УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СТРЕЛОВИДНЫМ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫМ ОРГАНОМ ГОРНОГО КОМБАЙНА Российский патент 2009 года по МПК E21C35/24 

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для стабилизации мощности подачи исполнительного органа горного комбайна.

Известна гидравлическая схема устройства подачи стреловидного исполнительного органа (Базер Я.И., Крутилин В.И., Соколов Ю.А., Проходческие комбайны. - М.: Недра, 1974, с.224, рис.147), предусматривающая увеличение мощности подачи за счет автоматического суммирования мощностей двух насосов. Суммирование мощностей выполняется с появлением хотя бы одной из шести возможных команд на подъем, поворот стрелы и выдвижение телескопа. Суммирование производится непрерывно. Недостаток этого устройства в том, что с увеличением подаваемой на исполнительный орган мощности возрастает абсолютная величина нестабильности мощности подачи и, следовательно, идет нерациональный расход энергии подачи.

Известно устройство управления стреловидным исполнительным органом горного комбайна (Топорков А.А. Машинист горных выемочных машин. - М.: Недра, 1991, с.132-133, рис.2.22.), выполненное по электрогидравлической схеме и включающее гидроцилиндры вертикального подъема, горизонтального поворота и выдвижения телескопа стрелы, полудроссель, включенный в линию подачи рабочей жидкости поршневых полостей гидроцилиндров подъема для компенсации веса стрелы исполнительного органа, двухсторонние гидрозамки, включенные в подводящие линии гидроцилиндров подъема и телескопа, основные распределители для управления гидроцилиндрами поворота, подъема и телескопа, включенные последовательно для обеспечения в их нейтральном положении сводного перелива рабочей жидкости основного насоса в бак, электрогидрораспределители для управления основными распределителями, основной и дополнительный насосы, сумматор потоков жидкости обоих насосов, регуляторы давления, предохранительные клапаны, контрольные приборы, бак для рабочей жидкости, напорный коллектор, сливные линии, электрический пульт управления с кнопками для подачи команд на электромагниты электрогидрораспределителей, станцию управления с блоком питания электрической части схемы управления устройством.

Устройство обеспечивает увеличение скорости диагональной подачи стрелы, но не обеспечивает стабилизацию, мощности подачи, так как суммирование мощностей обоих насосов производится постоянно при подаче хотя бы одной из возможных команд, а с увеличением подаваемой мощности возрастает абсолютная величина нестабильности мощности подачи, значительно снижающая КПД привода подачи исполнительного органа.

Задачей изобретения является стабилизация мощности подачи стреловидного исполнительного органа горного комбайна.

