УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ АВАРИЙ ПРИВОДА ТРАНСПОРТЕРА Российский патент 2023 года по МПК H02H7/85 H02P29/02 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты электроприводов транспортеров, в частности, транспортеров полувагонов снегоуборочных машин железнодорожного транспорта.

В процессе эксплуатации электропривода транспортерной техники возможно резкое увеличение нагрузки, например, перегрузка или заклинивание транспортера, приводящие к обрыву транспортерной ленты. В связи с этим требуется оперативное информирование о превышении предельных значений нагрузки и, при необходимости, экстренное отключение питания электродвигателя. Повышенная нагрузка вызывает перегрев обмоток электродвигателей, что приводит к существенному сокращению срока службы и разрушению изоляции обмоток электродвигателя. Для электродвигателей с косвенным охлаждением обмоток максимальное допустимое время работы с перегрузкой в полтора раза составляет 2 мин, с двухкратной перегрузкой - 1 мин. Применительно к снегоуборочным и иным аналогичным транспортно-технологическим машинам аварийное отключение транспортера требует немедленного прекращения движения машины. Кроме того, при уборке снега с железнодорожных путей снегоуборочными машинами в полувагоны вместе со снежной массой попадает щебень, который при движении транспортера проваливается в зазоры между пластинами. Попадание щебня в зазоры между пластинами при движении транспортера приводит к их изгибу. Изогнутые пластины, проходя по холостой ветви транспортера, упираются в направляющие роликов транспортера. В итоге возникает растяжение, приводящее к разрыву цепи и падению транспортера на раму машины. Данная проблема характерна и для других областей применения транспортерной и конвейерной техники.

Известно устройство для защиты от аварийной перегрузки электропривода (см. а.с. СССР №1071743, МПК Е21С 35/24), содержащее задатчик верхнего порога, пороговый элемент, датчик тока двигателя привода, электромагнитную муфту скольжения, регулятор тока, задатчик нижнего порога, ключ, нуль-орган и датчик скорости.

Недостатками данного устройства является необходимость изменения конструкции электропривода транспортера путем установки, отключаемой при перегрузке электромагнитной муфты скольжения, отсутствие возможности контроля возникновения изгиба пластин транспортера, и невозможность записи и передачи информации о возникновении аварийных режимов работы электропривода.

Известно также устройство для защиты от аварий электропривода (см. патент РФ №2415504, МПК Н02Н 7/08), содержащее датчики тока, коммутатор, частотный фильтр, преобразователь тока в напряжение (преобразователя сигнала), микроконтроллер и встроенную программу, блок индикации, блок выбора режимов работы и управления, трансформатор напряжения, блок преобразования сигналов, счетчик импульсов, блок управления электродвигателем, датчики температуры, датчик атмосферного давления и выключатель.

Недостатками данного устройства является сложность устройства из-за большого количества используемых датчиков, недостаточная оперативность реагирования на превышение допустимой нагрузки, так как не предусмотрена автоматическая остановка электропривода, отсутствие возможности контроля возникновения изгиба пластин транспортера и невозможность записи и передачи информации о возникновении аварийных режимов работы.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство для контроля нагрузки и защиты от аварий электродвигателей (см. патент РФ №206663, МПК Н02Н 7/08), содержащее датчики тока, преобразователь сигнала, микроконтроллер со встроенной программой, блок индикации и блок управления электродвигателем, снабженное блоком настройки предельных значений, блоком контроля пускового режима, двумя таймерами, блоком записи и модемом, причем первый выход преобразователя сигналов соединен с первым входом микроконтроллера, а его второй выход - с входом блока контроля пускового режима, первый выход которого соединен со вторым входом микроконтроллера, а второй выход - с первым входом блока записи, третий вход микроконтроллера соединен с выходом блока настройки предельных значений, выход первого таймера подсоединен ко второму входу блока записи, выход которого соединен с первым входом модема, первый выход микроконтроллера соединен с третьим входом блока записи, второй выход микроконтроллера соединен с входом блока индикации, а его третий выход через второй таймер подключен к входу блока управления электродвигателем, подсоединенного через пусковое реле к электродвигателю.

