УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РАБОЧИМ ОБОРУДОВАНИЕМ ЭКСКАВАТОРА-ДРАГЛАЙНА Российский патент 2008 года по МПК E02F3/48 E02F9/20 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для управления рабочим оборудованием экскаватора-драглайна в процессе копания.

Известно устройство для управления движением ковша драглайна при копании, содержащее датчик пути копания, подключенный к программному задатчику натяжения тяговых канатов, который через регулятор натяжения тяговых канатов подключен ко входу регулятора натяжения подъемных канатов, при этом выход последнего соединен со входом блока регулирования скорости двигателя подъемной лебедки [1].

Недостатком известного устройства является то, что для компенсации возрастающего веса ковша при перемещении его по забою принято линейное изменение сигнала задания на входе регулятора натяжения подъемных канатов в зависимости от длины пути копания. Так как процесс заполнения ковша грунтом имеет нелинейную характеристику, то принятое линейное изменение сигнала задания на входе регулятора натяжения подъемных канатов приводит либо к перегрузкам рабочего оборудования и механизмов подъема и тяги драглайна (при чрезмерном заглублении ковша в грунт), либо к увеличению времени копания и снижению производительности драглайна (при недостаточном заглублении ковша в грунт).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для управления рабочим оборудованием экскаватора-драглайна, содержащее двигатели подъемной и тяговой лебедок, управляемые соответствующими блоками регулирования скорости этих двигателей, регулятор натяжения подъемных канатов, первый вход которого соединен с выходом задатчика натяжения подъемных канатов, второй его вход - с выходом датчика натяжения подъемных канатов, а выход регулятора - с блоком регулирования скорости подъемной лебедки, и датчик натяжения тяговых канатов, выход которого подключен ко входу основного функционального преобразовательного сигнала этого датчика в задающий сигнал регулятора натяжения подъемных канатов.

Устройство позволяет повысить надежность и долговечность рабочего оборудования и механизмов подъема и тяги драглайна за счет снижения возникающих в них при копании динамических нагрузок, а также повысить производительность драглайна за счет уменьшения времени копания и времени на зачистку забоя при формировании профиля забоя с постоянной толщиной срезаемой ковшом стружки грунта.

К недостаткам данного устройства следует отнести то, что при формировании сигнала задания для регулятора натяжения подъемных канатов в зависимости от усилия в тяговых канатах не учитываются изменения параметров забоя и крепости грунта, поскольку функциональный преобразователь имеет ограниченный диапазон настройки параметров по крепости грунта и конфигурации забоя.

В процессе копания крепость грунта, а также параметры забоя могут изменяться. Это требует перенастройки характеристики функционального преобразователя. При неправильно выбранной характеристике функционального преобразователя возможно либо недостаточное заглубление ковша в грунт, что увеличивает время копания и снижает производительность драглайна, либо наоборот - чрезмерное заглубление ковша в грунт, что увеличивает динамические нагрузки рабочего оборудования и механизмов экскаватора-драглайна и снижает их надежность и долговечность.

Задача изобретения - повышение производительности экскаватора-драглайна за счет уменьшения времени копания и времени на зачистку забоя при формировании его профиля с постоянной толщиной срезаемой ковшом стружки грунта, а также увеличение надежности и долговечности рабочего оборудования и механизмов подъемной и тяговой лебедок драглайна за счет снижения возникающих в них динамических нагрузок путем регулирования натяжения подъемных канатов с учетом изменяющихся параметров забоя и крепости грунта.

Это достигается тем, что устройство для управления рабочим оборудованием экскаватора-драглайна, содержащее двигатели подъемной и тяговой лебедок, управляемые соответвующими блоками регулирования скорости этих двигателей, регулятор натяжения подъемных канатов, первый вход которого соединен с выходом задатчика натяжения подъемных канатов, второй его вход - с выходом датчика натяжения подъемных канатов, а выход регулятора - с блоком регулирования скорости подъемной лебедки, и датчик натяжения тяговых канатов, выход которого подключен ко входу основного функционального преобразователя сигнала этого датчика в задающий сигнал регулятора натяжения подъемных канатов, снабжено двумя дополнительными функциональными преобразователями и управляемыми ключами, задатчиком и датчиком пути копания, а также нелинейным элементом, входы которого соединены с выходами задатчика и датчика пути копания, а выход - через диоды с управляющими входами ключей, причем исполнительные контакты этих ключей включены в цепи, подключающие один из функциональных преобразователей к третьему входу регулятора натяжения подъемных канатов.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого устройства.

