Scelta dell'azionamento elettrico per i nastri trasportatori

Nonostante la significativa diversità di progettazione dei trasportatori, quando si sceglie un azionamento elettrico, possono essere combinati in un gruppo caratteristico. Innanzitutto va notato che, a causa delle condizioni tecnologiche, questi meccanismi di solito non richiedono il controllo della velocità.

Solo pochi nastri trasportatori utilizzano un controllo della velocità superficiale nell'intervallo 2:1 per modificare la velocità di funzionamento. I motori dei nastri trasportatori operano in diverse condizioni ambientali, in molti casi in ambienti polverosi e umidi con temperature elevate o basse, all'aperto, in officine con ambienti aggressivi, ecc.

Una caratteristica dei trasportatori è il grande momento statico di resistenza a riposo, che, di norma, supera il nominale per vari motivi, tra cui la solidificazione del lubrificante nelle parti di sfregamento. Pertanto, all'azionamento elettrico dei trasportatori vengono imposti requisiti di elevata affidabilità, facilità di manutenzione, nonché fornitura di una maggiore coppia di avviamento.

In alcuni casi, sorgono requisiti aggiuntivi per garantire un avvio regolare, evitare lo slittamento della cinghia, un controllo della velocità ridotto e una rotazione coordinata di più azionamenti elettrici. Tutti questi requisiti sono adeguatamente soddisfatti dai motori a induzione a gabbia di scoiattolo oa rotore di fase.

La selezione della potenza del motore di azionamento del trasportatore viene effettuata mediante un metodo di convergenza graduale insieme al calcolo e alla selezione di tutte le apparecchiature meccaniche. La prima fase del calcolo consiste nella determinazione approssimativa dello sforzo di trazione e della tensione, in base alla quale viene effettuata la selezione preliminare della potenza del motore e la scelta dell'attrezzatura meccanica. Nella seconda fase del calcolo, viene costruito un grafico aggiornato della dipendenza dalla tensione, tenendo conto delle perdite lungo la lunghezza del trasportatore. Dopo aver tracciato il grafico, vengono selezionati i punti per il montaggio dell'azionamento elettrico, il motore e l'attrezzatura meccanica vengono confrontati con la forza e la tensione risultanti.

Sono note numerose formule per determinare approssimativamente lo sforzo di trazione e la tensione del trasportatore, proposte sulla base dell'esperienza nella progettazione e nel funzionamento dei trasportatori. Uno di loro assomiglia a questo:

dove T è la tensione del trasportatore, N; F è lo sforzo che il motore elettrico deve sopportare, N; T0 — precompressione, N; Fï è lo sforzo dovuto al sollevamento del carico, N; ΔF è la forza totale causata dalle forze di attrito sulle sezioni della pista del trasportatore, N.

In base allo sforzo e alla tensione nell'elemento di trazione del trasportatore, viene effettuata una selezione preliminare del motore e dell'attrezzatura meccanica.Le formule per il calcolo delle perdite in tamburi, ingranaggi, blocchi e altri elementi dell'attrezzatura si trovano nella letteratura speciale sulla parte meccanica dei trasportatori.

Per costruire un diagramma della forza di trazione, viene disegnato un percorso del trasportatore con tutte le salite e le discese, le curve, le stazioni di trazione e tensione, i blocchi di guida e i tamburi. Quindi, se si procede dalla sezione meno caricata del trasportatore, si tiene conto delle perdite in ciascun elemento e si ottiene la tensione dell'elemento di trazione lungo l'intera lunghezza. Nella fig. 1 sono riportati i diagrammi delle forze di trazione di trasportatori a nastro ea catena con azionamento elettrico a motore singolo.

Riso. 1. Diagramma delle forze di trazione nei trasportatori a nastro (a) ea catena (b): a — stazione di azionamento; b — stazione di tensione.

