СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ СКОРОСТЬЮ ПОДАЧИ УГОЛЬНЫХ КОМБАЙНОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК E21C35/24 

Изобретение относится к системе автоматического управления процессом выемки угля комбайнами и предназначено для автоматического управления процессом выемки угля комбайнами и, в частности, для автоматического управления приводом подачи угольного комбайна.

Известен способ управления горной машиной, обеспечивающий регулирование нагрузки путем изменения скорости подачи, включающий задание уставки тока, соответствующей номинальной нагрузке и уставки отсечки соответствующей холостому ходу электродвигателя, непрерывное измерение тока электродвигателя в заданном диапазоне частот, его сравнение с уставкой тока и уставкой отсечки. В указанном способе регулирования не учитывается изменчивость сопротивляемости резания разрушаемого материала и необходимость получения производной тока [1]
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ управления посредством регулятора нагрузки типа "Уран", включающий задание уставок номинального тока и тока отсечки и непрерывное измерение мгновенного тока электродвигателя привода резания горного комбайна. Данный способ может вызвать автоколебательные режимы, которые определяются низким быстродействием насоса электропривода подачи [2]
Известно устройство, включающее блок задания уставки тока, соответствующее номинальной нагрузке и уставка отсечки, соответствующая холостому ходу электродвигателя, блок измерения тока электродвигателя в заданном диапазоне частот, блок сравнения с уставкой тока и уставкой отсечки. В данном устройстве не учитывается функциональная зависимость между током двигателя и скоростью подачи.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство "Уран" содержащее датчики тока, элемент сравнения, подключенный к механизму регулирования скорости подачи. Данное устройство не защищает двигатель комбайна от недопустимого перегрева.

Целью изобретения является повышение надежности системы автоматического управления скоростью подачи и электродвигателя резания угольного комбайна.

Достигается это тем, что в способе автоматического управления скоростью подачи угольных комбайнов, включающим задание уставок номинального тока и тока отсечки и непрерывное измерение мгновенного тока I/Р электродвигателя привода резания горного комбайна, определяет эффективный ток I_э(Р) по формуле
I_э(P) где К коэффициент передачи апериодического звена;
Т постоянная времени апериодического звена, величина которого должна быть в 10.20 раз больше времени затухания корреляционной функции графика тока, и сравнивают его с уставкой заданного значения номинального тока и поддерживают их равенство изменением скорости подачи комбайна, сравнивают мгновенное значение тока электродвигателя привода резания горного комбайна с заданным током отсечки и при превышении мгновенного тока электродвигателя привода резания тока отсечки мгновенно снижают скорость подачи.

Достигается это также тем, что в устройство, содержащее датчик тока и элемент сравнения, подключенный к механизму регулирования скорости подачи комбайна, введены последовательно соединенные квадратор, апериодическое звено, вычислитель квадратного корня, пропорциональное звено с зоной нечувствительности и последовательно соединенными фильтром низких частот и вторым пропорциональным звеном с зоной нечувствительности. Причем выход датчика тока подключен к первому и второму входам квадратора и к входу фильтра низких частот, а выходы пропорциональных звеньев с зоной нечувствительности подключены к входам элемента сравнения.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 зависимости коэффициента формы, эффективного и среднего тока в функции скорости подачи К_сф f(V_п), I_эf(V_п), I_ср (V_п), экспериментально полученные при натурных испытаниях горного комбайна МК-67.

Устройство (фиг. 1) содержит последовательно соединенные датчик тока 1, квадратор 2, апериодическое звено 3 для осреднения квадрата тока, блок извлечения квадратного корня 4, пропорциональное звено с зоной нечувствительности 5, настроенное на номинальный ток двигателя резания, последовательно соединенные с датчиком тока 1 фильтр низкой частоты 6, пропорциональное звено 7 с зоной нечувствительности, настроенное на максимально допустимый ток двигателя из условия отсутствия его опрокидывания. Выходы звеньев 5 и 7 соединены с элементом сравнения 8, выход которого соединен с механизмом регулирования скорости 9. Далее на фиг. 1 представлены электродвигатель 10 резания, звено 11 электродвигателя с коэффициентом передачи тока двигателя в момент на валу, передаточная функция от момента на валу в частоту вращения электродвигателя резания 12. Причем выход датчика тока соединен с первым и вторым входами квадратора, выход которого соединен с входом апериодического звена, выход которого соединен с входом вычислителя квадратного корня, выход которого соединен с входом пропорционального звена с зоной нечувствительности, выход которого соединен с первым входом элемента сравнения. Кроме того, выход датчика тока соединен с входом фильтра низкой частоты, выход которого соединен с входом пропорционального звена с зоной нечувствительности, соответствующей максимально допустимому току двигателя из условия отсутствия его опрокидывания, выход которого соединен с вторым входом элемента сравнения, выход которого соединен с механизмом регулирования скорости подачи комбайна.

Все вычислительные блоки выполняют на серийных микросхемах. Схема реализации представлена на фиг. 3.

Суть способа состоит в использовании автоматического регулирования скорости подачи по двум каналам.

