Управление вращением ротора в механизированном тоннелепроходческом комплексе Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 622.232.83.254

УПРАВЛЕНИЕ ВРАЩЕНИЕМ РОТОРА В МЕХАНИЗИРОВАННОМ ТОННЕЛЕПРОХОДЧЕСКОМ

КОМПЛЕКСЕ

И.Н. Набродова

Рассматривается изменение угловой скорости при управлении вращением ротора механизированного тоннелепроходческого комплекса путем изменения угла наклона пластины объемного гидропривода.

Ключевые слова: ротор, угловая скорость, зависимости для гидронасоса и объемного гидропривода, линейная алгебраическая система уравнений в операторной форме.

При управлении вращением ротора происходит плавное изменение угловой скорости путем изменения угла наклона пластины объемного гидропривода. Привод работает либо при вращении «Вперед», либо при вращении «Назад». Расход на выходе гидронасоса равен расходу на входе в объемный привод [1,2].

Вышеприведенные зависимости для гидронасоса и объемного гидропривода принимают вид:

1) уравнение моментов, приведенных к валу гидронасоса, -

п

Ярфг б1п у Ьш (фъ + /Д ф )+ кпЯр ф соб у + 3ф + пер

/=1

к ц +

+ Тм ф + ф = кии; (1)

2) уравнение моментов, приведенных к валу объемного привода, -

П1

Я1Р1 г1 ^п У Ё 81п (Уъ + /А¥) =

/=1

з (

= кх пх Я х рх соб у + 3 У + Л У + У Ё ^т

, =1

3 \

Х П , ам

У Ё К,

■ я.

(2)

1=1 У

3) уравнение, учитывающее дросселирование в трубопроводе, -

б = ал[рф- Р1 ]2; (3)

4) уравнение расхода рабочей жидкости из полостей гидронасоса -

б = Яг ^ у Ё [1 + соб(Фъ + /Аф)] ^ + Яг у Ё В1п(фъ + /Аф)ф; (4) /=1 у & /=1 у &

5) уравнение расхода рабочей жидкости в полостях объемного гидропривода -

0 = ^ £ [1 + ооб(у ъ + /Д у ^ +

п1 ^

+ ъ 1 ш у, / =1

+ Б1Г71 ¿в!п(у ъ + /Ду • (5)

/=1 ^ В уравнениях (1) - (5) применены следующие обозначения:

- давление в рабочей полости гидропривода; ф - угловая скорость вала

гидронасоса; у - угол наклона пластины гидропривода; и - управляющий сигнал на входе электропривода; £ - площадь сечения одного поршня цилиндра гидронасоса; Тм - механическая постоянная времени электропривода; кт - коэффициент передачи электропривода по возмущающему моменту; к - коэффициент сухого трения поршней гидронасоса о пластину; ки - коэффициент передачи электропривода по управляющему сигналу; ^ - коэффициент вязкого трения, приведенный к валу электропривода; J - момент инерции подвижных частей гидронасоса; Р1 - давление в рабочей полости гидропривода; 0 - объемный расход рабочей жидкости;

- площадь поршня гидропривода; у - угол поворота вала гидропривода; к1 - коэффициент сухого трения поршней гидропривода о пластину;

- коэффициент вязкого трения, приведенный к валу гидропривода; J1 - момент инерции подвижных частей гидропривода; ¥т - тангенциальная составляющая сопротивления породы разрушению; К - расстояние от центра вращения, на котором расположен } -й породоразрушающий элемент; /1 - эффективная площадь дросселирующего трубопровода;

- угол наклона пластины объемного гидропривода.

Из (1) - (4) может быть получена линейная алгебраическая система уравнений в операторной форме:

а1ф 2 * 2 + а1фх * ]■ 5ф ) + а1 Рф0 5 РФ ) + а1у0 5у(*) = а1и0 5и ); ?2у2 *2 + а2у 4 5у ) + а2р10 5р1 ) + а2у10 5У1 ) = а2ХП5ХП );

аз рф0 5 рф)+аз р10 5 рх )=аз00 50; (6)

а4ф: *5ф) + [а4у1 * + а4у0 ] ■ 5у) = а400 50); а5у! ) + [а5ух! * + а5у10 \ 5у) = а500 50),

где

а1рф 0

а1ф 2 = Jkm + тм; ф =лкт +1;

п ^

Бг Бт у £ Б1п(фъ + /Дф)+ кпБ еоБ у /=1 )

a1g 0

SpfrcosgZsin(f¿ + 7Af)-knSpf sing

7=1

km; aiu0 = ku:

Э

7

a2y 2 = J1; a1f1 = h1 + Z FT

j=1

J

ХП ,aM Z Rj j=1

• Rj + y-

J

хП,aMZ R j=1

J .

