим не ограничивается.

Описанная технология выбора параметров стружки определяет минимальную скорость черпания при данной производительности, а поскольку износ черпаковой цепи пропорционален длине пути, проделанного черпаками, то минимальная скорость черпания обусловливает минимальный износ черпаков, приходящийся на единицу переработки горной массы. Максимально возможная производительность определяет и минимально возможный удельный расход электроэнергии. Это объясняется тем, что около половины потребляемой драгой электроэнергии приходится на потребители, расход энергии которыми не зависит от производительности драги (насосы, землесосы, обогрев, сушилки и др.), поэтому рост производительности драги ведет к снижению удельного расхода электроэнергии.

Снижение тока стопорения двигателей носовых лебедок до номинального позволяет тщательнее зачищать углы забоя, что ведет к снижению потерь золота в межходовых целиках. Особенно это заметно при работе драги на больших глубинах.


-0+3
Просмотров статьи: 2346, комментариев: 2       

Комментарии, отзывы, предложения

Gen&Kap, 07.02.17 06:26:23 — автору

Спасибо за новую тему и хорошо написанную статью. К сожалению большинство посетителей сайта слабовато в технических вопросах драгирования и интересуется только металлом. Но и в этом случае не исключены интересные подсказки и изучение зарубежного опыта. Успеха!

СНС, 08.02.17 11:15:31 — Автору

В Иргиредмете в декабре проходило техническое совещание по драгам: "Перспективные направления, технические решения и тенденции развития дражной добычи на современном этапе". Ваш доклад там был бы как раз кстати. Спасибо, что опубликовали статью на сайте. Здесь ее тоже прочитают многие.

Уважаемые посетители сайта! Пожалуйста, будьте как дома, но не забывайте, что в гостях. Будьте вежливы, уважайте родной язык и следите за темой: «Возможность повышения производительности драг производства ИЗТМ»


Имя:   Кому:


Введите ответ на вопрос (ответ цифрами) "шесть прибавить 5":

подписаться на комментарии