При нормальной работе комбайна эффективный ток не должен превышать значение номинального тока электродвигателя резания. Автоматическое регулирование состоит в том, что при превышении эффективным током номинального значения тока двигателя резание комбайна включается отрицательная обратная связь, воздействующая на снижение скорости подачи. Схема автоматического управления не реагирует на кратковременное превышение эффективным током номинального тока двигателя и уступает в действие, если время превышения будет достаточно длительным и определяется 3-4 постоянными времени апериодического звена, постоянная времени которого должна быть равна 10-20-кратному значению времени затухания, значения которых составляют 0,5-1,5 с.

Сигнал отрицательной обратной связи поступает на элемент сравнения по первому входу и снижает скорость подачи комбайна до тех пор, пока эффективный ток двигателя резания комбайна не станет равным или меньшим зоны нечувствительности звена 5, которая настраивается на величину номинального тока двигателя резания, причем настройка может быть произведена в условиях завода-изготовителя.

Зона нечувствительности звена 6 настраивается на величину максимально допустимого в конкретных условиях тока двигателя, чтобы исключить его опрокидывание. При превышении мгновенным значением тока уставки зоны нечувствительности происходит снижение скорости подачи.

Устройство для осуществления способа работает следующим образом. На элементах 1, 2, 3, 4 производится вычисление эффективного тока потребляемого двигателем комбайна. Вычисленный эффективный ток подается на вход звена 5, выполненного на пропорциональном усилителе с зоной нечувствительности, определяемой величиной номинального тока двигателя. При превышении эффективным током зоны нечувствительности сигнал с выхода звена 5 поступает на вход элемента сравнения 8 со знаком противоположным знаку (U_vзад) сигнала, пропорционального заданной скорости подачи комбайна, снижая тем самым скорость подачи до величины, при которой эффективный ток не снизится до значения равного номинальному значению тока двигателя комбайна. Элементы 1, 6, 7 осуществляют выделение мгновенного значения максимального тока двигателя, где на фильтре 6 ток формируется и выбросы тока низкой частоты, при которых возможны опрокидывания электродвигателя, сравниваются с зоной нечувствительности, пропорциональной максимально допустимому току двигателя, выполненному на звене 7.

При превышении зоны нечувствительности сигнал со звена 7 поступает на элемент сравнения 8 со знаком противоположным сигналу пропорциональным заданной скорости подачи (U_vзад). С выхода элементов сравнения 8 результирующий сигнал поступает в систему управления механизмом скорости подачи, осуществляя снижение скорости подачи.

Использование предлагаемого способа и устройства позволяет повысить надежность привода комбайна, исключить возникновение автоколебаний скорости подачи, связанных с несоответствием способа регулирования, реализованных с помощью регулятора нагрузки "Уран" и характеристиками системы комбайн разрубаемый материал.

Назначение: изобретение относится к управлению скоростью подачи угольных комбайнов. Сущность изобретения: задают установки номинального тока и тока отсечки, непрерывно измеряют мгновенный ток электродвигателя привода резания горного комбайна, определяют эффективный ток по формуле. Сравнивают его с уставкой заданного значения номинального тока и сравнивают мгновенное значение тока с заданным током отсечки. Поддерживают значение эффективного тока на уровне номинального тока электродвигателя привода резания. Производят мгновенное снижение скорости подачи при превышении током электродвигателя резания тока отсечки. Устройство для осуществления способа состоит из двух каналов, один из которых содержит последовательно соединенные квадратор, апериодическое звено, вычислитель квадратного корня, пропорциональное звено с зоной нечувствительности и сумматор. Второй канал представляет собой фильтр низких частот, вход которого соединен с выходом датчика тока. Выход фильтра соединен с входом пропорционального звена с зоной нечувствительности, выход которого соединен с механическим регулированием скорости подачи комбайна. 2 с. п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ автоматического управления скоростью подачи угольных комбайнов, включающий задание уставок номинального тока и тока отсечки и непрерывное измерение мгновенного тока I(P) электродвигателя привода резания горного комбайна, отличающийся тем, что определяют эффективный ток I_э(P) по формуле

где K коэффициент апериодического звена;
T постоянная времени апериодического звена, величина которого должна быть в 10 20 раз больше времени затухания корреляционной функции графика тока,
сравнивают его с уставкой заданного значения номинального тока, поддерживают их равенство изменением скорости подачи комбайна, сравнивают мгновенное значение тока электродвигателя привода резания горного комбайна с заданным током отсечки и при превышении мгновенного тока электродвигателя привода резания тока отсечки мгновенно снижают скорость подачи. 2. Устройство автоматического управления скоростью подачи угольных комбайнов, содержащее датчик тока и элемент сравнения, подключенный к механизму регулирования скорости подачи комбайна, отличающееся тем, что оно снабжено последовательно соединенными квадратором, апериодическим звеном, вычислителем квадратного корня, пропорциональным звеном с зоной нечувствительности и последовательно соединенными фильтром низких частот и входным пропорциональным звеном с зоной нечувствительности, причем выход датчика тока подключен к первому и второму входам квадратора и входу фильтра низких частот, а выходы пропорциональных звеньев с зоной нечувствительности подключены к входам элемента сравнения.