Способ управления электроприводом одноковшового экскаватора и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК E02F9/20 

Изобретение относится к способам управления электроприводами главных механизмов экскаватора, осуществляющих копание, и предназначено для снижения динамических нагрузок в механизмах и металлоконструкциях при работе экскаваторов в условиях отрицательных температур.

Целью изобретения является повышение надежности и производительности экскаватора при отрицательных температурах окружающего воздуха.

На фиг.1 приведена принципиальная схема устройства управления электроприводом одноковшового экскаватора для осуществления способа; на фиг.2 - изменение жесткости подъемных канатов в функции температуры; на фиг.З - характеристика функционального преобразователя.

Способ управления электроприводом одноковшового экскаватора заключается в том, что поддерживают значения частоты вращения электродвигателя, стопорного тока в условиях отрицательных температур, в режиме копания уменьшают заданную частоту вращения двигателя в соответствии с выражением А

.VcT

где А - коэффициент:

С - жесткость канатов, обеспечивающая поддерживание неизменного максимального динамического усилия в канатах в режиме стопорения, а также снижает темп разгона и торможения двигателя по мере понижения температуры окружающего воздуха, при отрицательных значениях, оставляя неизменным значение стопорного момента тока электродвигателя в режиме копания.

V0

Устройство содержит командоаппарат 1, последовательно соединенные регулятор 2 частоты вращения (ЭДС) со звеном 3 ограничения в цепи обратной связи и регулятор

4 гока якорной цепи, подключенный к преобразователю 5 питания электродвигателя 6, с подсоединенным к вторым входам регуляторов 2 и 4 задатчиками 7 и 8 частоты сращения (ЭДС) двигателя и тока якоря соответственно, а также соединенные последовательно датчик 9 температуры окружающего воздуха, пороговый элемент 10 и функциональный преобразователь 11,задатчик 12 интенсивности, сумматоры 13 и 14, оптрон 15, состоящий из фоторезистора 16 и светодиода 17, аналоговый замыкающий ключ 18, элемент И 19. Фогорезистор 16 подключен к выходу командоаппарата 1 и к входу суммирующего усилителя 20, выход

которого подключен к входу интегрирующего усилителя 21. Вывод светодиода 17 оптрона 15 и вход нелинейного элемента 22 с зоной нечувствительности, установленного в цепи обратной связи суммирующего усилителя 20 задатчика 12 интенсивности, подсоединены к выходу функционального преобразователя 11, второй вывод светодиода 17 оптрона 15 соединен с аналоговым замыкающим ключом 18, управляющий вывод которого подключен к выводу элемента И 19, входы которого соединены с датчиком 7 частоты вращения и датчиком 8 тока, вывод суммирующего усилителя 20 подключен к входу интегрирующего усилителя 21 задатчика 12 интенсивности, а второй вход суммирующего усилителя 20 соединен с выходом этого интегрирующего усилителя 21.

40 зом.

Устройство работает следующим обраПри положительной температуре окружающего воздуха сигнал с выхода датчика 9 температуры не превышает запирающего потенциала порогового элемента 10 и напряжение на его выходе, поступающее на 5 вход функционального преобразователя 11, равно нулю. Напряжение выхода функционального преобразователя 11, поступающее на управляющий вход задатчика 12 интенсивности и на светодиод 17 оптрона 10 15, также равно нулю.

Электропривод имеет при этом максимальную рабочую частоту вращения в режиме копания, обеспечивается также макси- 15 мальный рабочий темп разгона и торможения электропривода, определяемый скоростью изменения напряжения на выходе -задатчика 12 интенсивности. По мере снижения температуры сигнал на выходе датчи- 20 ка 9 возрастает.

При отрицательной температуре окружающего воздуха сигнал с выхода датчика 9 температуры превышает запирающий потенциал порогового элемента 10 и на выхо- 25 де этого элемента появляется напряжение, поступающее на вход функционального преобразователя 11.

При этом появляется также напряжение

на выходе преобразователя Ч. Если элект- 30 ропривод работает в первом квадрате механической характеристики, соответствующем режиму копания, т.е. имеется сигнал на выходе элемента И 19, поступающий на управляющий вход аналогового замыкающего 35 ключа 18. Ключ 18 при этом включен, поэтому под действием напряжения выхода преобразователя 11 протекает ток в цепи светодиода 17 оптрона 15.

