ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД ОТКРЫВАНИЯ ДНИЩА КОВША ЭКСКАВАТОРА Российский патент 2020 года по МПК E02F9/20 E02F3/42 E02F3/46 

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования на карьерных экскаваторах с целью повышения надежности работы механизмов электрооборудования открывания днища ковша экскаватора.

Известны электрические приводы открывания днища ковша экскаватора, содержащие источник питания, электродвигатель, вал которого соединен с барабаном и намотанным на нем тросом, соединенным через рычажный механизм с засовом днища ковша, кнопку управления открыванием днища ковша, подключенную к регулятору тока электродвигателя, подключенного к управляющему входу регулируемого тиристорного выпрямителя, включенного между источником питания и электродвигателем, при этом электродвигатель выполнен в виде машины постоянного тока (Патент РФ №2012741, МПК E02F 9/020, 1994; Малафеев С.И., Мамай B.C. Электропривод открывания днища ковша экскаватора / Промышленная энергетика, 1994, №4, с. 9-10; Дроздова Л.Г., Курбатова A.А. Одноковшовые экскаваторы: Конструкция, монтаж и ремонт. - Владивосток, Издательство ДВГТУ, 2007, с. 53-56; Ефимов В.Н., Цветков B.Н., Садовников Е.М. Карьерные экскаваторы: Справочник рабочего. - М., Недра, 1994, С. 120-128).

В процессе работы экскаватора всегда производится предварительное натяжение троса путем задания для привода начального значения тока электродвигателя постоянного тока. При действии команды машиниста на открывание днища ковша путем нажатия кнопки на джойстике происходит ступенчатое увеличение тока электродвигателя. При увеличении тока происходит резкое увеличение момента и выдергивание засова днища ковша экскаватора. При отпускании кнопки управления происходит возврат схемы в начальное состояние, соответствующее протеканию в якорной обмотке электродвигателя тока, обеспечивающего подтягивание троса. Момент, развиваемый двигателем постоянного тока, пропорционален току якорной обмотки. Для регулирования тока якорной обмотки двигателя используется тиристорный выпрямитель. Двигатель постоянного тока из-за щеточно-коллекторного узла имеет низкую надежность. Следовательно, известные устройства имеют повышенную сложность и низкую надежность.

Таким образом, недостаток известных электрических приводов открывания днища ковша экскаватора состоит в повышенной сложности конструкции и низкой надежности устройства.

Из известных технических решений наиболее близким к предлагаемому устройству является электрический привод открывания днища ковша экскаватора, содержащий источник питания, электродвигатель, вал которого соединен с барабаном и намотанным на нем тросом, соединенным через рычажный механизм с засовом днища ковша, кнопку управления открыванием днища ковша, подключенную к S-входу RS-триггера, логический элемент ИЛИ, блок начальной установки, соединенный с первым входом логического элемента ИЛИ, выход которого подключен к R-входу RS-триггера, усилитель мощности, включенный между источником питания и якорной обмоткой двигателя постоянного тока, регулятор напряжения, суммирующий вход которого подключен к выходу задатчика угловой скорости, вычитающий вход через фильтр соединен с выходом датчика напряжения, подключенного к выходу усилителя мощности, выход регулятора напряжения через управляемый блок ограничения задания тока электропривода подключен к суммирующему входу регулятора тока, вычитающий вход которого соединен с выходом усилителя сигнала датчика тока, включенного последовательно с якорной обмоткой двигателя постоянного тока, выход регулятора тока подключен к входу усилителя мощности; пороговый элемент, включенный между выходом усилителя сигнала датчика тока и вторым входом логического элемента ИЛИ, обмотка возбуждения двигателя постоянного тока подключена к преобразователю электропитания обмотки возбуждения двигателя (Патент РФ №2701674. МПК E02F 9/20; E02F 3/43; E02F 3/46. Способ управления электроприводом открывания днища ковша экскаватора / С.И. Малафеев, С.С. Малафеев. - Опубл. 30.09.2019. Бюлл. №28.)