Сущность изобретения состоит в том, что устройство управления стрелой исполнительного органа горного комбайна включает гидроцилиндры вертикального подъема, горизонтального поворота и выдвижения телескопа стрелы, полудроссель, включенный в линию подачи рабочей жидкости в поршневые полости гидроцилиндров подъема, двухсторонние гидрозамки, включенные в подводящие линии гидроцилиндров подъема и телескопа, основные распределители для управления гидроцилиндрами подъема, поворота и телескопа, включенные последовательно для обеспечения в нейтральном положении сводного перелива рабочей жидкости от основного насоса в бак, основные электрогидрораспределители для управления основными распределителями, основной и дополнительный насосы, регулятор давления, предохранительные клапаны, контрольные приборы, бак для рабочей жидкости, напорный коллектор и сливные линии, электрический пульт управления для подачи шести команд на электромагниты основных электрогидрораспределителей, станцию управления с блоками питания электрической схемы управления устройством и дополнительные распределители с дросселями на управляющих входах и обратными клапанами на выходах, точечные датчики обратной связи, каждый из которых выполнен на магнитоуправляемых контактах, которые установлены неподвижно на корпусе гидроцилиндра и постоянном магните, который установлен на тяге, которая соединена со штоком гидроцилиндра с возможностью двигаться синхронно для отслеживания положения поршня гидроцилиндра, при этом датчики условно разделяют ход поршня на две зоны: первую, в которой на привод подачи стрелы поступает мощность только основного насоса, и вторую, в которой на привод подачи стрелы поступают мощности основного и дополнительного насосов, а также дополнительно содержит распределитель автоматического включения, для переключения рабочей жидкости дополнительного насоса, и дополнительный электрогидрораспределитель, при этом выходы основных электрогидрораспределителей соединены с управляющими входами дополнительных распределителей, а именно, в схеме управления вертикальным подъемом левая сторона, управляющая движением стрелы вверх, соединена непосредственно с левым управляющим входом дополнительного распределителя и через дроссель и обратный клапан - с правым управляющим входом, правая сторона, управляющая движением вниз, через дроссель - с правым управляющим входом, в схеме управления горизонтальным поворотом стрелы левая сторона через дроссель - с левым управляющим входом, правая сторона через дроссель - с правым управляющим входом, в схеме управления телескопом выдвижения исполнительного органа левая сторона через дроссель - с левым управляющим входом, правая сторона через дроссель - с правым управляющим входом, выходы дополнительных распределителей соединены через обратные клапаны с соответствующими выходами основных распределителей для суммирования передаваемых мощностей, магнитоуправляемые контакты, контролирующие движение поршня из первой зоны во вторую, соединены с единичными входами соответствующих элементов памяти, а контролирующие переход из второй зоны в первую, - с нулевыми входами соответствующих элементов памяти, единичные выходы трех элементов памяти через элемент ИЛИ соединены с левым электромагнитом дополнительного электрогидрораспределителя, выходы которого соединены соответственно с управляющими входами распределителя автоматического включения, напорный вход которого соединен с дополнительным насосом, а левый выход - с напорными входами трех дополнительных распределителей, сливные выходы последних через линию дренажа соединены с баком, напорные входы всех электрогидрораспределителей соединены через напорный коллектор с основным насосом, а сливные входы - с баком.

Место установки на корпусах гидроцилиндров точечных датчиков обратной связи, отслеживающих границу перехода из первой зоны во вторую, определяют как положение поршня гидроцилиндра, соответствующее граничным углам подъема и поворота стрелы исполнительного органа и граничного выдвижения телескопа, которые определяют из учета оценки отношения переданной на подачу мощности к затраченной мощности основного насоса, а именно:

- для вертикального подъема граничный угол β_Г определяем из выражения:

где - мощность, переданная на стрелу при ее подъеме вверх;

N - мощность основного насоса;

l_д - расстояние от оси вертикального поворота стрелы до точки опоры штока гидроцилиндра на стреле;

l₀ - расстояние от оси вертикального поворота стрелы до точки опоры корпуса гидроцилиндра на турели горного комбайна;

γ - угол между горизонтальной плоскостью, проходящей через ось вертикального подъема стрелы, и направлением от этой оси на точку опоры корпусов гидроцилиндров (величина постоянная), градусы;

β_Г - граничный угол подъема стрелы от горизонтальной плоскости, градусы;

0,14 - минимально допустимый коэффициент передачи мощности основного насоса.

- для горизонтального поворота граничный угол α_Г определяем из выражения:

где - мощность, переданная на стрелу при повороте исполнительного органа.

- для телескопа, выдвигаемого вперед при зарубке коронкой конической формы, из выражения:

где - удельная мощность подачи, потребная для разрушения забоя по мере заглубления коронки исполнительного органа в массив;

l_{шт. г.} - граничное выдвижение штока гидроцилиндра, мм;

100 - нормирующий коэффициент, мм;

- функция, описывающая профиль коронки исполнительного органа горного комбайна.

Точечные датчики обратной связи, отслеживающие переход поршня из второй зоны в первую, закреплены на корпусах гидроцилиндров со смещением относительно точечных датчиков обратной связи, отслеживающих переход поршня из первой зоны во вторую, в сторону первой зоны на величину полосы срабатывания магнитоуправляемого контакта.

На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства для управления стрелой исполнительного органа горного комбайна.

На фиг.2 представлены зависимость мощности подачи от угла вертикального подъема и границы зоны включения в работу дополнительного насоса.

На фиг.3 представлены зависимость мощности подачи от горизонтального угла поворота и границы зоны включения в работу дополнительного насоса.

