СПОСОБ ЗАЩИТЫ ТЯГОВОГО КАНАТА ЭКСКАВАТОРА-ДРАГЛАЙНА ОТ КРИТИЧЕСКИХ НАГРУЗОК И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (ЗАЩИТА О'АЛЕКС,А) Российский патент 1997 года по МПК E02F3/48 E02F9/20 E02F9/24 

Изобретение относится к землеройным машинам, а точнее к одноковшовым экскаваторам и может быть использовано для защиты драглайнов от обрыва тягового каната.

Известен "Способ управления электроприводом тяги драглайна" (авт.св. N 703630 СССР, кл. E 02 F 3/48, 1976), включающий измерение длин подъемного и тягового канатов и подачу управляющего сигнала в систему управления приводом тяги в функции длин канатов. Однако управление приводом тяги по данному способу не позволит защитить тяговой канат от обрыва в случае внезапной встречи ковша при его загрузке с непреодолимым препятствием.

Известна также "Система стабилизации натяжения подъемного каната экскаватора-драглайна" (авт.св. N 642440, СССР, кл. E 02 F 3/48, 1977), включающая снижение динамических нагрузок в приводе тяги, путем измерения статического тока привода тяги и его производной. Однако здесь решается задача стабилизации натяжения одного (подъемного) каната путем снижения динамических нагрузок привода тяги, при этом сила натяжения каната определяется по статическому току привода, а это далеко не одно и то же, вследствие чего данная система тяговый канат, например, от обрыва не защитит.

За прототип взят "Способ защиты драглайна от аварийных режимов при транспортировке ковша и устройство для его осуществления" (авт.св. N 744046, СССР, кл. E 02 F 3/48, 1978), включающий измерение усилия в тяговом и подъемном канатах, определяют их отношение, сравнивают с допустимым и при отклонении этого соотношения от допустимого подают на привод сигнал защиты. Однако данный способ позволяет обеспечить защиту ковша от удара по стреле и от саморазгрузки ковша, но не от обрыва тягового каната при работе ковша драглайна "на-упор".

Цель изобретения защита тягового каната экскаватора-драглайна от критических нагрузок, вызванных работой ковша "на-упор" при его загрузке.

Эта цель достигается тем, что согласно прелагаемому способу защиты тягового каната от критических нагрузок, включающему измерение усилий в тяговом и подъемном канатах, определение их отношений, сравнение с допустимым и при отклонении этого отношения от допустимого подачу сигнала на привод защиты, дополнительно задают сигнал, пропорциональный критическому усилию на тяговой канат, сравнивают его с сигналом от действительного усилия в тяговом канате и при равенстве их подают сигнал защиты на привод тяги.

Сущность предлагаемого способ защиты заключается в следующем. Известные электромеханические системы привода тяги экскаваторов-драглайнов (Вуль Ю.Я и др. Наладка электроприводов экскаваторов, М. Недра, 1972), защищают его привод от перегрузки путем подключения так называемой "отсекающей" обмотки магнитного усилителя как регулятора нагрузки, включенной в главную цепь привода генератор двигатель тяги, вследствие чего, при перегрузке двигателя тяги, например, при работе ковша "на-упор" уменьшается напряжение на генераторе тяги и его двигатель без напряжения предоставлен самому себе с трансмиссией и барабаном своей лебедки. Вполне реален случай, когда ковш на рабочем ходе (при загрузке) встретится с непреодолимым препятствием, генератор тяги уменьшит свое напряжение и двигатель тяги будет вращаться по инерции. В связи с тем, что вместе с массивным ротором двигателя маховой массой обладают также и барабан тяговой лебедки с канатом с их трансмиссией, поэтому тяговый канат будет какое-то время еще нести все более возрастающую нагрузку, которая может достичь критической и порвать тяговый канат. Очевидно, достаточно прекратить действие маховых масс на тяговый канат, и его порыв будет предотвращен. Для этого необходимо, измерив действительную нагрузку каната, сравнить ее с заданным критическим, и при их равенстве экстренно затормозить двигатель тяги. Удобнее это выполнить, воздействуя на барабан тяговой лебедки, для чего последний следует снабдить достаточно мощным быстродействующим тормозом.