При работе экскаватора в электроприводе постоянного тока с помощью задатчика всегда установлено задание угловой скорости, равной номинальной угловой скорости электродвигателя. В начальный момент работы привода в управляемом блоке ограничения установлено ограничение, соответствующее току подтягивания троса. При включении кнопки управления устанавливается максимальное значение ограничения тока. В результате этого ток и пропорциональный ему электромагнитный момент двигателя резко возрастают. Это приводит к выдергиванию засова и открыванию днища ковша экскаватора. Ток якорной обмотки увеличивается до значения, превышающего момент сопротивления механизма, удерживающего засов. После выдергивания засова происходит резкое уменьшение нагрузки и, следовательно, тока электродвигателя. Днище ковша открывается под действием содержимого и происходит выгрузка горной породы. Электропривод при этом осуществляет только наматывание троса на барабан при малой нагрузке. При достижении током порогового уровня, заданного пороговым элементом, в управляемом блоке ограничения устанавливается ограничение, соответствующее току подтягивания троса.

В известном устройстве используется электропривод постоянного тока с двумя обратными связями - по току и напряжению и регулируемым блоком ограничения задания тока. Двигатель постоянного тока из-за щеточно-коллекторного узла имеет низкую надежность. Следовательно, известные устройства имеют повышенную сложность и низкую надежность.

Таким образом, недостаток известных электрических приводов открывания днища ковша экскаватора - повышенная сложность конструкции и низкая надежности устройства.

Цель предполагаемого изобретения - упрощение конструкции и повышение надежности электрического привода открывания днища ковша экскаватора.

Поставленная цель достигается тем, что в известный электрический привод открывания днища ковша экскаватора, содержащий источник питания, электродвигатель, вал которого соединен с барабаном и намотанным на нем тросом, соединенным через рычажный механизм с засовом днища ковша, кнопку управления открыванием днища ковша, подключенную к S-входу RS-триггера, логический элемент ИЛИ и блок начальной установки, соединенный с первым входом логического элемента ИЛИ, выход которого подключен к R-входу RS-триггера, дополнительно введены тиристорный регулятор переменного напряжения с блоком фазового управления тиристорами, включенный между источником питания и электродвигателем и таймер, включенный между выходом RS-триггера и вторым входом логического элемента ИЛИ, вход блока фазового управления тиристорами подключен к выходу RS-триггера, при этом электродвигатель выполнен в виде трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и повышенным скольжением.

По сравнению с наиболее близким аналогичным техническим решением предлагаемый электрический привод открывания днища ковша экскаватора имеет следующие новые признаки:

- тиристорный регулятор переменного напряжения с блоком фазового управления тиристорами;

таймер, включенный между источником питания и электродвигателем;

- электродвигатель выполнен в виде трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и повышенным скольжением.

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию «новизна».

По каждому из отличительных признаков проведен поиск известных технических решений в области электротехники, автоматики и горного электрооборудования.

Таймеры (реле времени) известны в электрических приводах открывания днища ковша экскаватора (Патент РФ №2012741, МПК E02F 9/020, 1994).

Тиристорные регуляторы переменного напряжения с блоками фазового управления тиристорами в известных технических решениях аналогичного назначения не обнаружены.

Электродвигатель в виде трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и повышенным скольжением в известных технических решениях аналогичного назначения не обнаружен.

Таким образом, указанные признаки обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие требованию «существенные отличия».

При реализации предлагаемого технического решения обеспечивается упрощение конструкции и повышение надежности электрического привода открывания днища ковша экскаватора. Это объясняется использованием трехфазного асинхронного двигателя, не содержащего скользящих электрических контактов. За счет повышенного сопротивления ротора двигатель имеет механическую характеристику, близкую к линейной. В этом случае момент и угловая скорость двигателя регулируются с помощью простого тиристорного регулятора напряжения. При этом в конструкции привода не используются датчики обратной связи (токов и напряжений) специальные регуляторы. Таким образом, предлагаемое техническое решение характеризуется упрощением конструкции и повышением надежности электрического привода открывания днища ковша экскаватора.

