CC BY
28
УДК 622-1/-9
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ СРОКА СЛУЖБЫ И БЕЗОПАСНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТЯГОВЫХ КАНАТОВ ЭКСКАВАТОРОВ-ДРАГЛАЙНОВ
© А.М. Павлов1, Е.А. Дмитриев2, М.В. Корняков3, А.Н. Шевченко4
Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Общим недостатком применяемых сегодня на экскаваторах устройствах управления приводом механизма тяги является то, что они не обеспечивают машинисту обратной связи между усилием в тяговых канатах и положением рукоятки управления, что не позволяет прогнозировать процесс стопорения ковша. Коллективом Института недропользования разработано устройство для управления движением ковша экскаватора-драглайна, позволяющее повысить производительность работы экскаватора за счет повышения срока службы и безопасности эксплуатации тяговых канатов, снизить перегрузку деталей кинематической цепи механизма тяги, что приводит к сокращению количеств поломок и аварий, а значит, к уменьшению простоев экскаватора-драглайна из-за ремонта.
Ключевые слова: экскаватор; драглайн; экскаватор-драглайн; механизм тяги; управление приводом; стопоре-ние механизма тяги.
A DEVICE TO IMPROVE DRAGLINE EXCAVATOR PULL CABLE LIFETIME AND OPERATION SAFETY A.M. Pavlov, E.A. Dmitriev, M.V. Kornyakov, A.N. Shevchenko
Irkutsk National Research Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
A common shortcoming of the devices employed on excavators today that control a pulling mechanism drive is their inability to provide an excavator operator with the feedback between the effort in the pull cables and the position of the control handle. This makes impossible to predict the process of locking the bucket. The staff of the Institute of Subsoil Use have developed a device to control the movement of a dragline excavator bucket that allows to improve excavator performance by improving the pull cable lifetime and operational safety. It also reduces the overloading of pulling mechanism kinematic chain components that leads to fewer breakdowns and accidents, and thus decreases dragline downtime caused by repairs.
Keywords: excavator; dragline; dragline excavator; traction mechanism; drive control; locking traction mechanism.
Машинист экскаватора в системе управления приводом механизма тяги является звеном системы «оператор-экскаватор-забой». Качество управления приводом механизма тяги влияет на производительность экскаватора, на износ, срок службы и безопасность эксплуатации тяговых канатов, а также на перегрузку деталей кинематической цепи механизма тяги. Процесс копания и наполнения ковша грунтом происходит во взорванной породе в постоянной встрече с валунами, негабаритами, непреодолимыми препятствиями, что приводит к стопорению механизма тяги. Машинист путем воздействия через ручной задатчик на привод механизма подъема выводит ковш из состояния стопорения и продолжает процесс копания.
Общим недостатком применяемых сегодня на экскаваторах устройствах является то, что они не обеспечивают машинисту обратной связи между усилием в тяговых канатах и положением рукоятки управления. Поэтому машинист не может прогнозировать процесс стопорения ковша.
Процесс управления режимом копания может быть значительно улучшен за счет обеспечения машиниста дополнительной информацией о нагрузке в механизме тяги. Лучше всего ее представлять в тактильной форме, преобразуя нагрузку в механизме тяги в активное усилие, действующее через рукоятку управления привода тяги на ладонь машиниста.
Для решения этой задачи известно устройство
1Павлов Александр Митрофанович, доктор технических наук, профессор кафедры разработки месторождений полезных ископаемых, тел.: (3952)405104.
Pavlov Aleksandr, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Mineral Deposit Development, tel.: (3952) 4051 04.
