Автоматизированвый электропривод очистных комбайнов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

запасов системы вместе с объектом в единый ресурс.

При создании СОЖ может быть использован такой вариант:

Если существуют несколько САР, каждая из которых направлена на одно из возмущающих воздействий, то для преодоления каждого возможного катастрофического воздействия, в которое может трансформироваться возмущающее, ранжируются все имеющиеся САР. То есть, в случае выхода

из строя одной из САР определяют, какая из оставшихся САР заменит погибшую в первую очередь, какая во вторую и так далее. Конечно, стопроцентную замену погибшей САР осуществить невозможно, так как нецелесообразно в огромном числе случаев закладывать резерв полной замены, ведь катастрофическое воздействие наступает крайне редко. Поэтому более разумно закладывать ресурс построения экстремальной САР - СЭР. Тогда

достигается более высокая гибкость в случае замены погибшей САР и построения общей СОЖ.

Учитывая непредсказуемость ПТО и условий, в которых они функционируют, можно из вышесказанного сделать частный вывод, что для управления ПТО целесообразнее строить не САУ вместе с СОЖ, а СЭУ (систему экстремального управления), включающую отдельные СЭР.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Солнцев Виталий Борисович— кандидат технических наук, НАНИО «ЦСВЭ», завод «Экомаш», пос. ВУГИ, Люберцы-4.

«НЕДЕЛЯ Г0РНЯКА-2002» СЕМИНАР № 18

© Г.И. Бабокин, В.И. Шуикий, 2003

УЛК 622.32.7-83

Г.И. Бабокин, В.И. Шуикий

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЭАЕКТРОПРИВОА ОЧИСТНЫХ КОМБАЙНОВ

Высокие нагрузки на очистной забой угольных шахт [1, 2] достигаются применением надежных, высокоэнер-говооружбиных и автоматизированных очистных комбайнов (ОК).

Электропривод (ЭП) очистных комбайнов включает привод исполнительного органа (резания), привод перемещения, ЭП дробилки и электрогидропривод для подъема шнеков, изменения положения щитков шнека и комбайна относительно конвейера.

Анализ состояния в области электропривода очистных ком-

байнов позволяет сделать ряд выводов, которые изложены ниже.

Привод исполнительного органа ОК включает два нерегулируемых асинхронных двигателя (АД), каждый из которых приводит в движение свой шнек. Установленная мощность привода резания зарубежных комбайнов достигла 400 - 1000 кВт, отечественных 300 - 500 кВт.

В качестве регулируемого привода подачи ОК применяются системы: гидравлический; ЭП с электромагнитной муфтой; тиристорный электропривод постоянного тока; частотно-регулируе-

мый ЭП. В мировой практике сложилась тенденция преимущественного применения частотнорегулируемого ЭП, который наиболее надежен и с наименьшими затратами обеспечивает тяговые усилия подачи до 800 кН и скорости подачи 20-30 м/мин. Что достигается увеличением установленной мощности привода до 2х90 кВт=180 кВт. При этом применение в преобразователях частоты 10ВТ транзисторов и микропроцессорного управления позволяет значительно снизить габариты преобразователя до размеров, при которых он может располагаться на комбайне. Кроме того при работе на пластах более 9° в частотно регулируемом ЭП применяется система рекуперативного торможения.

Электропривод О К включает также нерегулируемый АД дробилки мощностью до 90 - 120 кВт и АД гидронасоса гидросистемы ОК мощностью до 30 кВт.

Система управления ОК вы-

полняется на микроконтроллерах достаточной мощности, располагаемых на самом комбайне и в штрековом оборудовании, связанных между собой линией связи по жилам управления силового кабеля [1, 2].

Система управления комбайна выполняет следующие функции: дискретное включение и выключение оборудование комбайна в заданной последовательности о необходимыми блокировками и защитами; ручное и автоматическое регулирование скорости подачи комбайна; автоматическое управление шнеками по мощности и гипсометрии пласта; управления крепью комплекса; диагностики комбайна; отображение информации о режимах работы комбайна и его систем; передача информации о работе комбайна на штрековый контроллер (пульт управления) и далее на пульт управления и контроля на поверхность шахты (центральную ЭВМ).