La potenza del motore di azionamento del trasportatore è determinata dalla formula

qui P — potenza del motore, kW; FH — forza sulla prossima sezione dell'elemento di trazione, N; v è la velocità di movimento dell'elemento di trazione, m / s; η — efficienza del meccanismo di azionamento.

Nella progettazione dei nastri trasportatori, dopo aver tracciato un diagramma della forza di trazione, viene determinata la posizione della stazione di azionamento sulla pista del trasportatore. L'azionamento elettrico di trasportatori lunghi, ad esempio sistemi di trasporto di grandi portate, non è pratico se si utilizza un solo motore, poiché in questo caso viene richiesto un notevole sforzo all'attrezzatura meccanica situata vicino alla stazione di azionamento.

Il sovraccarico delle sezioni specificate del trasportatore porta al fatto che le dimensioni della parte meccanica e soprattutto dell'elemento di trazione aumentano notevolmente.Per evitare il verificarsi di grandi forze di trazione, i trasportatori sono azionati da diverse stazioni di azionamento. In questo caso, nell'elemento di trazione della stazione di azionamento si genera una forza proporzionale alla resistenza statica di un solo tratto, e l'elemento di trazione non trasferisce le forze per azionare l'intero trasportatore.

Se sul nastro trasportatore sono presenti più stazioni di azionamento, la posizione della loro installazione viene selezionata in base al diagramma della forza di trazione, in modo che la forza di trazione dei motori di più stazioni sia approssimativamente uguale alla forza di un azionamento elettrico a motore singolo ( figura 2).

Riso. 2. Schema delle forze di trazione di un nastro trasportatore: a - con azionamento elettrico a motore singolo; b - con azionamento elettrico multimotore.

Si tenga però presente che per la scelta definitiva della potenza motrice della stazione motrice è necessario costruire un diagramma aggiornato delle forze di trazione per ogni ramo. Questo perfezionamento è dovuto al fatto che la somma degli sforzi di tutte le sezioni potrebbe non essere uguale alla forza con un azionamento a motore singolo, che è determinata da una riduzione della sezione dell'elemento di trazione e da una corrispondente riduzione delle perdite per attrito con azionamento multimotore.

Si noti che per i nastri trasportatori di grandi dimensioni, dove la potenza del motore raggiunge decine e centinaia di kilowatt, la lunghezza del percorso tra le stazioni di azionamento è molto spesso di circa 100-200 m.Va notato che l'integrazione strutturale delle stazioni di azionamento nel trasportatore è associato a determinate difficoltà, soprattutto per i nastri trasportatori ... Pertanto, i luoghi più convenienti per la loro installazione sono i punti finali del percorso.In alcune aziende, la lunghezza dei trasportatori non sezionati raggiunge i 1000-1500 m.

L'installazione di più stazioni di azionamento su un nastro trasportatore comporta, di norma, un aumento delle prestazioni di un azionamento elettrico multimotore rispetto a uno singolo. Ciò è determinato dal fatto che, ad esempio, all'avvio di un nastro trasportatore, un motore può funzionare al minimo.

All'aumentare del carico, viene acceso il secondo motore, quindi i successivi. Se il carico viene ridotto, i motori possono essere parzialmente spenti. Questi interruttori portano ad una riduzione del tempo di funzionamento dei motori a basso carico e ad un aumento delle loro prestazioni. In caso di blocco dei trasportatori da parte dei materiali trasportati, aumento del momento statico dovuto alla solidificazione del lubrificante, ecc., è possibile avviare tutti i motori insieme per creare una maggiore coppia di spunto.

Di grande importanza nella scelta di un sistema per il controllo dell'azionamento elettrico dei nastri trasportatori è il corretto calcolo delle deformazioni elastiche dell'elemento di trazione e delle accelerazioni che possono verificarsi durante i processi transitori. Passiamo alla fig. 3, che mostra i grafici del cambio di velocità all'avvio del motore del prossimo 1 e alla scadenza di 2 rami della striscia. Il trasportatore è azionato da un motore a induzione a gabbia di scoiattolo, si presume che la coppia statica dell'albero motore sia costante.