Известно "Устройство для управления движением ковша драглайна" (авт.св. N 540014, СССР, кл. E 02 F 3/48, 1976), содержащее датчики и задатчики натяжения тяговых и подъемных канатов и регуляторы натяжения их. Однако, цель его автоматизация управления движением ковша драглайна оставляет в стороне защиту тягового каната от критических нагрузок.

Известно также "Устройство для ограничения динамических нагрузок в канатах капающих механизмов экскаваторов" (авт.св. N 657129, СССР, кл. E 02 F 3/48, 1976), содержащее датчик нагрузок в тяговом канате и регулятор нагрузок, выполненный на двух однотактных магнитных усилителях, один вход которого подключен к датчику нагрузок непосредственно, а другой через конденсатор. Однако данное устройство ограничивает только динамические нагрузки в канатах, т.е. ударные нагрузки, возникающие в процессе перемещения ковша как при загрузке, так и при отрыве его от забоя. Снижение указанных нагрузок производится "классическим" методом резким уменьшением величины напряжения своего генератора. Усилия в тяговом канате, например, возрастающие под действием вращающихся маховых масс, способные порвать его, ничем в данном устройстве не компенсируются.

За прототип выбрано устройство, реализующее "Способ защиты драглайна от аварийных режимов при транспортировке ковша" (авт.св. N 744046, СССР, кл. E 02 F 3/48, 1978), содержащее датчик усилий в тяговом канате и компаратор, один вход которого соединен с выходом датчика усилия в тяговом канате, а второй с источником постоянного напряжения. Однако, это устройство защищает экскаватор от удара ковша по стреле и от саморазгрузки ковша, но не от обрыва тягового каната.

Цель изобретения защита тягового каната экскаватора-драглайна от критических нагрузок.

Эта цель достигается тем, что устройство для защиты тягового каната экскаватора-драглайна от критических нагрузок дополнительно содержит усилитель, электромагнитный тормоз и барабан тяговой лебедки, при этом выход компаратора через усилитель электрически соединен с входом электромагнитного тормоза, размещенного на ребордах барабана тяговой лебедки.

Сущность предлагаемого "Устройства защиты." заключается в следующем. Как отмечено, наличие достаточно больших инерционных масс привода тяги экскаватора-драглайна в виде вращающего ротора двигателя тяги, трансмиссии и барабана лебедки с намотанным на него тяговым канатом, при встрече с непреодолимым препятствием, т.е. при работе "на-упор", при отсутствии напряжения на генераторе тяги, способны создать такие усилия на канате, которые окажутся больше критических, способных порвать его. Следовательно, необходимо экстренно затормозить двигатель тяги. Наиболее целесообразно наложить тормоз не на ротор двигателя, не на трансмиссию (по конструктивным соображениям), а на барабан тяговой лебедки, снабдив его соответствующими по высоте ребордами. Поскольку тормоз должен быть быстродействующим и достаточно мощным, наиболее подходящим может служить, например, дисково-колодочный тормоз (Александров М. П. Тормоза подъемно-транспортных машин, М. Машиностроение. 1976, с. 272, рис. 5.28). Ни колодочный, ни ленточный, ни тем более вихревой тормоз не выполнят эту задачу: одни по габаритным, другие по тормозным параметрам. В качестве тормозных дисков могут служить несколько увеличенные в диаметре от действующих реборды барабана тяговой лебедки.

В качестве датчика усилий в тяговом канате может быть принят силоизмерительный "Преобразователь натяжения каната" (авт.св. N 1578531, СССР, кл. G 01 L 5/06, 1988) на базе магнитоупругого преобразователя силы, основанного на изменении магнитной проницаемости (Дубинин А. Е. Магнитоанизотропные преобразователи силы, М. Атомиздат, 1991, табл. 1.1, 2-я строка снизу).