По мере снижения температуры окру- 40 жающего воздуха напряжение на входе и на выходе функционального преобразователя 11 возрастает, Это вызывает увеличение тока светодиода 17 и соответствующее снижение сопротивления фоторезистора 16 оп- 45 трона 15, что приводит к снижению задающего напряжения, поступающего на вход задатчика 12 интенсивности В связис этим происходит пропорциональное уменьшение максимального напряжения на выходе 50 задатчика 12 интенсивности, т.е. снижение задания на частоту вращения двигателя 6 в режиме копания. Благодаря снижению частоты вращения двигателя 6 в режиме копания уменьшается запас его кинетической 55 энергии и, таким путем, обеспечивается поддержания максимального динамического усилия в канатах при стопорении F макс по мере увеличения жесткости канатов Ск вследствие роста модуля упругости подъемных канатов Е« в условиях низких температур. Благодаря этому снижается поток отказов при работе в условиях низких отрицательных температур, т.е возрастает надежность.

При увеличении напряжения на выходе функционального преобразователя 11 уменьшается напряжение ограничения нелинейного элемента 22, задатчика 12 интенсивности, nponopqi энально которому снижается скорость изменения напряжения на выходе интегрирующего усилителя 21, представляющего собой напряжение выхода задатчика 12 интенсивности. Данное напряжение служит заданием регулятору 2 частоты вращения, поэтому по мере понижения отрицательной температуры окружающего воздуха темп разгона и торможения механизма, определяемый скоростью изменения напряжения на выходе задатчика 12 интенсивности, соответственно уменьшается, что обеспечивает снижение динамических нагрузок.

Благодаря сохранению неизменного значения стопорного тока (момента) исключается возможность появления тяжелого аварийного груженого ковша при его электрическом удержании вследствие снижения стопорного тока (момента) электродвигателя при работе в условиях низких отрицательных температур.

Характеристика функционального преобразователя 11 определяется из следующих зависимостей.

При работе в условиях низких температур происходит увеличение модуля упругости Ек подъемных канатов, что жесткость канатов Ск.

На фиг 2 приведено относительное увеличение жесткости канатов Ск по мере снижения температуры по сравнению со значением этой жесткости при исходном значении окружающей температуры +20°С.

Максимальное динамическое усилие в канатах в режиме стопорения ковша определяется зависимостью

FK макс Fct + V0 ГПСк,(1)

где FCT - стопорное усилие двигателя;

V0 - начальная скорость двигателя в режиме стопорения;

m - масса механизма подъема;

Ск - жесткость подъемных канатов.

В условиях низких температур усилие FK макс возрастает вследствие увеличения жесткости канатов Ск

Для поддержания неизменного значения FK макс начальная скорость двигателя V0 должна изменяться в функции жесткости канатов Ск по закону

к макс

-F

CT

VffT

1 A

(2)

где коэффициент А

к макс

-Fc

VFfT

Напряжение на выходе порогового элемента 10 при его входном напряжении Ug Uonl определяется уравнением

(U9-Uom),(4)

где Кю - коэффициент пропорциональности;

Uonl - опорное напряжение;

Ug - напряжение на выходе датчика 9 температуры, которое в области отрицательных температур (-Т) изменяется по закону

U9 Kg (-Т„),(5)

где(-Тн)-абсолютное значение отрицательной температуры.

Напряжение Uonl определяет собой величину начального значения отрицательной температуры (-Тн), при которой появляется напряжение на выходе элемента 10 и начинается коррекция статических и динамических характеристик электропривода при работе в условиях низких отрицательных температур. Этой температуре соответствует жесткость подьемного каната Скн. Согласно графику фиг.2 зависимость жесткости канатов Ск от температуры можно выразить уравнением

Ск Ско();(6)

ЛТ-(-Т) + Тисх,(7)

где (-Т) - абсолютное значение текущей отрицательной температуры,

Тисх исходное значение температуры (+20°С), при котором канаты имеют жесткость Ско.

Численное значение коэффициента определяется характеристикой, приведенной на фиг.2:

/3 -Јр 0.0248 Л « град

Жесткость подъемного каната Скн, имеющая место при температуре (-Тн) определяется путем подстановки в уравнение (7) значения (-Т) (Тц).

Напряжение Uio на выходе порогового элемента 10 при (-Т)(--ТН) определяется уравнением

Uio Kg Кю ATi,(8)

гдеДТ1(-Т)-(-Т„).(9)

Напряжение Ию, поступающее на вход функционального преобразователя 11, создает напряжение на выходе этого преобразователя И ц.

Ток светодиода 17 именяется пропорционально напряжению Ни, а сопротивле

ние фоторезистора 16 Rie изменяется обратно пропорционально току светодиода, т.е. обратно пропорционально напряжению И 11.

Rie

Bi Un

(Ю)

где Bi - коэффициент пропорциональности.