Недостатками данного устройства является невозможность дифференцирования отказов транспортерного механизма при перегрузке с продолжением движения транспортерной ленты и при полной остановке транспортера и, как следствие, снижение оперативности реагирования на превышение допустимой нагрузки, отсутствие возможности автоматической остановки движения машины при аварийном отключении привода транспортера, а также отсутствие возможности контроля возникновения изгиба пластин транспортера.

Технической задачей заявляемого изобретения является дифференцирование контроля отказов транспортерного механизма и повышение оперативности реагирования на превышение допустимой нагрузки, а также обеспечение возможности автоматической остановки движения машины при аварийном отключении привода транспортера и реагирования на возникновение изгиба пластин транспортера.

Для решения поставленной задачи устройство для защиты от аварий привода транспортера, содержащее блок датчиков тока, преобразователь сигнала, микроконтроллер со встроенной программой, блок индикации и блок управления электродвигателем, подсоединенный через пусковое реле к электродвигателю, блок настройки предельных значений, блок контроля пускового режима, два таймера, блок записи и модем, блок настройки предельных значений, блок контроля пускового режима, два таймера, блок записи и модем, снабжено датчиком скорости привода транспортерной ленты, кнопкой аварийного отключения, датчиком изгиба пластин транспортера и электропневматическим клапаном управления тормозной системой снегоуборочной машины, причем выход датчика скорости соединен с четвертым входом микроконтроллера, четвертый выход микроконтроллера соединен со вторым входом блока управления двигателем, выходы кнопки аварийного отключения и датчика изгиба пластин соединены соответственно с третьим и четвертым входами блока управления электродвигателем, второй выход блока управления электродвигателем соединен с входом электропневматического клапана управления тормозной системой машины.

Сущность технического решения поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена блок-схема устройства для защиты от аварий привода транспортера, а на фиг. 2 устройство датчика изгиба пластин транспортера.

Устройство (фиг. 1) состоит из датчиков тока, объединенных в блок 1, преобразователя сигналов 2, блока контроля пускового режима 3, таймеров 4 и 5, блока записи 6, модема 7, микроконтроллера со встроенной программой 8, блока настройки предельных значений 9, блока индикации 10 и блока управления электродвигателем 11, датчика скорости транспортера 12, кнопки аварийного отключения 13, электропневматического клапана управления 14, тормозной системой машины и датчика изгиба пластин 15, состоящего из установленных по обеим сторонам транспортерной ленты на оси 16, двух Г-образных ограничителей 17 с проволочными стопорными устройствами, и концевого выключателя 18, закрепленными на раме полувагона снегоуборочной машины.

Вход блока датчиков тока 1 соединен с фазами электродвигателя, а его выход с входом преобразователя сигналов 2. Первый выход преобразователя сигналов 2 соединен с первым входом микроконтроллера 8, а его второй выход - с входом блока контроля пускового режима 3, первый выход которого соединен со вторым входом микроконтроллера 8, а второй выход - с первым входом блока записи 6. Выход блока настройки предельных значений 9 подсоединен к третьему входу микроконтроллера 8. Выход первого таймера 4 соединен со вторым входом блока записи 6, а выход блока записи 6 - с первым входом модема 7. Первый выход микроконтроллера 8 соединен с третьим входом блока записи 6, а второй выход - с входом блока индикации 10, а его третий выход - с входом второго таймера 5, выход второго таймера 5 соединен с первым входом блока управления электродвигателем 11. Выход датчика скорости 12 соединен с четвертым входом микроконтроллера 8, выходы кнопки аварийного отключения 13 и датчика изгиба пластин 15 соединены соответственно с третьим и четвертым входами блока управления электродвигателем 11. Четвертый выход микроконтроллера 8 соединен со вторым входом блока управления двигателем 11. Первый выход блока управления электродвигателем 11 соединен с пусковым реле контролируемого электродвигателя, а его второй выход с входом электропневматического клапана 14.

