Научная статья на тему 'Оптимизация электромеханического преобразования энергии главными приводами мощного экскаватора-драглайна'

Оптимизация электромеханического преобразования энергии главными приводами мощного экскаватора-драглайна Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
76
11
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Дружинин А. В., Бабенко А. Г., Полузадов В. Н.

Рассматривается задача согласованного управления приводами мощного экскаватора-драглайна в периоды выполнения транспортных операций. Сформулирована и решена задача оптимизации нелимитирующего привода по обобщенному критерию энергетической эффективности. Реализация предложенного принципа оптимизации движения нелимитирующего электропривода осуществляется путем адаптации к конкретным горно-технологическим условиям эксплуатации настроечных параметров системы управления этим электроприводом. В качестве настроечных параметров используются стопорный ток якорной цепи и максимальное значение скорости привода. Представлен алгоритм функционирования адаптивной системы и функциональные зависимости оптимальных настроечных параметров от времени рассогласования и углов поворота для мощного экскаватора-драглайна с емкостью ковша 25 куб. м и длиной стрелы 100 м.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Дружинин А. В., Бабенко А. Г., Полузадов В. Н.

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

Optimization of Electric-Mechanical Transformation of Energy by Main Drives of a Powerful Excavator-Dragline

The article considers tasks of coordinated drives monitoring of a powerful excavator-dragline in the process of transport operations. The task has been formulated and solved on optimization of non-limiting drive according to generalized criterium oi energy efficiency. Realization of the suggested principle of optimization of a non-limiting electric drive movement is carried out by adaptation to concrete mining-technological conditions of setting parameters exploitation of electric drive control system. Stopper current of anchor circuit and maximum value of electric drive velocity are used as setting parameters. The algorythm of adaptive system functioning is presented and also functional dependence of optimal setting parameters on misalignement time and slewing angles.

Текст научной работы на тему «Оптимизация электромеханического преобразования энергии главными приводами мощного экскаватора-драглайна»

/

шающим инструментом, проводились в общем виде для любых зависимостей механической скорости бурения и функции износа, поэтому полученные результаты обладают существенной достоверностью и имеют широкую область применения.

1. Ситников Н. Б. Использование математической модели для оптимизации процесса бурения разведочных скважин//Изв. вузов. Горный журнал.— 1989.— № 4.— С. 58—63

2. Ситников Н. Б. Использование функции износа в математической модели процесса бурения скважин//Изв. вузов. Горный журнал.— 1989.— № 11.—С. 57—59.

3. Ситников Н. В., Макаров Л. В. Математические модели процесса бурения глубоких геологоразведочных скважин//Изв. вузов. Горный журнал.— 1992.— № 1.— С. 62-68.

ОПТИМИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ГЛАВНЫМИ ПРИВОДАМИ МОЩНОГО ЭКСКАВАТОРА-ДРАГЛАЙНА

Анализ работы мощных экскаваторов-драглайнов в различных горно-технологических условиях эксплуатации показал, что во время движения приводов подъема и поворота при транспортных перемещениях груженого ковша наблюдается рассогласование, которое может достигать 8-И2 с [3].

Обычно при решении проблемы согласования продолжительности движения приводов подъема и поворота в периоды транспортных операций лимитирующий по времени технологического перемещения привод оптимизируется по критерию максимального быстродействия с учетом наложенных ограничений, а тахограмма для нелимитирующего по длительности технологического перемещения привода формируется так, чтобы продолжительность его движения совпадала со временем перемещения лимитирующего привода [5]. При этом нелимитирующий привод оптимизируется по КПД, использование которого в качестве критерия оптимальности часто дает неадекватные результаты при оценке энергетической эффективности функционирования привода, ведет к противоречивым результатам и не позволяет сравнивать различные системы управления приводом. Поэтому при решении задачи оптимизации энергетических показателен нелимитирующего привода при заданном времени его технологического перемещения целесообразно в качестве критерия оптимальности использовать обобщенный критерий энергетической эффективности [4], который лишен этих недостатков и обеспечивает единообразие оценок во всех режимах работы электропривода.

