Шестаков В.С. Оптимизация параметров горных машин. Учебное пособие (811777), страница 24

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 24)

Сложность применения второго условия в том, что заранеенеизвестна длительность нарастания усилия в канате, и поэтомупридется время задать с большим запасом, что также приведет кувеличению длительности расчетов. График на рис. 5.23 показывает, что максимальное усилие в канате соответствует первому пику,поэтому в качестве условия повторения расчетов можно использовать третье условие.Алгоритм решения задачи должен соответствовать рассматриваемому физическому процессу – работе подъемной лебедки. Врабочем процессе можно выделить этапы: разгон барабана до выбора слабины; натяжение каната с нарастанием усилия до силы тяжести груза; подъем груза до момента увеличения усилия в канате до максимального значения.До выбора слабины осуществляется движение только первоймассы, усилие в канате равно нулю, вторая масса неподвижна.

После выбора слабины начнется увеличение усилия в канате, и послетого, как оно достигнет веса груза, начнется движение второй массы.Каждый из приведенных этапов может быть реализован самостоятельным алгоритмом, а в программе - отдельной процедурой.Такой подход продемонстрирован в задаче определения максимального хода ударника (см. п. 5.7). В данной задаче на первом этаперешаются выражения, реализующие движение первой массы с нулевым усилием в канате. Эти же выражения должны решаться навтором и третьем этапах, только уже с усилием в канате, большимнуля.

Рассмотрим, как может быть организован алгоритм без повторений выражений движения первой массы.Этапы в алгоритме в таком случае реализуются двумя циклами – внешний цикл по проверке прекращения нарастания усилия,внутренний – по слабине каната.Для поиска максимального усилия используется стандартный140алгоритм поиска максимума. Суть его в следующем: для хранения максимального значения отводится переменная, ив нее заносится значение, заведомо меньшее максимального; при вычислении текущего значения переменной оно сравнивается со значением, хранимым в переменной, отведенной для максимального; если вычисленное значение будет больше максимального, тооно заносится в ячейку для хранения, а если меньше, - то не заносится.Для реализации второго этапа – нарастание усилия в канатебез движения второй массы, в алгоритм включена защита исключения отрицательного значения скорости второй массы.

При решениивыражения расчета скорости второй массы, пока усилие меньше веса груза, скорость будет отрицательной. Так как груз вниз двигатьсяне может (он находится на основании), то такие значения должныбыть исключены.Блок-схема алгоритма показана на рис. 5.24. При реализациив программе указанный алгоритм рекомендуется оформить отдельной подпрограммой. Самостоятельными подпрограммами можнооформить ввод данных, приведение к валу барабана.После составления программы можно провести исследованиявлияния слабины и жесткости на максимальное усилие в канате.Для исследований влияния жесткости необходимо задавать пределыее изменения.

В качестве максимальной жесткости может бытьпринята жесткость каната (значения приводятся в справочникахконструктора), а за минимальное значение - приведенная жесткостьспециальных устройств (например, демпферов, встраиваемых вблоки, муфт и т. п.). Для проведения исследований необходимо организовать цикл изменения жесткости от минимальной до максимальной. Для каждого значения жесткости необходимо вызыватьподпрограмму, реализующую алгоритм по рис. 5.24, а после расчетаорганизовать вывод результатов.

Указанный цикл и вывод результатов лучше всего реализовать в самостоятельной процедуре.141а)Jб, Мдв .б, L, t, RбJб,Мдв.б,Gг,mг ,Rб ωб,Ск,tб) б=0; vг=0; хг=0; Fкmax=0; Fк=0ωб=0; б=0Мc.б =Fк  Rб;б = б +Мдв.б  t / Jбб=б + (Мдв.б - Мc.б )t/Jбб = б + б  tб = б + б  txб = б  Rбxб = б  RбДаxб < LFкmax= Fкvг= vг +(Fк -Gг)t/ mгНетДаvг < 0Нетvг= 0бxг= xг + vг tFк= Ск(xб -xг )ДаПрограмма расчета усилия в канатеFк >=FкmaxНетFкmaxРис. 5.25. Блок-схема алгоритма расчета максимального усилияв канате:а – до выбора слабины; б – после выбора слабиныВ алгоритм введена дополнительная проверка vг<0. С помощью этой проверки исключено движение груза вниз, пока усилие вканате не превысит Gг .