Основная операция сравнения усилий в тяговом канате заданного критического и действительного может быть выполнена компаратором ("Основы промышленной электроники". Под ред. В.Г.Герасимова, М. Высшая школа, 1986, с. 202 203), на один вход которого подается сигнал с датчика усилий, а на другой опорный сигнал, пропорциональный критической нагрузке в тяговом канате. Дальнейшая процедура прохождения сигнала является тривиальной и на сущности устройства не сказывается.

На чертеже представлена принципиальная схема "устройства защиты тягового каната экскаватора-драглайна от критических нагрузок" совместно с его функциональной схемой, реализующая предлагаемый способ защиты.

Устройство защиты содержит ковш 1, закрепленный к нему тяговый канат 2, с датчиком усилий 3, барабан 4 тяговой лебедки с ребордами 5, являющиеся пассивным элементом тормозной пары, активный элемент которой, в виде тормозной колодки перемещается соосно барабану с помощью силового электромагнита 6, включенного на выход усилителя 7, вход которого подключен к выходу компаратора 8, имеющем на первом входе сигнал с выхода датчика усилий 3, а на втором сигнал с задатчика критической нагрузки 9 тягового каната. Силовой электромагнит 6 представлен электромагнитом постоянного тока, якорь которого снабжен тормозными колодками (Александров М.П. Тормоза подъемно-транспортных машин, М. Машиностроение, 1976, с. 48, рис. 2.1). Реборды 5 барабана 4 тяговой лебедки являются пассивным элементом торможения, в связи с чем, они должны иметь достаточно высокую полку для размещения в ее зоне подвижной тормозной колодки якоря силового электромагнита 6.

Устройство работает следующим образом.

При превышении усилия в тяговом канате до критического (усилие разрыва), которое измерит датчик усилий 3, на первом входе компаратора 8 сигнал сравняется по величине с сигналом на его втором входе, связанном с задатчиком 9 критической нагрузки, вследствие чего на выходе компаратора 8 появится сигнал, который после усиления включит силовой электромагнит 6. Тормозные колодки его силой прижатия к ребордам 5 барабана 4 заставят экстренно затормозить барабан тяговой лебедки 4, что позволит защитить тяговый канат от обрыва.

Таким образом, экстренное стопорение барабана лебедки тягового каната, заставляет запасенную энергию инерционных масс привода тяги, перейти в тепловую энергию торможения пары: тормозная колодка реборда барабана, вследствие чего обрыва каната не произойдет.

Использование: защита тяговых канатов экскаватора-драглайна от обрыва. Сущность изобретения: измеряют усилия в тяговом и подъемном канатах, определяют их отношение, сравнивают с допустимыми и при отклонении подают сигнал на привод. Сигнал от действительного усилия в тяговом канате дополнительно сравнивают с сигналом от допустимого усилия в тяговом канате и при их равенстве подают сигнал на привод. Устройство для осуществления данного способа содержит датчик усилий в тяговом канате, компаратор, первый выход которого соединен с выходом датчика усилия в тяговом канате, а второй - с источником постоянного напряжения. Выход компаратора через усилитель соединен с входом электромагнитного тормоза, размещенного на ребордах барабана тяговой лебедки. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ защиты тягового каната экскаватора-драглайна от критических нагрузок, включающий измерение усилий в тяговом и подъемном канатах, определение их отношений, сравнение с допустимым и при отклонении этого отношения от допустимого подачу на привод сигнала защиты, отличающийся тем, что задают сигнал, пропорциональный критическому усилию в тяговом канате, сравнивают его с сигналом от действительного усилия в тяговом канате и при равенстве их подают сигнал защиты на привод тяги. 2. Устройство защиты тягового каната экскаватора-драглайна от критических нагрузок, содержащее датчик усилий в тяговом канате и компаратор, первый вход которого соединен с выходом датчика усилия в тяговом канате, а второй с источником постоянного напряжения, отличающееся тем, что оно снабжено усилителем, электромагнитным тормозом и барабаном тяговой лебедки, при этом выход компаратора через усилитель электрически соединен с входом электромагнитного тормоза, размещенного на ребордах барабана тяговой лебедки.