Обращает внимание то, что современная система управления комбайна имеет значительно увеличенный набор выполняемых функций, имеет повышенную глубину обработки сигналов на комбайне, и связана с системой управления предприятия.

Подсистема дискретного

включения и выключения оборудования комбайна обеспечивает пуск и остановку комбайна и конвейера лавы, изменение положения шнеков комбайна и погрузочных щитков, изменение положения комбайна относительно конвейера, включение и отключение стояночного тормоза включение, отключение двигателей дробилки и т.д., о введением блокировок по концентрации метана, сопротивлению изоляции и т.д. Управление комбайном осуществляется с пультов управления, расположенных по концам комбайна и переносного пульта по радиоканалу.

Особенностью современных дискретных подсистем управления является микропроцессорное управление, при котором все логические операции и блокировки реализуются программным методом и связь между силовыми коммутирующими элементами и

микропроцессором осуществляется с помощью бесконтактных ключей о гальванической развязкой.

Подсистема автоматического управления скоростью подачи комбайна обеспечивает поддержание номинальной мощности асинхронных двигателей резания комбайна путем изменения скорости подачи комбайна [1-3]. Регулирование скорости подачи осуществляется по наиболее загруженному двигателю. При увеличении нагрузки (тока) электродвигателей резания свыше номинальной темп снижения скорости подачи зависит от кратности превышения и, если кратность превышения велика, например 1,8 номинальной мощности, то скорость подачи быстро снижается до нуля и может изменится кратковременно направление движения комбайна (назад) с последующим движением вперед, но измененной уставкой максимальной скорости н уменьшенным темпом нарастания скорости подачи [2]. Данный алгоритм управления скоростью подачи обоснован в отечественных работах [3] и применен в опытных образцах электропривода отечественных комбайнов КШ1КГЧ и К10ПМ.

Подсистемы автоматического управления по гипсометрии и мощности пласта, применяемые в ряде зарубежных комбайнов [2], в основном работают по заданной программе, которая записывается в память контроллера системы управления после контрольной выемки полосы угля машинистом комбайна. В последующем программа периодически корректируется. Применение таких систем позволяет решать задачи сохранения постоянной высоты при забойного пространства, вынимать уголь с минимальным количеством породы, улучшить процесс крепления кровли. В тоже время в США [2] фирмой «Шошон» внедрена система управления комбайном в пласте, в основу которой заложен датчик информации, различающий границу «уголь-порода, основанный на изменении естественной радиа-

ции. Однако как показывает опыт разработки ОК указанный датчик, едва ли может работать в разнообразных условиях угольных шахт в Европе н России из-за многообразия пород, залегающих в почве и кровле пласта на границе «уголь-порода».

Проблема определения границы «уголь-порода» несомненно, имеет важное значение, особенно для ОК, вынимающих тонкие и средней мощности пласты, так как в этом случае скорость перемещения машиниста комбайна по лаве, управляющего шнеками по почве пласта, является параметром, ограничивающим производительность комбайна.

Отечественные очистные комбайны и крепи не имеют систем автоматического вождения по гипсометрии и мощности пласта.

Высокопроизводительные добычные участки за рубежом оснащены системами электрогид-равлического управления механизированной крепью, в которой используется режим синхронизации передвижения секций крепи с перемещением комбайна. В этом случае по сигналу датчиков инфракрасного излучения, расположенных по концам корпуса комбайна, осуществляется автоматическая выдвижка секций крепи, что несомненно повышает скорость крепления кровли н в ряде гориогеологических условий шахт позволяет снять

ограничения скорости подачи комбайна по скорости крепления кровли. Отечественной промышленностью выпускаются системы электрогидравлического управления механизированными крепями, обеспечивающие вышеуказанные функции.