На фиг.4 представлены зависимость удельной мощности подачи при зарубке от величины хода поршня гидроцилиндра и границы зоны включения в работу дополнительного насоса.

Устройство для управления стрелой исполнительного органа горного комбайна (фиг.1) содержит гидроцилиндры вертикального подъема 1 и 2, горизонтального поворота 3 и 4 и телескопа 5 и 6, полудроссель 7, включенный в поршневую линию подачи гидроцилиндров 1 и 2, двусторонние гидрозамки 8 и 9, включенные на линиях питания гидроцилиндров 1 и 2, 5 и 6, основные распределители 10, 11, 12 для управления соответствующими парами гидроцилиндров 1 и 2, 3 и 4, 5 и 6, дополнительный распределитель автоматического включения 13, основные электрогидрораспределители 14, 15, 16 и дополнительный 17 для управления основными распределителями 10, 11, 12 и дополнительным распределителем автоматического включения 13, основной 18 и дополнительный 19 насосы, напорный коллектор 20, предохранительные клапаны 21 и 22, контрольные манометры 23 и 24, регулятор давления 25, бак 26 для рабочей жидкости гидросистемы, пульт управления 27 с кнопками управления шести команд: исполнительный орган вверх - ОВ, вниз - ОН, влево - ОЛ, вправо - ОП, телескоп вперед ТП, телескоп назад - ТН, соединенными соответственно с электромагнитами электрогидрораспределителей 14, 15, 16, станцию управления 28 со схемой трех элементов памяти и элемента ИЛИ, дополнительные распределители 29, 30, 31 с обратными клапанами на их выходах 32 и 33, 34 и 35, 36 и 37 соответственно и дросселями 38 и 39, 40 и 41, 42 и 43 на линиях управления соответственно, точечные датчики обратной связи 44, 45 и 46, установленные на гидроцилиндрах 2, 4 и 6 соответственно и соединенные с элементами памяти, контролирующие переход из зоны I в зону II - с единичными входами, а контролирующие переход из зоны II в зону I - с нулевыми входами элементов памяти. Единичные выходы элементов памяти через элемент ИЛИ соединены с левым электромагнитом дополнительного электрогидрораспределителя 17. Левый выход дополнительного распределителя автоматического включения 13 соединен с напорными входами дополнительных распределителей 29, 30, 31, а сливные входы последних - дренажной линией с баком 26. Выход основного насоса 18 через коллектор 20 соединен с напорными входами электрогидрораспределителей 14, 15, 16 и 17, и основного распределителя 10. Основные распределители 10, 11 и 12 соединены последовательно. Выход дополнительного насоса 19 соединен с напорным входом дополнительного распределителя автоматического включения 13. Выходы основных электрогидрораспределителей 14, 15, 16 также соединены с управляющими входами дополнительных распределителей 29, 30 и 31, при этом левый выход основного электрогидрораспределителя 14 соединен непосредственно с левым управляющим входом распределителя 29 и через дроссель 38 и обратный клапан с правым входом, а правый выход - через дроссель 39 с правым входом, выходы основных электрогидрораспределителей 15 и 16 через дроссели 40, 41, 42, 43 соединены соответственно левый с левым управляющим входом, правый - с правым входом дополнительных распределителей 30 и 31.

Место установки точечных датчиков границы перехода из зоны I, в которой суммирование мощностей подачи не осуществляется, в зону II, в которой суммирование этих мощностей выполняется пропорционально функциям, обеспечивающим стабилизацию мощности подачи с учетом допустимых отклонений, а именно из равенств:

- для вертикального подъема граничный угол β_Г определяем из выражения:

где - мощность, переданная на стрелу при ее подъеме вверх;

N - мощность основного насоса;

l_д - расстояние от оси вертикального поворота стрелы до точки опоры штока гидроцилиндра на стреле;

l₀ - расстояние от оси вертикального поворота стрелы до точки опоры корпуса гидроцилиндра на турели горного комбайна;

γ - угол между горизонтальной плоскостью, проходящей через ось вертикального подъема стрелы, и направлением от этой оси на точку опоры корпусов гидроцилиндров (величина постоянная), градусы;

β_Г - граничный угол подъема стрелы от горизонтальной плоскости, градусы;

0,14 - минимально допустимый коэффициент передачи мощности основного насоса.