При отсутствии этой защиты, пока Fк <Gг,скорость будет отрицательна и груз будет «погружаться в почву»,чего в реальности нет. Приравняв vг= 0, мы исключили такой режим.Для проведения исследований влияния слабины намаксимальное усилие необходимо организовать цикл измененияслабины от нуля до максимальной, для каждого значения слабинынеобходимо вызывать подпрограмму, реализующую алгоритм порис. 5.24, а после расчета организовать вывод результатов.1425.12. Расчет продолжительности спуско-подъемныхопераций буровых установокОсобенностью СПК является наличие в передаточном механизме полиспастной системы /13/.

Канат на сжатие не работает, поэтому при опускании буровой колонны или только элеватора возможны два режима движения: элеватор разгоняется до установившейся скорости под действием сил тяжести, привод не оказывает тормозного действия; элеватор разгоняется до установившейся скорости под действием сил тяжести, привод или тормоз притормаживает движениекрюка.Первый режим реализуется, если разгон барабана лебедкиосуществляется приводным двигателем, и разгон выполняется сотносительным ускорением большим ускорения движения крюка. Второй режим реализуется для случая отключения двигателяна момент разгона или при ускорении барабана под действиемдвигателя, меньшим ускорения движения крюка под действиемсил тяжести.

При реализации алгоритма в программе необходимо определить, какой режим реализуется приводом и, соответственно, определить движущее усилие.При реализации первого режима рассматривались две одномассовые системы: первая включает все элементы передачидвигатель-барабан, а вторая все подвижные элементы талевойсистемы и буровой колонны с крюком. Если ускорение движениявторой массы будет больше первой, то двигатель будет притормаживать разгон, а, если меньше, то движение масс будет независимым до перехода привода на установившуюся скоростьдвижения.4.12.1. Расчетная схемаСпуско-подъемный комплекс состоит из достаточно большогочисла элементов и включение их всех в расчетную схему приведет143к сложному математическому описанию.

Для упрощения используют расчетные схемы с меньшим числом масс и передаточных звеньев. Несколько масс используют для задач, в которых требуется определять усилия в передаточных элементах. Для задач, в которыхтребуется определить продолжительность рабочей операции, обычно применяют одномассовую расчетную схему (рис. 4.22). Заменареальной многомассовой системы одномассовой приводит к исключению упругих связей между массами и, тем самым, исключаютсяколебания одних масс относительно других. С учетом того, что значение жесткости связей в реальных системах очень велики, эти колебании будут несущественными и не окажут влияния на время перемещения буровой колонны и на эквивалентные нагрузки. Поэтому для решаемых задач применение одномассовой расчетной схемывполне оправдано /8/.Мдв.пра)Мс.прJ.пб)LпрβпрFдв.прmпрFсРис.

4.23. Расчетная схемаМдв.пр – приведенный движущиймомент, Мс.пр – приведенный момент сопротивления, β.пр – приведенный угол поворота, J.пр– приведенный момент инерцииFдв.пр – приведенное движущееусилие; Fс. – приведенное усилиесопротивления; L.пр – приведенная высота подъема, m.пр– приведенная массаПри составлении расчетной схемы вначале определяется элемент конструктивной схемы – звено приведения, к которому будутприводиться все остальные элементы.Для рассматриваемой задачи за звено приведения может бытьпринят вал двигателя (рис. 4.23, а) или крюк (рис. 4.23, б).144Более привычным для использования в методиках расчета времени перемещения буровой колонны является использование крюкав качестве звена приведения.

По модели сразу получают перемещение колонны бурильных труб, которое может быть использовано ввычислительном алгоритме. Но при таком приведении возникаютсложности в расчете движущих усилий и приведенных моментовинерции при многослойной навивке каната на барабан. Это связанос тем, что скорость двигателя, переходя на следующий слой навивки, практически не меняется, но при переходе на новый слой навивки каната меняется радиус и, соответственно, скорость движенияколонны. Изменение радиуса приводит к изменению приведенныхмасс или моментов инерции, движущих усилий. Исходя из отмеченного, за звено приведения при перемещении колонны или элеватора принимается вал двигателя, а при торможении, в зависимостиот реализуемой схемы, или тот же вал двигателя, или вал привода,на котором установлено тормозное устройство (для схем при отключении двигателя на время торможения).При расчете суммарного, приведенного к валу двигателя, момента инерции, достаточно сложно сразу вывести выражение длярасчета моментов инерции, например, талевой системы, поэтомуможно использовать второе, дополнительное звено приведения –крюк (элеватор).

