СПОСОБ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ГОРНОЙ МАШИНЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2024 года по МПК B60S5/06 B60L53/10 B60L53/30 B60L53/80 E21F13/08 B60R16/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к горным машинам и оборудованию, питаемых электрической энергией, в частности к способу и устройству для перемещения и функционирования горного оборудования, питаемого электрической энергией.

Уровень техники

Известно множество способов электроснабжения горной машины, основным из которых является электроснабжение через питающий кабель от передвижной или стационарной подстанции, находящейся в близости от горной машины. У данного способа существует ряд недостатков, таких как:

- при возникновении аварии в системе электроснабжения, на горную машину не подается электроэнергия, что останавливает ее работу;

- при возникновении провалов и отклонений напряжения в системе электроснабжения, на горную машину подается электроэнергия с отклонениями от допустимых параметров, что ведет к потере ее работоспособности;

- при значительном удалении горной машины от подстанции, падение напряжения в питающем кабеле настолько велико, что нормальная работа ее электродвигателей не может быть обеспечена. Этот факт вынуждает, при перегонке горной машины на дальние расстояния, переключаться от одной подстанции к другой, что делает процесс длительным и трудоемким. В результате чего возникают длительные простои оборудования и большого количества рабочих и вспомогательного оборудования для осуществления переключений горной машины от одного стационарного источника электрической энергии к другому.

Помимо основного способа известно также горно-шахтное транспортное средство и способ его электропитания, при котором горно-шахтное транспортное средство содержит электродвигатель, к которому при необходимости подключают комплект аккумуляторов, установленный непосредственно на машине (патент РФ №2509664 (С1)). Недостатком данного аналога является то, что комплект аккумуляторов расположен непосредственно на машине, вследствие чего конструктивно он имеет малый размер и, соответственно, малую емкость, что существенно ограничивает дальность перемещения и практически исключает возможность выполнения основных функций.

Также известен способ и устройство для перемещения горнодобывающей техники с электрическим приводом, при котором горнодобывающую технику в шахте перемещают из одного местоположения со стационарным источником электроэнергии в другое с таким же стационарным источником электроэнергии, при этом при перемещении горнодобывающей техники из одного местоположения в другое подключают как минимум один электродвигатель к аккумуляторному блоку (Патент США №5003236 А). Данный способ принят за прототип. Недостатками способа прототипа является то, что устройство для его осуществления работает только с электродвигателями хода горной машины и рассчитано на один уровень выходного напряжения. При возникновении аварийных ситуаций либо технических сложностей во время перемещения может возникнуть необходимость выполнения горной машиной своих непосредственных функций. Осуществление этого с помощью прототипа невозможно, т.к. в устройстве предусмотрено подключение и управление только электродвигателями хода горной машины.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение решает задачу эффективного перемещения горной машины из одного местоположения в шахте со стационарным источником электроэнергии в другое с таким же стационарным источником электроэнергии.

В ходе решения данной задачи обеспечивается достижение следующей совокупности технических результатов: ускоряется процесс перемещения горной машины из одного местоположения со стационарным источником электроэнергии, в другое с таким же стационарным источником электроэнергии; уменьшается трудоемкость перемещения горной машины из одного местоположения со стационарным источником электроэнергии, в другое с таким же стационарным источником электроэнергии. При этом электрическая энергия подается на всю горную машину и при возникновении необходимости во время перемещения она может выполнять свои непосредственные функции.

Указанные выше технические результаты достигаются тем, что способ электроснабжения горной машины состоит в следующем:

- к горной машине, в подземной выработке, доставляют, по меньшей мере, одну энергетическую мобильную установку;

- производят установку, по меньшей мере, одной энергетической мобильной установки непосредственно на горную машину;

- отключают станцию управления, установленную на горной машине, от стационарного источника электроэнергии;

- производят подключение станции управления, установленной на горной машине к, по меньшей мере, одной энергетической мобильной установке;

- с помощью, по меньшей мере, одной энергетической мобильной установки приводят в движение горную машину и при необходимости выполнения ее непосредственных функций;

- производят подключение станции управления, установленной на горной машине, к стационарному источнику электроэнергии;

- транспортируют, по меньшей мере, одну энергетическую мобильную установку к месту зарядки.

Указанные выше технические результаты достигаются также тем, что энергетическая мобильная установка соединена посредством механической сцепки с горной машиной.

Указанные выше технические результаты достигаются также тем, что при использовании энергетической мобильной для работы горной машины, энергетическая мобильная установка перемещается автономно или под управлением оператора.