- для горизонтального поворота граничный угол α_Г определяем из выражения

где - мощность, переданная на стрелу при повороте исполнительного органа.

- для телескопа, выдвигаемого вперед при зарубке коронкой конической формы, из выражения:

где - удельная мощность подачи, потребная для разрушения забоя по мере заглубления коронки исполнительного органа в массив;

l_шт.г - граничное выдвижение поршня гидроцилиндра, мм;

100 - нормирующий коэффициент, мм.

- функция, описывающая профиль коронки исполнительного органа горного комбайна.

Точечные датчики обратной связи, контролирующие переход из II зоны в I зону, установлены на корпусах гидроцилиндров со смещением на величину полосы срабатывания магнитоуправляемого контакта в сторону I зоны относительно точечных датчиков обратной связи, контролирующих переход поршня из I зоны во II зону.

На фиг.2 приняты следующие обозначения:

47 - мощность основного насоса; 48 - мощность, затрачиваемая на компенсацию веса стрелы исполнительного органа при подъеме вверх; 49 - мощность подачи, переданная на исполнительный орган от основного насоса; 50 - мощность подачи, переданная на исполнительный орган от дополнительного насоса; 51 - суммарная мощность подачи на исполнительном органе; 52 - граница между зонами I и II; 53 - предельная граница зоны II и допустимого нижнего угла β вертикального подъема стрелы; γ - угол, характеризующий конструкцию вертикального подъема стрелы исполнительного органа, величина постоянная для конкретного типа горного комбайна. Зона отклонений стабилизированной мощности подачи при вертикальном подъеме заштрихована.

На фиг.3 приняты следующие обозначения:

54 - мощность основного насоса; 55 - мощность подачи, переданная на исполнительный орган от основного насоса; 56 - мощность, переданная на исполнительный орган от дополнительного насоса; 57 - суммарная мощность подачи, переданная на исполнительный орган при горизонтальном повороте стрелы α; 58 - граница между I и II зонами управления. Зона отклонений стабилизированной мощности подачи при горизонтальном повороте заштрихована.

На фиг.4 приняты следующие обозначения:

59 - мощность основного насоса, отнесенная к площади резания при зарубке забоя с помощью телескопа; 60 - удельная мощность от основного насоса, переданная на исполнительный орган в зависимости от глубины его зарубки в забой; 61 - мощность от дополнительного насоса, переданная на исполнительный орган; 62 - суммарная мощность, переданная на исполнительный орган, отнесенная к площади резания; 63 - граница между зонами I и II при зарубке в забой; 64 - граница между зонами II и I при завершении зарубки. Зона отклонения стабилизированной мощности подачи при зарубке в забой с помощью телескопа заштрихована.

Устройство работает следующим образом. Первоначально включают в работу основной 18 и дополнительный 19 насосы. До подачи команд рабочая жидкость основного насоса через напорный коллектор 20 и основные распределители 10, 11 и 12 перетекает в бак 26, при этом на напорных входах электрогидрораспределителей 14, 15, 16 и 17 создается дежурное давление ˜1,0 МПа, обеспечивающее срабатывание одного из распределителей 10, 11, 12 и 13 при подаче одной из команд управления. Команды управления: исполнительный орган вверх - ОВ; вниз - ОН; влево - ОЛ; вправо - ОП; телескоп вперед - ТП; телескоп назад - ТН, поданные с пульта управления 27 с помощью кнопок, приводят к срабатыванию соответствующего электрогидрораспределителя, переключение которого приводит к срабатыванию распределителя 10, 11 или 12 соответственно. Одновременно подаются гидравлические сигналы на дополнительные распределители 29, 30 или 31 соответственно, но за счет дросселей, установленных на входах управления последних, их переключение замедляется на несколько секунд - время, за которое исполнительный орган достигает или пересекает границу между зонами I и II, вследствие чего срабатывает точечный датчик обратной связи 44, 45 или 46 соответственно и подает сигнал на элемент памяти, а последний через цепочку ИЛИ включает дополнительный электрогидрораспределитель 17 с последующим включением дополнительного распределителя автоматического включения 13 и подачей рабочей жидкости к дополнительным распределителям 29, 30, 31 и через тот из них, который сработал, передается на гидроцилиндры. Вытесняемая из гидроцилиндров рабочая жидкость возвращается в бак через распределитель 10, 11 или 12. Сливные входы распределителей 29, 30, 31 соединены с дренажной линией, через которую отводится жидкость перетоков, что исключает их заклинивание и обеспечивает надежную работу.