Выражение для расчетов обобщенного показателя энергетической эффективности процессов в силовом канале электропривода может быть представлено в виде

где № — энергия обмена между соседними элементами силового канала за период оценки, — суммарные потери энергии в выбранных / элементах силового канала электропривода за период оценки.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИИ СПИСОК

ч_

УДК 621.829.323

А. В. Дружинин, А. Г. Бабенко, В. И. Полузадов

Обобщенные показатели энергетической эффективности процессов в электроприводах подъема и поворота экскаватора-драглайна определяются в сечении силовых каналов этих приводов «выходной вал электродвигателя—механизм». При таком выборе сечения силового канала обобщенный показатель Н оценивает эффективность электромеханического преобразования энергии за цикл экскавации. При этом энергия обмена между электродвигателем и механизмом рассчитывается по выражению

W= f |o)(f)-M (t)\dt,

где о)(() и M(t) —соответственно текущие значения угловой скорости и момента на валу двигателя; tu — продолжительность цикла экскавации.

Суммарные потерн энергии в электродвигателе определяются следующим образом:

t„

f Vbp^dt,

где ЕЛP(t)—сумма потерь в электродвигателе, включающая электрические в якорной цепи, щетках и обмотке независимого возбуждения, магнитные, механические и добавочные.

Реализация предложенного принципа оптимизации движения нелн-митирующего электропривода экскаватора-драглайна в цикле осуществляется путем адаптации к конкретным горно-технологическим условиям эксплуатации системы управления этим электроприводом. Алгоритм функционирования такой адаптивной системы имеет вид:

Н = >Нп

IСТЛр -

®тр.тах —

kз.экв 1 > кз.зкв ^ 1.

при /.

тр

fl (*пр>

^ст.пор!

f i

Д/р), если е < е„ если е = еп

О)

пор»

'Ш? JC'

^axi

Atp), если Дтах > 10 %, если Дтах = 10 %,

где ¿Тр — длительность технологического перемещения привода в транспортной операции; Д/р—расчетное время рассогласования движения приводов подъема и поворота при транспортных перемещениях груженого ковша; tз — заданное время транспортной операции; хпр — прогнозируемое значение технологического перемещения привода в транспортной операции; /ст.тр — стопорное значение тока якорной цепи при выполнении транспортной операции; <оТр.тах— максимальное значение скорости привода при выполнении транспортной операции; Экв — эквивалентный коэффициент тепловой загрузки якоря электродвигателя в цикле экскавации; Дтах— длительное коммутационное нарушение электродвигателя; /г®. Экв — эквивалентный коэффициент тепловой загрузки обмотки независимого возбуждения электродвигателя в цикле экскавации; <ВпОР — пороговая скорость электродвигателя, при которой Дтах== 10% при заданном значении стопорного тока якорной цепи;

[¡(хПр, А(Р), [о(Хпр, Д'р)—функции прогнозируемого технологического перемещения рабочего органа экскаватора в транспортной операции и расчетного времени рассогласования движения приводов; е — текущее значение ускорения механизма экскаватора; етах — максимально допустимое значение ускорения механизма экскаватора.

Прогноз значений технологических перемещений приводов подъема и поворота в каждой последующей транспортной операции и идентификацию каждой технологической операции экскаватора-драглайна осуществляет экспертная система [1].

Результаты исследования [2] показали, что адаптацию системы управления к конкретным горно-технологическим условиям эксплуатации можно осуществить путем аналитической самонастройки некоторых параметров этих систем управления. В качестве настроечных параметров использованы стопорный ток якорной цепи и максимальное значение скорости привода в период транспортной операции в функции прогнозируемого технологического перемещения и расчетного времени рассогласования движения приводов подъема и поворота.

При решении задачи оптимизации по обобщенному критерию энергетической эффективности используется комбинированный способ регулирования скорости вращения двигателя: в диапазоне скорости от нуля до номинальной путем изменения напряжения якоря; а при скоростях вращения выше номинальной путем изменения тока возбуждения. Решение проводится при учете ограничений по тепловой загрузке электродвигателей и качеству коммутации в них при повышенных скоростях вращения. Если текущее значение ускорения в динамическом режиме движения механизма экскаватора достигает максимально допустимой величины, то в системе предусматривается ограничение значения стопорного тока якорной цепи для поддержания текущего ускорения на предельно допустимом уровне.

