Устройство для регулирования привода черпаковой цепи многочерпакового земснаряда Советский патент 1985 года по МПК E02F3/90 

1яз

ел

о со

ю

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРИВОДА ЧЕРПАКОВОЙ ЦЕПИ МНОГОЧЕРПАКОВОГО ЗЕМСНАРЯДА, содержащее привод черпаковой цепи, соединенный с датчиками скорости и тока якоря дйигателя и последовательно соединенные задатчик тока якоря двигателя черпаковой цепи, элемент сравнения,усилитель и электропривод папильонажной лебедки, отличающееся тем, что, с целью снижения динамических нагрузок в металлоконструкциях и повышения скорости черпания, оно снабжено пороговым элементом и последовательно соединенными блоком определения момента подачи форсированного возбуждения на двигатель, ключевым элементом, регулятором тока возбуждения двигателя черпаковой цепи и тиристорным преобразователем, выход которого соединен с приводом черпаковой цепи, вход блока определения момента подачи форсированного возбуждения на двигатель соединен с выходом датчика скорости, а выход датчика тока якоря двигателя черпаковой цепи соединен с вторым входом элемента сравнения и с входом порогового элемента, один выход котоi рого соединен с вторым входом регулятора тока возбуждения двигателя черпаковой (Л цепи, а второй выход соединен с управляющим входом ключевого элемента.

