Автоматическое взвешивание горной массы перевозимой карьерным автотранспортом Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

© П.И. ПахомовЮ, Т.Ю. Каплина, 2006

УДК 622.271.656.13

П.И. Пахомов, Т.Ю. Каплина

АВТОМАТИЧЕСКОЕ ВЗВЕШИВАНИЕ ГОРНОЙ МАССЫ ПЕРЕВОЗИМОЙ КАРЬЕРНЫМ АВТОТРАНСПОРТОМ

Семинар № 20

Существуют различные способы взвешивания горной массы перевозимой карьерным автотранспортом, в том числе и автоматические. Предлагается способ взвешивания горной массы в движении карьерного автотранспорта. Этот способ является автоматическим и имеет ряд отличительных преимуществ по отношению к другим способам:

1. Автосамосвал не тратит время на остановку, а затем на разгон, чтобы произвести взвешивание, если это стационарный весовой пункт.

2. Снижается расход топлива.

3. Количество выхлопных газов уменьшается за счет равномерного движения автопоезда, что, в свою очередь, благотворно влияет на экологию.

4. При наличии встроенного весового датчика в верхние полости гидроподвесок автосамосвала БелАЗ - 548А [8], решается проблема перегруза автосамосвала, но точность взвешивания зависит от времени успокоения инерциального движения кузова автосамосвала.

Рассмотрим весоизмерительное устройство (В И У), которое позволяет произвести взвешивание горной массы перевозимой карьерным автотранспортом в движении.

Весовое измерительное устройство (ВИУ)

Для автоматического взвешивания горной массы предлагается установить на проезжей части дороги две весоизмерительные платформы. Проезжая с постоянной скоростью автосамосвал касается пе-

редними, а затем задними колесами весоизмерительной платформы со встроенными датчиками. Конструкция платформы рассматривалась в [10] .Весовой датчик представляет собой магнитоупругий преобразователь. Магнитоупругий эффект, лежащий в основе принципа действия маг-нитоупргих преобразователей (МПУ), устанавливает функциональную зависимость между состоянием ферромагнитного материала и механическим напряжениями в нем. Конструкции и электрические схемы магнитоупругих преобразователей разнообразны [15, 16].

Рассмотрим основные виды конструкций магнитоупругих преобразователей. На рис. 1 схематично показаны конструкции магнитопроводов преобразователей и их электрические схемы, применяемые для измерения усилий, [15].

На рис. 2 приведены три основных монолитных модуля магнитоанизотропных преобразователей, [16].

Магнитоупругие преобразователи (рис. 1), как дроссельные, так и трансформаторные имеют магнитопровод, шихтованный и обмотки (®1 - намаг-ничивающая, ю 2 -измерительная).

Как правило, рассматриваемые преобразователи получают ,питания от источников с частотой 50 Гц. Для повышения метрологических параметров наиболее широкое применение получили дифференциально - трансформаторные схемы (рис. 1, в, г, д, е) включения двух измерительных обмоток. Конструкция, которая

изображена на рис. 1, е, позволяет получить нулевой выходной сигнал при от-

сутствии нагрузки.

щ

а)

V

щ

*)

или 0-----51С------0

№

-0

-0

и/;

Рис. 1. Конструкции магнитоупругих преобразователей и их электрические схемы: а - дроссельные; б - трансформаторные; в, г, е - дифференциально - трансформаторные по схеме соединения обмоток; д. -дифференциально - трансформаторные по характеру распределения магнитного потока (МУП); Б - приложенное усилие, кН

Магнитонизатропные монолитные преобразователи (рис. 2) являются частным случаем общего класса магнитоупругих преобразователей и на их основе изготовлены и испытаны магнитоанизатроп-ные датчики усилий (МДУ) на 1 тс., 5 тс., 10 тс.

(1 т «10 кН, [13].

5т « 50 кН, 10 тс «100 кН)

Преобразователь (рис. 3) с взаимно перпендикулярным расположением обмоток имеет меньшую погрешность от петли гистерезиса и меньшую температурную погрешность по сравнению с дроссельными (одно - обмоточными) и трансформаторными преобразователями [15, 16].

Ш 1 I

|--------------*

£а

Р

т

р

2а

И1и

л

0'

тФ

Фж^-

О

2а

Рис. 2. Модули магнитоанизатропных монолитных преобразователей: а - модуль прямоугольный; б

- модуль многранный; в - модуль рельсообразный; Р - приложенная нагрузка, кг.

Рис. 3. Магнитоупругий преобразователь с взаимно перпендикулярными обмотками: и 1 - входное напряжение, В; Е2М - выходная ЭДС, В; ВЬВ21 - входная, выходная магнитные индукции, Тл; Ф1? Ф21 -входной, выходной магнитные потоки, Вб

Рис. 4. Градуировочная характеристика МДУ на 1тс: / = 50 Гц; ~1 = 2,25. А; ~ивх = 1,8. В

Рис. 5. Градуировочная характеристика МДУ на 5 тс: / = 50 Гц; ~1 = 2,25. А; ~ивх = 3,2 В

На рис. 4-6 представлены экспериментальные градуировочные характеристики МДУ на 1 тс., 5 тс.. 10 тс. при частоте 50 Гц.