Специфика выполнения команды ОВ заключается в том, что, как правило, она начинается во II зоне, в которой необходимо включать дополнительный насос с постепенным снижением передаваемой этим насосом мощности, что достигается соответствующим включением дросселя 38, через который идет переток жидкости, что ведет к постепенному выравниванию давлений на управляющих входах дополнительного распределителя 29, а центрирующие пружины возвращают его постепенно в нейтральное положение. Зависимость передаваемой мощности от угла подъема приведена на фиг.2. Зависимость передаваемой мощности от угла поворота α приведена на фиг.3.

При зарубке коронки в забой и подаче при помощи телескопа исполнительного органа с углублением в массив изменяется площадь резания, поэтому необходимо стабилизировать удельную передаваемую мощность подачи для коронок в зависимости от их профиля. На фиг.4 приведена зависимость удельной мощности подачи от углубления в забой (выдвижения телескопа) для коронки конического профиля.

Предлагаемое устройство стабилизирует мощность подачи исполнительного органа, снижает неравномерность статической нагрузки электропривода исполнительного органа, повышая надежность его работы и экономию электроэнергии, улучшает сортность угля.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к управлению стреловидным исполнительным органом горного комбайна. Технический результат - стабилизация мощности подачи исполнительного органа горного комбайна, повышение эффективности работы электродвигателя привода исполнительного органа, а также энергосбережение при проведении горных выработок и сортность добываемого угля. Устройство для управления стрелой исполнительного органа горного комбайна включает гидроцилиндры вертикального подъема и горизонтального поворота и телескопа стрелы, полудроссель, включенный в линию подачи рабочей жидкости в поршневые полости гидроцилиндров подъема, двухсторонние гидрозамки, включенные в подводящие линии гидроцилиндров подъема и телескопа, основные распределители для управления гидроцилиндрами подъема, поворота и телескопа, которые включены последовательно для обеспечения в нейтральном положении свободного перелива рабочей жидкости от основного насоса в бак, основные электрогидрораспределители для управления основными распределителями и дополнительным распределителем автоматического включения. Основной и дополнительный насосы, напорный коллектор, предохранительные клапаны, контрольные манометры, регулятор давления, бак для рабочей жидкости гидросистемы, пульт управления с кнопками шести команд. Устройство также содержит станцию управления со схемой трех элементов памяти и элемента ИЛИ, дополнительные распределители с обратными клапанами на их выходах и соответственно с дросселям на линиях управления соответственно, точечные датчики обратной связи, установленные на гидроцилиндрах соответственно и соединенные с элементами памяти. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для управления стрелой исполнительного органа горного комбайна, включающее гидроцилиндры вертикального подъема, горизонтального поворота и выдвижения телескопа стрелы, полудроссель, включенный в линию подачи рабочей жидкости в поршневые полости гидроцилиндров подъема, двухсторонние гидрозамки, включенные в подводящие линии гидроцилиндров подъема и телескопа, основные распределители для управления гидроцилиндрами подъема, поворота и телескопа, которые включены последовательно для обеспечения в нейтральном положении свободного перелива рабочей жидкости от основного насоса в бак, основные электрогидрораспределители для управления основными распределителями, основной и дополнительный насосы, регулятор давления, предохранительные клапаны, контрольные приборы, бак для рабочей жидкости, напорный коллектор и сливные линии, электрический пульт управления с кнопками для подачи шести команд на электромагниты основных электрогидрораспределителей, станцию управления с блоками питания электрической схемы управления устройства, отличающееся тем, что оно содержит дополнительные распределители с дросселями на управляющих входах и обратными клапанами на выходах, точечные датчики обратной связи, каждый из которых выполнен на магнитоуправляемых контактах, которые установлены неподвижно на корпусе гидроцилиндра, и постоянном