(Vr, гран.вчб) Изобретение относится к области автоматического управления производственными механизмами и может быть использовано в устройствах, осуществляющих движение рабочего органа по нескольким (двум) координатам - многоковшовых цепных и роторных экскаваторах, горных выемочных машинах, многочерпаковых земснарядах, драгах. Известно устройство для автоматического регулирования привода черпаковой цепи многочерпакового земснаряда, содержащее привод черпаковой цепи, усилитель с сумматором на входе, датчик скорости и элемент сравнения. Выходной сигнал усилителя используется для управления скоростью электроприводов папильонажных лебедок. При работе черпаковой цепи и при величине тока, меньшей заданного значения, пропорциональный усилитель управляется от датчика скороети и папильонажные лебедки развивают максимально допустимую скорость. В уст ройстве регулирование нагрузки электродвигателя черпаковой цепи осуществляется изменением скорости папильонирования и направлено лищь на поддержание заданного тока (момента) нагрузки двигателя 1 Недостатком такого устройства является отклонение режима черпания от оптимального при изменяющихся условиях черпания (категории разрабатываемого грунта). Это приводит к потере производительности при работе на тяжелых грунтах и потере энергии папильонажных лебедок при разработке мягких грунтов. Известно устройство для регулирования привода черпаковой цепи многочерпакового земснаряда, содержащее привод черпаковой цепи, соединенный с датчиками скорости и тока якоря двигателя и последовательно соединенные задатчик тока якоря двигателя -черпаковой цепи, элемент сравнения, усилитель и электропривод папильонажной лебедки. Регулирование нагрузки привода черпаковой цепи устройства направлено на поддержание заданного тока нагрузки путем изменения скорости папильонирования, т.е. осуществляют управление процессом черпания в функции амплитудного значения тока якоря 2. Недостатком данного устройства является низкая производительность земснаряда, так как оно не обеспечивает оптимальный режим черпания при разработке грунтов повыщенной твердости, поскольку при работе земснаряда в тяжелых грунтовых условиях (при входе очередного черпака в забой) происходят значительные броски тока якоря двигателя черпаковой цепи (на 400-600 А выше среднего значения, при 1ян 1400 А), во избежание которых снижают скорость папильонирования лебедки. Кроме того, значительные всплески якорного тока двигателя черпаковой цепи ведут к динамическим перегрузкам металлоконструкций, что приводит к их усталостному разрушению. К тому же броски тока якоря двигателя черпаковой цепи отрицательно сказываются на температурном режиме двигателя, что приводит к частой профилактике земснаряда. Все это в конечном итоге снижает производительность земснаряда. Целью изобретения является снижение динамических нагрузок в металлоконструкциях и повышение скорости черпания. Поставленная цель достигается тем, что устройство для регулирования привода черпаковой цепи многочерпакового земснаряда, содержащее привод черпаковой цепи, соединенный с датчиками скорости и тока якоря двигателя и последовательно соединенные задатчик тока якоря двигателя черпаковой цепи, элемент сравнения, усилитель и электропривод папильонажной лебедки, снабжено пороговым элементом и последовательно соединенными блоком определения момента подачи форсированного возбуждения на двигатель, ключевым элементом, регулятором тока возбуждения двигателя черпаковой цепи и тиристорным преобразователем, выход которого соединен с приводом черпаковой цепи, вход блока опре деления момента подачи форсированного возбуждения на двигатель соединен с выходом датчика скорости, а выход датчика тока якоря двигателя черпаковой цепи соединен с вторым входом элемента сравнения и с входом порогового элемента, один выход которого соединен с вторым входом регулятора тока возбуждения двигателя черпаковой цепи, а второй выход соединен с управляющим входом ключевого элемента. На фиг. 1 изображена блок-схема устройства регулирования привода черпаковой цепи многочерпакового земснаряда; на фиг. 2 - блок-схема канала регулирования возбуждения электродвигателя черпаковой цепи; на фиг. 3 - временная диаграмма работы системы управления возбуждения; на фиг. 4 - временная диаграмма работы блока определения момента подачи форсированного возбуждения на двигатель и регулятора тока возбуждения двигателя черпаковой цепи. Устройство содержит задатчик I тока якоря двигателя черпаковой цепи, подключенный к одному из входов элемента 2 сравнения, выход которого подсоединен к входу демпфирующего усилителя 3, электропривод 4 папильонажной лебедки, звено 5 черпания, привод 6 черпаковой цепи, подсоединенный к датчику 7 тока якоря двигателя и датчику 8 скорости, блок И определения момента подачи форсированного возбуждения на двигатель, ключевой элемент 10, регулятор 11 тока возбуждения двигателя черпаковой цепи, тиристорный преобразователь 12 и пороговый элемент 13. Выход демпфирующего усилителя 3 подключен к входу электропривода 4 папильонажной лебедки, соединенной через звено 5 черпания с управляемым входом привода 6 черпаковой цепи. Один вход привода 6черпаковой цепи через датчик 7 тока соединен с элементом 2 сравнения, а другой с входом датчика 8 скорости. Выход датчика 7тока через пороговый элемент 13 подключен к регулятору 11 тока, выход которого через тиристорный преобразователь 12 соединен с входом привода 6 черпаковой