Указанные выше технические результаты достигаются также созданием энергетической мобильной установки, включающей взрывозащищенный корпус, с размещенными внутри корпуса накопителем электрической энергии, кабельными вводами и кабелем, датчиками утечки тока на землю, контроля изоляции, защиты от токов технологической перегрузки и токов короткого замыкания отличающаяся тем, что в корпусе установлены блок коммутаторов, силовые транзисторные модули с независимой системой управления, программируемый логический контроллер, на внешней стороне корпуса располагается панель оператора.

Указанные выше технические результаты достигаются также тем, что взрывозащищенный корпус установлен на платформу с как минимум двумя колесами, при этом с одной из сторон платформы располагается прицепное устройство.

Указанные выше технические результаты достигаются также тем, что корпус установлен на платформу с как минимум тремя колесами, приводимыми в движение как минимум одним электродвигателем, получающим электроэнергию от энергетической мобильной установки.

Указанные выше технические результаты достигаются также тем, что к панели оператора подключен пульт дистанционного управления.

Отличительной особенностью способа в соответствии с настоящим изобретением является то, что горной машину перемещают из одного местоположения со стационарным источником электроэнергии в другое с таким же стационарным источником электроэнергии по средством энергетической мобильной установки. Энергетическая мобильная установка может двигаться за горной машиной на жесткой сцепке, либо самостоятельно на платформе с колесами, либо перемещаться непосредственно на горной машине.

Отличительной особенностью установки в соответствии с настоящим изобретением является то, что установка может формировать как постоянное, так и переменное напряжение разных уровней с большим диапазоном, имеет свою систему управления с различными настройками, имеет панель оператора, с подключенным к нему пультом дистанционного управления, имеет функцию рекуперации, может иметь защиты от токов технологической перегрузки и токов короткого замыкания, может иметь возможность самостоятельного перемещения за счет платформы с колесами и электродвигателя, получающего электроэнергию непосредственно от установки.

Описание чертежей

При пояснении сущности способа в качестве примера горной машины взят проходческо-очистной комбайн. Сущность способа поясняется графическими материалами, где изображено:

Фиг. 1 - Горная машина и энергетическая мобильная установка, подключенные к системе электроснабжения;

Фиг. 2 - Горная машина подключенная к установленной на ней энергетической мобильной установке;

Фиг. 3 - Питаемая от энергетической мобильной установки горная машина, перемещенная из одного местоположения в шахте со стационарным источником электроэнергии в другое с таким же стационарным источником электроэнергии.

Фиг. 4 - Горная машина, подключенная к присоединенной к ней механической сцепкой энергетической мобильной установке;

Фиг. 5 - Горная машина, подключенная к самоходной энергетической мобильной установке;

На фиг. 1-5 изображены следующие единицы для реализации способа:

I - горная машина (проходческо-очистной комбайн);

II - система электроснабжения;

III - энергетическая мобильная установка;

IV - кабель для зарядки энергетической мобильной установки;

V - кабель для питания горной машины;

VI - механическая сцепка;

Сущность изобретения поясняется графическими материалами, где изображено:

Фиг. 6 - Энергетическая мобильная установка;

Фиг. 7 - Энергетическая мобильная установка с внешним зарядным устройством;

Фиг. 8 - Самоходная энергетическая мобильная установка.

На фиг. 6-8 изображены следующие блоки:

блок I - горная машина (проходческо-очистной комбайн), содержащая станцию управления;

блок II - система электроснабжения, представляющая из себя совокупность источников и устройств преобразования, передачи и распределения электрической энергии для питания горной техники;

блок III - энергетическая мобильная установка, состоящая из следующих компонентов:

1 - взрывозащищенная оболочка, включающая корпус с как минимум одной крышкой, разъемом для подключения кабеля для зарядки блока 3, и разъемом, предназначенным для подключения горной техники;

2 - зарядное устройство, необходимое для заряда аккумуляторной батареи электрической энергией от системы электроснабжения;

3 - накопитель электрической энергии, представляющий из себя аккумуляторную батарею или блок суперконденсаторов или их сочетание, позволяющий отдавать и запасать электрическую энергию;

4 - контроллер заряда, представляющий из себя устройство, которое автоматически регулирует уровень тока и напряжения при зарядке блока 3 по алгоритму, определяемому характеристиками блока 3, а также контролирует состояние блока 3 при отдаче электрической энергии, передавая информацию в блок 6;

5 - блок коммутации, представляющий из себя подключенную специальным образом коммутирующую аппаратуру, позволяющую изменять схему включения АКБ для изменения уровня напряжения, подаваемого на блок 7;