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию «положительный эффект».

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 показана упрощенная схема электрического привода открывания днища ковша экскаватора, на фиг. 2 показаны механические характеристики асинхронного двигателя при различных напряжениях на статорной обмотке: при напряжении U₁ в режиме подтягивания троса (линия 1) и при напряжении U₂ в режиме выдергивания засова (линия 2) На схеме обозначено: 1 - источник питания; 2 - тиристорный регулятор переменного напряжения; 3 - блок фазового управления тиристорами; 4 - таймер; 5 -элемент ИЛИ; 6 - блок начальной установки; 7 - RS-триггер; 8 - кнопка управления открыванием днища ковша; 9 - электродвигатель; 10 - рабочий орган экскаватора (стрела и рукоять с ковшом); 11 - барабан; 12 - трос; 13 - рычажный механизм; 14 - днище ковша; 15 - засов, 16 - ковш. Другие механизмы рабочих органов экскаватора и электрооборудование экскаватора для упрощения чертежа не показаны.

В электрическом приводе открывания днища ковша экскаватора электродвигатель 9 подключен через тиристорный регулятор переменного напряжения 2 с блоком фазового управления 3 к источнику питания 1, вал электродвигателя 9 соединен с барабаном 11 и намотанным на нем тросом 12, соединенным через рычажный механизм 14 с засовом 15 днища ковша 14, кнопка 8 управления открыванием днища ковша подключена к S-входу RS-триггера 7, выход которого через таймер 4 подключен к первому входу логического элемента ИЛИ 5, второй вход которого соединен с блоком начальной установки 6, вход блока фазового управления тиристорами 3 подключен к выходу RS-триггера 7. При этом электродвигатель выполнен в виде трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и повышенным скольжением.

Электропривод открывания днища ковша содержит трехфазный асинхронный двигатель с повышенным скольжением 9. Статорная обмотка двигателя 9 подключена к выходу тиристорного регулятора переменного напряжения 2. Управление двигателем производится регулированием напряжения на статорной обмотке с помощью тиристорного регулятора переменного напряжения 2.

Работа электрического привода открывания днища ковша экскаватора происходит следующим образом. В начальный момент работы устройства на выходе блока установки 6 действует импульс, поступающий через элемент ИЛИ 5 на R-вход RS-триггера 7 и устанавливающий отрицательным фронтом этот RS-триггер в состояние логического нуля на выходе. При этом блоке фазового управления тиристорами 3 формируется сигнал в виде последовательности импульсов для тиристоров, устанавливающий выходное напряжение тиристорного регулятора равным U₁. Напряжение U₁ обеспечивает работу электрического привода в режиме подтягивания троса. Искусственная механическая характеристика привода для этого случая показана на фиг. 2, линия 1. Максимальный момент, развиваемый двигателем, равен М₁. Скорость подтягивания троса 12 практически линейно зависит от момента сопротивления троса. При натяжении троса 12 момент равен М₁, угловая скорость двигателя 9 равна 0.

При включении кнопки управления 8 RS-триггер 7 за счет действия на его S-входе импульса переходит в состояние с уровнем логической единицы на выходе. При этом в блоке фазового управления тиристорами 3 формируется сигнал в виде последовательности импульсов для тиристоров, устанавливающий выходное напряжение тиристорного регулятора 2 равным U₂. Искусственная механическая характеристика привода для этого случая показана на фиг. 2, линия 2. Максимальный момент, развиваемый двигателем, равен М₂. Электрический привод переходит в режим открывания днища ковша. Это приводит к выдергиванию засова 15 и открыванию днища 14 ковша 16 экскаватора.