цепи. Блок 9 определения момента подачи форсированного возбуждения на двигатель включает последовательно соединенные узел 14 синхронизации, управляемый генератор импульсов 15, преобразователь кода 16 и распределитель импульсов 17. К второму входу генератора 15 через последовательно соединенные выпрямитель 18 и фильтр 19 подключен датчик скорости, тахогенератор, который через трансформатор синхронизации подсоединен к входу узла 14. Выходы распределителя импульсов 17 через ключевой элемент 10 подключен к входам шестивходового логического элемента ИЛИ 2 регулятора тока возбуждения двигателя черпаковой цепи. Последний включает также два управляемых генератора импульсов 22 и 23, генератор 24 пилообразного напряжения, синхронизированный с сетью, входы которого соединены с сумматорами 25 и 26 тиристорного преобразователя, а выход подключен к одному из входов элемента 27 сравнения, второй вход которого соединен с пороговым элементом 13, а выход подключен к первому входу двухвходового логического элемента 28 ИЛИ, второй вход которого и выход элемента 21 соединены с генератором 22, выходы генераторов 22 и 23 подключены к входам тиристорного преобразователя 12, вентильный преобразователь 29 которого подключен к обмотке 30 возбуждения двигателя. Устройство работает следующим образом. Звено 5 черпания (забой) характеризует процесс взаимодействия одного или нескольких черпаков, поворачивающихся со скоростью черпания Vz вокруг нижнего черпакового барабана, с грунтом, рассматриваемых совместно, как регулируемый объект. Управляющими воздействиями являются скорость папильонирования Уи скорость черпания Y и подача вдоль станового троса Е. Свойства забоя характеризуются удельным коэффициентом сопротивления черпаниюу) (категория грунта), толщиной снимаемого слоя грунта Пол, подачей вдоль переднего станового троса Е, углом папильонирования at. В процессе черпания черпаком срезается серповидная стружка, радиальная толщина которой определяется подачей вдоль переднего станового троса В, а ширина - скоростью папильонирования Уп Усилие сопротивления черпанию F и, следовательно, нагрузки приводов черпаковой цепи и папильонажной лебедки определяются площадью срезаемой стружки и свойствами забоя, т.е. нагрузка (ток якоря) двигателя черпаковой цепи и нагрузка (ток якоря) двигателя папильонажной лебедки формируются звеном черпания. Так как Е const и Х const для данной папильонажной ленты параметры черпания Я, Ься- независимые величины, скорость папильонирования Ум и скорость черпания Yj являются теми параметрами, воздействуя на которые можно регулировать усилие черпания F-J, а следовательно, наполнение черпаков срезаемым грунтом и в конечном итоге производительность черпакового механизма (земснаряда в целом). При разработке земснарядом мягких грунтов значение тока якорной цепи двигателя черпаковой цепи не превыщает установленного значения порогового элемента 13. Задатчиком 1 задается ток 1яз якоря двигателя привода 6 черпаковой цепи, соответствующий определенной категории грунта. В элементе 2 сравнения заданный ток якоря 1x3 сравнивается с текущим значением lax тока якоря, полученным с датчика 7 тока привода б, т.е. использован принцип управления по отклонению. Сигнал рассогласования $ , полученный в элементе 2 сравнения, усиливается демпфирующим усилителем 3, который формирует плавный пуск электропривода 4 папильонажной лебедки. Электропривод 4 обрабатывает выходной сигнал усилителя 3, создавая посредством намотки троса на барабан боковок перемещение звену 5, черпания, при этом черпаковая цепь приводится в движение двигателем черпаковой цепи. Результат сравнения управляет скоростью папильонирования папильонажной лебедки 4, которая через звено 5 черпания формирует нагрузку (ток якоря) двигателя черпаковой цепи. Таким образом образована замкнутая система регулирования тока якоря двигателя черпаковой цепи. Кроме того, регулирование ведется по среднему значению тока якоря. При увеличении плотности грунта увеличивается нагрузка (ток якоря) двигателя черпаковой цепи. С ростом тока якоря до величины порога срабатывания порогового элемента 13 вступает в действие система регулирования тока возбуждения привода 6 черпаковой цепи. Сигнал с датчика 7 тока через пороговый элемент 13 поступает в регулятор 11 тока, где в момент всплеска тока якоря 1ят двигателя привода 6, определяемым функциональным преобразователем 9 в зависимости от частоты вращения вала двигателя и граненности верхнего черпакового барабана, формируется в функции 1лт закон регулирования возбуждения привода 6. Подается форсированное возбуждение в цепь обмотки возбуждения двигателя, величина которого определяется регулятором тока 11 и тиристорньш преобразователем 12. Подача форсированного возбуждения может осуществляться с упреждением, т.е. до начала всплеска тока якоря двигателя черпаковой цепи, с тем, чтобы пик возбуждения приходился на пик якоря тока Igi. Это достигается соответствующей настройкой блока 9 (фиг. 3). Элементы 8- 13 образуют канал регулирования возбуждения двигателя черпаковой цепи и составляют внутренний (вспомогательный) контур регулирования нагрузки черпакового привода. Благодаря этому ограничивается ток якоря двигателя 1ят путем увеличения тока возбуждения IB в интервале длительности всплеска Цт. При неизменных параметрах черпания (р, Ьсд, 1,оС) и действия канала регулирования возбуждения сигнал отрицательный обратной связи по току якоря 1яос уменьщается.