Скорость двигателя V0 изменяется про- 0 порционально входному напряжению за- датчика 12 интенсивности UBxi2

V0 Kv-UBx12,(11)

где Kv - коэффициент пропорциональности.

5 При достижении абсолютным значением отрицательной температуры величины (-Т) (-Тн) появляется напряжение Ию на выходе элемента 10, при этом на выходе функционального преобразователя 11 появ0 ляется скачок напряжения UnH, который обеспечивает снижение скорости двигателя от максимального значения VJ, имеющего место при отрицательных температурах (-Т) (-Тн), а также в области положитель5 ных температур +Т, до значения VOH, при которой обеспечивается сохранение неизменного значения усилия FK макс при увеличении жесткости канатов до значения Скн, имеющего место при температуре Т.

0 Значение скорости VOH определяется при подстановке в уравнение (2) значения Ск Скн. Величина начального скачка напряжения на выходе функционального преобразователя 11 - Ицн определяется при под5 становке значения скорости V0 VOH.

По мере дальнейшего увеличения абсолютного значения отрицательной температуры (-Т) жесткость канатов Ск продолжает возрастать в соответствии с уравнением (4).

0 которое можно представить в виде

Ск Скн (1+/ЗАТО(12)

где ATi - по уравнению (9). При совместном решении уравнений получаем выражение для характеристики

5 функционального преобразователя 11 Un f(Uio)

Un Ai VL+A Uio-A3,(13)

ai VCKH

0

где Ai A2

Аз

аз А

В

Kg

Ј2

аз

Кю

Характеристика функционального преобразователя 11 приведена на фиг.З. Эта характеристика может быть воспроизведена с помощью диодного функционального преобразователя путем кусочно-линейной аппроксимации уравнения (13).

Формула изобретения

1.Способ управления электроприводом одноковшового экскаватора заключающийся в том, что в режиме копания задают темп разгона и торможения двигателя и снижают величину задания темпа разгона и торможения двигателя при увеличении абсолютного значения отрицательной температуры окружающего воздуха, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и производительности экскаватора при отрчца- тетьных температурах окружающего воздуха, определяют ток двигателя, частоту его вращения и жесткость подъемных канатов, а при достижении температуры отрицательных значений, изменяют частоту вращения двигателя обратно пропорционально изменению жесткости подъемных канатов, причем ток двигателя в режиме сгопорения поддерживают постоянным.

2.Устройство управления электроприводом одноковшового экскаватора, содержащей датчик температуры окружающего воздуха, выход которого через пороговый элемент подключен к входу функционально

го преобразователя, регулятор тока, выход которого подключен по входу управляемого преобразователя электродвигателя подь- ема, и командоаппаоат, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и производительности экскаватора при отрицательных температурах окружающего воздуха, устройство снабжено двумя сумматорами, регулятором частоты вращения элек- тродвигатетя, звеном ограничения, датчиками тока и частоты вращения, элементом И, аналоговым замыкающим ключом, оптро- ном и зодатчиком интенсивности, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, выход которого подключен к входу регулятора чьыиты вращения со звеном ограничения в цепи обратной связи, а выход регулятора частоты вращения подключен к первому входу второго сумматора, выход которого подключен к входу регулятора тока, а выход командоаппарата подключен к первому выводу фоторезистора on- трона, Biopoi i вывод которого подключен к общей шине, и выход командоаппарата подключен к первому входу задатчика интенсивности, к второму входу которого подключен выход функционального преобразователя, а выход датчика частоты вращения подключен к второму входу первого сумматора и к первому входу элемента И, выход которого подключен к первому входу аналогового замыкающего ключа, к второму входу которого через светодиод оптрона подключен функциональный преобразователь, а выход аналогового замыкающего ключа подключен к общей шине, выход датчика тока подключен к второму входу второго сумматора и к второму вход/ элемента И.

Изобретение относится к горной промети и м.б. использовано для снижения динамических нагрузок в механизмах и металлоконструкциях экскаваторов в условиях отрицательных т-р. Цель изобретения - повышение надежности и произв-сти экскаватора при отрицательных т-рах воздуха. Для этого в режиме копания задают темп разгона и торможения двигателя (Д) 6 и при увеличении абсолютного значения отрицательной т-ры окружающего воздуха снижают величину задания темпа разгона и торможения Д 6. Дополнительно определяют ток Д 6, частоту вращения и жесткость подъемных

Т°С -60 -Ц) -20 0 +20 + W Т°с

Фиг. 2

Ск CKO

И

Иоп1 KIQ

ФигЗ