Повышение надежности и коэффициента готовности ОК достигается применением мощной системы диагностики оборудования комбайна. Система диагностики включает датчики, контролирующие до 30 параметров узлов комбайна: по-

требляемый ток, температуру подшипников и статора всех электродвигателей; давление в гидравлических цепях системы

управления и тормозов; давление воды орошения: температуру масла редукторов. Кроме того, контролируются отказы цепей питания электрогидрораспределителей, цепей управления контакторами. Системой диагностики регистрируются режимы работы комбайна, уровни нагрузок электродвигателей. Вся информация обрабатывается контроллером, установленным в блоке управления комбайна. Основные контролируемые параметры отражаются на буквенно-цифровом дисплее и системой точечных индикаторов, установленных на центральном пульте управления ОК. Новейшие технологии диагностирования позволяют при помощи анализа вибрации механического оборудования, а также колебаний токов электродвигателей распознать намечающиеся повреждения оборудования еще до аварии и заблаговременно запланировать мероприятия по их ремонту. Это обеспечивает сокращение простоев оборудования и снижение потерь добычи угля.

Отечественные очистные комбайны практически не имеют систем диагностирования его оборудования и регистрации режимов работы комбайна.

Система автоматизации зарубежных комбайнов связана с шахтной системой передачи данных. Информация о режиме работы комбайна через последовательный интерфейс о комбайнового контроллера по жилам управления силового кабеля поступает на штрековый

контроллер и затем по стационарной сети передачи информации (обычно это линии связи) поступает на ЭВМ управления шахтным оборудованием, где информация о режиме работы машины регистрируется и сохраняется. При этом с поверхности шахты после анализа режимов работы комбайна можно изменять параметры управления комбайном, изменять программу работы машины не вскрывая аппаратуру управления комбайном. Такая структура управления значительно повышает оперативность я профессионализм управления комбайном, позволяя использовать оперативную информацию о состоянии оборудования и его неиспользованных резервах.

Анализ зарубежных и отечественных систем электропривода и автоматизации ОК позволяет рекомендовать следующие направления их развития, предусматривающие:

• увеличение установленной мощности привода резания до 2х500 кВт, а привода механизма подачи до 2х90 кВт;

• разработку систем частотно-регулируемого ЭП встроенных на комбайне, обеспечивающих торможение комбайна при спуске в наклонных пластах путем рекуперации энергии в сеть;

• создание системы управления ОК, выполняющей вышеизложенные основные функции на микропроцессорной элементной бале о программным формированием алгоритмов управления и диагностирования;

• разработку программной системы управления положением шнеков ОК по мощности и гипсометрии пласта, формируемой эталонным проходом комбайна по лаве с управлением положения шнеков машинистом комбайна;

• продолжение работы по разработке датчиков «уголь - порода» для горногеологических условий различных бассейнов России;

• разработку системы диагностирования узлов ОК с контролем превышения допустимых пределов такими параметрами как температура элементов, ток электродвигателей, выявлением отказов узлов и элементов схемы, контролем режима работы комбайна, а также параметров колебаний токов электродвигателя, вибрации элементов механического оборудования (частоту, амплитуду и фазу) с целью прогнозирования отказов;

• отображение текущей информации о режиме работы комбайна на дисплее местного пульта управления и передачей информации на поверхность шахты на центральную управляющую ЭВМ.

Реализация указанных рекомендаций позволит повысить энерговооруженность, надежность и степень автоматизации очистных работ в комплексной лаве и значительно, в 2 - 3 раза, повысить нагрузку на очистной забой.

1. Теньес Б Инновационные высокопроизводительные добычные участки на шахтах компании ДСК - первые итоги и следствия. Глюкауф. - 2000 - № 12 с. 11-17.

2. Буссманн X. Выемочные комбайны фирмы Айкгофф БЬ300, БЬ500. Глюкауф,1999, № 1 (2), с. 10 - 15.

------------ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

3. Бабокин Г.И, Щуцкий В.И. Частотно-регулируемый электропривод механизмов подачи очистных комбайнов. М.: Машиностроение. Горные машины и автоматика. - 2001, № 8, с. 38-40.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Бабокин Геннадий Иванович - профессор, доктор технических наук, проректор по научной работе, НИ РХТУ. Щуцкий Виталий Иванович- профессор, доктор технических наук, Московский государственный горный университет.