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

Предполагаемое изобретение относится к системе автоматического управления процессом выемки угля комбайнами и предназначено, в частности, для автоматического регулирования скорости подачи угольного комбайна.

Известны способы регулирования нагрузки двигателя резания угольного комбайна.

Известен способ автоматического регулирования нагрузки с помощью регулятора ИПИР-3М (см. книгу Б.М. Стариков, В.Л. Азарх, З.М. Рабинович "Асинхронный электропривод очистных комбайнов". М. Недра, 1981, стр. 187, рис. Х.5). В основу способа заложен принцип поддержания постоянства мощности привода резания угольного комбайна, используя линейную зависимость мощности на валу двигателя от скорости подачи. При этом измеряется не мощность, а мгновенное значение потребляемого двигателем тока. В условиях шахтных сетей и резкопеременной нагрузки между потребляемой мощностью и потребляемым током нет линейной зависимости, вследствие чего регулирование сопровождается появлением автоколебаний в скорости подачи комбайна.

Известен способ управления горной машиной (а.с. N 1105640, кл. E 21C 35/24), обеспечивающий регулируемые нагрузки путем изменения скорости подачи, включающий задание уставки тока, соответствующей номинальной нагрузке, и уставки отсечки, соответствующей току холостого хода электродвигателя, непрерывное измерение мгновенного тока электродвигателя в заданном диапазоне частот, его сравнение с уставкой тока и уставкой отсечки. В указанном способе регулирования не учитывается изменчивость сопротивляемости резанию разрушаемого угля и, кроме того, необходимо определение производной тока.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ управления посредством серийно выпускаемого в настоящее время регулятора нагрузки типа "Уран", разработанного в институте "Донавтоматгормаш" (см. книгу Б.М. Стариков, В. Л. Азарх, З.М. Рабинович "Асинхронный электропривод очистных комбайнов". М. Недра, 1981, стр. 195, рис. Х.9), включающий задание уставок номинального тока и тока отсечки, непрерывное измерение мгновенного тока электродвигателя привода резания горного комбайна. Ввиду широкого спектра частот изменения потребляемого тока и низким быстродействием исполнительного устройства регулирования скорости подачи возникают автоколебания скорости подачи угольного комбайна.

Устройство по а.с. N 1105640 включает блок задания уставки тока, соответствующей номинальной нагрузке, и уставки отсечки, соответствующей току холостого хода 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 заявленному является устройство "Уран" (Б.Я. Стариков, В.Л. Азарх, З.М. Рабинович "Асинхронный электропривод очистных комбайнов". М. Недра, 1981, стр. 195, рис. Х.9), содержащее датчики тока и скорости подачи, элементы сравнения фактических и заданных значений тока и скорости подачи. Данное устройство ввиду низкого быстродействия и большой частоты изменения потребляемого двигателем резания тока вызывает автоколебания скорости подачи комбайна и, как следствие, отключение его отсечкой.

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

Поставленная цель достигается тем, что в способе автоматического управления скоростью подачи угольных комбайнов, включающем задание уставки тока, соответствующей номинальной нагрузке, уставки отсечки, соответствующей максимально допустимому току двигателя, непрерывное измерение мгновенного тока двигателя электропривода резания горного комбайна, определяют
среднее значение потребляемого тока по формуле

среднеквадратичное отклонение потребляемого тока по формуле

вероятное значение максимального тока двигателя по формуле
I_max= I_cp+βσ_I
где i(t) текущее мгновенное значение потребляемого тока;
I_ср средний ток;
σ_I среднеквадратичное отклонение тока;
I_max вероятный максимальный ток;
β задаваемое относительное уклонение;
T₁, T₂ постоянные времени апериодических звеньев, величина которых должна быть в 10-20 раз больше постоянной времени затухания корреляционной функции графика тока,
и сравнивают I_ср c заданным значением тока двигателя, регулируя скорость подачи, в функции разности тока уставки и I_ср I_max сравнивают с заданным значением тока отсечки, устанавливаемым автоматически в функции уровня напряжения на зажимах двигателя, и заданной вероятностью b отсутствия опрокидывания двигателя, снижая скорость подачи при вероятном максимальном токе, превышающем зону нечувствительности нелинейного элемента. Таким образом, в схеме имеются элементы, прогнозирующие вероятность превышения нагрузки двигателя резания выше допустимой и опережающие снижение скорости подачи комбайна при повышении вероятности опрокидывания его двигателя резания.

