Автоматизированная система управления взаимодействием электроприводов подъема и тяги мощного экскаватора - драглайна в процессе копания

Ломакин М.С.; Ромашенков А.М.; Самойленко А.М.

УДК 65.011.56:621.879.38

М.С. Ломакин, A.M. Ромашенков, A.M. Самойленко

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПОДЪЕМА И ТЯГИ МОЩНОГО ЭКСКАВАТОРА — ДРАГЛАЙНА В ПРОЦЕССЕ КОПАНИЯ

пыт эксплуатации мощных экскаваторов драглайнов, являющихся дорогостоящими и высокопроизводительными горными машинами, показывает, что при ручном управлении процессом копания в рабочем оборудовании и электроприводах подъема и тяги драглайна возникают значительные динамические нагрузки. Эти нагрузки приводят к снижению надежности и долговечности, а так же производительности экскаваторов - драглайнов.

Управления процессом копания драглайнов осуществляется путем взаимодействия его электроприводов подъема и тяги, обеспечивающим зависимости регулирование усилия натяжения подъемных тяговых канатов (ПК и ТК). Существование системы управления электроприводами подъема и тяги экскаватора - драглайна не имеют связывающей их между собой системной связи. Существует только механическая связь между этими электроприводами через подъемные, тяговые канаты и ковш [1].

В МГГУ разработана автоматизированная система управления взаимо-действием электроприводов подъема и тяги (АСУВ ЭПТ) мощного экскаватора - драглайна.

АСУВ ЭПТ обеспечивает взаимосвязанную работу электроприводов подъема и тяги (ЭПП и ЭПТ) в трех режимах управления процессом копания - ра-ционального, автоматической коррекции сигналов управления электроприводами подъема и тяги, а так же ограничения допустимых максимальных и минимальных усилий ПК и ТК. Функцио-

нальная схема АСУВ ЭПТ представлена на рисунке.

В качестве рационального режима управления процессом копания принимается управление взаимодействием ЭПП и ЭПТ, обеспечивающим заданную толщину срезаемой ковшом стружки грунта. При таком управлении процессом копания обеспечивается равномерная (по толщине стружки), отработка забоя, что позволяет сократить время на зачистку забоя, по сравнению с режимами управления процессом копания, приводящих к образованию значительных неровностей профиля забоя из-за чрезмерного заглубления ковша в грунт [2].

В режиме рационального управления копанием заданное натяжение подъемных канатов 8п.зад формируется по следующей зависимости:

1 dет

8п.зад = 8п0 + КдЕг + Ки .[е^Й + Кд-, (1)

0 dt где 8п0 = Ступр - заданное начальное натяжение, формируемое задатчиком натяжения ЭНПК, принимаемое равным весу упряжи ковша; Кп, Кн, Кс - коэффициенты пропорциональной, интегральной и дифференциальной составляющей ПИД-регулятора натяжения тяговых канатов РНТК, формирующего заданную величину натяжения подъемных канатов; ет = 8т.зад -8т - величина рассогласования между заданным (8т.зад) и действительным (8т) значением усиления в тяговых канатах.

Величина усилия натяжения в тяговых канатах измеряется датчиком ДНКТ натяжения в тяговых канатах. Заданное натяжение усилия в тяговых канатах формируется программным задатчиком натяжения тяговых канатов ПЗНТК по линейной зависимости в функции длины пройденного ковшом пути копания:

8т. зад = 8т.о.+ КЬ Ьк , (2)

где 8т0 - начальное усилия тяговых канатов, которое выбирают равным сопротивлению резания грунта на заданной глубине копания (в зависимости от категории разрабатываемых грунтов Рр = (0,2...0,5) 8т.стоп); 8т.стоп - стопорное значение усилия натяжения стяговых канатов; К1(8т.к.-8т.о.)/Ьк - коэффициент, характеризующий интенсивность приращения усилия в тяговых канатах в процессе копания от начального 8т0 до конечного значения 8т.к. на заданном пути копания Ьк; 8т.к. - конечное усилие натяжения тяговых канатов (в зависимости от категории разрабатываемых грунтов 8т. к. = (0,7...0,9)8т.стоп); Ьк - заданный путь копания (в зависимости от категории грунтов Ьк = (2.. ,5)1ков, где 1ков - длина ковша); Ьков -текущее значение длины пути копания, измеряемое датчиком пути копания ДПК, механически связанного с двигателем МТ тяговой лебедки ЛТ.

В режиме автоматической коррекции сигналов управления электроприводом подъема заданное натяжение в подъемных канатах формируется блоком коррекции заданного натяжения ПК БКЗН и задатчиком ЗНПК последующей зависимости:

I 8по, при 8т<8ткор.1 8п.зад.= I (3)

8по + 8п.кн., при 8т>8ткор.1 где 8п.кн = Д8т) = Ккн.1(8т-8т.кн.1) + Ккн.2(8т-8т.кн.2) + Ккн.З(8т-8т.кн.З) -величина сигнала коррекции заданного натяжения ПК; Ккн.1, Ккн.2, Ккн.З - коэффициенты характеристики 8п.кн. = Д8т); 8т.кн.1, 8т.кн.2, 8т.кн.З - значения величины

усиления в ТК, при которых происходит изменение характеристики 8п.кн. = ::Г(8т).

