МЕХАТРОННАЯ СИСТЕМА ОТКРЫВАНИЯ ДНИЩА КОВША ЭКСКАВАТОРА Российский патент 2025 года по МПК E02F9/20 E02F3/42 E02F3/46 B66D3/00 

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

Известны мехатронные системы открывания днища ковша экскаватора, содержащие источник питания и подключенный к нему силовым входом преобразователь, барабан с намотанным на нем тросом, соединенным через рычажный механизм с засовом днища ковша, кнопку управления, подключенную к управляющему входу преобразователя, и асинхронный двигатель с повышенным скольжением, вал которого соединен с барабаном (Патент RU 2734182 С1, 13.10.2020, МПК E02F 9/20; E02F 3/42; E02F 3/46. Бюл. № 29; Патент RU 2750826 C1, 05.07.2021, МПК E02F 3/42; E02F 3/46; E02F 9/2058. Бюл. № 19)

При работе экскаватора в электроприводе переменного тока с помощью задатчика устанавливается выходное напряжение преобразователя, которое обеспечивает работу электрического привода в режиме подтягивания троса. Скорость подтягивания троса практически линейно зависит от момента сопротивления троса. При включении кнопки управления на выходе преобразователя устанавливается напряжение, соответствующее максимальному моменту, развиваемому двигателем. Это приводит к выдергиванию засова и открыванию днища ковша экскаватора. После выдергивания засова и отпускания кнопки управления происходит резкое уменьшение нагрузки и, следовательно, увеличение скорости электродвигателя. Днище ковша открывается под действием содержимого, происходит выгрузка горной породы. Электродвигатель при этом осуществляет наматывание троса на барабан при малой нагрузке. Выходное напряжение преобразователя уменьшается до значения, соответствующего режиму подтягивания троса.

В известном устройстве используется электропривод переменного тока с асинхронным двигателем с повышенным скольжением. В таком двигателе имеют место увеличенные потери мощности, вызывающие его повышенный нагрев. Известная мехатронная система открывания днища ковша экскаватора имеет повышенную сложность и низкую энергетическую эффективность.

Таким образом, недостаток известных мехатронных систем открывания днища ковша экскаватора - низкая энергетическая эффективность и повышенная сложность конструкции устройства.

Из известных технических решений наиболее близким к предлагаемому устройству является мехатронная система открывания днища ковша экскаватора, содержащая источник питания и подключенный к нему силовым входом инвертор, барабан с намотанным на нем тросом, соединенным через рычажный механизм с засовом днища ковша, кнопку управления, подключенную к управляющему входу преобразователя, и асинхронный двигатель, вал которого соединен с барабаном (Малафеев СИ. Электропривод переменного тока открывания днища ковша экскаватора // Электротехника, 2022, №4, с. 34-38).

При работе экскаватора в мехатронной системе с помощью задатчика устанавливаются выходное напряжение и частота инвертора, при которых обеспечивается работа в режиме подтягивания троса. Скорость подтягивания троса практически линейно зависит от момента сопротивления троса. При включении кнопки управления на выходе преобразователя устанавливаются напряжение и частота, соответствующее максимальному моменту, развиваемому двигателем. Это приводит к выдергиванию засова и открыванию днища ковша экскаватора. После выдергивания засова происходит резкое уменьшение нагрузки и, следовательно, увеличение скорости электродвигателя. Днище ковша открывается под действием содержимого, происходит выгрузка горной породы. Электрический двигатель при этом осуществляет наматывание троса на барабан при малой нагрузке. Выходное напряжение и частота преобразователя уменьшаются до значений, соответствующих режиму подтягивания троса.

В известном устройстве используется асинхронный электрический двигатель. В таком двигателе имеют место увеличенные потери мощности, вызывающие его повышенный нагрев. Поэтому известная мехатронная система имеет низкую энергетическую эффективность. Кроме этого известная мехатронная система открывания днища ковша экскаватора имеет повышенную сложность.

