CC BY
29
С.Е. Иконников, аспирант
Московский государственный горный университет
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ КОПАНИЯ ЭКСКАВАТОРА-ПРАГЛА171Н А
Эсплуатация экскаваторов-драгл айнов
показывает, что в процессе копания, машинист, не успевая реагировать на изменение характеристик забоя, вынужден производить много переключений командоап-паратов, что приводит к снижению скорости копания и потерям производительности
[1].
Идея осуществлять управление копанием драглайна за счет изменений усилий натяжения подъемных и тяговых канатов была предложена в работах МГТУ [2]. В МГТУ были проведены работы по исследованию системы управления процессом копания мощных драглайнов [3], в результате которых предложена функциональная схема такой системы, показанная на рисунке.
Система управления процессом копания включает нелинейный статический регулятор процесса копания РПК, который осуществляет управление копанием таким образом, чтобы обеспечить требуемую толщину срезаемой стружки Л и ее профиль для конкретных горно-технологических условий.
Регулятор РПК вырабатывает сигнал в зависимости от усилия в тяговых канатах по не1фторому функциональному закону }($п)* который суммируясь с заданным минимальным значением усилия в подъемных канатах 8П„, формирует сигнал задания Ь'мад для системы автоматического регулирования усилия подъемных канатов САР УПК. Усилие натяжения подъемных канатов ^и, регулируемое за счет САР УПК, является управляющим воздействием на объект управления Режим управления процессом копания зависит также от линейной скоро-
сти Ут намотки канатов на барабан тяговой лебедки.
|-
Рис.1. Функциональная схема системы управления процессом копания драглайна
На рисунке также обозначены:
ЭПТ - электропривод механизма тяги; искар - напряжение командоаппарата электропривода тяги;
?01 - касательная составляющая силы сопротивления грунта копанию;
Ро2 ~ нормальная составляющая силы сопротивления грунта копанию;
Згую - начальное значение усилия в тяговых канатах.
В процессе взаимодействия ковша драглайна с грунтом возникают три рода сопротивления его движению: сопротивление трению ковша о грунт Ртр, сопротивление резанию фунта Рр и сопротивление пе-
ремещению призмы волочения грунта в ковше Рп [4]. Касательная сила сопротивления грунта Poi копанию была принята равной^]:
Poi =РтР+Рр+Р* = М-N+Kbh+e(I+qnp)qK„ (1) где b - ширина ковша,
h - толщина срезаемой стружки; ц - коэффициент трения ковша о грунт; N - давление ковша на грунт;
К - удельное сопротивление грунта резанию;
е - коэффициент сопротивления наполнению ковша и перемещения призмы волочения грунта перед ним; qnp - объем призмы волочения в частях емкости ковша; q - емкость ковша драглайна;
К„ - коэффициент наполнения ковша.
При исследовании считалось, что рациональный режим копания - это копание с постоянной толщиной стружки [1], [5]. В этом режиме ковш после заглубления срезает грунт при постоянной толщине стружки (Л= const) до полного заполнения. Такой режим копания обеспечивает при заданной производительности планомерную отработку забоя, не требующей дополнительной зачистки, а также минимальные перегрузки в рабочем оборудовании и приводах копающего механизма.
В работе [2] показано, что при управлении процессом копания усилие натяжения подъемных канатов S„ должно изменяться по линейному закону в функции пути копания:
S„ (Ik) = S„0 + К; * Jk , где Jk - текущее значение пути копания;
Sno- начальное усилие в подъемных канатах, соответствующее весу упряжи ковша;
Кг коэффициент пропорциональности. В соответствии с экспериментальными данными [5] для копания с постоянной толщиной стружки усилие в тяговых канатах Sm также должно возрастать линейно в функции пути копания:
8т (1к) - 5^ + К2 * 1к, где Зто - начальное усилие в тяговых канатах, соответствующее силе трения движению порожнего ковша по грунту;
К2 - коэффициент пропорциональности. Алгоритм формирования управляющего воздействия (алгоритм управления) с учетом этих уравнений имеет вид:
&=•<
ЛПР"‘У»>‘У»>
(2)
где Крш - коэффициент регулятора РПК.
