Выравнивание нагрузок на двигатели

В некоторых машинах по условиям компоновки и в соответствии с требованиями эксплуатации необходимо использовать два или более двигателя для приведения в действие через суммирующий редуктор или отдельные приводные блоки единого исполнительного органа.

К таким машинам относятся ленточные и цепные скребковые конвейеры, роторные экскаваторы, дробилки отдельных типов, горнопроходческие щиты, комбайны и др.

В качестве примера ниже показано, каким образом с помощью гидромуфт возможно полностью выровнять нагрузки на каждом из двух двигателей привода.

Первоначально для сравнения рассмотрим случай работы "жесткого" привода, при котором валы двух двигателей напрямую соединены с входным валом суммирующего редуктора. В основу определения нагрузки на валах двигателей положено общепринятое допущение, что рабочая часть графика механической характеристики асинхронного электродвигателя представляет линейную зависимость момента от скольжения.

Так как валы обоих двигателей в рассматриваемом случае имеют друг с другом жесткую связь, то среднее значение рабочей нагрузки может быть принято равным удвоенному номинальному моменту Мн двигателя. В этом случае справедливым будет равенство:

М_1д + М_2д= 2Мн (1), где М_1д, М_2д-моменты соответственно на валу 1-го и 2-го двигателей

Эти моменты равны:

М_1д =М _н ?(n_s-n_p)S_1д? n_s

M_2д =М _н ?(n_s-n_p)S_2д? n_s

n_s-синхронная частота вращения двигателей,
n_p-частота вращения входного вала редуктора,
S_1д, S_2д - скольжение соответственно 1-го и 2-го двигателя.

Подставляя в равенство (2) соответствующие выражения для М_1д и М_2д, можно найти фактическое значение n_p .

n_p = n_s - (2 n_s S_1д S_2д)/(S_1д+ S_2д)

Роторы обоих двигателей вращаются с частотой n_p и скольжением S_1д = S_2д =(n_s -n_p)/n_s. Моменты М_1д и М_2д при предельном, но допустимом отклонении скольжения в пределах +20% (ГОСТ 183-74) могут отличаться в 1,5 раза. При переменном характере сил, воздействующих на исполнительный орган машины, разброс нагрузки может быть достаточно большим и опасным, по меньшей мере, для 1-го двигателя.

При установке в привод гидромуфт скольжение их колес может быть различным за сч?т небольшой разницы в заполнении полости РЖ. Скольжение гидромуфт, связанных соответственно с1-м и 2-м двигателем равно:

S_1г=1-(n_p / n_1д)

S_2г = 1-(n_p / n_2д)

Частота вращения турбин обеих гидромуфт, ж?стко связанных между собой через редуктор, одинакова и равна n_p, поэтому n_1д (1-S_1г)=n_2д (1-S_2г) (2).

При этом необходимо иметь в виду, что с 1-м двигателем работает гидромуфта, имеющая большее скольжение и наоборот, т.е. S_1г > S₂.

Если известны значения частот вращения 1-го и 2-го двигателей при Мн и величина скольжения, например, гидромуфты 2-го двигателя S_2г, то величина скольжения S_1г гидромуфты, работающей с первым двигателем, определяется из равенства (3). S1г =1- n_2д /n_1д?(1-S_2г).

При n_s =1500 мин^-1и значениях n_1д =1483мин^-1, n_2д=1476 мин^-1 и S_2г=0,035 (3,5%) скольжение S_1гбудет равным 4%, а моменты обоих двигателей равными Мн при предельных отклонениях их номинального скольжения. Как показывает опыт уменьшение скольжения гидромуфты на 0,5% может быть достигнуто при уменьшении заполнения ее полости РЖ на 4-5%.

На рис.7 показана связь моментов в функции скольжения для вышеуказанных случаев двухдвигательного привода. Линии 1 и 2 относятся к рабочему участку характеристики соответственно 1-го и 2-го двигателей, линия 3 соответствует номинальному скольжению Sдн= S_1д =S_2д, значение которого предусмотрено ГОСТом или ТУ.

Кривыми а и б обозначены моментные нагрузочные параболы гидромуфты при ее заполнении РЖ Q₁ и Q_2. Обе кривые являются графиками квадратичной зависимости Мг от частоты вращения двигателя. В приведенном случае Q₁ < Q_2, поэтому гидромуфта, имеющая скольжение S_1г, должна работать совместно с 1-м двигателем, собственное скольжение которого S_1д меньше скольжения 2-го двигателя S_2д. Последний должен работать с гидромуфтой, скольжение которой равно S_2г при заполнении Q_2. Точки А и В интерпретируют совместную работу гидромуфт с соответствующими двигателями.

Практика эксплуатации гидромуфт мощностью 250 квт в двухдвигательном приводе ротора высокопроизводительных экскаваторов ЭР1250-ОЦ на угольных разрезах Восточной Сибири и Казахстана показала, что срок службы двигателей увеличился более, чем вдвое. При этом сократилось и число простоев из-за выхода из строя зубчатых передач редуктора. В связи с этим уменьшилась в целом потеря производительности роторного экскаватора.