К этому элементу приводятся все подвижные элементы талевой системы и непосредственно поступательно движущие элементы буровой колонны и элеватора. При расчете продолжительности разгона и торможения приведенная масса пересчитывается в приведенный момент с учетом радиуса навивки каната набарабан и передаточного отношения привода и полиспастной системы.При сведении реальной системы к одномассовой, чтобы не нарушились реальные закономерности, должны быть использованывыражения приведения, получаемые из закона сохранения энергииреальной системы и расчетной. Для получения расчетной схемы необходимо привести к звену приведения массы (моменты инерции),145движущие усилия (движущие моменты), усилия сопротивления(моменты сопротивления), линейные перемещения (угловые перемещения), линейные скорости (угловые скорости).4.12.2. Приведение параметров СПК для расчетной схемыПриведенный к валу двигателя момент инерции привода СПКПриведенный момент инерции должен включать в себя моменты инерции двигателей, муфт, тормозных шкивов, ведомого валаКПП и элементов жестко связанных с ним, ведущего вала КПП иэлементов жестко связанных с ним, моменты инерции всех промежуточных передач между ведомым и ведущим валом.Суммарный, приведенный к валу двигателя, момент инерциивсех вращающихся элементов привода, включая и барабан с валом,определится по выражениюN э.kJ вр.пр  J дв Nпk Jii 1U k2 mпр 2Rбр(4.52)22U пр  U тсгде Jдв – момент инерции ротора двигателя,Ji – момент инерции i-го элемента,Nп – количество передач, меняющих скорость вращения,Uk – передаточное отношение между валом двигателя и k-й передачей,Nэ.k – количество элементов, имеющих k-ю скорость вращения,mпр – приведенная ко крюку масса движущихся частей СПК заисключением привода и барабана,Uпр – передаточное отношение между валом и барабаном,Uтс – кратность оснастки талевой системы,Rбр – расчетный радиус навивки талевого каната на барабан.Приведенная масса без вращающихся частей приводаПриведенная к крюку масса включает в себя массы (моментыинерции) всех подвижных элементов спуско-подьемного комплекса146и бурильной колонны.Особенности расчета приведенной массы СПК: приведенная масса, участвующая в разгоне системы, отличается от приведенной массы при торможении; приведенные массы меняются по мере разборки буровой колонны: приведенные массы для подъема (опускания) буровой колонны и подъема (опускания) только элеватора различны.В общем виде выражение для расчета приведенной массы будет следующим:mпр= mкол+mтс+mш+mк(4.53)где mкол – масса колонны бурильных труб (при перемещении одногоэлеватора будет равна нулю), кг;mтс – масса поступательно движущихся частей талевой системы (талевый блок, крюк, элеватор), кг;mш – масса шкивов талевой системы, приведенная к крюку, кг;mк – масса талевого каната, находящегося в оснастке, приведенная к крюку, кг.Масса колонны бурильных трубМасса колонны определяется на момент расчета (она меняетсяпри наращивании и разборке буровой колонны):Nт(4.54)m  k m  mколi 1тiтiзогде mтi – масса одной трубы i-го типоразмера в поднимаемой (опускаемой) бурильной колонне,ктi – количество труб i-го типоразмера в поднимаемой (опускаемой) бурильной колонне,Nт – количество типоразмеров в поднимаемой (опускаемой)бурильной колонне,mзо – масса забойного оборудования.Масса поступательно движущихся частей талевой системыmтс = mтб+mк+mэ147(4.55)где mтб – масса подвижных талевых блоков;8’10'10v8vк106'80'2'46v94'v675432108vк10v6v9'7’4v2vк5'3'mтб1'vкmкmэРис.

Характеристики

Список файлов книги