Научная статья на тему 'МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ НАКЛОНА И НАТЯЖЕНИЯ КАНАТА ВЕРТИКАЛЬНОЙ ПОДЪЕМНОЙ УСТАНОВКИ'

МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ НАКЛОНА И НАТЯЖЕНИЯ КАНАТА ВЕРТИКАЛЬНОЙ ПОДЪЕМНОЙ УСТАНОВКИ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
89
16
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
КАНАТ / ПОДЪЕМНАЯ УСТАНОВКА / КОНТРОЛЬ НАПУСКА КАНАТА

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Паламарчук Т.Н., Чехлатый Н.А., Крутоус Н.С.

Приведены основные методы контроля напуска каната в ствол, выполнен анализ существующих средств контроля наклона и натяжения каната. Предложена математическая модель датчика напуска каната, рассмотрена его структурная схема и выполнены экспериментальные исследования датчика.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Паламарчук Т.Н., Чехлатый Н.А., Крутоус Н.С.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

METHODS FOR CONTROLLING THE TILT AND TENSION OF THE ROPE OF A VERTICAL LIFTING INSTALLATION

The main methods of controlling the rope entry into the trunk are given, the analysis of existing means of controlling the slope and tension of the rope is carried out. A mathematical model of the rope intake sensor is proposed, its block diagram is considered and experimental studies of the sensor are performed.

Текст научной работы на тему «МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ НАКЛОНА И НАТЯЖЕНИЯ КАНАТА ВЕРТИКАЛЬНОЙ ПОДЪЕМНОЙ УСТАНОВКИ»

УДК 622.673.6:621.876.11

ПАЛАМАРЧУК Т.Н., канд. техн. наук, доцент (Донецкий институт

железнодорожного транспорта) ЧЕХЛАТЫЙ Н.А., канд. техн. наук, доцент (Донецкий институт

железнодорожного транспорта) КРУТОУС Н.С., ассистент (Донецкий институт железнодорожного транспорта)

Методы контроля наклона и натяжения каната вертикальной подъемной установки

Palamarchuk T.N., Candidate of Technical Sciences, Associate Professor (DRTI), Chehlaty N.A., Candidate of Technical Sciences, senior lecturer (DRTI), Krutous N.S., assistant (DRTI)

Methods for controlling the tilt and tension of the rope of a vertical lifting installation

Введение

Эксплуатационная надежность вертикальной подъемной установки (ВПУ) определяет безопасность производства и влияет на важнейшие экономические показатели

предприятия, а недостаточная эффективность работы оборудования приводит к значительным

производственным затратам. Движение подъёмного сосуда (грузовой платформы) в стволе контролируется целой системой блокировок и защит, среди которых имеется контроль зависания сосуда.

В соответствии с [1] все аварии сведены в три группы:

I - аварии, источником которых является механическая часть ВПУ, исключая подъемный сосуд и вспомогательные механизмы в стволе;

II - аварии, вызванные отказом электрической части, исключая устройства, контролирующие перемещение подъемного сосуда;

III - аварии подъемного сосуда, элементов и механизмов подъемной

установки, обеспечивающих

нормальное перемещение подъемного сосуда.

Как видно из таблицы 1, наиболее часто встречающиеся аварии - это зависание опускающегося сосуда в стволе и, как следствие, при дальнейшем вращении барабана и сматывании каната - напуск каната на сосуд. Такая авария опасна тем, что при срыве сосуда с места зависания резко выбирается напуск каната, что может привести к его обрыву или, как минимум, к деформации, т.е. к аварийному простою ВПУ, а на клетьевых подъемах и лифтах к гибели людей.

Эксплуатационная надежность ВПУ определяет безопасность производства и влияет на важнейшие экономические показатели

предприятия, а недостаточная эффективность работы оборудования приводит к значительным

производственным затратам. Поэтому разработка устройств контроля напуска каната, обеспечивающих снижение числа аварийных ситуаций в

вертикальном стволе и повышающих безопасность эксплуатации подъемной

установки, является актуальной задачи.