La natura della variazione di velocità nei rami 1 e 2 del trasportatore dipenderà in gran parte dalla lunghezza del nastro Per una piccola lunghezza dei trasportatori, circa alcune decine di metri, i grafici delle variazioni di velocità dei rami 1 e 2 nel tempo saranno vicini l'uno all'altro (Fig. 3, a). Naturalmente, in questo caso, il ramo 2 inizierà a muoversi con un certo ritardo rispetto al ramo 1 a causa della deformazione elastica della striscia, ma le velocità dei rami si stabilizzeranno abbastanza rapidamente, anche se con alcune fluttuazioni.

La situazione è leggermente diversa quando si gestiscono trasportatori con nastri lunghi, circa centinaia di metri. In questo caso, l'avvio dalla posizione del ramo di uscita 2 del trasportatore può iniziare dopo che il motore di azionamento ha raggiunto una velocità costante (figura 3, b). Sui nastri trasportatori lunghi si può osservare un ritardo nell'inizio del movimento delle sezioni del nastro a una distanza di 70-100 m dal ramo in entrata a regime motore costante. In questo caso si crea un'ulteriore tensione elastica nel nastro e la forza di trazione viene applicata alle sezioni successive del nastro con un calcio.

Man mano che tutte le sezioni del trasportatore raggiungono una velocità costante, la tensione elastica del nastro diminuisce. Il ritorno dell'energia immagazzinata può portare ad un aumento della velocità del nastro rispetto a quello fermo e alle sue oscillazioni (Fig. 3, b). Una tale natura transitoria dell'elemento di trazione è estremamente indesiderabile, poiché porta ad una maggiore usura della cinghia e, in alcuni casi, allo strappo.

Queste circostanze portano al fatto che, a causa della natura dell'avvio e di altri processi transitori nell'azionamento elettrico dei nastri trasportatori, sono fissati requisiti rigorosi per limitare l'accelerazione del sistema. La loro soddisfazione porta a una certa complicazione dell'azionamento elettrico: compaiono quadri di comando multilivello per motori asincroni con rotore di fase, carico aggiuntivo, dispositivi di avviamento, ecc.

Riso. 3. Diagrammi di velocità delle varie sezioni del nastro trasportatore all'avvio.

Il modo più semplice per limitare l'accelerazione nell'azionamento elettrico dei nastri trasportatori all'avvio è il controllo del reostato (Fig. 4, a). Il passaggio da una caratteristica iniziale all'altra garantisce un'accelerazione uniforme del sistema. Una soluzione simile al problema viene spesso utilizzata sui nastri trasportatori, ma comporta un notevole aumento delle dimensioni dei quadri di comando e dei reostati di avviamento.

In alcuni casi, è più opportuno limitare l'accelerazione del sistema di azionamento elettrico frenando ulteriormente l'albero motore durante l'avviamento, poiché la creazione di una coppia frenante aggiuntiva MT riduce la coppia dinamica (Fig. 4, b). Come si può vedere dai grafici, l'accelerazione del sistema viene ridotta artificialmente a causa della decelerazione, a seguito della quale vengono ridotte le fluttuazioni di velocità nei rami di ingresso e uscita del trasportatore. Al termine dell'avviamento, la sorgente della coppia frenante aggiuntiva deve essere scollegata dall'albero motore.

Riso. 4. Ai metodi di avviamento dei nastri trasportatori.

Notiamo per inciso che la limitazione delle accelerazioni nel sistema di azionamento elettrico può essere ottenuta utilizzando entrambi i metodi contemporaneamente, ad esempio, il reostato si avvia collegando una fonte di coppia frenante aggiuntiva. Questo metodo viene utilizzato su trasportatori lunghi a sezione singola in cui il costo del nastro determina la maggior parte del costo capitale dell'intera installazione.