магните, который установлен на тяге, соединенной со штоком гидроцилиндра с возможностью двигаться синхронно для отслеживания положения поршня гидроцилиндра, при этом датчики условно разделяют ход поршня на две зоны: первую, в которой на привод подачи стрелы подается мощность только основного насоса, и вторую, в которой на привод подачи стрелы подаются мощности основного и дополнительного насосов, а также дополнительно содержит распределитель автоматического включения для переключения рабочей жидкости дополнительного насоса, и дополнительный электрогидрораспределитель, при этом выходы основных электрогидрораспределителей соединены с управляющими входами дополнительных распределителей, а именно, в схеме управления вертикальным подъемом левая сторона, управляющая движением стрелы исполнительного органа вверх, соединена непосредственно с левым управляющим входом дополнительного распределителя и через дроссель и обратный клапан с правым управляющим входом, правая сторона, управляющая движением вниз, через дроссель - с правым управляющим входом, в схеме управления горизонтальным поворотом стрелы левая сторона через дроссель - с левым управляющим входом, правая сторона через дроссель - с правым управляющим входом, в схеме управления телескопом левая сторона через дроссель - с левым управляющим входом, правая сторона через дроссель - с правым управляющим входом, выходы дополнительных распределителей соединены через обратные клапаны с соответствующими выходами основных распределителей для суммирования передаваемых мощностей, магнитоуправляемые контакты, контролирующие движение поршня из первой зоны во вторую, соединены с единичными входами соответствующих элементов памяти, а контролирующие переход из второй зоны в первую - с нулевыми входами соответствующих элементов памяти, единичные выходы трех элементов памяти через элемент ИЛИ соединены с левым электромагнитом дополнительного электрогидрораспределителя, выходы которого соединены соответственно с управляющими входами распределителя автоматического включения, напорный вход которого соединен с дополнительным насосом, а левый выход - с напорными входами трех дополнительных распределителей, сливные выходы последних через линию дренажа соединены с баком, напорные входы всех электрогидрораспределителей соединены через напорный коллектор с основным насосом, а сливные входы - с баком.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что место установки на корпусах гидроцилиндров точечных датчиков обратной связи, отслеживающих границу перехода из первой зоны во вторую, определяют как положение поршня гидроцилиндра, соответствующее граничным углам подъема и поворота стрелы исполнительного органа и граничного выдвижения телескопа, которые определяют из учета оценки отношения переданной на подачу мощности исполнительного органа к затраченной мощности основного насоса, а именно:

для вертикального подъема исполнительного органа граничный угол β_Г из выражения

где - мощность подачи, переданная на стрелу при подъеме исполнительного органа;

N - мощность основного насоса;

l_д - расстояние от оси вертикального поворота стрелы исполнительного органа до точки опоры штока гидроцилиндра на стреле;

l₀ - расстояние от оси вертикального поворота стрелы до точки опоры корпуса гидроцилиндра на турели комбайна;

γ - угол между горизонтальной плоскостью, проходящей через ось вертикального поворота стрелы, и направлением от этой оси на точку опоры корпусов гидроцилиндров (величина постоянная), градусы;

β_Г - граничный угол подъема стрелы от горизонтальной плоскости, градусы;

0,14 - минимально допустимый коэффициент передачи мощности основного насоса,

для горизонтального поворота исполнительного органа граничный угол α_Г из выражения

где - мощность подачи, переданная на стрелу при повороте исполнительного органа;

α_Г - граничный угол поворота от линии продольной симметрии комбайна, градусы,

для телескопа, выдвигаемого вперед при зарубке коронкой конической формы, из выражения

где - удельная мощность подачи, потребная для разрушения забоя по мере заглубления коронки исполнительного органа в массив;

l_шт.г - граничное выдвижение поршня гидроцилиндра, мм;

100 - нормирующий коэффициент, мм;

- функция, описывающая профиль коронки исполнительного органа горного комбайна.