На фиг.2 представлены характеристики функциональных преобразователей.

Устройство состоит из рабочего оборудования экскаватора-драглайна в виде ковша 1 с подъемными и тяговыми канатами 2 и 3, подъемной и тяговой лебедок 4 и 5, механически связанных с двигателями 6 и 7 этих лебедок, которые управляются блоками 8 и 9 регулирования скорости указанных двигателей. На вход блока 8 регулирования скорости подъемной лебедки подают сигнал управления от регулятора 10 натяжения подъемных канатов, к первому входу которого подключен задатчик 11 натяжения подъемных канатов, ко второму - датчик 12 натяжения подъемных канатов. Двигатель 7 тяговой лебедки соединен с датчиком 13 пути копания. Натяжение тяговых канатов измеряют посредством датчика 14, выход которого подключен ко входам основного и двух дополнительных функциональных преобразователей 15, 16 и 17 выходного сигнала этого датчика в задающие сигналы регулятора 10 натяжения подъемных канатов, поступающих через ключи 18 и 19 на третий вход этого регулятора. Формирование сигналов управления ключами 18 и 19 осуществляют посредством нелинейного элемента 20, входы которого соединены с выходами задатчика 21 и датчика 13 пути копания, а выход его - через диоды 22, 23 с управляющими входами ключей 18, 19. Выход основного функционального преобразователя подключен к регулятору 10 натяжения подъемных канатов через контакт 24 ключа 18 и контакт 25 ключа 19, а выходы дополнительных функциональных преобразователей 16 и 17 соединены со входом регулятора 10 натяжения подъемных канатов через контакты 26 и 27 соответственно ключей 18 и 19.

Функциональные преобразователи 15, 16 и 17 могут быть выполнены в виде сумматоров, на входы которых включены блоки формирования нелинейности типа «зона нечувствительности».

Задатчик 21 пути копания может быть выполнен в виде интегратора (операционный усилитель с резистором на входе и конденсатором в цепи обратной связи), на вход которого подается напряжение, соответствующее заданной скорости копания.

Датчик 13 пути копания выполнен в виде интегратора, на вход которого поступает напряжение, соответствующее текущей скорости копания. Нелинейный элемент 20 является типовым элементом с характеристикой «зона нечувствительности».

Перед началом работы на основании пробных копаний производят настройку основного и двух дополнительных преобразователей 15 и 16, 17 в соответствии со следующим выражением:

где U_m - напряжения на выходе основного и дополнительных функциональных преобразователей 15, 16, 17, соответствующие заданным натяжениям подъемных канатов S^m _п.з.;

k=k₁ ^m, k₂ ^m, k₃ ^m - коэффициенты характеристик функциональных преобразователей, которые определяют для каждого из преобразователей из выражения:

m - число, соответствующее нумерации основного и дополнительных функциональных преобразователей 15, 16, 17;

U_m≡S_т - напряжение на выходе датчика 14 натяжения тяговых контактов, соответствующее усилию их натяжения;

S_т.1, S_т.2, S_т.3 - значения натяжений тяговых канатов, при которых происходит изменение крутизны характеристик функциональных преобразователей;

S_т.к. - конечное значение натяжения тяговых канатов (в зависимости от разрабатываемых грунтов S_т.к.=(0,8...0,9) S_ст.ст., где S_ст.ст. - стопорное усилие тяговых канатов).

Характеристика S¹⁵ _п.з.(S_т) основного преобразователя 15 настраивается так, чтобы заданное натяжение подъемных канатов в зависимости от усилия натяжения тяговых канатов изменялось таким образом, чтобы обеспечить натяжение подъемных канатов, при котором осуществляется формирование забоя с постоянной толщиной срезаемой ковшом стружки грунта для условий, когда параметры забоя и крепость грунта (горной породы) при экскавации остаются неизменными или изменяются незначительно (см. фиг.2).