6 - блок управления, представляющий из себя микропроцессорное устройство, осуществляющее управление функционированием установки;

7 - силовой преобразователь, представляющий из себя устройство на базе силовых транзисторов, обеспечивающее в зависимости от настройки выходное напряжение от 380 до 3 кВ переменного и постоянного тока и позволяющее изменять направление потока электрической энергии для работы питаемой техники в генераторном режиме (движение под уклон, снижение скорости передвижения, остановка);

8 - датчики технологической информации, представляющие из себя устройства преобразующие сигналы контролируемых параметров функционирования установки в сигналы, удобной формы для передачи в блок управления;

9 - совокупность защитных устройств (блок контроля изоляции, реле утечки тока, аппараты токовой защиты и т.д.), обеспечивающих безопасное функционирование установки во взрывоопасных средах по газу метану и угольной пыли;

10 - совокупность электротехнических изделий (кабельных вводов, проводов, соединителя), предназначенных для подключения горной техники к установке и отключения от нее;

11 - пульт управления(панель оператора), представляющий из себя устройство для контроля и управления работой установки;

12 - пульт дистанционного управления, представляющий из себя устройство для удаленного (дистанционного) контроля и управления работой установки;

13 - преобразователь собственных нужд, представляющий из себя устройство на базе силовых транзисторов, обеспечивающее управление электродвигателями хода установки;

14 - электродвигатели хода, электромеханические устройства, приводящие установку в движение.

Осуществление изобретения

Способ электроснабжения горной машины I, состоящий в том, что при наличии возможности подключения к системе электроснабжения II горная машина I получает питание от нее, а энергетическая мобильная установка III также подключена к системе электроснабжения II с помощью кабеля IV и находится либо в режиме ожидания, либо в режиме зарядки (фиг. 1). При возникновении необходимости в использовании энергетической мобильной установки III ее доставляют к горной машине I любым имеющимся способом, например, с помощью погрузочно-доставочной машины. Затем энергетическую мобильную установку III помещают и закрепляют на горной машине любым имеющимся способом, например, также с помощью погрузочно-доставочной машины (фиг. 2). После этого горную машину I отключают от системы электроснабжения II и подключают кабелем V к энергетической мобильной установке III. После чего обеспечивается подача электрической энергии от энергетической мобильной установки III на горную машину I. Благодаря этому горная машина I может передвигаться и функционировать в обычном режиме. В момент исключения необходимости в использовании энергетической мобильной установки III (фиг. 3) горную машину I отключают от энергетической мобильной установки III и подключают к системе электроснабжения II. Энергетическую мобильную установку III после этого транспортируют к системе электроснабжения II и подключают к ней с помощью кабеля IV для зарядки.

Способ может быть реализован путем буксировки энергетической мобильной установки III и присоединения к горной машине I посредством механической сцепки VI (фиг. 4). Таким образом, при работе горной машины I совместно с энергетической мобильной установкой III, последняя перемещается в след за горной машиной за счет механической сцепки VI.

Также способ может быть реализован путем транспортировки энергетической мобильной установки III от системы электроснабжения II до горной машины I своим ходом под управлением оператора (фиг. 5). В таком случае при работе горной машины I совместно с энергетической мобильной установкой III, последняя следует за горной машиной своим ходом автономно или под управлением оператора.

Предлагаемая энергетическая мобильная установка III (фиг. 6) работает следующим образом.

Работа в условиях, опасных по газу метану и угольной пыли, обеспечивается тем, что все компоненты энергетической мобильной установки расположены во взрывозащищенной оболочке 1.

В режиме ожидания установка III находится возле системы электроснабжения II. Через зарядное устройство 2 и контроллер заряда 4 заряжается накопитель электрической энергии 3. При этом контроллер заряда 4 управляет процессом заряда по алгоритму, определяемому характеристиками аккумуляторной батареи 3. Также контроллер заряда 4 осуществляет контроль над состоянием аккумуляторной батареи 3, как в процессе ее зарядки, так и при ее разрядке, передавая информацию через датчики 8 в блок управления 6. Если какой-либо из контролируемых параметров не соответствует допустимому значению, то блок управления 6 через контроллер заряда 4 и зарядное устройство 2 приостанавливает или ограничивает до достижения допустимых значений передачу электрической энергии от системы электроснабжения 1 до аккумуляторной батареи 3, а через блок коммутации 5 и полупроводниковый преобразователь 7 приостанавливает передачу электрической энергии от аккумуляторной батареи 3 до блока подключения нагрузки 10 или ограничивает ее подачу до достижения допустимых значений. При возникновении таких ситуаций блок защит 9 посредством пульта управления 11 и пульта дистанционного управления 12 оповещает об этом оператора установки. Если аккумуляторная батарея 3 заряжена, то установка II находится в режиме ожидания.