В режиме ограничения допустимых максимальных нагрузок электропривода и механизма тяговой лебедки формируется сигнал защитного натяжения подъемных канатов 8п.защ. Этот сигнал формируется блоком защиты от стопорений ковша БЗСТ в соответствии со следующим выражением:

0, при 8т<0.98т.стоп

8п.защ.= I (4)

(0.6...0.7)8п.стоп,

при 8т>0.98т.стоп

АСУВ ЭПТ позволяет обеспечивать как автоматическое, так и ручное управление процессом копания.

При автоматическом управлении, после посадки ковша на поверхность забоя, производится подключение АСУВ ЭПТ к системам управления СУЭПП и СУЭПТ. Далее машинист устанавливает ручной задатчик скорости подъема РЗСП в крайнее положение «от себя», при котором его выходное напряжение иРЗСП принимает наибольшее отрицательное значение, что соответствует вытравливанию канатов. С помощью РЗСТ машинист задает скорость копания. При перемещении ковша по забою изменяется напряжение на выходе датчика пути копания ДПК, которое соответствует текущему значению пути копания 1К. На основании выходных сигналов ПЗТК, ДНКТ, РННТ и ЗНПК формируется сигнал задания для РНПК, в соответствии с выражениями (1) и (2).

Блок коррекции заданного натяжения БКЗН преобразует сигнал датчика ДНКТ в сигнал коррекции заданного натяжения ПК в соответствии с выражением (3). Выходные напряжения ирнтк и ибкзн поступают к первому блоку выделения сигнала управления БВСУ1, который выделяет наибольшее из этих напряжений и подключает его к входу РНКП. Выделенное наибольшее из двух напряжений

! ^

л Н

й £

П НН ^ 8 * &

2! й

« п

5 « § ^ е £

обеспечивает заданное значение напряжения ПК.

С учетом выделенного напряжения и выходных напряжений изнпк и Цднпк, ре-

гулятор РНКП формирует управляющее воздействие ирнкп. Это напряжение, так же как и выходное напряжение ирзсп, подается к второму блоку БВСУ2, который так же

выделяет наибольшее из этих напряжений и подключает его ко входу регулятора скорости подъема РСП, входящего в состав системы управления СУЭПП. При крайнем положении РЗСП «от себя» ирнкп> ирзсп, и поэтому управление электроприводом ЭПП будет осуществляться на основании выходного сигнала РНКП. При таком автоматическом управлении процессом копания обеспечивается равномерная отработка забоя с постоянной толщиной срезаемой ковшом стружки грунта, за счет компенсации возрастающей массы ковша по мере его заполнения, путем изменения заданного натяжения ПК в зависимости от 1к и 8т.

Машинист может в любой момент вмешаться в управление процессом копания, переходя на ручное управление, если, по его мнению, автоматическое управление производится недостаточно эффективно. Для этого он переводит РЗСП в соответствующее положение и, если ирзсп>ирнкп, то управление процессом копания будет производиться на основании сигналов РЗСП. Если величина этих сигналов не будет обеспечивать достаточного усиления в ПК для компенсации возрастающего веса ковша по мере его наполнения, то будет происходить коррекция сигналов РЗСП. При недостаточном усилии в ПК происходит увеличение усиления в ТК. Увеличивается выходной сигнал БКЗН, возрастает Ирнпк, которое становится больше ирзсп. Блок БВСУ2 обеспечивает подключение Ирнкп на вход СУЭПП и натяжение в ПК увеличивается, а толщина срезаемой ковшом стружки грунта уменьшается.

В случае возникновения в ТК динамических нагрузок, близких к стопорным (8т>0,98т.стоп) на выходе БЗСТ появляется напряжение Ибзст, соответствующее выражению (4). Это напряжение через согласующий блок СБ (ПД - звено автоматического регулятора) БВСУЗ подключается непосредственно к входу управляемого преобразователя УПП. Это подключение производится при условии, что Исб>Иртп, т.е. выходное напряжение СБ будет обеспечивать большее значение натяжения в ПК, чем выходное напряжение регулятора тока РТП. Под действием напряжения Исб усилие в ПК увеличивается и ковш, приподнимаясь, обходит непреодолимое препятствие, при этом динамические нагрузки тягового механизма уменьшаются.

Для ограничения динамических нагрузок и демфирования колебаний усиления в ПК, которые могут возникнуть при регулировании их напряжения, в режиме защиты от стопорений ковша предусмотрена обратная связь по усилию, которая подключается к одному их входов СБ через нелинейный элемент НЭ типа «зона чувствительности», величина этой зоны может соответствовать усилию в ПК равной например, 8п>0,88п.стоп.

Таким образом, АСУВ ЭПТ позволяет повысить точность управления процессом копания, повысить интегральную производительность экскаватора -драглайна, снизить динамические нагрузки его рабочего оборудования и механизмов, что обеспечивает повышение надежности, долговечности экскаватора и снижение расходов при его эксплуатации.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ЛомакинМ.С. - профессор, Ромашенков AM. - доцент, Самойленко AM. - ассистент,

Московский государственный горный университет.

1 Вуль Ю.Я., Ключев В.И. Наладка электроприводов экскаватора. Недра, 1976.

2 Авт. свид. № 1333745, Кл. Е 02F3/48, бюл. №32, 87 г. 3. Авт. свид. № 1313962, Кл. Р 02F3/48, бюл. №20, 87 г.

— Коротко об авторах