Эу

a1 p10 = S^ sin g1 Z sin(y¿ + 7Ay)- k^S cos g1; 7=1

a2 g10 = S1Р1Г1 cos g1 Z sin(y b + 7Ay)+ k^S1 P1 sin g1;

7=1

Э JFt . j=1 a2 ХП =У-

J

ХП ,aM Z R j=1

• Rj.

ЭхП

П

a3 pf0 = Jf1

2[pf - p1 I2

1 n(A) , ,

a3p10 =-Jf1-f; a3Q0 =1; a4f1 = Sr tg g Z sin(fb + /Af);

2bf- P1 12 7=1

a4g1 = Srсtgg Z1 + cos(fb + /Af)]; a4g0 = Sr~Yg. Zsin(fb + 7Af)d;;

7=1

sin g 7=1

a4Q0

a5y1 = S1r1 tg g1 Zsin (¥b + 7Ay); a5g11 = S1r1 сtg g1 Z[1 + cos(¥b + 7Ay ) 7=1

n1 Z

7=1

a5g10 = S1r1-Zsin(Vb + zAy)dy ; a5Q0 =1

sin g1 7=1

В системе (6) входными воздействиями являются сигнал управления du(s), сигнал наклона пластины гидронасоса 8g(s), сигнал наклона

пластины гидропривода 8g1 (s), продольное перемещение ротора 8 хп (s )•

Указанные воздействия определяют следующие величины:

- частота вращения вала гидронасоса sdf(s);

- давление в полостях гидронасоса 8 pf(s);

- текущий расход рабочей жидкости на выходе гидронасоса 8q ;

- частота вращения вала гидропривода sdy (s);

- давление в полостях гидропривода 8 p1 (s).

1

1

Решение (6) относительно указанных параметров дает:

у5ф ) = Жу,< )5у(у) + ,<(у )5и (у) + Жуьф(у )5у1 (у) + + ЖХП ,ф(я )5 хп ),

у5у(у) = Жу,у(у)5у(у) + Жи,у(у)5и(у) + ,у(у)5ъ (у) +

+ жхп ,у(у )5 хп (у);

у5 р<(у ) = ЖУг р<(у )5у(у)+Жи, рф(у )5и(у)+Жуь рф(у )5У1 (у)+ жхп , рф(у)5 хп (у);

% (я) = Жугд (я )5у(я) + Жи £ (я )5и (у) + №Тье (у )5У1 (у) + + жхп £(у )5 хп (у);

у5 р1 (у ) = Жу, р1 (у )5У(у) + Жи, р1 (у )5и(у) + Жуь р1 (у )5У1 (у) + + жхп, р1 (у)5хп (у i

где Жх ) определяется по вышеприведенной методике, в которой

(7)

Д( у) =

2 у + а1ф0 а1<0 0 0 0

0 0 2 а2у 2 у + а2у1 у а2 рШ 0

0 аз<0 0 аз рю а300

а4ф1 у 0 0 0 а400

0 0 а5у1 у 0 а500

а V "й столбец для подстановки имеет значение а1и0 5и(у) + а1у0 5у(у), а1у10 5у1 (у) + а2 ХП 5 ХП(у ),о,о,о]г.

5(У)

Ш ,

Жи О)

5э(я)

Жщ ((у)

г

5у(у) -►

Ж¥М

Структурная схема управления продольным движением

ротора

Структурная схема имеет вид, приведенный на рисунке, где ге{ф,pf,y,pi,Q}, а входными воздействиями являются дц(s) , 5y(s),

dYl (s) , dХП (s) •

Список литературы

1. Кривченко Г.И. Гидравлические машины: турбины и насосы: учебник для вузов. 2-е изд., перераб. М.: Энергоатомиздат, 1983. 320 с.

2. Солод В .И., Гетопанов В.Н., Рачек В.М. Проектирование и конструирование горных машин и комплексов: учебник для вузов. М.: Недра, 1982. 350 с.

Набродова Ирина Николаевна, канд. техн. наук, доц., вед. инженер, ira19 78@tsu. tula. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

CONTROL ROTA TION OF THE ROTOR IN MECHANIZED TUNNEL-BORING COMPLEX

I.N.Nabrodova

Change of angular speed of rotation at management of rotation of a rotor of the mechanized tunnel-boring complex, due to change of a tilt angle of a plate of a volume hydraulic actuator is considered.

Key words: rotor, the angular velocity of the rotation, according to the hydraulic pump and hydraulic drive, linear algebraic system of equations in operator form.

Nabrodova Irina Nikolaevna, candidate of technical science, docent, senior engineer, ira19 78@tsu. tula. ru, Russia, Tula, Tula State University