L'avvio regolare del sistema con la creazione di un carico artificiale sull'albero viene praticamente effettuato utilizzando freni a ceppi convenzionali con controllo elettrico o idraulico, collegando frizioni a induzione o attrito all'albero motore, utilizzando macchine frenanti aggiuntive, ecc. il circuito dello statore.

Notiamo inoltre che il problema di limitare le accelerazioni nel nastro trasportatore può essere raggiunto in altri modi, ad esempio utilizzando un sistema di azionamento a statore rotante a due motori, un sistema di motori a gabbia di scoiattolo a più velocità, un azionamento elettrico asincrono con controllo a tiristori nel circuito del rotore del motore e altri.

Si noti che il motore di azionamento per i trasportatori a catena dovrebbe essere posizionato, di norma, dopo il tratto con il carico maggiore, es. la sezione del percorso con una grande quantità di carichi e ripide salite e curve.

Di solito, sulla base di questa raccomandazione, il motore è posizionato nel punto di sollevamento più alto. Durante l'installazione della trasmissione, tenere presente che i tratti di binario con un numero elevato di curve devono avere la minor tensione possibile: ciò comporta una riduzione delle perdite sulla parte curva del binario.

La determinazione della potenza del motore di azionamento del trasportatore a catena viene effettuata anche sulla base del disegno del diagramma della forza di trazione lungo l'intero percorso (vedi Fig. 1, b).

Conoscendo secondo il diagramma la tensione e la forza sulla sezione imminente dell'elemento di trazione, nonché la velocità di movimento, la potenza dell'azionamento elettrico può essere calcolata dalla formula.

I trasportatori a catena, nonostante la notevole lunghezza dei percorsi, a causa delle velocità relativamente basse, ad esempio nelle imprese di costruzione di macchine, lavorano molto spesso con un motore di azionamento di potenza relativamente bassa (pochi kilowatt). Negli stessi impianti, tuttavia, sono presenti impianti di trasporto più potenti con unità di trazione a catena in cui vengono utilizzati più motori di azionamento. Questo sistema di azionamento elettrico ha una serie di caratteristiche distintive.

In una trasmissione a catena multimotore, i rotori dei motori in equilibrio avranno la stessa velocità perché sono collegati meccanicamente attraverso l'elemento di trazione. Nelle modalità transitorie, le velocità del rotore possono differire leggermente a causa delle deformazioni elastiche dell'elemento di trazione.

A causa della presenza di un collegamento meccanico tra i rotori delle macchine di un convogliatore multimotore, si generano ulteriori sollecitazioni nell'elemento di trazione, dovute a diversi carichi sui rami. La natura di queste sollecitazioni può essere chiarita considerando il diagramma della tubazione mostrato in Fig. 5. A parità di carico sui divisori del trasportatore, tutti e quattro i motori, a parità di caratteristiche, avranno la stessa velocità e carico.

Riso. 5. Schema di un trasportatore multimotore.

Un aumento del carico sul ramo I porterà al fatto che, prima di tutto, la velocità del motore D1 diminuirà e la velocità dei motori D2, D3 e D4 rimarrà costante. Pertanto, il motore D2 ruoterà ad una velocità maggiore di quella del motore D1 e creerà una tensione aggiuntiva nei rami II e quindi I.

La tensione sul ramo II causerà un certo scarico del motore D1 e ne aumenterà la velocità. La stessa immagine accadrà nel ramo II poiché il motore D3 prenderà parte del carico dal ramo II del trasportatore. A poco a poco, le velocità e i carichi dei motori si equalizzano, ma si crea ulteriore stress nell'elemento di trazione.

Quando si sceglie una trasmissione a catena multimotore, il diagramma della forza di trazione viene tracciato come per un singolo motore. L'azionamento elettrico deve fornire la massima forza di trazione necessaria per vincere la resistenza al movimento del trasportatore. Nella fig. 1, b mostra un diagramma delle forze di trazione nell'elemento di trazione del trasportatore, secondo il quale è possibile delineare il luogo di installazione delle stazioni di azionamento.

