Повышение эффективности установки путем оптимизации конструкции стопора обратного хода

06/12/2017 09:59:05
 
 
Download Text
Russian
ImagesClick Image for 300dpi jpg fileПовышение эффективности установки путем оптимизации конструкции стопора обратного ходаПовышение эффективности установки путем оптимизации конструкции стопора обратного ходаПовышение эффективности установки путем оптимизации конструкции стопора обратного ходаПовышение эффективности установки путем оптимизации конструкции стопора обратного ходаПовышение эффективности установки путем оптимизации конструкции стопора обратного ходаПовышение эффективности установки путем оптимизации конструкции стопора обратного хода

Обгонная муфта и стопор обратного хода — важнейшие узлы, применяемые в отраслях тяжелой промышленности, таких как добыча ископаемых и металлургия, а также в отрасли обработки пищевых продуктов и всех прочих отраслях, где выполняется транспортировка грузов и материалов конвейерным оборудованием. Основной задачей этих механизмов является предотвращение обратного хода и неуправляемого ускорения системы при неисправности привода (например, при исчезновении напряжения питания). Поэтому важно, чтобы такие узлы и их спецификации разрабатывались с высокой степенью точности.

Доктор Торстен Кретчмер (Torsten Kretschmer), технический директор Stieber GmbH, поясняет, какие факторы учитываются при проектировании стопоров обратного хода и перечисляет важные аспекты, связанные с нормами безопасности, которые могут появиться в будущем.

Стопор обратного хода — основной компонент системы безопасности, предотвращающий неуправляемое изменение направления и скорости движения под воздействием силы тяжести. Полностью нагруженный ленточный конвейер в случае его остановки может создавать огромные крутящие моменты на привод. Тем не менее, обладая нужными технологиями и глубокими знаниями относительно основных условий использования, можно спроектировать стопоры, которые обеспечат надежность силовой передачи при перегрузке при небольших габаритах и невысокой стоимости. Стопоры обратного хода также заслуживают внимания с точки зрения технических аспектов охраны труда, техники безопасности и предотвращения аварий.

Принципы конструирования

Для правильного конструирования стопоров проектировщик установки должен располагать точными данными относительно моментов, возникающих на конвейерной линии. При наличии сомнений многие заказчики и проектировщики применяют высокие запасы прочности, хотя разумно было бы избегать завышенных характеристик и ненужных расходов.

По этой причине операторы установок должны привлекать к определению моментов опытных проектировщиков, способных произвести очень точные расчеты таких показателей. Эта информация, кроме того, поможет изготовителю обгонной муфты совместно с заказчиком точно согласовать эксплуатационные данные стопора относительно ожидаемых моментов.

В идеальном случае стопор обратного хода проектируется параллельно с приводом, поскольку двигатель и редуктор определяют его габариты и эксплуатационные параметры.

Стопоры могут закрепляться посредством фланцев непосредственно на корпусе трансмиссии и подключаться к быстроходному валу трансмиссии, или монтироваться вне корпуса на конце тихоходного вала трансмиссии. Для упрощения обслуживания трансмиссия может монтироваться так, чтобы при ее демонтаже не требовалось снимать конвейерную ленту — некоторые пользователи предпочитают устанавливать трансмиссию отдельно от конвейерной линии. В таком случае наилучшим решением будет установка внешних стопоров обратного хода между конвейерной линией и трансмиссией.

Такие механизмы должны выдерживать достаточно высокие моменты, что отражается на их размерах и, вероятно, стоимости. Если упомянутыми выше преимуществами с точки зрения обслуживания можно пожертвовать, зачастую рекомендуется устанавливать стопоры на трансмиссии. Поскольку нагрузка от крутящего момента при такой установке будет меньше, чем при внешней установке, такие стопоры могут иметь меньший размер и меньшую стоимость.

Балансировка нагрузки и ограничитель крутящего момента

Количество и конфигурация стопоров в большинстве случаев определяется особенностями эксплуатации. Можно предположить, что на конвейерах с несколькими приводами и соответствующим количеством стопоров обратного хода без ограничителей крутящего момента будет выполняться только балансировка низкой нагрузки. (распределение нагрузки между стопорами). Это возможно благодаря задержке включения разных стопоров обратного хода (RS) вследствие допусков в точках установки, разного удлинения ленты в точках остановки, разных фрикционных состояний (коэффициенты эффективности) на лентах и т.п.