Таким образом, недостаток известных мехатронных систем открывания днища ковша экскаватора - низкая энергетическая эффективность и повышенная сложность конструкции устройства.

Цель предлагаемого изобретения - повышение энергетической эффективности и упрощение конструкции мехатронной системы открывания днища ковша экскаватора.

Поставленная цель достигается тем, что в известной мехатронной системе открывания днища ковша экскаватора, содержащей источник питания и подключенный к нему силовым входом инвертор напряжения, барабан с намотанным на нем тросом, соединенным через рычаги на рукояти и днище ковша с засовом днища ковша, кнопку управления, подключенную к управляющему входу инвертора напряжения, дополнительно барабан выполнен в виде синхронного двигателя с обращенным ротором и постоянными магнитами на роторе, с размещенными на внешней стороне ротора двумя щеками, между которыми располагается намотанный трос, выход инвертора напряжения соединен с обмотками статора синхронного двигателя.

По сравнению с наиболее близким аналогичным техническим решением предлагаемая мехатронная система открывания днища ковша экскаватора имеет следующий новый признак:

- барабан выполнен в виде синхронного двигателя с обращенным ротором и постоянными магнитами на роторе, с размещенными на внешней стороне ротора двумя щеками, между которыми располагается намотанный трос.

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию «новизна».

По отличительному признаку проведен поиск известных технических решений в области электротехники, автоматики и горного электрооборудования.

Барабан, выполненный в виде синхронного двигателя с обращенным ротором и постоянными магнитами на роторе, с размещенными на внешней стороне ротора двумя щеками, между которыми располагается намотанный трос, 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 энергетической эффективности мехатронной системы открывания днища ковша экскаватора. Это объясняется использованием барабана в виде синхронного двигателя с постоянными магнитами с обращенным ротором. За счет конструктивного объединения в мехатронной системе открывания днища ковша экскаватора приводного двигателя и барабана предлагаемая мехатронная система открывания днища ковша экскаватора характеризуется упрощением конструкции.

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

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом. На фигуре показана упрощенная схема мехатронной системы открывания днища ковша экскаватора. На схеме обозначено: 1 - синхронный двигатель с обращенным ротором с постоянными магнитами, выполняющий функцию барабана; 2 - статор синхронного двигателя; 3 - ротор синхронного двигателя; 4 и 5 - щеки; 6 - площадка напорного механизма; 7 и 8 - стойки крепления барабана; 9 - трос; 10 - инвертор напряжения; 11 - кнопка управления; 12 - источник питания; 13 - рычаг на рукояти; 14 - днище ковша; 15 - рычаг на днище ковша; 16 - засов. Другие механизмы рабочих органов экскаватора и электрооборудование экскаватора для упрощения чертежа не показаны.

В мехатронной системе открывания днища ковша экскаватора инвертор напряжения 10 подключен силовым входом к источнику питания 12, барабан выполнен в виде синхронного двигателя 1 с обращенным ротором и постоянными магнитами на роторе, с размещенными на внешней стороне ротора двумя щеками 4 и 5, между которыми располагается намотанный трос 9, который соединен через рычаги 13 и 15 соответственно на рукояти и днище ковша 14 с засовом 16 днища ковша, кнопка управления 11, подключена к управляющему входу инвертора напряжения 10, выход которого соединен с обмотками статора 2 синхронного двигателя. Статор 2 синхронного двигателя 1 закреплен на площадке 6 напорного механизма с помощью стоек 7 и 8.

Работа мехатронной системы открывания днища ковша экскаватора происходит следующим образом. В начальный момент работы устройства на выходе инвертора напряжения 10 действует трехфазное напряжение с низкой частотой, обеспечивающее заданное значение момента подтягивания троса 9.

