Система программного регулирования натяжения подъемных и тяговых канатов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

А.М. Самойленко

СИСТЕМА ПРОГРАММНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ НАТЯЖЕНИЯ ПОДЪЕМНЫХ И ТЯГОВЫХ КАНАТОВ ДРАГЛАЙНА ПРИ КОПАНИИ

Представлены структура и алгоритмы системы программного регулирования натяжения подъемных и тяговых канатов драглайна. Система обеспечивает управление процессом копания с толщиной срезаемой ковшом стружки, близкой к постоянной величине. Для этого программное регулирование натяжения подъемных и тяговых канатов осуществляется по нелинейной зависимости от текущего значения проходимого ковшом пути копания. Применение системы обеспечивает повышение производительности драглайна по сравнению с ручным управлением.

Ключевые слова: драглайн, копание, регулирование, натяжение канатов, толщина стружки грунта, путь копания.

1[Эремя рабочего цикла, а, следовательно и производитель-

Х-#ность экскаватора-драглайна, зависят от времени копания, которое определяется толщиной срезаемой ковшом стружки грунта. Из известных способов управления процессом копания наиболее рациональным управлением представляется копание с толщиной срезаемой ковшом стружки грунта, близкой к постоянной величине, при допустимых нагрузках в электроприводах подъемного и тягового механизмов. При этом обеспечивается равномерная отработка забоя без образования значительных неровностей на его поверхности, что способствует уменьшению времени на зачистку (планировку забоя).

Изменение толщины срезаемой ковшом стружки грунта машинист драглайна осуществляет за счет регулирования величины усилия натяжения подъемных канатов (ПК). Для поддержания толщины стружки грунта, близкой к постоянной величине, необходимо увеличивать натяжение ПК по мере перемещения ковша по забою с целью компенсации его возрастающего веса и сил сопротивления его перемещения по забою (сил трения ковша о поверхность забоя, перемещению грунта в ковше, перемещению призмы волочения). При ручном управлении процессом копания машинисту достаточно трудно установить требуемое натяжение ПК, при котором толщина стружки грунта будет близка к постоянной величине. Кроме того, применяемые в

настоящее время системы управления электроприводом подъема обеспечивают изменение натяжения ПК за счет регулирования скорости электропривода, что может привести либо к недостаточному заглублению ковша в грунт и увеличению времени копания, либо к образованию слабины в ПК, являющейся одной из причин возникновения значительных динамических нагрузок в рабочем оборудовании и электромеханических системах драглайна при копании, снижающих их надежность и долговечность. В МГГУ разработана система программного регулирования натяжения подъемных и тяговых канатов (ТК) драглайна при копании [1, 2].

Структура системы программного регулирования натяжения канатов драглайна (СПР-НКД) представлена на рис. 1.

Система содержит контур программного регулирования натяжения ПК и контур программного регулирования натяжения ТК.

Контур регулирования натяжения ПК включает: датчик пути копания (ДПК), программный задатчик, регулятор и датчик натяжения ПК (ПЗП, РНП и ДНП), логический блок подъема (ЛБП), систему управления электроприводом подъема (СУП), электродвигатель и лебедку подъемного механизма (МП и ЛП), подъемные канаты (ПК) и ковш.

Контур регулирования натяжения ТК включает: датчик пути копания (ДПК), программный задатчик, регулятор и датчик натяжения ТК (ПЗТ, РНТ и ДНТ), логический блок подъема (ЛБТ), систему управления электроприводом тяги (СУТ), электродвигатель и лебедку тягового механизма (МТ и ЛТ), тяговые канаты (ТК) и ковш.

Так как увеличение веса ковша и сил сопротивления перемещения его по забою происходит по нелинейной зависимости от текущей величины пройденного ковшом пути копания, то с целью поддержания толщины срезаемой ковшом стружки грунта, близкой к постоянной величине, выходной сигнал ПЗП целесообразно также формировать по нелинейной зависимости от текущего значения пройденного ковшом пути копания.

Характеристика программного изменения заданного натяжения ПК в зависимости от пути копания SПЗП (^К ) представлена на рис. 2, а.

Рис. 1 Структура системы программного регулирования натяжения подъемных и тяговых канатов драглайна при копании (СПР-НКД)

Зпзт(1к)

Бпзп(1к)

б

Зтк

Зпк

Зт2

5П2

$Т1

$то

Эт

Эпо

а

“*—I---------------------------

1к? 1к Удп к 1к

Рис. 2, а, б. Характеристики программного изменения заданного натяжения подъемных (а) и тяговых (б) канатов в зависимости от пути копания

ипЗП=SПЗП (ипЗТ=SПЗТ ) - напряжение на выходе программного задатчика подъема (тяги), соответствующее заданному значению натяжения подъемных (тяговых) канатов; Sпo ^ ^ к (Sтo 1 2 К ) - ^

данное значение натяжения подъемных (тяговых) канатов при Ко 1 2 К ; Ко 1 2 К - значения пути копания, при которых характери-

коэффициенты крутизны характеристик 8пЗП(1к) и £ПЗТ(1к) ; Lк -конечное значение пути копания; и дпк =1К - напряжение на выходе датчика пути копания.