Этот сценарий поясняется на рис. 1. На нем показано, что стопор RS1 должен передать намного более высокий крутящий момент, чем RS2 — в чрезвычайных обстоятельствах даже весь обратный крутящий момент. На практике это означает практически троекратный запас прочности по сравнению с крутящим моментом двигателя. Балансировка нагрузки между RS1 и RS2 в таком случае не выполняется. Точка RS2 при этом может использоваться только для предохранительного дублирования, и это, таким образом, означает, что при проектировании RS2 следует предусмотреть тот же запас прочности, что и для RS1. Несложно заметить, что обе RS при этом будут иметь непропорционально высокую точку отключения.

Диаграмма 1. Повышение крутящего момента на установках с несколькими приводами

Крутящий момент (кНм)
Накат(°)
RS1
RS2
Прилагаемый крутящий момент
Номинальный крутящий момент RS1

На рис. 2 показаны результаты измерения крутящего момента на двух стандартных стопорах обратного хода без ограничения крутящего момента, установленных на валу. Результаты показывают увеличение крутящего момента на одном из двух стопоров обратного хода на 20%, что имеет соответствующие последствия для проектирования.

Диаграмма 2. Крутящий момент на двух стопорах обратного хода без ограничения крутящего момента

Крутящий момент на стопорах при нагруженном аварийном останове
Крутящий момент (фут-фунт)
Время (с)
Северный стопор
Южный стопор

Баланс нагрузки можно улучшить, установив стопоры обратного хода с ограничением крутящего момента. Это позволит уменьшить размер самих стопоров без ущерба для безопасности. Далее показаны реальные примеры двух конфигураций для тихоходного и быстроходного вала.

Конструкция для тихоходного вала

Область применения: конвейер, установленный на поверхности, без ограничения момента на тихоходном валу

Мощность двигателя 3200 кВт
Запас прочности (спецификация заказчика) 1,5
Частота вращения приводного ролика, лента 55 об/мин
Обратный крутящий момент нагруженной ленты 53 кНм

Спецификация заказчика: стопор обратного хода должен преодолевать нагрузку крутящего момента после прерывания запуска.

Выдерживаемый крутящий момент на стопоре обратного хода ≥ (3200 kW × 1,5 × 9550) / (55/min) = 833,5 kNm

Расчет для стопоров обратного хода с ограничением крутящего момента на тихоходном валу выполняется совсем иначе. В данном случае стопор обратного хода регулируется таким образом, чтобы обеспечивать безопасную передачу обратного крутящего момента от нагруженной ленты (запас прочности: 1,3).

Момент проскальзывания стопора обратного хода ≥53 kNm ×1,3 =68,9 kNm

При прерванном запуске стопор обратного хода проскальзывает вплоть до исчезновения натяжения на ремне.

Конструкция для быстроходного вала

Область применения: наклонный конвейер со стопорами обратного хода без ограничения момента на быстроходном валу

Мощность двигателя 950 кВт
Запас прочности (спецификация заказчика) 1,5
Частота вращения быстроходного вала 500 об/мин
Обратный крутящий момент на быстроходном валу 15 кНм

Выдерживаемый крутящий момент на стопоре обратного хода ≥ (950 kW ×1,5 ×9550) / (500/min) = 27,2 kNm

В данном случае заказчик выбрал стандартный стопор обратного хода с максимальным выдерживаемым крутящим моментом 72 кНм, который был поврежден при прерванном запуске из-за перегрузки ленты. В такой ситуации даже более высокий запас прочности или установка более мощного стопора обратного хода не помогла бы , только из-за того, что трансмиссия не рассчитана на такие обстоятельства и стопор обратного хода с соответствующим выдерживаемым крутящим моментом невозможно установить на трансмиссии из-за его размера.

С другой стороны, в такой ситуации эффективным будет стопор обратного хода с ограничением крутящего момента, соответствующим образом отрегулированным крутящим моментом проскальзывания и более высокой мощностью в режиме проскальзывания.

Стопор обратного хода с ограничителем момента регулируется таким образом, чтобы обеспечивать безопасную передачу обратного крутящего момента от нагруженной ленты (запас прочности: 1,3).

Момент проскальзывания стопора обратного хода ≥ 15 kNm ×1,3 = 19,59 kNm

При прерванном запуске стопор обратного хода проскальзывает вплоть до исчезновения натяжения на ленте.

Как видно из приведенных примеров конструкции, стопоры обратного хода с ограничением крутящего момента, способные надежно выдерживать противодействующий (обратный) момент (запас прочности 1,3) без повреждения при прерванном пуске, могут быть намного меньше традиционных стопоров. Stieber рекомендует использовать запас прочности 1,3 от противодействующего момента, если это допустимо.