2Дмитриев Евгений Алексеевич, кандидат технических наук, доцент кафедры горных машин и электромеханических систем, тел.: (3952)405101
Dmitriev Evgeniy, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Mining Machines and Electromechanical Systems, tel.: (3952) 405101
3Корняков Михаил Викторович, доктор технических наук, профессор, проректор по инновационной деятельности, тел.: (3952)405080, e-mail: kornikov@istu.edu
Kornyakov Mikhail, Doctor of technical sciences, Professor, Vice-Rector for Innovation, tel.: (3952) 405080, e-mail: kornikov@istu.edu
4Шевченко Алексей Николаевич, кандидат технических наук, доцент кафедры горных машин и электромеханических систем, тел.: 405069, 79646541034, e-mail: shan@istu.edu
Shevchenko Aleksei, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Mining Machines and Electromechanical Systems, tel.: 405069, 79646541034, e-mail: shan@istu.edu
для управления движением ковша-драглайна при копании [1], содержащее: двигатели подъемной и тяговой лебедок, управляемые блоками регулирования скорости этих лебедок; датчик пути копания, выход которого через программный задатчик натяжения тяговых канатов подключен к одному из входов регулятора натяжения тяговых канатов, к другому входу -датчик натяжения тяговых канатов, а выход регулятора соединен с первым входом регулятора натяжения подъемных канатов, второй вход последнего - с выходом датчика натяжения подъемных канатов. При этом выход регулятора натяжения подъемных канатов подключен к входу блока регулирования скорости подъемной лебедки. Устройство снабжено дополнительным регулятором натяжения тяговых канатов с программным задатчиком натяжения тяговых канатов, вход которого соединен с выходом датчика пути копания, а его выход и выход датчика натяжения тяговых канатов подключены ко входам дополнительного регулятора натяжения тяговых канатов. При этом выход последнего соединен с входом блока регулирования скорости тяговой лебедки.
Однако данное устройство не обеспечивает машинисту обратной связи между усилием в тяговых канатах и положением рукоятки управления. Поэтому машинист не может прогнозировать процесс стопоре-ния ковша.
Известно также устройство для управления рабочим оборудованием экскаватора-драглайна [2], содержащее: электропривод подъемной лебедки с блоком регулирования его скорости; задатчик; датчик и регулятор натяжения подъемного каната, выход которого и выход ручного задатчика скорости подъема подключены к входам блока выделения наибольшего сигнала управления двигателем подъемной лебедки, соединенного через блок ограничения скорости выбора слабины в подъемном канате к входу блока регулирования скорости подъема, при этом управляющий вход блока ограничения скорости соединен с выходом датчика натяжения подъемного каната.
Указанное устройство обеспечивает ограничение динамических нагрузок рабочего оборудования, электропривода и механизма подъема, возникающих при выборе слабины в подъемном канате, за счет ограничения скорости электропривода в зависимости от величины усилия в подъемном канате. Ограничение скорости электропривода тяги в зависимости от усилия в подъемном канате в устройстве не предусмотрено.
Однако при слабине в подъемном канате возможно чрезмерное заглубление ковша в грунт, и копание с большой скоростью электропривода тяги приводит к возникновению значительных динамических нагрузок в механизме тяговой лебедки. Кроме того, устройство не обеспечивают машинисту обратной связи между усилием в тяговых канатах и положением рукоятки управления. Поэтому машинист не может прогнозировать процесс стопорения ковша.
Другим примером является устройство для управления движением ковша экскаватора-драглайна [3], содержащее: двигатели подъемной и тяговой лебедок; датчики натяжения подъемного и тягового канатов;
регулятор натяжения тягового каната, к входам которого подключены выходы датчика натяжения тягового каната и задатчика натяжения этого каната; блок выделения сигнала управления приводом тяги, один из входов которого соединен с выходом регулятора натяжения тягового каната, другой - с выходом задатчика скорости тяговой лебедки; а также блок регулирования скорости тяговой лебедки .
В отличие от приведенных ранее, данное устройство позволяет ограничивать минимальные и максимальные усилия в подъемном и тяговом канатах, обеспечивая тем самым ограничение динамических нагрузок в рабочем оборудовании, электроприводах и механизмах подъемной и тяговой лебедок драглайна, возникающих в них в процессе копания. Это устройство взято нами в качестве прототипа. Однако недостатком данного устройства является то, что при максимальном значении заданной скорости привода тяговой лебедки и чрезмерном заглублении ковша в грунт возникают максимальные нагрузки в механизме тяговой лебедки. Однако предотвращение этих нагрузок в известном устройстве не предусмотрено. Кроме того, устройство не обеспечивает машинисту обратной связи между усилием в тяговых канатах и положением рукоятки управления. Поэтому машинист не может прогнозировать процесс стопорения ковша.
В настоящее время необходимо создание такого устройства для управления движением ковша экскаватора-драглайна, которое позволило бы повысить качество управления экскаватором-драглайном за счет обеспечения машиниста дополнительной информацией о нагрузке в механизме тяги путем преобразования нагрузки в механизме тяги в активное усилие, действующее через рукоятку управления привода тяги на ладонь машиниста. Технический результат такого устройства должен заключаться в повышении производительности работы машины за счет повышения срока службы и безопасности эксплуатации тяговых канатов, снижения перегрузок деталей кинематической цепи механизма тяги, что позволяет сократить количество поломок и аварий, а следовательно, уменьшить простой экскаватора-драглайна из-за ремонта.