решением

Таблица 1

Характерные виды аварий в стволе, %

Горные предприятия России, Казахстана и Кыргызстана Жесткая посадка клети на Кулаки горизонтов Зависание в стволе Выкатывание груза из клети Застревание подъемного сосуда в Разгрузочных кривых Сход каната со шкива Прочие аварии

Челябинский 6.0 36.5 45.0 8.5 3.0 1.0

Оренбургский 9.0 29.1 42.0 15.3 1.0 3.6

Свердловский 7.4 47.3 11.3 15.7 15.7 2.6

Пермский 14.0 36.2 18.1 13.2 13.1 5.4

Кемеровский 3.0 41.5 41.0 2.0 12.0 0.5

Карагандинский 8.7 24.2 53.6 8.5 2.0 3.0

Киргизский 19.2 25.9 18.8 25.7 5.9 4.5

Средний показатель 9.6 34.4 32.8 12.7 7.5 2.9

Анализ последних исследований и публикаций

Решению вопроса повышения эффективности и безопасности эксплуатации ВПУ путем внедрения устройств контроля напуска каната уделяется достаточно внимания [1, 2].

Анализируя различные способы контроля напуска, их можно объединить в две группы: по верхней части каната и по всей его длине. В первом случае в момент образования напуска контролируется провисание струны каната, а во втором -образование напуска каната над сосудом.

Указанные методы контроля напуска имеют свои преимущества и недостатки. Так, контроль напуска по провисанию струны каната прост, надежен в эксплуатации и обеспечивается при условии [3]

н0 <-

Ьс • 8Ш Р + (Ьс • Р + Р

Ж (1).

2+1_ 1А

8 О0

где Но - длина отвеса каната, Ьс - длина струны каната, Р - угол наклона струны каната к горизонту,

/о - коэффициент трения между втулкой и осью шкива;

ёо - диаметр оси шкива, Бш - диаметр шкива, Рш - абсолютный вес шкива, ОБ2 - маховой момент шкива, ] - замедление движения каната, g - ускорение силы тяжести; е - основание натуральных логарифмов;

/ - коэффициент трения между канатом и ободом шкива;

р - угол обхвата шкива каната,

рад;

- коэффициент жесткости

каната.

Коэффициент жесткости каната при напуске может быть определен из выражения:

(2)

где ёк - диаметр каната, мм.

Данный метод контроля напуска применим при длине отвеса каната, не превышающей 150 м.

Для контроля напуска каната по всей длине ствола разработана аппаратура: контроля напуска (наклона) каната АКНК-1 (НПП «УШС»), стволовой сигнализации и связи АСС-Днепр (ООО НПП «Альянс-Д»), контроля напуска каната АПИК-2 (Россия), стволовой сигнализации и связи фирмы «РЮ» (Германия). В аппаратуре при передаче информации о напуске каната используется принцип эфирной радиосвязи. Указанные технические средства контроля выполняют аналогичные функции и отличаются выбором частот и исполнением датчика напуска каната. Сигналы от датчиков по радиоканалу поступают в схему управления и сигнализации подъемной установки. Конструктивно датчики выполнены с установкой непосредственно на канат у подъемного сосуда, и при колебаниях каната в горизонтальной плоскости, перпендикулярной направлению

движения, возникает ошибка измерения, пропорциональная текущему

ускорению в этой плоскости.

Цель работы

Совершенствование методов и

средств, направленных на повышение эффективности эксплуатации ВПУ путем создания современных технических средств, обеспечивающих контроль наклона и напуска каната, с надежной и стабильной работой в аварийных условиях.

Основная часть

Для повышения эффективности эксплуатации ВПУ одной из главных задач является непрерывный контроль напуска каната, с компенсацией нестабильности показаний

чувствительного элемента в сложных условиях ствола шахты (широкий температурный диапазон, большие скорости и ускорения, необходимость стабильной работы в аварийных условиях).

При постановке сосуда (платформы) на жесткую опору возникает эксплуатационный напуск каната, а при заклинивании опускаемого сосуда в стволе - аварийный. Эксплуатационный напуск

контролируется с той целью, чтобы снизить динамические переходные процессы при посадке клетей на жесткие основания (кулаки).