Поставленная цель достигается также тем, что в устройство, содержащее последовательно соединенные датчик тока и фильтр низких частот, два элемента сравнения, введены датчик напряжения, элементы, включающие среднее значение потребляемого тока и его среднеквадратичное отклонение, введены два канала регулирования, причем первый канал содержит датчик тока, выход которого соединен с входом апериодического звена, выход которого соединен с входом сумматора, а второй вход сумматора соединен с выходом датчика тока, выход сумматора 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, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом апериодического звена, а выход сумматора соединен с первым входом пропорционального звена с зоной нечувствительности, второй вход которого соединен с выходом датчика напряжения, а выход соединен с входом сумматора второго канала регулирования, второй вход которого соединен с элементом задания тока двигателя, а выход сумматора соединен с вторым входом сумматора первого канала регулирования, выход которого соединен с входом схемы управления гидронасосом механизма подачи комбайна.

Заявленное техническое решение соответствует критерию "существенные отличия", так как хотя в науке и технике известны примененные элементы, осуществляющие математические операции, но благодаря предложенному способу их использования определяются параметры системы, не совпадающие со свойствами известных технических решений.

Сущность предполагаемого изобретения поясняется нижеследующим описанием и рисунками, где на фиг. 1 представлена функциональная схема устройства, а на фиг. 2 представлена схема реализации устройства на серийных микросхемах.

Предполагаемое устройство, фиг. 1, содержит по первому каналу последовательно соединенные датчик тока 1 и апериодическое звено 2 для осреднения значения потребляемого тока; по второму каналу последовательно соединенные датчик тока 1, сумматор 3, центрирующий отклонение мгновенного значения тока относительно его среднего значения, квадратор 4, апериодическое звено 5, блок извлечения квадратного корня 6, пропорциональное звено 7. Выходы первого и второго каналов соединены с соответствующими входами сумматора 8, выход которого соединен с первым входом пропорционального звена 9 с зоной нечувствительности, пропорциональной максимально допустимому току двигателя, второй вход этого звена соединен с выходом датчика напряжения 10, сигнал которого пропорционален напряжению на зажимах двигателя, определяющего величину зоны нечувствительности и тем самым величину максимального тока двигателя, определяющего максимально допустимый момент двигателя из условия предотвращения его опрокидывания. Выход звена 9 соединен с вторым входом элемента сравнения 11, на первый вход которого подан сигнал заданного тока двигателя резания. Выход звена 11 соединен с вторым входом элемента сравнения 12, корректирующего скорость механизма подачи комбайна 13 и тем самым среднее значение потребляемого тока двигателя резания 14.

На фиг. 1 обозначены элементы функциональной схемы угольного комбайна. Эти элементы являются неизменяемыми как в прототипе, так и в предлагаемом изобретении.

K₁, K₂ коэффициенты пропорциональности между соответственно V_п(p) скоростью подачи и моментом сопротивления M_с(p). Звено, обозначенное 1/J_р, совместно с M_с(p) и M(p) представляет собой уравнение движения ротора двигателя в операторной форме записи. Все обозначены со знаком (p) представляют собой параметры работы электродвигателя угольного комбайна: ток, момент, частоту вращения в операторной форме записи, что общепринято в электроприводе при обозначении входных и выходных параметров элементов функциональных схем.

Сущность предлагаемого способа поясняется нижеследующим описанием и рис. 1.

Измеряемый датчиком тока (I), потребляемый двигателем ток I(p) осредняется на апериодическом звене (2) с постоянной времени, в 10.20 раз большей времени затухания коррекционной функции потребляемого двигателем резания комбайна тока. На сумматоре (3) осуществляется математическая операция DI = I(t)-I_cp центрирования мгновенного значения действующего потребляемого тока относительно него среднего значения. На квадраторе (4) центрированное значение тока возводится в квадрат и на апериодическом звене (5) осредняется. Выходом этого звена является дисперсия потребляемого тока (D_I). Извлекая квадратный корень (6) из дисперсии потребляемого тока, получают на выходе звена (6) среднеквадратичное отклонение потребляемого тока (σ_I). Умножая на пропорциональном звене (7) среднеквадратичное отклонение (σ_I) на относительное уклонение β 2,5.3, задаемся тем самым вероятным абсолютным отклонением максимального тока от его среднего значения. Задаваясь величиной относительного уклонения b 2,5.3, прогнозируем то, что максимальное значение потребляемого тока с вероятностью соответственно 0,98.0,995 не превысит
I_max≅I_cp+βσ_I.
Значение I_max определяется на сумматоре (8) и, если это значение превысит зону нечувствительности элемента (9), которая равна уставке максимально допустимого тока двигателя (уставке), то с выхода элемента (9) сигнал, пропорциональный разности I_max-I_уст= ΔI6 снизит заданный ток двигателя I_зад. Одновременно на сумматоре (12) сравнивается заданный ток двигателя с его средним значением, снимаемым со звена (2), и при I_ср > I_зад пропорционально снижается скорость подачи комбайна до равенства I_ср I_зад. Так как перегрузочная способность двигателя по току пропорциональна напряжению на его зажимах, то зона нечувствительности звена 9 (уставка максимального тока отсечки) устанавливается автоматически пропорционально напряжению на зажимах двигателя с помощью датчика напряжения (ДН) звено 10.