Это приводит к увеличению сигнала рассогласования , а следовательно, и управляющего напряжения Uy на выходе демпфирующего усилителя 3. В результате скорость панильонирования увеличивается, что равносильно увеличению щирины срезаемой стружки грунта, а значит и нагрузки (тока якоря) двигателя черпаковой цепи. Таким образом происходит поддержание среднего значения якоря , причем ток якоря наличии канала регулирования возбуждения больше 1яз без него. Эта разница и определяет рост производительности привода черпакового механизма, а также рост коэффициента использования установленной мощности главного технологического привода.

Блок 9 определяет начало всплеска тока якоря и его длительность в зависимости от частоты вращения верхнего черпакового барабана, приводимого в движение электродвигателем 6, и его граненности. Он является своего рода элементом синхронизации работы регулятора тока возбуждения 11 с изменением тока якоря, так как определяет момент подачи форсированного возбуждения на двигатель 6.

Работа блоков 9 и 11 осуществляется следующим образом.

Задается количество граней верхнего черпакового барабана ВЧБ (для больщинства земснарядов оно равно 6). Затем сигнал текущей частоты вращения двигателя Утл через трансформатор синхронизации ТС (служащий для гальванической развязки силовой и слаботочной цепей) после двухполупериодного выпрямления подается на блок 14 синхронизации (триггер Шмитта). На выходе триггера формируется узкий импульс синхронизации, совпадающий с моментами перехода напряжения тахогенератора U-гл через «О (фиг. 46), синхронизирующий работу генератора 15. Для плавного изменения периода (частоты) повторения импульсов необходимого при изменениях частоты вращения двигателя черпакового барабана. Генератор 15 подключен через выпрямитель 18 и фильтр 19 к датчику 8 скорости, управляющее напряжение генератора 15 пропорционально величине . Преобразователь кода 16 служит для развертки во времени (распределения) задающего параллельного двоичного кода генератора 15. Для получения фазового сдвига между импульсами, соответствующими нахождению очередной грани в точке А касания черпаковой цепи с ВЧБ, используется распределитель 17 импульсов (демультиплексор). Фазовый сдвиг .между импульсами в данном случае равен 60° (ВЧБ-шестигранный). Длительность импульса Urp (N1-N6) равна 30°. Это означает, что режим форсировки возбуждения длится в течение 30° поворота грани ВЧБ от точки А,

, т.е. от начала всплеска тока якоря до его максимального значения (фиг. 3). С выхода распределителя 17 логический сигнал форсировки возбуждения ивхртв(фиг. 4к) поступает на шестивходовый (для данного количества граней ВЧБ) логический элемент

0 ИЛИ 21 регулятора И тока возбуждения. При наличии логической «1 на выходе элемента 21 и (когда форсировка возбуждения включена) генератора 22 вырабатываются импульсы, открывающие симистор 25. В результате к вентильному преобразователю 28 подключается третья фаза питающей сети, чем обеспечивается форсировка электромагнитных процессов в обмотке возбуждения двигателя 29. Регулирование тока возбуждения без форсировки обеспечивается эле0 ментами 27, 28, 23 и 24 регулятора тока возбуждения в зависимости от сигнала обратной связи поступающего от элемента 13. После окончания всплеска тока якоря возбуждение устанавливается прежним.

Форсированное возбуждение, которое подается в цепь обмотки возбуждения двигателя черпаковой цепи, «сглаживает всплески тока якоря 1яг, что позволяет увеличить скорость черпания. Производительность такого земснаряда может быть увеличена на 12-15%- Незначительные провалы скорости при этом способствуют смягчению входа режущего черпака в забой, снижая тем самым динамические нагрузки двигателей и черпакового комплекса в целом; Устройство позволяет уменьшить броски тока якоря двигателя черпакового меха8

низма путем форсировки возбуждения в момент начала всплеска, динамические нагрузки черпакового механизма, вызванные врезанием очередного черпака в грунт за счет смягчения механической характеристики двигателя при форсировке возбуждения, улучшить условия коммутации электродвигателя черпаковой цепи при разработке грунтов повышенной категории твердости. Г овл Т Lrv rv-Nl

Illlllllllllllllllllllllllllllllllllllllllll

6

i

i