Безопасная конструкция стопоров обратного хода с балансом нагрузки

Наряду с противодействующим моментом, конструкция в значительной мере зависит от коэффициента эффективности конвейерной системы и заданного динамического крутящего момента проскальзывания стопора.

Пример 1

Предположим, что

  • RS1 получает 65% крутящего момента при полной нагрузке на привод (VL), а RS2 — 35% VL;
  • для начального пускового момента задается значение 60% VL, соответственно;
  • динамический момент проскальзывания меньше статического (µdyn = 0,8 µstat), получаем:

Диаграмма 3

Крутящий момент двигателя при полной нагрузке (VL)
RS1 проскальзывает при 48% VL
Рассеивание энергии на RS1 из-за проскальзывания
RS2 при 52% VL – x -> без проскальзывания
Ленточная система при 100% VL - x

КПД ленточной системы (x), как правило, оказывает положительное воздействие, т.е. независимо от удельной величины лента не проскальзывает

Из примера видно, что баланс нагрузки между двумя стопорами обратного хода на общем валу может быть оптимизирован посредством ограничителей крутящего момента, а компоненты можно сделать меньше. Однако для этого требуется тщательный расчет с учетом точных данных применения, как видно из второго примера.

Пример 2

Основные предположения соответствуют приведенным в примере 1, но для начального пускового момента задается значение 55% VL. В зависимости от х (КПД ленточной системы), возможны два противоположных сценария:

Диаграмма 4

Крутящий момент двигателя при полной нагрузке (VL)
Стопор обратного хода 1 проскальзывает при 44% VL
Рассеивание энергии на стопоре обратного хода 1 из-за проскальзывания
Стопор обратного хода при 56% VL – x
Ленточная система при 100% VL - x
Стопор обратного хода 1 проскальзывает при 44% VL
Рассеивание энергии из-за сброса нагрузки
Ленточная система при 88% VL, 12% от сброшенной нагрузки

Как упоминалось, КПД ленточной системы (х) оказывает положительной воздействие на конструкцию стопора обратного хода. Чем точнее будут определены КПД х и условия работы, тем точнее будет конструкция стопоров обратного хода. Также это позволит уменьшить их размеры. Если эта величина неизвестна, Stieber рекомендует использовать запас прочности 1,3 для обратного крутящего момента нагруженного ремня, если не указано иного.

В каждом случае применения есть свои специальные требования, поэтому расчет конструкции стопоров обратного хода должен тщательно проверяться экспертами, имеющими опыт реализации таких решений. Обладая достаточными техническими знаниями, можно разработать недорогое, но безопасное и надежное решение.

Плавное растормаживание

Как правило, конструкция электродвигателей не рассчитана на запуск конвейерных лент в полностью нагруженном состоянии. Для этого электродвигатели должны иметь огромные размеры, что означает низкий КПД при нормальной работе. Следующим шагом после реагирования стопора обратного хода является плавное растормаживание конвейерной ленты. Длительность этого процесса в большой степени зависит от типа установленного стопора обратного хода. В идеале, механический или гидравлический механизм стопора обратного хода обеспечивает управляемое растормаживание ленты. Если в системе установлено несколько стопоров обратного хода, особенно эффективным и удобным способом является одновременное и постепенное растормаживание посредством центральной гидравлической системы. Это позволит осуществлять управляемое движение конвейера в обратном направлении и обеспечит быструю разгрузку.

В качестве примера применения можно привести конвейер для транспортировки угля в грузовом порту. Если ленточный транспортер, оснащенный обычным стопором обратного хода, останавливается после отключения питания, его необходимо разгрузить перед перезапуском системы. Это может занять целый день и повлечь за собой огромные расходы, в том числе из-за внепланового простоя. Стопор обратного хода с функцией плавного растормаживания позволяет разгрузить конвейер всего за несколько минут, и загрузка судов продолжится по графику.

До настоящего времени большинство типов стопоров обратного хода разрешали выполнять обратный ход только в определенном диапазоне и с невысокой скоростью. Сегодня компания Stieber предлагает изделия, лишенные этих недостатков. Наша продукция позволит операторам конвейерных систем до минимума уменьшить длительность простоев из-за разгрузки после поломки привода.

Тогда как традиционные стопоры обратного хода оснащены подшипниками скольжения, стопоры Stieber типа RDBK и RDBR оснащены запатентованными роликоподшипниковыми узлами. Они могут длительно работать в режиме обратного хода и, что важнее всего, на высоких скоростях.