Установку датчиков тока, входящих в блок датчиков тока 1, осуществляют на входные фазы электродвигателя, для трехфазного электродвигателя переменного тока в этот блок входят соответственно три датчика тока. Выход блока датчиков тока 1 соединяется с входом преобразователя сигналов 2, а выход блока управления электродвигателем 11 соединен с одним из входов пускового реле контролируемого электродвигателя привода транспортера. Производится также установка максимально допустимых значений токовой нагрузки в блоке настройки предельных значений 9 для конкретного типа контролируемого электропривода. На привод транспортерной ленты монтируется датчик скорости 12, например, индуктивный датчик контроля скорости вращения ДКС-М30-81У-1113, установленный в плоскости вращения ведомой шестерни привода транспортера. В наиболее доступном для оператора машины месте монтируется кнопка аварийного отключения 13, причем она может быть продублирована для двух и более рабочих мест. В тормозной магистрали машины монтируется электропневматический клапан 14, при открытии которого обеспечивается включение тормозной системы машины. Датчик изгиба пластин 15 монтируется под транспортерной лентой с зазором 30 мм между лентой и его ограничителем. После монтажа, подключения питания и настройки устройство готово к работе.

Устройство работает следующим образом.

При подаче питания на вход электродвигателя на выходе блока датчиков тока 1 появляется электрический сигнал, поступающий на вход преобразователя сигналов 2. С выхода преобразователя сигналов 2 информация о величине силы тока поступает на вход блока контроля пускового режима 3 и первый вход микроконтроллера 8. Поскольку в пусковом режиме величина силы тока, потребляемой электродвигателем, существенно превышает номинальные значения, через определенное время, приблизительно равное 5 с, блок контроля пускового режима 3 подает управляющий сигнал на второй вход микроконтроллера 8, запуская его в работу. При этом информация о текущих значениях силы тока в виде зависимостей силы тока от времени, построенных с помощью первого таймера 4, непрерывно поступает на первый вход блока записи 6, а с выхода блока записи 6 - на вход модема 7. С блока настройки предельных значений 9 заданная при настройке устройства предельная величина силы тока, информирующая о превышении нагрузки на электродвигатель, поступает на третий вход микроконтроллера 8, который сравнивает ее с текущими значениями силы тока на его первом входе. Информация о превышении нагрузки поступает на входы блока записи 6 и таймера 5. В дальнейшем с выхода блока записи 6 информация о превышении нагрузки с указанием зафиксированного с помощью первого таймера 4 времени наступления события поступает на модем 7. Если превышение нагрузки является кратковременным, и угрозы отказа электродвигателя нет, электропривод продолжает работу в штатном режиме. Если при этом от датчика скорости 12 на контроллер 8 поступает сигнал о прекращении движения транспортерной ленты, что свидетельствует об обрыве или блокировании транспортерной ленты, контроллер 8 передает управляющий сигнал на блок управления электродвигателем 11, который отключает пусковое реле электродвигателя и предотвращает вероятный отказ электропривода и включает электропневматический клапан управления 14, который выпускает сжатый воздух из тормозной системы и приводит в действие тормозную систему машины. Если же в течение заданного вторым таймером 5 промежутка времени нагрузка на электродвигатель, определяемая заданной блоком настройки предельных значений 9 предельной величиной потребляемой силы тока, продолжает превышать допустимые значения, но транспортер согласно информации от датчика скорости 12 продолжает движение, таймер 5 через заданный промежуток времени, например 1 мин, передает управляющий сигнал на блок управления электродвигателем 11, который также отключает пусковое реле электродвигателя, предотвращая вероятный отказ электропривода по причине перегрева обмоток, и посредством электропневматического клапана 14 прекращает движение машины. Одновременно при превышении допустимых значений нагрузки включается блок световой и звуковой индикации 10, предупреждая оператора машины о предаварийной ситуации. В случае принятия решения об экстренном прекращении работы до принятия автоматикой устройства соответствующего решения машинист имеет возможность остановить транспортер путем нажатия на кнопку аварийного отключения 13, в результате на блок управления электродвигателем 11 поступает сигнал об отключении пускового реле электродвигателя привода транспортера и далее на электропневматический клапан 14 о прекращении движения машины.