Дополнительный функциональный преобразователь 16 настраивается так, чтобы его характеристика S¹⁶ _п.з.(S_т) имела меньшую крутизну по сравнению с характеристикой S¹⁵ _п.з.(S_т) (т.е. k¹⁶ _n<k¹⁵ _n, n=1, 2, 3).

Характеристика S¹⁷ _п.з.(S_т) преобразователя 17 имеет большую крутизну по сравнению с характеристикой S¹⁵ _п..з.(S_т) преобразователя 15 (k¹⁷ _n>k¹⁵ _n, n=1, 2, 3) (см. фиг.2).

Задатчик 21 пути копания настраивается таким образом, чтобы при заданной скорости копания обеспечивался заданный путь копания. Длина заданного пути копания L_k может быть принята равной:

где l_ков - длина ковша.

Величина «зоны нечувствительности» нелинейного элемента 20 устанавливается такой, чтобы она соответствовала допустимой величине отклонения между выходными сигналами задатчика 21 и датчика 13 пути копания (между заданной и текущей величиной пути копания):

где U₂₁≡l_к.зад - выходное напряжение задатчика пути копания, соответствующее заданному значению пути копания;

U₁₃≡l_к - выходное напряжение датчика пути копания, соответствующее текущему значению пути копания;

±ΔU_21-13 - величина отклонения между выходными напряжениями задатчика 21 и датчика 13 пути копания;

±ΔU_доп - допустимая величина отклонения между выходными напряжениями задатчика 21 и датчика 13 пути копания;

±Δl_к - величина отклонения между заданным и текущим значением пути копания;

±Δl_к.доп - величина допустимого отклонения между заданным и текущим значением пути копания.

Нулевое значение характеристики S_п.з.(S_т) при S_т.≤S_т.1 предусмотрено для лучшего заглубления ковша в грунт в начале процесса копания.

После посадки ковша на поверхность забоя машинист включает устройство в работу. Под действием сигнала задатчика 11 натяжения подъемных канатов производится устранение слабины в подъемных канатах, а под действием тягового механизма - перемещение ковша по забою. Внедрение ковша в грунт в начале процесса копания происходит под действием его веса. Дальнейшее внедрение ковша в грунт и поддержание постоянной величины толщины стружки грунта обеспечивается за счет регулирования натяжения подъемных канатов в зависимости от величины усилия напряжения в тяговых канатах. Величина этого усилия определяется возрастающим весом ковша, увеличением сил трения ковша о грунт и сил сопротивления перемещению призмы волочения и грунта в ковше.

При перемещении ковша по забою с помощью нелинейного элемента 20 производится сравнение выходных сигналов задатчика 21 и датчика 13 пути копания. Если величина отклонения между выходными напряжениями задатчика 21 и датчика 13 пути копания меньше допустимого значения ±ΔU_21-13<±ΔU_доп и, следовательно, величина отклонения между заданным и текущим значением пути копания также меньше допустимой величины ±Δl_к<±Δl_к.доп, то сигнал на выходе нелинейного элемента 20 принимает нулевое значение. При этом сигнал на управляющих входах ключей 18 и 19 также равен нулю, и они находятся в положении, когда их контакты 24 и 25 замкнуты, а контакты 26 и 27 - разомкнуты. В результате к третьему входу регулятора 10 натяжения подъемных канатов подключается основной функциональный преобразователь 15, и регулирование натяжения подъемных канатов осуществляется на основании сигналов задания, сформированных этим преобразователем. При этом осуществляется управление процессом копания, обеспечивающее формирование забоя с постоянной толщиной стружки грунта.