Эксплуатационные испытания и законодательные нормы

В настоящее время эксплуатационные испытания стопоров обратного хода не являются обязательными, в частности из-за затратности этого процесса и необходимости простоев. С другой стороны, стопоры обратного хода выполняют важнейшую предохранительную функцию, и реализация программ обслуживания и испытаний, предназначенных для гарантии надежного функционирования этих компонентов в аварийных ситуациях, кажется более чем обоснованной.

Благодаря обилию горнорудных предприятий Австралия является лидером по стандартам безопасности для больших конвейерных систем. Австралийские стандарты безопасности для ленточных конвейеров, предназначенных для транспортировки сыпучих материалов AS/NZS 4024.3611:2015, описывают требования к оборудованию, широко используемому, например, в горнорудной промышленности. В разделе 2.2.3.21 содержится подробное описание резервной конструкции и неисправности компонентов:

«2.2.3.2 Механизмы защиты от неуправляемого ускорения

механизм, блокирующий неуправляемое ускорение для предотвращения эффекта «свинчивания» при поломке связанного компонента. Для цепных конвейеров может понадобиться несколько таких механизмов.

Если вследствие неисправности предохранительного устройства предотвращения ускорения возникает риск для людей, неуправляемое ускорение следует предотвращать посредством двух автоматически активируемых механизмов, каждый из которых должен выдерживать полную нагрузку. Такие механизмы следует осматривать на предмет износа и правильности функционирования. Каждое предохранительное устройство предотвращения ускорения должно иметь такую конструкцию, которая бы обеспечивала остановку и выдерживала не менее 150% от максимальной нагрузки конвейерной системы.

ПРИМЕЧАНИЕ. К таким механизмам, среди прочих, можно отнести тормоза и стопоры обратного хода».

С учетом все большего внимания к технике безопасности и охране труда не следует исключать возможности того, что нормы техники безопасности в определенных отраслях или регионах будут ужесточаться, и со временем регулярные проверки предохранительных механизмов в рабочих условиях станут обязательными. Например, может возникнуть ситуация, когда оператору придется смоделировать ситуацию аварийного останова полностью загруженного конвейера для проверки правильности функционирования стопоров обратного хода и подобных механизмов.

Даже если операторы получат положительные результаты испытаний, они все равно могут столкнуться с необходимостью разгрузки заблокированной конвейерной системы, прежде чем производство сможет быть продолжено. Любой, у кого есть стопоры обратного хода, обеспечивающие управляемый обратный ход, в такой ситуации смогут сбросить нагрузку всего за несколько минут. Учитывая стоимость простоя производства, все больше операторов предпочитают устанавливать такие компоненты.

Подписи к рисункам:

Фото 1 + 2: Обгонные муфты и стопоры обратного хода играют важнейшую роль в таких отраслях тяжелой промышленности, как добыча ископаемых и металлургия.

Фото 3: Диаграмма 1

Фото 4: Диаграмма 2

Фото 5: Диаграмма 1

Фото 6: Диаграмма 2

О компании Stieber GmbH

Компания Stieber была основана в 1937 году в Мюнхене и в настоящее время является компанией среднего размера. В ее отделениях в Гейдельберге и Гархинге поблизости от Мюнхена работают 140 человек.

В истории компании Stieber множество инновационных разработок, сделавших ее лидером европейского рынка. Это было продемонстрировано, например, в ходе разработки и проектирования самого крупного ограничителя обратного хода в мире.

Компания Stieber, являющаяся частью компании Altra Industrial Motion Corp., — вместе со своими компаниями-партнерами Formsprag и Marland в США — является лидером мирового рынка обгонных муфт и ограничителей обратного хода.

Согласно пожеланиям покупателя либо особенностям применения, в дополнение к стандартной программе компания Stieber может разработать и изготовить специальные изделия. Компания уже имеет опыт создания устройств для крутящего момента от менее 1 Нм до 1 700 000 Нм. Последняя величина представляет самые крупные устройства из всех ранее изготовленных в мире.

Изображения, распространяемые в данном пресс-релизе, разрешается использовать только вместе с данной копией. Изображения защищены авторскими правами. Для приобретения лицензии на использование изображения иным образом обратитесь в компанию DMA Europa.

Editor Contact

DMA Europa Ltd. : Anne-Marie Howe
Tel: +44 (0)1562 751436 Fax: +44 (0)1562 748315
Web: www.dmaeuropa.com
Email: anne-marie@dmaeuropa.com

Company Contact

Stieber GmbH : Christian Berlinghof
Tel: +49 (0) 6221 3047-21 Fax:
Web: www.stieber.de
Email: christian.berlinghof@altramotion.com

 
  [ Back ]  
About the DMA Group Click to Read More