В Институте недропользования разработано устройство для управления движением ковша экскаватора-драглайна, включающее: двигатели тяговой и подъемной лебедок; датчик натяжения тягового каната; регуляторы натяжения тягового и подъемного каната; ручные задатчики натяжений тягового и подъемного канатов; блок выделения сигнала управления приводом тяги и блок выделения сигнала управления приводом подъема. Устройство также снабжено преобразователем электрического сигнала в механическое усилие, который своим входом электрически соединен с выходом датчика натяжения тягового каната, а своим выходом механически соединен с валом рукоятки ручного задатчика натяжения тягового каната, соединенного с входом блока выделения сигнала управления приводом тяги, выход которого соединен с входом регулятора натяжения тягового каната, выход которого соединен с двигателем тяговой лебедки.
Введение в устройство преобразователя электрического сигнала в механическое усилие позволяет обеспечить машиниста обратной связью между усилием в тяговых канатах и положением рукоятки управления. Обратная связь реализуется в тактильной форме, преобразуя нагрузку в механизме тяги в активное усилие, действующее через рукоятку управления приводом тяги на ладонь машиниста. Поэтому машинист сможет прогнозировать процесс стопорения ковша.
На рисунке представлена блок-схема устройства для управления движением ковша экскаватора-драглайна.
Датчик натяжения тягового каната 1 соединен со входом преобразователя электрического сигнала в механическое усилие 2, выход которого механически соединен с валом ручного задатчика натяжения тягового каната 3. В качестве преобразователя электрического сигнала в механическое усилие 2 может быть использован, например, двигатель постоянного тока независимого возбуждения небольшой мощности (серводвигатель). Вал ручного задатчика натяжения тягового каната 3 (сельсинного командоаппарата) и вал серводвигателя-преобразователя электрического сигнала в механическое усилие 2 механически соединены между собой.
Устройство для управления движением ковша экскаватора-драглайна
Устройство для управления движением ковша экскаватора-драглайна содержит: датчик натяжения тягового каната 1; преобразователь электрического сигнала в механическое усилие 2; ручной задатчик натяжения тягового каната 3; блок выделения сигнала управления приводом тяги 4; регулятор натяжения тягового каната 5; двигатель тяговой лебедки 6; редуктор тяговой лебедки 7; барабан тяговой лебедки 8; тяговый канат 9; ковш 10; ручной задатчик натяжения подъемного каната 11; блок выделения сигнала управления приводом подъема 12; регулятор натяжения подъемного каната 13; двигатель подъемной лебедки 14; редуктор подъемной лебедки 15; барабан подъемной лебедки 16; подъемный канат 17.
Датчик натяжения тягового каната 1 выполнен в виде резистора участка главной цепи системы «генератор - двигатель» двигателя тяговой лебедки 6. Ручной задатчик натяжения тягового каната 3 и блок выделения сигнала управления приводом тяги 4 представляют собой сельсинный командоаппарат.
Выход блока выделения сигнала управления приводом тяги 4 соединен с входом регулятора натяжения тягового каната 5, выход которого соединен с двигателем тяговой лебедки 6, а именно с обмоткой возбуждения генератора - двигателя тяговой лебедки 6.
Блок выделения сигнала управления приводом подъема 12 механически соединен с ручным задатчи-
ком натяжения подъемного каната 11. Выход блока выделения сигнала управления приводом подъема 12 соединен с входом регулятора натяжения подъемного каната 13, выход которого соединен с входом двигателя подъемной лебедки 14, а именно с обмоткой возбуждения двигателя подъемной лебедки 14. Вал двигателя подъемной лебедки 14 механически соединен с редуктором подъемной лебедки 15, на выходном валу которого установлен барабан подъемной лебедки 16 с подъемным канатом 17, к концу которого прикреплен ковш 10.
Устройство работает следующим образом.