На рис. 7-9 показаны аналогичные характеристики, но уже при частоте 1000 Гц.

Сравнительный анализ графиков МДУ при частоте 50 Гц и при 1000 Гц, показы-

вает что, с увеличением частоты питающего напряжения выходная характеристика приближается к линейной [16]

и вьк= 1 (Р), (1)

где и вьх = и 2 - выходное напряжение

преобразователя, В; Р - приложенная нагрузка, кг.

Р, кг

Рис. 6. Градуировочная характеристика МДУ на 10 тс: / = 50 Гц; ~1 = 2,25. А; ~ивх = 4,3. В

Рис. 7. Градуировочная характеристика МДУ на 1 тс: / = 1000 Гц; ~ивх = 3,0. В

При Р = 0, и еьк = и 2 Ф0 (рис. 7-9), т. е нагрузка на МДУ отсутствует, а выходной сигнал имеет определенное значение. Для того чтобы выходной сигнал отсутствовал, его требуется дополнительно компенсировать электронной схемой с ис-

пользованием операционного усилителя (типа К5442, УД 1А (Б), УД 2А (Б).),[13].

К преимуществам и недостаткам шихтованных магнитоупругих преобразователей (ШМП) и монолитных магнитоанизотропных преобразователей (МДУ), относятся:

Рис. 8. Градуировочная характеристика МДУ на 5 тс: / = 1000 Гц; ~ивх = 3,0 В; Явх = 5 Ом

Рис. 9. Градуировочная характеристика МДУ на 10 тс: / = 1000 Гц; ~ивх = 3,0 В; Явх = 5 Ом

конструктивное отличие ШМП от

МДУ;

• при увеличении частоты больше 50 Гц характеристика ШМП становиться

характеристика и вьк = 1 (Р) при нелинейной возрастает погрешность ю-

мерений из-за увеличения петли гистерезиса [9],

ди вьх = и н - ис6, (2)

характеристика и вьК. =1 (Р) при где ди вьх - потери напряжения на петлю

гистерезиса, В; и н - напряжение при на-

частоте 50 Гц для ШМП линейна, при Р = 0 и и = 0 ;

частоте 50 Гц для МДУ не линейна;

грузке модуля преобразователя, В; иб -напряжение при сбросе нагрузке, В.

• характеристика и вьх . = 1 (Р)

МДУ нелинейная только при 50 Гц, а при 400 Гц и выше становиться линейной, со смещением соответствующим началам координат.

1. Белов К.П. Упругие, тепловые и электрические явления в ферромагнетиках. - М.: ГИТТЛ, 1957. - 427 с.

2. БозортР. Ферромагнитизм. - М.: ИЛ, 1956.

- 784с.

3. Васильев М.В. Транспортные процессы и оборудование на карьерах. - М.: «Недра», 1986. -240 с.

4. Гинсбург В.Б. Магнитоупругие датчики. -М.: Энергия, 1970. - 72 с.

5. Голембо В.А. Схема магнитоупругих датчиков давлений с частотным выходом. - Киев, «Техника», 1969.

6. Головин Г.Н. Электронные усилители. - М: Радио и связь ,1983.

7. Горная энциклопедия т. 1 «Советская энциклопедия» /Под ред. Е. А. Козловский - М.: Недра, 1984.

8. Горный журнал № 11. - М: Недра, 1972.

9. Гуманюк Н.М, Магнитоупругие датчики в автоматике. - Киев: Техника, 1965. - 26 .

10. Единое образовательное пространство XXI

века: Материалы международной научно-

Надежность магнитоанизапропного монолитного преобразователя определяется простотой его конструкции, малым числом достаточно надежных элементов содержащихся в этом преобразователе, и их способностью работать в сложных атмосферных условия, а также при высоких значениях ударных нагрузок.

---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

практической конференции, посвященной 10-летию КРСУ. /Отв. ред. В.И. Нифадьев. - Бишкек: Изд-во КРСУ, 2003. - 275 с.

11. Железорудные карьеры. /Под ред. М. В. Васильев, К. В. Штукатуров, А. Ф. Ткачев - М.: Недра, 1989

12. Малинин П.М. Питание радиоаппаратуры от сети. - М.: Энергия, 1970.-120с.

13. Пахомов П.И. Расчет и исследование маг-нитоанизатропных преобразователей уси-лий./Кыргызско-Российский Славянский университет. Методическое руководство к лабораторным и практическим работам. - Бишкек,2000.

14. СтолбунМ.И. Магнитоупругий датчик для измерения усилий.//Электричество,1964. - №1.

15. Твердин Л.М. и др. Автоматические устройства с магнитоупругими преобразователями.-М.: Машиностроение, 1974. - 96 с.

16. Шишкинский В.Н. Магнитоанизатропные монолитные силоизмерители. - М.: Машиностроение, 1982. - 80 с.

— Коротко об авторах -------------------------------

Пахомов П.И. - член корр. ИАКР, доктор технических наук, Катина Т.Ю. - аспирантка.