В [4] предложен способ посадки -снятия подъемного сосуда (платформы) с жесткого основания, в соответствии с которым система регулирования электропривода, при снятии сосуда с жесткого нижнего основания, обеспечивает отрицательный напуск каната у прицепного устройства, удовлетворяющее следующему

условию:

Инап1 = -ЮтщЬгл/Л (1)

где А - агрегатная продольная жесткость каната,

Ш1 - масса поднимаемого

груженого сосуда,

Loi - длина отвеса, g - ускорение свободного падения, а при снятии порожнего сосуда с жесткого верхнего основания отрицательный напуск каната у прицепного устройства удовлетворяет следующему условию:

Инап2= -10m2gLoo2/A (2)

где m2 - масса опускаемой порожней клети,

L02 - длина отвеса. При посадке груженого сосуда на жесткое верхнее и нижнее основания напуск каната у прицепного устройства соответствует соотношениям (1) и (2). Реализация напуска каната, при котором днище сосуда едва касается кулаков, а сосуд удерживается в таком положении механическим тормозом или

противовключенным электродвигателем (при регулируемом приводе) в течение разгрузочно-погрузочных операций, приводит к наилучшему в динамическом смысле режиму снятия сосуда с кулаков.

Аварийный напуск каната контролируется для того, чтобы в момент его образования произвести своевременную остановку подъемной машины и избежать падения сосуда (платформы) с высоты. Основной метод контроля зависания подъемного сосуда, применяемый в настоящее время на мощных подъемных установках, это контроль натяжения или наклона каната. Датчики контроля натяжения каната крепятся непосредственно на канате выше подвесного устройства и, по конструктивному исполнению, выполнены трех- (рис. 1а) и двухопорными (рис. 1в).

Датчик [5] для контроля натяжения каната (рис. 1а) содержит корпус 1, силоизмеритель 2, упор с опорным кольцом 3, пружины 4 и 5, толкатель 6, датчик усилия 7, модуль усилителя 8 и индикации 9, канат 10, стяжные болты с гайками 11, 12.

Такое техническое решение обеспечивает контроль натяжения каната и позволяет исключить ошибку измерения, обусловленную

механическими перегрузками в моменты останова или подъёма груза.

Датчик [6] для контроля натяжения каната (рис. 1в) состоит из корпуса 1, упругого элемента 2, чувствительного элемента 3, модуля преобразователя с индикацией 4, пластины 5, элементов крепления 6 и 7, каната 8, опор 9 и 10, светодиодов 11.

Датчик обеспечивает

непрерывный контроль натяжения каната за счет выполнения упругого элемента в виде пластинчатой пружины изгиба с предварительным изгибающим усилием Ри и тем самым исключается влияние вибрационных нагрузок на точность измерения, что значительно расширяет область применения.

Новой тенденцией в современной электронике является микросистемная техника, благодаря которой стало возможным создание миниатюрных интегрированных устройств управления и интеллектуальных датчиков с микро-и наномеханическими чувствительными элементами, построенными на вибрационных, волновых или оптических принципах. В

инерциальных микромеханических системах (МЭМС), пригодных для решения задач контроля напуска каната, типовым элементом является балка и микроструктуры на её основе в виде решёток монокристалла.

Для автономного определения положения малых подвижных объектов применяются гироскопы и

акселерометры. При этом гироскопы должны соответствовать классу точности не ниже 0,5-10/час. т.е. систематический дрейф должен быть не выше 1,410-4 - 2,810-4 0/сек. Класс точности доступных для широкого использования современных МЭМС гироскопов порядка 0,01-0,10/сек.

Подобный «уход» и другие параметры неидеального гироскопа требуют компенсации с помощью

акселерометра. Кроме систематического дрейфа (0/с) важны также случайный дрейф (0/с), крутизна характеристики (мВ/0/с), частотный диапазон гироскопа (Гц), температурный дрейф (0/0С/сек), собственные шумы, способность к подавлению вибраций. Последнее свойство МЭМС гироскопов с

математической точки зрения зависит от динамики самого чувствительного элемента. Например, на рис. 2а показан циклический уход нуля не термостатированного гироскопа

ADXRS453, на рис. 2б - реакция гироскопа CRG20-01 на вибрации в широком диапазоне частот (по данным производителей).