Se, ad esempio, poniamo la condizione che il numero di stazioni motrici sia tre e tutti i motori debbano fornire la stessa forza di trazione, allora i motori devono essere installati in una posizione caratterizzata dal punto 0 e ad una distanza 0 -1 e 0- 2 da esso, rispettivamente (Fig. 6, a) Durante il funzionamento del trasportatore, in caso di corrispondenza completa delle caratteristiche meccaniche dei motori, ciascuno di essi crea approssimativamente la stessa forza di trazione (Fn - T0) / 3 .

Riso. 6. Grafici di distribuzione del carico nell'elemento di trazione del trasportatore a catena.

L'uso di azionamenti multimotore sui trasportatori a catena riduce notevolmente il carico sull'elemento di trazione, per cui l'attrezzatura meccanica può essere selezionata in modo più leggero. Il numero ottimale di stazioni di azionamento sul trasportatore viene selezionato attraverso un confronto tecnico ed economico delle opzioni, che tiene conto sia del costo dell'azionamento elettrico che dell'attrezzatura meccanica.

Nel caso in cui le caratteristiche dei motori siano leggermente diverse, ciascuna macchina può creare uno sforzo di trazione diverso da quello calcolato. Nella fig. 6a mostra le caratteristiche meccaniche di tre motori della stessa potenza, con gli stessi parametri, e in fig. 6, b — caratteristiche dei motori con parametri diversi. Le forze che i motori creeranno si trovano costruendo la caratteristica comune 4.

Poiché i rotori di tutti i motori del trasportatore sono saldamente collegati all'elemento di trazione, la loro velocità corrisponde alla velocità della catena e la forza totale è pari a (Fa — T0). La spinta di ciascun motore può essere facilmente ricavata tracciando una linea orizzontale corrispondente alla velocità nominale e incrociando le caratteristiche 1, 2, 3 e 4.

Nella fig. 6, aeb, oltre alle caratteristiche meccaniche dei motori, sono riportati i diagrammi della forza di trazione. Nell'elemento di trazione, con differenti caratteristiche dei motori, si possono creare ulteriori tensioni dovute alla differenza delle forze di trazione sviluppate dai motori del trasportatore.

Quando si scelgono i motori delle stazioni di azionamento del trasportatore, è necessario verificarne le caratteristiche e, se possibile, ottenere una corrispondenza completa.In base a queste condizioni, è consigliabile utilizzare motori asincroni a rotore avvolto, dove l'adattamento delle caratteristiche può essere ottenuto introducendo resistenze aggiuntive nel circuito del rotore.

Nella fig. 7 mostra le caratteristiche meccaniche dell'azionamento elettrico del trasportatore a due motori. Le caratteristiche 1 e 2 sono naturali, rispettivamente le caratteristiche 1' e 2' sono ottenute con una resistenza aggiuntiva introdotta nel circuito del rotore del motore. La coppia totale e la forza di trazione sviluppate dai motori saranno le stesse per entrambe le caratteristiche hard 1, 2 e soft 1', 2'. Tuttavia, il carico tra i motori è distribuito in modo più favorevole con caratteristiche morbide.

Riso. 7. Distribuzione del carico tra i motori del trasportatore con diversa rigidezza delle loro caratteristiche.

Quando si progetta l'attrezzatura meccanica, si dovrebbe tenere conto del fatto che la velocità del trasportatore diminuisce con l'ammorbidimento delle caratteristiche dei motori e, per mantenere una velocità nominale costante del trasportatore, è necessario modificare il rapporto di trasmissione di i riduttori. In pratica, è consigliabile introdurre una resistenza aggiuntiva nel circuito del rotore dei motori di trasporto con non più del 30% della resistenza nominale del rotore. In questo caso, la potenza del motore dovrebbe aumentare di circa 1 / (1 —s) volte. Quando i motori asincroni a gabbia di scoiattolo sono installati sul trasportatore, dovrebbero essere selezionati con scorrimento maggiore.