Если в процессе копания происходит изменение параметров забоя или крепости грунта и текущий путь копания, например, больше заданного значения l_к>l_к.зад и l_к.зад-l_к=-Δl_к<-Δl_к.доп (что имеет место при недостаточном заглублении ковша в грунт), то на выходе нелинейного элемента 20 появляется сигнал «отрицательной» полярности, который через диод 22 поступает на управляющий вход ключа 18. При этом контакт 26 этого ключа 18 замыкается, а контакт 24 размыкается. Функциональный преобразователь 15 отключается от входа регулятора 10 натяжения подъемных канатов, и вместо него подключается функциональный преобразователь 16, имеющий меньшую крутизну характеристики S¹⁶ _п.зад=f(S_т) по сравнению с характеристикой S¹⁵ _п.зад=f(S_т). Происходит уменьшение заданного натяжения подъемных канатов, что обеспечивает увеличение заглубления ковша в грунт и увеличение срезаемой ковшом стружки грунта.

Если при копании текущее значение пути копания становится меньше заданного значения l_к<l_к.зад и l_к.зад.-l_к=Δl_к>Δl_к.доп (что имеет место при значительном заглублении ковша в грунт), то на выходе нелинейного элемента 20 появится сигнал «положительной» полярности, который через диод 23 подключается на управляющий вход ключа 19. При этом контакт 25 этого ключа размыкается, а контакт 27 замыкается, обеспечивая подключение на вход регулятора 10 натяжения подъемных канатов вместо функционального преобразователя 16 преобразователя 17, имеющего большую крутизну выходной характеристики. Натяжение подъемных канатов увеличивается, а толщина срезаемой ковшом стружки грунта уменьшается.

Таким образом, предложенное устройство позволяет корректировать величину натяжения подъемных канатов с учетом изменения параметров забоя и крепости грунта, а следовательно, повысить производительность экскаватора-драглайна, а также надежность и долговечность его рабочего оборудования и механизмов подъемной и тяговой лебедок.

Источники информации

1. Авт. свидетельство № 1333745 по кл. E02F 3/48, 9/20, Бюл. №32, 1987 г.

2. Авт. свидетельство № 1313962 по кл. E02F 3/48. Бюл. № 20, 1987 г. (прототип).

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для управления рабочим оборудованием экскаватора-драглайна в процессе копания. Техническим результатом изобретения является повышение производительности, надежности и долговечности экскаватора-драглайна за счет регулирования величины натяжения подъемных канатов (ПК) при изменении параметров забоя и крепости грунта. Для этого устройство содержит двигатели подъемной и тяговой лебедок, управляемые блоками регулирования скорости этих двигателей, регулятор натяжения ПК, первый вход которого соединен с выходом задатчика натяжения ПК, второй его вход - с выходом датчика натяжения ПК, а третий вход соединен с выходами основного и двух дополнительных функциональных преобразователей (ФП) через ключи. При этом выход регулятора подключен ко входу блока регулирования скорости подъемной лебедки. На входы ФП поступает сигнал с датчика натяжения тяговых канатов. Ключи управляются с помощью нелинейного элемента, входы которого соединены с выходом задатчика и датчика пути копания, а выход его - через диоды с управляющими входами ключей. Причем исполнительные контакты этих ключей включены в цепи, подключающие один из ФП к третьему входу регулятора натяжения ПК. 2 ил.

Устройство для управления рабочим оборудованием экскаватора-драглайна, содержащее двигатели подъемной и тяговой лебедок, управляемые соответвующими блоками регулирования скорости этих двигателей, регулятор натяжения подъемных канатов, первый вход которого соединен с выходом задатчика натяжения подъемных канатов, второй его вход - с выходом датчика натяжения подъемных канатов, а выход регулятора - с блоком регулирования скорости подъемной лебедки, и датчик натяжения тяговых канатов, выход которого подключен ко входу основного функционального преобразователя сигнала этого датчика в задающий сигнал регулятора натяжения подъемных канатов, отличающееся тем, что оно снабжено двумя дополнительными функциональными преобразователями, управляемыми ключами, задатчиком и датчиком пути копания, а также нелинейным элементом, входы которого соединены с выходами задатчика и датчика пути копания, а выход через диоды - с управляющими входами ключей, причем исполнительные контакты этих ключей включены в цепи, подключающие один из функциональных преобразователей к третьему входу регулятора натяжения подъемных канатов.