а)

б)

Рис. 2. Кривая температурного гистерезиса гироскопа ADXRS453 при некомпенсированном смещении нуля (а), реакция гироскопа CRG20-01 на асимметричные осям прибора ускорения и вибрации (б)

Недостаток информации о добротности колебательной системы, АЧХ прибора, собственных частотах колебаний рамок подвеса, величинах случайного дрейфа угловой скорости может быть скомпенсирован

применением соответственно

подобранных цифровых фильтров. В свою очередь к акселерометру предъявляются не столь строгие требования. Так, рабочий диапазон линейных ускорений МЭМС

акселерометра может быть вблизи 1-2g, а возможные перегрузки при больших ускорениях компенсируются

выносливостью прибора.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Исходя из изложенного, можно выделить следующие шаги разработки датчика угла наклона каната:

_ разработка механической

конструкции и электронных схем устройства;

_ разработка математической модели датчика на испытательном стенде с учётом всех внешних возмущений, обусловленных

вибрациями и ударными перегрузками (например, в моменты посадки/снятия сосуда с оснований);

оценка

погрешностей

_ доводка

и

численное

интегрирование полученной

математической модели, оптимизация итерационных процессов для систем реального времени;

_ лабораторные и натурные испытания, дальнейшее улучшение динамических характеристик датчика (быстродействия и достоверности срабатывания);

измерений и путей их уменьшения.

Датчик наклона каната выполняется в стальном корпусе, внутри которого расположен микроконтроллер, гироскоп и акселерометр.

Инерциальная часть датчика состоит из трёхосных (двухосного) гироскопа и акселерометра.

Акселерометр измеряет проекции кажущегося ускорения на свои оси чувствительности, гироскоп -абсолютную угловую скорость. Алгоритм определения угла наклона (АУН) строится на базе измерений акселерометра и гироскопа. В основе АУН лежит интегрирование ускорений. В данном случае объект измерений -движущийся канат, а ускорения интегрируются в проекциях на выбранную систему координат. Для текущей задачи подходит

ортогональная локальная система координат с направленной по канату одной из осей (рис. 3).

Рис. 3. Расположение датчика наклона на канате

Оси чувствительности

акселерометра датчика образуют с канатом связанную систему координат. Выходной сигнал по всем трём осям является проекцией кажущегося ускорения на оси локальной системы координат. Т.е. это разница между абсолютным и гравитационным ускорениями. Основная сложность в том, что в измерения акселерометра входит информация об абсолютном и гравитационном ускорениях.

Абсолютное ускорение содержит информацию о движении каната относительно земли и его собственном вращательном движении.

Гравитационное же ускорение всегда известно. Измерения акселерометра представляют собой аналоговый сигнал, на выходе которого предусмотрена компенсация ошибок акселерометра. В этой части модели компенсируется смещение нуля акселерометра, погрешность установки, а также нестабильность масштабного

коэффициента вследствие воздействия больших линейных ускорений, крутильных и продольных колебаний каната. Численная реализация АУН для микроконтроллера по дискретным значениям угловой скорости

вибрационного гироскопа и углового перемещения акселерометра является задачей не тривиальной вследствие высокого уровня помех в широкой полосе частот (вибрации, шумы квантования аналого-цифрового

преобразователя, погрешности

приборов, вызванные воздействием парциальных частот колебаний системы «подъёмный сосуд - канат»).

Инерциальные чувствительные элементы выдают информацию о приращении углов и угловых скоростей с высокой частотой от 100 до 1000Гц, чего достаточно для реализации датчика с быстродействием 10-50мс и контроля

аварийного напуска каната. Для выделения полезного сигнала датчиков из аддитивной помехи существенную роль играет рекурсивная фильтрация. Одним из подходов к данной задаче является калмановская фильтрация. Имея модель системы и экспериментально определённые

статистические свойства сигналов и помехи, можно построить оптимальную передаточную функцию фильтра, минимизировав среднеквадратичную ошибку определения угла.

Структура канала измерения датчика по одной оси представлена на рис. 4.

В общем случае модель линейной системы может быть представлена в пространстве состояний двумя уравнениями [7, 8]:

**+1 = АкХк + ВкЧ + ™к : Ук = Скхк + ^^ •

(3)

где Ак,Вк,Ск- матрицы, причём Ак -квадратная;

Хк - вектор переменных состояний системы, который является случайным Гауссовским процессом;

ик - известный вектор входных переменных;

ук - измерения, полученные в момент времени tk; ^к, ¿к - шумы соответственно моделируемого

процесса и результатов измерений.

Вектор Хк содержит всю информацию о текущем состоянии динамической системы, но не поддаётся непосредственному измерению.