Максимальный момент, развиваемый двигателем, равен М₁. Скорость подтягивания троса 9 практически линейно зависит от момента сопротивления троса. При натяжении троса 9 момент равен М₁, угловая скорость вращения ротора двигателя 1 равна 0.

При включении кнопки управления 11 на выходе инвертора напряжения 10 устанавливаются напряжение и частота, соответствующие заданному максимальному моменту М₂ синхронного двигателя 1. Это приводит к выдергиванию засова 16 и открыванию днища ковша 14 экскаватора.

При использовании синхронного двигателя с постоянными магнитами с обращенным ротором в мехатронной системе открывания днища ковша экскаватора реализуется конструктивное объединение приводного двигателя и барабана. Благодаря этому предлагаемая мехатронная система открывания днища ковша экскаватора характеризуется упрощением конструкции.

Синхронный электродвигатель с обращенным ротором обладает высокой мощностью вследствие своего конструктивного решения. Ротор находится снаружи статора, что позволяет увеличить площадь, занимаемую обмотками и магнитными полюсами. Благодаря этой конструкции электродвигатель обеспечивает на выходе повышенную мощность по сравнению с другими типами двигателей. Синхронный двигатель с постоянными магнитами обладает высоким КПД, что делает его энергосберегающим и экономичными в использовании. Двигатели такого типа отличаются высоким крутящим моментом, что обеспечивает их преимущества для применения в мехатронной системе открывания днища ковша экскаватора. Кроме того, синхронные двигатели с обращенным ротором обладают высокими динамическими характеристиками, что позволяет им быстро реагировать на изменение нагрузки и точно контролировать процессы движения при подтягивании троса. Двигатели с обращенным ротором имеют простую и надежную конструкцию, что обеспечивает их длительную и надежную работу.

Следовательно, использование в мехатронной системе открывания днища ковша экскаватора, содержащей источник питания и подключенный к нему силовым входом инвертор напряжения, барабан с намотанным на нем тросом, соединенным через рычаги на рукояти и днище ковша с засовом днища ковша, кнопку управления, подключенную к управляющему входу инвертора напряжения, дополнительно барабана в виде синхронного двигателя с обращенным ротором и постоянными магнитами на роторе, с размещенными на внешней стороне ротора двумя щеками, между которыми располагается намотанный трос, выход инвертора напряжения при этом соединен с обмотками статора синхронного двигателя, упрощает конструкцию устройства и повышает надежность работы устройства.

Использование предлагаемой мехатронной системы открывания днища ковшами на карьерных экскаваторах будет способствовать повышению энергетической эффективности, надежности и качества работы электрооборудования.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования на карьерных экскаваторах. Мехатронная система открывания днища ковша экскаватора содержит источник питания и подключенный к нему силовым входом инвертор напряжения, барабан с намотанным на нем тросом, соединенным через рычаги на рукояти и днище ковша с засовом днища ковша, и кнопку управления, подключенную к управляющему входу инвертора напряжения. Барабан выполнен в виде синхронного двигателя с обращенным ротором и постоянными магнитами на роторе, с размещенными на внешней стороне ротора двумя щеками, между которыми располагается намотанный трос. Выход инвертора напряжения соединен с обмотками статора синхронного двигателя. Техническим результатом является повышение энергетической эффективности и упрощение конструкции мехатронной системы открывания днища ковша экскаватора. 1 ил.

Мехатронная система открывания днища ковша экскаватора, содержащая источник питания и подключенный к нему силовым входом инвертор напряжения, барабан с намотанным на нем тросом, соединенным через рычаги на рукояти и днище ковша с засовом днища ковша, кнопку управления, подключенную к управляющему входу инвертора напряжения, отличающаяся тем, что барабан выполнен в виде синхронного двигателя с обращенным ротором и постоянными магнитами на роторе, с размещенными на внешней стороне ротора двумя щеками, между которыми располагается намотанный трос, выход инвертора напряжения соединен с обмотками статора синхронного двигателя.