Оперативными называются лебедки, предназначенные для перемещения корпуса плавучих земснарядов по акватории обводненных забоев: становые лебедки (носовые и кормовые) создают усилия, необходимые для перемещения земснаряда в направлении его продольной оси; папильонажные лебедки правого и левого папильонирования служат для перемещений земснаряда в направлении поперечной оси.
Режим работы привода оперативных лебедок характеризуется непостоянством нагрузки и является непрерывно-циклическим. Одновременно работают одна или две пары приводов оперативных лебедок.
Наивысшая производительность и качество разработки выемок земснарядами достигаются непрерывным перемещением грунтозаборного устройства при низких (ползучих) скоростях, при оптимальной загрузке рыхлителя и грунтового насоса.
Например, при общей высоте песчаного забоя до 10 м наивыгоднейшая скорость папильонирования не превышает 0,4—0,5 м/мин. С другой стороны, для оперативных лебедок предусматриваются маневровые скорости без нагрузки, превышающие рабочую скорость в 15—20 раз. При этих условиях для привода оперативных лебедок целесообразно применять двигатели с глубоким регулированием частоты вращения в диапазоне до 20:1.
Режимом работы оперативных лебедок предусматривается реверсирование двигателя. Привод оперативных лебедок может испытывать непредвиденное возрастание нагрузок из-за наличия в забое неперерабатываемых включений (затонувшие стволы деревьев, скальные и другие твердые породы).
Нагрузка привода зависит от взаимного расположения корпуса земснаряда и точек заложения тросовых якорей, сопротивления грунта резанию и других факторов. На практике мощность двигателя определяется на основании опытных данных с использованием некоторых расчетных соотношений, известных из теории разработки грунтов земснарядами.
Электропривод оперативных лебедок на многих строительных земснарядах выполнен одно- или многоскоростными асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором общепромышленных серий. Вследствие очевидных преимуществ привода с глубоким и плавным регулированием частоты вращения в настоящее время на земснарядах устанавливают двигатели постоянного тока.
Привод с односкоростным асинхронным двигателем ранее выполняли по схеме. В настоящее время такой привод заменяют электроприводом с регулируемой частотой вращения. Привод с многоскоростным асинхронным двигателем выполняют с помощью двигателя, статорная обмотка которого допускает изменение числа полюсов путем соответствующих переключений. Ротор двигателя — короткозамкнутый. Такие двигатели имеют па статоре одну (для двухскоростных двигателей) или две (для трех- или четырехскоростных двигателей) секционированные обмотки.
Вследствие ступенчатости регулирования и недостаточной надежности в условиях гидромеханизации многоскоростные асинхронные двигатели широкого распространения не получили. Ниже рассмотрены системы регулируемого электропривода с двигателями постоянного тока, являющиеся наиболее совершенными.
Система электропривода генератор — двигатель (Г — Д). В системе Г—Д применен двигатель постоянного тока М2, нанапряжение на якорь которого подается от генератора G. Генератор сочленен с асинхронным двигателем Ml, питаемым от сети переменного тока, частота вращения генератора неизменна.
На обмотку возбуждения генератора (ОВГ) подается регулируемое напряжение постоянного тока от постороннего источника, например от выпрямителя. При регулировании напряжения на ОВГ меняется напряжение, вырабатываемое генератором, и, следовательно, частота вращения двигателя также изменяется. Напряжение, подаваемое на обмотку возбуждения двигателя, также регулируется, что позволяет изменять частоту вращения двигателя в сторону ее увеличения по отношению к номинальному значению.
Система электропривода магнитный усилитель — двигатель (МУ—Д) служит для управления двигателем постоянного тока с реверсированием и регулированием частоты вращения в диапазоне 20: 1; она предусматривает отсечку по току (а также по моменту), т. е. обеспечивает экскаваторную характеристику привода.
Для стабилизации частоты вращения в системе применена комбинированная обратная связь по току и напряжению. Главными элементами системы являются силовой магнитный усилитель (дроссель насыщения — ДН) с рабочими обмотками дросселя, обозначаемыми ОРД1, 2, 3, и обмотками управления дросселя ОУД1, 2, 3, 4 и промежуточный магнитный усилитель ПМУ с рабочими обмотками ОРМ1, 2, 3 и обмотками управления ОУМ1, 2, 3, 4, 5, 6.
Магнитные связи между обмотками на схеме не показаны. Для наглядности и компактности обмотки на схеме разнесены, т. е. они расположены независимо от существующих между ними магнитных связей с расчетом максимального сокращения графического изображения имеющихся электрических связей.
Трансформатор Т2 служит для подключения рабочих обмоток промежуточного магнитного усилителя ОРМ1, ОРМ2, ОРМЗ и обмоток управления дросселя насыщения и промежуточного магнитного усилителя (ДН и ПМУ). Дроссель насыщения и промежуточный магнитный усилитель имеют внутреннюю обратную связь для обеспечения необходимого коэффициента усиления; обратные связи осуществляются выпрямителями ВпД и ВпМ.
Выход дросселя насыщения (ДН) подключен к якорю двигателя, а выход ПМУ — на управляющие обмотки дросселя ОУДЗ и ОУД4. Обмотка ОУД1 использована для смещения характеристик дросселя насыщения (силового магнитного усилителя) и через регулировочное сопротивление включена на выход выпрямителя Bnl. Обмотка ОУД2, включенная последовательно с обмоткой управления ОУМ4 промежуточного магнитного усилителя, стабилизирует работу системы; обмотки ОУДЗ и ОУД4 используют в качестве управляющих обмоток дросселя насыщения.
Обмотка ОУМ1 промежуточного магнитного усилителя, питающаяся через трансформатор тока ТТ1 и выпрямитель Вп2, служит для обратной связи по току нагрузки и совместно с ОУМ5 является элементом комбинированной обратной связи по току и напряжению, которая обеспечивает поддержание постоянства частоты вращения двигателя. Обмотка ОУМ2, подключенная к выходу выпрямителя Вп1 через регулировочное сопротивление, служит для смещения характеристик промежуточного магнитного усилителя. Обмотка ОУМЗ обеспечивает отсечку механической характеристики привода по току нагрузки — экскаваторную характеристику привода.
Отсечка по току, являющаяся в то же время отсечкой по моменту (поскольку у двигателя с независимым возбуждением момент пропорционален току), осуществляется следующим образом. Обмотка ОУМЗ действует встречно по отношению к задающей обмотке ОУМ6; ее МДС ослабляет МДС обмотки ОУМ6, определяющей напряжение выхода ПМУ, а следовательно — частоту вращения двигателя. Обмотка ОУМЗ подключена к выходу выпрямителя Вп1 в точках а и в через управляемый вентиль (тиристор) УВ. Поэтому ток через эту обмотку может проходить лишь при открытом тиристоре.
Ток управляющего электрода тиристора зависит от падения напряжения на резисторе R1, и поскольку последний подключен через трансформатор тока ТТ2 к главной цепи, управляющий ток определяется рабочим током двигателя.
В установленных пределах рабочий ток недостаточен для открывания тиристора УВ н частота вращения двигателя зависит только от действия задающей обмотки ОУМЗ; она определяется участком А—В механической характеристики. При возрастании рабочего тока сверх определенного значения тиристор УВ (периодически с частотой, равной частоте переменного тока) открывается и по обмотке ОУМЗ проходит прерывистый выпрямленный ток. При этом МДС обмотки ОУМЗ ослабляет действие задающей обмотки, снижая напряжение выхода ПМУ и, следовательно,—частоту вращения двигателя, переводя его на участок В— С экскаваторной характеристики.