Измеряется вектор ук, каждая составляющая которого в общем случае является функцией вектора Хк и шумов измерений ¿к. Поэтому можно использовать ук для оценки вектора состояния системы Хк. Шумы системы и измерений wk и ¿к также являются

Гауссовскими случайными процессами с нулевым математическим ожиданием (белый шум). Задачей фильтрации является нахождение оценки вектора

состояния системы Хк, являющейся функцией измерений ук, которая минимизировала бы

среднеквадратичную ошибку.

Рис. 4. Схема вычисления угла наклона с использованием рекурсивного фильтра Калмана в датчике угла наклона каната

Фильтр работает по принципу «оценка - коррекция». Пусть в момент времени ^к получена оценка вектора состояния системы Хк, а нужно получить оценку в точке 1к+1. Строится прогноз базируясь на Хк,

оценки

X

к+1

получаются измерения ук с последующей коррекцией оценки

состояния системы X

к+1

в момент 1к+1

по прогнозу и измерениям. Так получается окончательная оценка

вектора состояния X

¿+1

времени. Принято

X

к+1

в момент

называть

вектор состояния системы «датчик -канат» в простейшем случае можно сократить до двух компонент: текущего угла наклона и угловой скорости (корпуса датчика относительно ортогональной системы координат, связанной с канатом). Вход системы Щ - угловая скорость, а выход -измеренный угол наклона 0к .

Предположим, что мы в состоянии измерять угловую скорость и угол наклона с периодом & секунд. Тогда угол наклона на шаге задаётся

следующим уравнением:

Хж.

априорнои оценкой, а

апостериорной.

В случае моделирования движения датчика наклона и подъёмного каната

6к+1 =6к +Щ&.

(4)

где Щ - результат измерения угловой

скорости в момент времени tk.

Т.е. текущий угол равен углу на предыдущем этапе измерений плюс текущее значение угловой скорости, умноженное на длину временного интервала измерения. Но предыдущее уравнение не даёт точного значения угла наклона ввиду наличия упомянутых ранее случайных процессов и шумов, меняющихся со временем. Поэтому более реалистичное уравнение запишется так:

нормальное значение wk = 0, ¿к = 0. Более того, не должно существовать корреляции между wk и ¿к (т.е. это независимые случайные переменные в любой момент tk). Второй момент случайного процесса описывается в терминах ковариационной матрицы:

^ = Е (wkwтk), ^ = Е (2к2Тк ),

(6)

&к+1 - + + в^

где Эк - шумы системы.

Учитывая, что вектор состояния

системы х

к

Э

можно записать

уравнения состояния системы (3) в матричной форме:

(5)

"Эк+1" "1 -Ж' "Эк' "Ж'

_®к+1 _ 0 1 ®к _ 0

Ук+1 =[1 0]

Полученный АУН должен удовлетворять двум свойствам: среднеквадратичное значение ошибки алгоритма должно «совпадать» с ошибкой самой системы; алгоритм должен обладать минимальной собственной ошибкой или вариацией.

Именно фильтр Калмана является идеальным средством оценки, удовлетворяющим двум свойствам выше. Но для использования калмановских алгоритмов нужно наложить некоторые ограничения на характер относительно шума, воздействующего на систему. Из модели wк - шум динамической системы «датчик-канат», ¿к - шум процесса измерений. Предположим, что

где ^, - ковариационные

матрицы ошибки оценки вектора состояния;

т

Ж

, ггк - транспонированные

матрицы случайных шумов;

Е (...) - ожидаемое среднеквадратичное значение ошибки.

Опуская интегрирование

модельной динамической системы уравнений (5), запишем

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

непосредственно уравнения фильтра Калмана:

Кк=АРкСт(СРкСт +Б2У, (а) Хк+1 =

(Ахк +Вик) + Кк (ук+1 -Схк), (б)

Рк+1 = АРкАт + ^ - АРкСтБ-СРкАт, (в)

(7)

где Кк - коэффициент усиления фильтра (или матрица коэффициентов обратной связи);

Рк - ковариация ошибки прогнозирования.