Значит, можно записать:
Зпзад — /(Зт), где $язад - нелинейная функция, характер которой определяется зависимостью от усилия в тяговых канатах.
При этом параметры алгоритма управления 8то и Крпк имеют различные значения для рационального режима процесса копания в различных горнотехнологических условиях.
Регулятор РПК осуществляет управление по алгоритму (2), для чего настраивается зона нечувствительности характеристики усилия в тяговом канате (значение Ято) и наклон линейной части характеристики Зпзад^^г») (коэффициент Крпк) ТЯК, чтобы обеспечить режим копания с постоянной толщиной стружки определенной величины Ь0, которая для разных категорий грунта определялась по [4].
В процессе исследования на ЭВМ было принято, что драглайн работает при экскавации грунтов II, III, и IV категорий (удельный коэффициент копанию Ку принимает различные значения) на углах откоса забоя а от 0° до 45°.
Результаты, полученные при цифровом моделировании системы управления процессом копания для параметров экскаватора-драглайна ЭШ 20, 90 в средней чао
ти забоя с учетом всех составляющих соот- | ношения (1), представлены в таблице:
Категория грунта а ,град кН КН -^рпк Ао, см 1к, м
II 0 80 300 0,6 77 8
Ку = 1,5 кг/см2 30 80 400 0,45 74 8,5
45 80 550 0,34 78 8,5
III 0 80 300 0,65 60 И
Ку = 2,5 кг/см2 30 80 400 0,5 55 И
45 80 550 ... 0,4 60 11
IV 0 80 300 0,75 46 13,5
Ку — 4 кг/см2 30 80 400 0,6 46 13,5
45 80 550 0,5 47 13
Таким образом, на основании исследований режимов управления процессом копания экскаватора-драглайна ЭШ 20,90 были сделаны следующие выводы:
• начальное усилие в подъемных канатах Я„0 можно поддерживать на неизменном уровне 80 кН;
• начальное усилие в тяговых канатах Япо, которое влияет на толщину срезаемой стружки А, не зависит от категории грунта, а зависит от величины угла откоса забоя а . Для заданного угла откоса забоя не требуется изменять величину в процессе копания;
• для управления процессом копания достаточно изменять в соответствии с паспортом ведения горных работ только коэффициент наклона Крпк линейной части характеристики регулятора в диапазоне 0,34 ... 0,75.
Техническая реализация экспериментального образца регулятора РПК осущест-вле«а на программируемом микропроцессорном контроллере РЕМИКОНТ Р-130, причем в качестве датчиков натяжения подъемных и тяговых канатов применялись аналоговые схемы косвенного измерения усилий по статической составляющей тока силовой цепи электродвигателя.
В настоящее время в МГТУ проводятся исследования адаптивного регулятора процесса копания РПК системы автоматизации с дополнительным устройством самонастройки, которое в соответствии выбранному критерию эффективности обеспечивает самонастройку коэффициента регулятора.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Балаховский М.С.. Ройтман П.А., Чечет-кин А.Б. Опыт обучения машинистов драглайнов оптимальным методам управления - ЦНИЭИУголь, 1971.
2. Залесов О.А., Ломакин М.С., Петерс Г.Б. Управление процессом копания драглайна регулированием натяжения подъемных канатов //Изв.ВУЗов Горный журнал. - 1975. -№4. - с. 117-118?
3. Ломакин М.С., Иконников С.Е. Система автоматизации процесса черпания экскаватора-драглайна для разработки обводненных забоев. // Горная техника на пороге XXI века. - М., МГГУ, 1996, с. 383-386.
4. Домбровский Н.Г., Панкратов С.А. Землеройные машины, ч. 1. Одноковшовые экскаваторы. - М., Госстройиздат, 1961.
5. Филатов В.И. Определение времени копания и эквивалентного момента привода тяги при копании ковшом драглайна. // Изв. ВУЗов Горный журнал. - 1982.-№ 11. - с. 78 - 80.
© С.Е. Иконников