При изгибе пластин транспортера сигнал с датчик изгиба 15 поступает на блок управления электродвигателем 11 для отключения пускового реле электродвигателя привода транспортера и прекращения движения машины с помощью электропневматического клапана 14. Аварийное отключение транспортера в данном случае осуществляется следующим образом. При нормальной работе транспортерного механизма установленные по обеим сторонам транспортерной ленты на оси 16 Г-образные ограничители 17 находятся в нормально разомкнутом состоянии и удерживаются от самопроизвольного перемещения проволочными стопорными устройствами, закрепленными на раме полувагона снегоуборочной машины. При возникновении нештатной ситуации, то есть, при изгибе пластины транспортера, она упирается в Г-образный ограничитель 17, в результате чего происходит обрыв стопорной проволоки и поворот Г-образного ограничителя, который замыкает концевой выключатель 18. Сигнал от концевого выключателя 18, поступивший на блок управления электродвигателем 11, приводит к отключению пускового реле электродвигателя привода транспортера и прекращению движения машины с помощью электропневматического клапана 14.

Заявленное устройство в сравнении с прототипом позволяет обеспечить дифференцированный контроль отказов транспортерного механизма и повысить оперативность реагирования на превышение допустимой нагрузки, а также обеспечить возможность реагирования на возникновение изгиба пластин транспортера и автоматическую остановку движения машины при аварийном отключении привода транспортера.

Использование датчика скорости привода транспортерной ленты, кнопки аварийного отключения, электропневматического клапана управления тормозной системой снегоуборочной машины и датчика изгиба пластин транспортерной ленты позволяет более оперативно реагировать на возникновение предотказных состояний электропривода, обеспечить автоматическую остановку движения машины при аварийном отключении привода транспортера и, тем самым, повысить эффективность эксплуатации транспортно-технологических машин.

Устройство для защиты от аварий привода транспортера относится к электротехнике и может быть использовано для защиты электроприводов транспортеров, в частности транспортеров полувагонов снегоуборочных машин железнодорожного транспорта. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение эффективности эксплуатации транспортно-технологических машин за счет более оперативного реагирования на возникновение предотказных состояний электропривода и обеспечения автоматической остановки движения машины при аварийном отключении привода транспортера. Устройство состоит из блока датчиков тока (1), преобразователя сигналов (2), блока контроля пускового режима (3), таймеров (4) и (5), блока записи (6), модема (7), микроконтроллера со встроенной программой (8), блока настройки предельных значений (9), блока индикации (10) и блока управления электродвигателем (11), датчика скорости транспортера (12), кнопки аварийного отключения (13), электропневматического клапана (14) и датчика изгиба пластин транспортерной ленты (15). Электропневматического клапана (14) управляет тормозной системой машины. Датчика изгиба пластин транспортерной ленты состоит из оси (16), двух Г-образных ограничителей (17) со стопорными устройствами и концевого выключателя (18). 2 ил.

Устройство для защиты от аварий привода транспортера, содержащее блок датчиков тока, преобразователь сигнала, микроконтроллер со встроенной программой, блок индикации и блок управления электродвигателем, подсоединенный через пусковое реле к электродвигателю, блок настройки предельных значений, блок контроля пускового режима, два таймера, блок записи и модем, причем первый выход преобразователя сигналов соединен с первым входом микроконтроллера, а его второй выход - с входом блока контроля пускового режима, первый выход которого соединен со вторым входом микроконтроллера, а второй выход - с первым входом блока записи, третий вход микроконтроллера соединен с выходом блока настройки предельных значений, выход первого таймера подсоединен ко второму входу блока записи, выход которого соединен с первым входом модема, первый выход микроконтроллера соединен с третьим входом блока записи, второй выход микроконтроллера соединен с входом блока индикации, а его третий выход через второй таймер подключен к входу блока управления электродвигателем, подсоединенного через пусковое реле к электродвигателю, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено датчиком скорости привода транспортерной ленты, кнопкой аварийного отключения, электропневматическим клапаном управления тормозной системой машины и датчиком изгиба пластин транспортерной ленты, причем выход датчика скорости соединен с четвертым входом микроконтроллера, четвертый выход микроконтроллера соединен со вторым входом блока управления двигателем, выходы кнопки аварийного отключения и датчика изгиба пластин соединены соответственно с третьим и четвертым входами блока управления электродвигателем, второй выход блока управления электродвигателем соединен с входом электропневматического клапана управления тормозной системой машины.