В качестве примера на рис. 1, а, б приведены зависимости оптимальных настроек регуляторов адаптивной двухканальной системы управления приводом поворота мощного экскаватора-драглайна с ковшом емкостью 25 куб. м н длиной стрелы 100 м, обеспечивающие оптимизацию обобщенного критерия энергетической эффективности при технологическом перемещении платформы экскаватора на угол 120° и значениях расчетных времен рассогласования движения приводов подъема и поворота при транспортировке груженого ковша от 0 до 7 с. На рис. 1, а нанесены линии равных времен технологического перемещения платформы экскаватора на угол 120° при транспортировке груженого ковша из забоя в отвал. На рис. 1, б отмечены линии равных значений обобщенного критерия энергетической эффективности, соответствующие тому же технологическому перемещению. Совокупность настроек системы управления, определяемых для каждой точки одной линии равных времен (см. рис. 1, о), обеспечивает одинаковое время транспортирования, но для каждой линии существует единственная точка, характеризующуюся максимумом критерия эффективности (см. рис. 1, а, б), эта точка и определяет оптимальную настройку регуляторов для заданных рассогласования и технологического перемещения. Множество таких точек для одного угла и различных времен рассогласования образует линию оптимальных настроек.

Согласно расчетным данным при использований базовой системы управления приводом поворота (©т.ах—/ет3=1.8-/а8) перемещение платформы экскаватора при транспортировке груженого ковша на угол 120° происходит за 19 секунд при эффективности электромеханического преобразования 58 %• При применении адаптивной к конкретным горнотехнологическим условиям эксплуатации системы управления приводом поворота эффективность электромеханического преобразования энер-

гии возрастает до 69 % при Д/р=0 и достигает максимального значения Ятах = 74 % при Д^Р=7 с (см. рис. 1, б).

На рис. 2 показаны результаты решения задачи оптимизации электромеханического преобразования энергии для технологических пере-

5

Тим

Рис. !. Зависимости оптимальных настроек регуляторов адаптивной двух-канальной системы управления приводом поворота мощного экскаватора-

драглайна

мещений от 60 до 280° и значениях расчетных времен рассогласования от нуля до 10 с, т. е. для диапазонов технологических перемещений и времен рассогласования, характерных для реально эксплуатируемых мощных экскаваторов-драглайнов.

Анализ полученных результатов показал, что при применении адаптивной к конкретным горно-технологическим условиям эксплуатации системы управления приводом мощного экскаватора-драглайна значительно (от 57 до 76%) повышается эффективность электромеханического преобразования энергии, что доказывает целесообразность ис-

пользования таких систем управления силовым приводом экскаватора-драглайна.

По результатам исследований разработана методика определения настроечных параметров регуляторов адаптивной системы управления

(Лтр.тах ином

И

1.Ь

а

" ал об 0.8 f.o f.z hums

Рис. 2. Результаты решения задачи оптимизации электромеханического преобразования энергии для диапазонов технологических перемещений и времен рассогласования

приводом в транспортной операции, позволяющая оптимизировать процесс электромеханического преобразования энергии силовым электроприводом.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

]. Дружинин А. В., Бабенко А. Г. Использование экспертных систем в информационно-управляющих комплексах одноковшовых экскаваторов//Известия вузов Горный журнал,— 1992 — Л» 7,— С. 115—117.

2. Дружинин А. В., Бабенко А. Г. Оптимизация режимов работы электропривода поворота мощного драглайна//Известия вузов. Горный журнал.— 1990.— № 4.— С. 85— 91.

3. Носырев М. Б. Алгоритм согласования длительности операций подъема ковша и поворота платформы экскаватора-драглайна//Автоматическое управление технологическими првцессами в горной промышленности: Межвуз. науч. темат. сб/Свердл. горный ин-т,—Свердловск. 1991,—С. 35—39.

4. Энергосберегающая технология электроснабжения народного хозяйства: В 5 кн.: Практ. пособие/Под ред. В. А. Веникова. Кн. 2: Энергосбережение в электроприводе/ Н. Ф. Ильинский и др.—М.: Высш. школа, 1989 — 127 с.

5. Karajakin A., Nosyrev М., Druzinin A., Zameshin V. Adaptiv Control of Exava-tors Technological Processes//10 International Converence «ICAMC-90».— Ostrava, 1990 - pp 237—242.

УДК 621.829.329

В. И. Полузадов, А. В. Дружинин, А. Г. Бабенко

ВЛИЯНИЕ КОММУТАЦИОННЫХ ОГРАНИЧЕНИЙ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИВОДОВ МОЩНЫХ ДРАГЛАЙНОВ

Разработка качественных систем управления главными приводами мощных экскаваторов, обеспечивающих широкий диапазон регулирования скорости вращения путем изменения значений напряжения якоря

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.