Использование предполагаемого способа и устройства позволит повысить надежность электропривода резания комбайна, исключить возникновение автоколебаний скорости подачи, связанных с несоответствием способов регулирования, реализованных с помощью регулятора нагрузки "Уран" и характеристиками системы комбайн разрушаемый материал.

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для автоматического управления процессом выемки угля комбайнами. Сущность изобретения: задают ток нагрузки и ток отсечки в функции напряжения на зажимах электродвигателя привода резания комбайна. По приведенным математическим выражениям определяют средний потребляемый ток I_ср, среднеквадратичное отклонение тока σ_I и вероятное значение максимального тока I_max. Сравнивают величины I_ср и I_max с их заданными значениями и поддерживают их не выше уставок путем регулирования скорости подачи угольного комбайна. Устройство для осуществления способа состоит из двух каналов регулирования. Один из каналов содержит последовательно соединенные датчик тока и апериодическое звено, а второй канал состоит из последовательно соединенных датчика тока, сумматора, квадратора, апериодического звена, вычислителя квадратного корня, первого пропорционального звена и второго пропорционального звена с регулируемой зоной нечувствительности. Выходы двух каналов соединены с системой управления механизмом подачи комбайна. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ автоматического управления скоростью подачи угольных комбайнов, включающий задание уставки тока, соответствующей номинальной нагрузке двигателя, уставки отсечки, соответствующей максимально допустимому току двигателя, непрерывное измерение текущего значения потребляемого тока i (t) двигателя электропривода резания горного комбайна, отличающийся тем, что определяют величины среднего значения потребляемого тока I_с р, среднеквадратичного отклонения потребляемого тока σ_I и вероятного значения максимального тока двигателя I_m a x по формулам
I_с р i(t) • (1 e^{- t / T} ₁;

I_max=I_ср+β•σ_I,
где β задаваемое относительное уклонение;
T₁ T₂ постоянные времени апериодических звеньев, величина которых должна быть в 10 20 раз больше времени затухания корреляционной функции графика тока,
и сравнивают величину I_с р с заданной уставкой тока двигателя и регулируют автоматически скорость подачи в функции их разности, а величину I_m a x сравнивают с уставкой отсечки, устанавливаемой автоматически в функции величины напряжения на зажимах двигателя и снижают заданную уставку тока при I_m a x, превышающую уставку отсечки. 2. Устройство автоматического управления скоростью подачи угольных комбайнов, содержащее датчик тока и задатчик уставок тока, два элемента сравнения и механизм подачи комбайна, отличающееся тем, что оно снабжено датчиком напряжения, двумя сумматорами, двумя апериодическими звеньями, квадратором, первым пропорциональным звеном, вторым пропорциональным звеном с зоной нечувствительности и вычислителем квадратного корня, причем выход датчика тока соединен с входом первого апериодического звена, выход которого соединен с входом первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом датчика тока, а выход первого сумматора соединен с первым и вторым входами квадратора, выход которого соединен с входом второго апериодического звена, выход которого соединен с входом вычислителя квадратного корня, выход которого соединен с входом первого пропорционального звена, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого апериодического звена, а выход второго сумматора соединен с первым входом второго пропорционального звена с зоной нечувствительности, второй вход которого соединен с выходом датчика напряжения, а выход соединен с входом первого элемента сравнения, второй вход которого соединен с задатчиком уставок тока, а выход первого элемента сравнения соединен с первым входом второго элемента сравнения, к второму входу которого подключен выход первого апериодического звена, выход второго элемента сравнения соединен с входом механизма подачи комбайна.