В уравнении (7а) с ростом шумов измерений растёт ковариационная матрица &, а значит коэффициент усиления фильтра будет уменьшаться вместе с достоверностью оценки состояния системы. Т.е. эта матрица коэффициентов является функцией от априорного значения ковариационной матрицы ошибки. С уменьшением & достоверность прогнозирования растёт.

х,_ , =

Первое слагаемое в уравнении (7б) повторяет модель линейной системы (5) при отсутствии средств измерения. Второе слагаемое в (7б) называется коррекционным членом и показывает, на сколько необходимо скорректировать прогнозируемое значение

интересующей величины в

соответствии с текущим измерением.

На рис. 5 показаны результаты моделирования системы (5) с условиями Калмана (7) в среде МайаЬ для одной плоскости измерений. В качестве ковариаций 82, брались квадраты скалярных значений соответствующих шумов 82, 8». Сама линейная система симулировалась на каждом шаге с помощью генератора случайных чисел.

а)

б)

Рис. 5 - Результаты моделирования АУН с фильтром Калмана в среде МаЙаЬ (а), сравнение абсолютной ошибки измерения угла с выходом фильтра (б) для одной

плоскости измерений

Из рисунков видно, что соответствующим образом настроенный фильтр обладает необходимыми свойствами подавления случайных выбросов в показаниях первичных датчиков.

Ниже приведены результаты экспериментальных исследований. На

рис. 5а показана зависимость ухода нуля гироскопа LPR530 от времени по одной из осей, а на рис. 5б - нормальная работа и нежелательная реакция этого же гироскопа на линейные ускорения до 3g и вибрации в диапазоне частот до 1 кГц.

а)

б)

Рис. 5. Результаты экспериментальных исследований гироскопа LPR530 в составе датчика наклона каната без компенсации алгоритма АУН (а), то же с компенсацией

дрейфа и воздействием вибраций (б)

На рис. 6 приведены данные гироскопа LPR530 с правильно подобранными коэффициентами

фильтра АУН. Частота среза ФНЧ - 100

Гц в соответствии с необходимой характеристикой быстродействия

датчика.

Рис. 6. Данные гироскопа LPR530 с правильно подобранными коэффициентами

фильтра АУН

На рис. 7а изображена блок схема датчика контроля напуска и наклона каната [9], а на рис. 7в показан один из

вариантов конструктивного исполнения датчика наклона, прошедшего успешные испытания на шахте.

а)

в)

Рис. 7. Датчик контроля наклона и напуска каната

После установки датчика на головной канат и подаче напряжения питания начинается выполнение управляющей программы

микроконтроллера МК, который формирует тестовые сигналы для магниточувствительных микросхем ЧЭ1 и ЧЭ2, трёхосевого гироскопа Г и трёхосевого акселерометра А, а также сигналы управления источниками опорного напряжения ИОН1 и ИОН2. После этого происходит считывание информации с аналоговых входов МК с последующим анализом исправности.

После исполнения команды тестирования выполняется калибровка датчика путём нажатия кнопочного выключателя КН (головной канат без провисаний в этот момент должен быть разгружен, т.е. подъёмный сосуд

установлен на жёсткое основание). В этом режиме МК опрашивает все информационные входы, определяя исходное состояние устройства. Анализируя информацию с выходов трёхосевого гироскопа Г, трёхосевого акселерометра 9 и датчика температуры ДТ, микроконтроллер МК выполняет измерение текущих показаний для данного режима. Одновременно происходит подстройка коэффициентов усиления усилителей У1 и У2 путём изменения коэффициентов усиления и величин сигналов управления на выходах источников опорного напряжения ИОН1 и ИОН2. После установки исходного состояния кнопочный выключатель КН отключается, в результате чего устройство подготовлено к работе.

После снятия сосуда с жёсткого основания датчиком натяжения каната, с помощью магниточувствительных микросхемам ЧЭ1 и ЧЭ2 (например, датчики Холла с усилителями), измеряется натяжение каната по величине изменения магнитного поля, создаваемого магнитом М.

С помощью трёхосевого гироскопа Г и трёхосевого акселерометра А измеряется текущее положение каната относительно вертикали. Микроконтроллер МК сравнивает текущие показания с калибровочными, определяя угол наклона. При этом с помощью трёхосевого гироскопа Г и датчика температуры ДТ происходит корректировка показаний

акселерометра А, возникающих при наложении горизонтальных и вертикальных колебаний на результаты измерений.