В соответствии с рис. 2, а алгоритм формирования заданного программного изменения натяжения подъемных канатов в зависимости от длины пути копания определяется следующим выражением:

5ПЗП(1к) и ЯпЗЩк)

сгики SпЗП(lк) и 5ПЗТ(1к) изменяют кругадау; кП1 2 3 (КТ12 3) -

Значения коэффициентов КП1 2 3 определяются на основании следующих выражений:

-%л %К -5П9

Ктг =------^; к„ =—2--------------л; к„ =—К----------2 (2)

Пл I -I П2 I -I ’ П3 L -I

1 к1 к0 2 к2 к1 3 к к2

Выходной сигнал программного задатчика ПЗТ также целесообразно формировать по нелинейной зависимости от текущего значения пройденного ковшом пути копания.

Характеристика программного изменения заданного натяжения ТК в зависимости от пути копания 8ПЗТ(1к ) представлена на рис. 2, б.

Этой характеристике соответствует следующий алгоритм формирования программного изменения заданного натяжения ТК:

8

ПЗТ(1к)

ГБТ 0 -РРЕЗ, при 1К 0 -0 §Т0 +КТЛ (1кЛ при 1к <1кй1к

0 1

8Т 0 +КТ1 (1к )+КТ 2 (1к ~1к1 ^ при 1к1 <1к -1к2 (3)

8Т0 +КТХ (1к )+КТ2 (1к ~1кх )+КТ3 (1к~1к2 ^ при 1к2 <1к ~Ьк

Коэффициенты крутизны характеристики 8пЗТ(1к ) :

К - Т1 ■ К - 2 Т1-К --^_(4)

Т1 1к Л ’ Т 2 1к Л ’ Т 3 I к -к ( ;

к1 к0 к2 к1 к к2

Аналитическое определение значений Ікі 2 К (для характеристик 8ПЗП(1к ) и 5пЗТ(1к) эти значения могут быть различными) и 8Пі 2 К (^Ті 2 К ) является затруднительным. Поэтому эти режимные параметры могут быть определены на основании пробных копаний для конкретных условий забоя. Кроме того, характеристики, представленные на рис. 2а, б, на основании пробных копаний могут быть изменены и содержать, например, не три, а

большее число сопрягаемых между собой линейных участков ха-

рактеристик.

Программное регулирование натяжения ПК и ТК предлагается осуществлять в автоматическом режиме управления процессом копания.

После посадки ковша на поверхность забоя машинист устанавливает командоаппараты управления электроприводами подъема и тяги (задатчики скорости ЗСП и ЗСТ) в «нейтральное» положение. Под действием выходного сигнала задатчика ПЗП (8По ^УПР , GУПР -вес упряжи ковша) производится устранение слабины в ПК и упряжь будет находиться в «натянутом» над ковшом положении. Под действием выходного сигнала задатчика ПЗТ (SТo -PРЕЗ , PРЕЗ - усилие резания) происходит преодоление начального сопротивления перемещения ковша по забою и ковш начинает перемещаться. По мере перемещения его по забою выходной сигнал датчика ДПК увеличивается, вызывая увеличение выходного сигнала задатчика ПЗП в соответствии с выражением (1). При этом обеспечивается программное регулирование натяжения ПК по нелинейной зависимости от пройденного ковшом пути копания. В результате копание будет осуществляться с толщиной срезаемой ковшом стружки грунта, близкой к постоянной величине. Программное регулирование натяжения ТК обеспечивает преодоление возрастающих сил сопротивления перемещению ковша по забою, а нелинейный характер процесса регулирования натяжения ТК в соответствии с выражением (3) способствует реализации копания с толщиной стружки грунта, близкой к постоянной величине.

Структура системы программного регулирования натяжения подъемных и тяговых канатов предусматривает возможность вмешательства машиниста в управление процессом копания. Для этого в структуру системы введены логические блоки выделения сигналов управления электроприводами подъема и тяги ЛБП и ЛБТ. Эти блоки являются блоками выделения наибольших из поступающих на их входы сигналов:

UЛБП = тах(ирнП иЗСП) и UЛБТ =тах(ирн'Г изСТ) (5)

где UРНП и UРНТ - напряжения на выходе регулятора натяжения подъемных и тяговых канатов; UЗСП и UЗСТ - напряжения на выходе задатчика скорости подъема и тяги.

Если в процессе копания машиниста не устраивает величина усилия в ПК (например, усилия недостаточно и происходит значительное заглубление ковша в грунт) или величина скорости копания, то машинист устанавливает на выходе соответствующего задатчика (ЗСП, ЗСТ) напряжение, большее напряжения на выходе соответствующего регулятора натяжения (РНП, РНТ) и в соответствии с (5) осуществляется переход управления электроприводом подъема или тяги при копании с автоматического на ручной режим работы.

Применение разработанной системы программного регулирования натяжения подъемных и тяговых канатов позволяет повысить производительность драглайна по сравнению с ручным управлением за счет уменьшения времени копания и времени на планировку забоя, а также повысить надежность и долговечность рабочего оборудования и электромеханических систем подъема и тяги драглайна за счет снижения возникающих в них динамических нагрузок.

--------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ломакин М. С. Автоматическое управление технологическими процессами.

2. Ломакин М.С. , Ромашенков А.М., Самойленко А.М. Устройство для управления движением ковша экскаватора-драглайна. Патент РФ, № 2326212, 2006. ЕШ

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ ------------------------------------------

Самойленко Александр Михайлович - старший преподаватель кафедры АТ, Московский государственный горный университет, www. samlen/ru@hotmail.com