В момент перехода RS-триггера 7 в состояние с уровнем логической единицы на выходе происходит включение таймера 4. После окончания интервала времени τ (выдержки времени таймера 4) выходной сигнал таймера 4 через логический элемент ИЛИ 5 устанавливает RS-триггер 7 в состояние с уровнем логического нуля на выходе. В результате этого в блоке фазового управления тиристорами 3 формируется сигнал, устанавливающий выходное напряжение тиристорного регулятора 2 равным U₁, обеспечивающим работу электрического привода в режиме подтягивания троса.

Асинхронный двигатель отличается от двигателя постоянного тока повышенной надежностью из-за отсутствия скользящих контактов (щеточно-коллекторного узла). Управление двигателем в двух режимах - подтягивания троса и выдергивания засова, осуществляется простым регулированием напряжения на статорной обмотке двигателя с помощью тиристорного регулятора переменного напряжения. При этом не используются датчики обратных связей по току и напряжению. В результате этого обеспечивается упрощение конструкции и повышение надежности электрического привода открывания днища ковша экскаватора.

Следовательно, использование в электрическом приводе открывания днища ковша экскаватора, содержащем источник питания, электродвигатель, вал которого соединен с барабаном и намотанным на нем тросом, соединенным через рычажный механизм с засовом днища ковша, кнопку управления открыванием днища ковша, подключенную к S-входу RS-триггера, логический элемент ИЛИ и блок начальной установки, соединенный с первым входом логического элемента ИЛИ, выход которого подключен к R-входу RS-тригтера, дополнительно тиристорного регулятора переменного напряжения с блоком фазового управления тиристорами, включенного между источником питания и электродвигателем и таймера, включенного между выходом RS-триггера и вторым входом логического элемента ИЛИ, вход блока фазового управления подключен к выходу RS-триггера, и выполнение электродвигателя в виде трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и повышенным скольжением, упрощает конструкцию устройства и повышает надежность работы устройства.

Использование предлагаемого способа на карьерных экскаваторах будет способствовать повышению надежности и качества работы электрооборудования.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования на карьерных экскаваторах. Технический результат - упрощение конструкции и повышение надежности электрического привода открывания днища ковша экскаватора при погрузке горной породы. Электрический привод открывания днища ковша экскаватора содержит источник питания, электродвигатель, вал которого соединен с барабаном и намотанным на нем тросом, соединенным через рычажный механизм с засовом днища ковша, кнопку управления открыванием днища ковша, подключенную к S-входу RS-триггера, логический элемент ИЛИ и блок начальной установки, соединенный с первым входом логического элемента ИЛИ, выход которого подключен к R-входу RS-триггера. Электрический привод дополнительно содержит тиристорный регулятор переменного напряжения с блоком фазового управления тиристорами, включенный между источником питания и электродвигателем, и таймер, включенный между выходом RS-триггера и вторым входом логического элемента ИЛИ, вход блока фазового управления подключен к выходу RS-триггера. При этом электродвигатель выполнен в виде трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и повышенным скольжением. 2 ил.

Электрический привод открывания днища ковша экскаватора, содержащий источник питания, электродвигатель, вал которого соединен с барабаном и намотанным на нем тросом, соединенным через рычажный механизм с засовом днища ковша, кнопку управления открыванием днища ковша, подключенную к S-входу RS-триггера, логический элемент ИЛИ и блок начальной установки, соединенный с первым входом логического элемента ИЛИ, выход которого подключен к R-входу RS-триггера, отличающийся тем, что дополнительно введены тиристорный регулятор переменного напряжения с блоком фазового управления тиристорами, включенный между источником питания и электродвигателем, и таймер, включенный между выходом RS-триггера и вторым входом логического элемента ИЛИ, вход блока фазового управления подключен к выходу RS-триггера, при этом электродвигатель выполнен в виде трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и повышенным скольжением.