На основании анализа полученных данных производятся вычисления в реальном времени текущего угла отклонения каната от вертикальной оси, а также натяжение каната, которые поступают на цифровой приёмопередатчик ПП, а аналоговые значения натяжения в кН или кг и угла наклона в градусах или радианах поступают соответственно на аналоговые выходы 1 и 2 микроконтроллера МК.

Датчик обеспечивает измерение наклона и натяжения канта и позволяет исключить ошибку измерения, обусловленную наложением

вертикальных и горизонтальных колебаний каната. Кроме того, введение датчика температуры позволяет исключить ошибку измерения наклона и натяжения каната путём корректировки результатов измерений с учётом текущего значения температуры для каждого измерения в реальном времени.

Выводы

В работе решена научная задача разработки методов и средств контроля зависания сосуда (грузовой платформы) вертикальной подъемной установки. Предложены различные конструкции датчиков контроля напуска каната, выполнены экспериментальные

исследования технических

характеристик. Получен оптимальным образом настроенный рекурсивный фильтр, позволяющий исключить ошибку измерения, обусловленную наложением вертикальных и

горизонтальных колебаний каната

Список литературы:

1. Латыпов И. Н. Обоснование и обеспечение безопасной эксплуатации шахтных барабанных подъемных установок: Автореф. дис. доктора технич. наук: 05.05.06. - Екатеринбург, 2008. - 29 с.

2. Чехлатый Н.А., Мялковский В.И., Пристром В.А. Защита шахтной подъемной установки от перегруза сосуда // Уголь Украины. - №12. - 2010. - С. 32-34.

3. Бежок В. Р., Дворников В. И., Манец И. Г., Пристром В. А., общ. ред. Б. А. Грядущий, В. А. Корсун. Шахтный подъем: Научно-производственное издание - Донецк: ООО «Юго-Восток, Лтд», 2007. - 624 с, 494 ил., 233 библиогр.

4. Пат. 91268, МПК7 В66В 5/14. Способ посадки-снятия подъемного сосуда с жесткого основания и устройство для его осуществления /Н.А. Чехлатий, В.И. Дворников. - № а 2008 11420; Заявл. 22.09.2008; Опубл. 12.07.10. - Бюл. №13. - 6 с

5. Пат. 103407, МПК О 08 Ь 5/04. Устройство для контроля натяжения каната / Н.А. Чехлатий, С.А. Евсюков,

К.А. Соломенцев, Д.М. Пилипенко. - № а 2012 01961; Заявл. 21.02.2012; Опубл. 10.10.2013. - Бюл. №19. - 4 с.

6. Пат. 103815, МПК G 08 L 5/04. Устройство для контроля натяжения каната/ Н.А. Чехлатий, С.О. Свсюков, К.А. Соломенцев, Д.М. Пилипенко. - № а 2012 02763; Заявл. 07.03.2012; Опубл. 25.11.2013. - Бюл. №22. - 4 с.

7. Басараб М. А. Математическое моделирование физических процессов в гироскопии. Монография / М. А. Басараб, В. Ф. Кравченко, В. А. Матвеев. - М.: Радиотехника, 2005. -176 с.

8. Балакришнян А. Теория фильтрации Калмана: пер. с англ. / А. Балакришнян. - М.: Мир, 1988. - 168 с.

9. Пат. 97929, МПК В66С 13/04. Устройство для измерения натяжения и наклона каната/Н.А. Чехлатий, А.Ю. Грицаенко, С.О. Евсюков, М.П. Демченко, О.А. Годар. - № а 2011

08953; Заявл. 18.07.2011; Опубл. 10.02.2012. - Бюл. №3. - 6 с.

Аннотации:

Приведены основные методы контроля напуска каната в ствол, выполнен анализ существующих средств контроля наклона и натяжения каната. Предложена математическая модель датчика напуска каната, рассмотрена его структурная схема и выполнены экспериментальные исследования датчика.

Ключевые слова: канат, подъемная установка, контроль напуска каната.

The main methods of controlling the rope entry into the trunk are given, the analysis of existing means of controlling the slope and tension of the rope is carried out. A mathematical model of the rope intake sensor is proposed, its block diagram is considered and experimental studies of the sensor are performed.

Keywords: rope, lifting installation, rope release control.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.