Если при наполнении ковша 10 нагрузка в тяговом канате 9 начинает резко возрастать, тогда пропорционально ей возрастает электрический сигнал в датчике натяжения тягового каната 1. Далее преобразователь электрического сигнала в механическое усилие 2 преобразует сигнал с датчика натяжения тягового каната 1 в механическое усилие (момент), которое через ручной задатчик натяжения тягового каната 3 оказывает противодействующее усилие на ладонь машиниста. Машинист, ориентируясь на воспринимаемое ладонью усилие, регулирует выходные сигналы блока выделения сигнала управления приводом тяги 4 и блока выделения сигнала управления приводом подъема 12. Выходные сигналы с блока выделения сигнала управления приводом тяги 4 и блока выделения сигнала управления приводом подъема 12 поступают, соответственно, на входы регулятора натяжения тягового каната 5 и регулятора натяжения подъемного каната 13 и должным образом воздействуют на двигатель тяговой лебедки 6 и двигатель подъемной лебедки 14, и далее усилие через редуктор тяговой лебедки 7 и редуктор подъемной лебедки 15, барабан тяговой лебедки 8 и барабан подъемной лебедки 16 поступает на тяговый канат 9 и подъемный канат 17 до тех пор, пока ковш 10 не выйдет из зацепления и не уменьшится воздействие на ладонь машиниста, управляющей приводом тяги.
Усилие, поступающее с выхода преобразователя электрического сигнала в механическое усилие 2, ме-
ханически воздействует (противодействует) ручному задатчику натяжения тягового каната 3. Машинист экскаватора на основании тактильного усилия, воздействующего на его ладонь, регулирует выходные сигналы блока выделения сигнала управления приводом тяги 4 и блока выделения сигнала управления приводом подъема 12.
Напряжение на серводвигатель-преобразователь электрического сигнала в механическое усилие 2 подается с участка главной цепи системы «генератор - двигатель привода тяги» экскаватора-драглайна. Полярность напряжения с участка главной цепи, подаваемая на преобразователь электрического сигнала в механическое усилие 2 (серводвигатель), такова, что при положении ручного задатчика тягового каната 3 (рукоятки сельсинного командоаппарата) «на себя», момент, создаваемый серводвигателем, направлен «от себя», то есть в противоположную сторону. Противодействующий момент пропорционален току в главной цепи, а ток пропорционален усилию в тяговом канате 9. Если при наполнении ковша 10 нагрузка в тяговом канате 9 начинает резко возрастать, то и на ручном задатчике тягового каната 3 (рукоятке сельсинного командоаппарата) пропорционально возрастает противодействующий момент, и машинист, чтобы не допустить дальнейшего стопоре-ния ковша 10 и экстремальной нагрузки в тяговом канате 9, двигателем подъемной лебедки 14 (приводом подъема) выводит ковш 10 из зацепления (заглубления), предотвращая увеличение стопорного тока в 2,1-2,5 раза и срабатывание токовой отсечки.
Таким образом, повышается производительность работы экскаватора-драглайна за счет повышения срока службы и безопасности эксплуатации тяговых канатов, снижения перегрузок деталей кинематической цепи механизма тяги, что позволяет сократить количество поломок и аварий, а следовательно, уменьшить простой экскаватора-драглайна из-за ремонта.
Статья поступила 28.09.2015 г.
1. Пат. № 2326212 С1 РФ, МПК E02F9/20. Устройство для управления движением ковша драглайна при копании / Ломакин М.С., Ромашенков А.М., Самойленко А.М.; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный горный университет» (МГГУ). - № 2006139671/03; заявл. 09.11.06; опубл. 10.06.08. Бюл. № 9.
2. Пат. № 825784 А СССР, МПК Е02F3/48. Устройство для управления рабочим оборудованием экскаватора-драглайна / Ломакин М.С., Ромашенков А.М., Мамкин В.А., Ярцев Г.М.; заявитель и патентообладатель Московский ордена Трудо-
ский список
вого Красного Знамени Горный институт. № 2749450/29-03; заявл. 09.04.79; опубл. 30.04.81. Бюл. № 16. 3. Пат. № 1425276 А1 СССР, МПК E02F3/48, E02F9/20. Устройство для управления движением ковша экскаватора-драглайна / Ломакин М.С., Ромашенков А.М., Полинский М.Б., Симонов Ю.В.; заявитель и патентообладатель Московский горный институт и Государственный проектно-конструкторский и научно-исследовательский институт по автоматизации угольной промышленности «Гипроуглеавто-матизация». № 4126950/29-03; заявл. 03.10.86; опубл. 23.09.88. Бюл. № 35.