Зарядное устройство 2 может быть внешним (фиг. 7) для снижения массогабаритных показателей установки III либо возможной поочередной или одновременной зарядки нескольких аналогичных установок.

Как только возникает необходимость в передвижении горной машины I с одного места на другое, энергетическая мобильная установка III с помощью вспомогательной машины доставляется к горной машине I, подключается к ее станции управления через блок подключения нагрузки 10. С помощью пульта управления 11 или блока дистанционного управления 12 устанавливается уровень напряжения, соответствующего номинальному напряжению питания горной машины I. В зависимости от установленного уровня напряжения блок управления 11 производит необходимое переключение коммутирующей аппаратуры в блоке коммутации 5 и подает команду на включение полупроводникового преобразователя 7, который формирует на своих силовых выходах требуемое напряжение для питания горной машины. После этого осуществляется подача электрической энергии, запасенной в аккумуляторной батарее 3, через блок защит 9 на горную машину I. За счет этого горная машина I получает возможность передвигаться без подключения к традиционной системе энергоснабжения 1. Благодаря этому она за более короткое время транспортируется с одного места на другое, т.к. отсутствует необходимость передвигать питающую подстанцию либо производить переключение перегоняемой горной машины с одной электрической подстанции на другую.

Начиная с момента присоединения блока подключения нагрузки 10 к машине I, блок защит 9 контролирует состояние отходящих от блока подключения нагрузки 10 электрических цепей и передает информацию через датчики технологической информации 8 в блок управления 6. Если какой-либо из контролируемых параметров не соответствует допустимому значению, то блок управления 6 через блок коммутации 5 и полупроводниковый преобразователь 7 приостанавливает передачу электрической энергии от блока 3 до блока 10 или ограничивает ее подачу до достижения допустимых значений, и посредством пульта управления 11 или пульта дистанционного управления 12 оповещает об этом оператора установки. В том числе постоянно контролируется уровень заряда аккумуляторной батареи 3, предельные значения которого определяются ее характеристиками.

Если ходовая часть энергетической мобильной установки оснащается дополнительным мостом с приводными колесами, то перемещается по горным выработкам она своим ходом под управлением оператора через блок дистанционного управления 12 (фиг. 8). Колеса приводятся в движение с помощью электродвигателей 14, скорость вращения которых регулируется преобразователями 13.

Изобретение относится к горным машинам. В способе электроснабжения горной машины доставляют энергетическую мобильную установку к горной машине в подземной выработке и устанавливают ее на горную машину. Отключают станцию управления на горной машине от стационарного источника электроэнергии и подключают ее к энергетической мобильной установке. С помощью энергетической мобильной установки приводят в движение горную машину и выполнение ее непосредственных функций. Подключают станцию управления к стационарному источнику электроэнергии и транспортируют энергетическую мобильную установку к месту зарядки. Энергетическая мобильная установка включает корпус с крышкой, с размещенными внутри накопителем энергии, блоком коммутаторов, кабельными вводами и кабелем. Снаружи корпуса установлены датчики: утечки тока на землю, контроля изоляции, защиты от токов технологической перегрузки и токов короткого замыкания. В корпусе установлены силовые транзисторные модули с системой управления и программируемый логический контроллер. На внешней стороне корпуса располагается панель оператора. Ускоряется перемещение и уменьшается трудоемкость. 3 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Энергетическая мобильная установка, включающая корпус с как минимум одной крышкой, с размещенными внутри корпуса накопителем электрической энергии, блоком коммутаторов, кабельными вводами и кабелем, а снаружи корпуса установлены датчики утечки тока на землю, контроля изоляции, защиты от токов технологической перегрузки и токов короткого замыкания, отличающаяся тем, что в корпусе установлены силовые транзисторные модули с независимой системой управления, программируемый логический контроллер, на внешней стороне корпуса располагается панель оператора.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что корпус с датчиками установлен на платформу с как минимум двумя колесами, при этом с одной из сторон платформы располагается крепежная рама.

3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что корпус установлен на платформу с как минимум тремя колесами, приводимыми в движение как минимум одним электродвигателем, получающим электроэнергию от энергетической мобильной установки.

4. Установка по п. 3, отличающаяся тем, что к панели оператора подключен пульт дистанционного управления.