Способ управления драглайном и устройство его осуществления Советский патент 1992 года по МПК E02F9/20 E02F3/48 

§

|Ј

оо

на один вход блока 16 выл лс-ния максимального сигнала,где сопоставляется с сиг- налом от регулятора 9 натяжения, поступающим на его второй вход. На выходе блока 16 присутствует больший из этих сигналов, который и формирует управляющий сигнал для поддержания при черпании заданного натяжения подъемного каната. 2 с,п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к мощным шагающим экскаваторам и предназначено для их управления в процессе черпания. Цель изобретения - повышение интегральной производительности экскаватора-драглайна путем сокращения длительности вспомогательных операций при черпании. Для этого измеряется усилие привода подъема датчиком 5 и сравнивается с заданным его значением. Затем в регуляторе 9 натяжения формируется сигнал в случае, если сигнал с датчика 5 усилия будет меньц;е заданного. Параллельно измеряются длина тягового каната датчиком 10 длина подъемного каната датчиком 14 и задается глубина черпания задатчиком 12. Вычисляется допустимая длина подьемного каната в вычислительном блоке 13. Вычисленная допустимая длина сравнивается в регуляторе 15 положения с измеренной длиной подъемного каната. Сигнал рассогласования поступает bo С

Изобретение относится к мощным шагающим экскаваторам и предназначено для их управления в процессе черпания,

. Известен способ управления процессом черпания драглайна, основанный на поддержании заданного натяжения подъемного канатэ при перемещении ковша по забою.

Устройство содержит систему управления приводом подъема, згдатчик натяжения и два однеполярных усилителя с насыщением, первый из к:еторы«: является регулятором натяжения, а второй совместно со связью между комэндсаппаратом и системой управления приводом подъема является блоком выделения наибольшего сигнала,

Заданное натяжение подъемного каната не должно препятствовать заглублению коаша в забой и не должно допускать образования спэб/ны подъемного каната.

Недс;ггтск заключается Б том. что не обеспечивается ое у/и гггэнис- натожениз мод с ч ч с г с г,;н; - г.р;- . IJTO явля-с° и ;:, Г ;;:. г .; --.:)г. .. с-р., :,-j - -- I : г; : ц.;ом при ,--с .. г 2- - Ч Г.У. на пои : ; v о. т jг г. i : - тн&с. : ч устройство н- оСеспсчи г:ст /(.рзЕления процесЈ- ,f .ppr cj-ivv-5 пр. Б СЛН 2Н;--:1- ЗКИХ работ,

i-at зачистка пп:,с 05 пег.го - счспаемо- г .. и : - н... т:,. : с РЙЛРЧ.

Г . -3,0 JO ..

:l;f ;-,- .- т.;,..... с г :,;:. .п-. - ч--чи.-. гро- I./ее:1 - ч,.г,1- ;к,: .-.дрзт.пчйнз. ..;тср..-.Г; Ю-:;; ;- D , о чорпание

:cvii. rJ.iх-ст ,.- рс-гулирс-зания натя г .,:iro г.анзтз. примем натяже- ;е подоге1 iii7 o каната п..авно увеличивают при во. .. нз рузки нз привод тяги,

Устрсй:т г о длк управления процессом испзнпй эм: --,:-готср -драг;.апна с приводом п дьсма г :ис ге Ј пр-ес5рзаоь.з- еть - двигатель содерхнт ;,омчн. ;озппгр-т, датчик, усилия тяги. усил,-тель с нечуестви- тельности, два усилителе с нгсыщекием. датчик усилия псдъема, датчик производной скорости привода подъем и апериодическое звено.

Данные устройство и способ позволяют без колебаний регулировать толщину

стружки, снимаемой ковшом в зависимости от нагрузки на привод тяги, бднако это техническое, решение также не обеспечивает контроля траектории движения ковша, что

является необходимым при выполнении таких вспомогательных операций при черпании, как зачистка пласта полезного ископаемого, планирование трассы и т.п. Наиболее близким к предлагаемому является способ управления процессом черпания экскаватора-драглайна путем регулирования натяжения подъемного каната, который заключается в том, что измеряют длину тягового каната, а натяжение

подъемного каната регулируют в зависимости от длины тягового каната.

Система стабилизации натяжения подь- емного каната экскаватора-драглайна содержит устройство управления приводом

подъема, преобразователь с подключенным к нему двигателем, командоаппарат, датчики статической составляющей тока привода подъема и его производной, два усилителя с. насыщением датчики длины тягового каната и нелинейное звено. Первый усилитель с насыщением выполняет функции регулятора натяжения подъемного каната, а второй ycилитeлt г насыщением совместно со связью между комзндоаппаратом и системой управления приводом подъема - функции узла выделения наибольшего из двух сигналов - сигнала с комэндоаппарата и сигнала с выхода регулятора натяжения. Коррекция гздзнного натяжения подъемного каната в функции длины тягового каната позволяет учесть влияние цепной линии, образованной подъемным канатом,на его нзтяжение и тем самым исключить его прослабление при выполнении операций

черпания.

Однако известные устройство и способ позволяют определить расстояние от ковша до направляющих блоков и не дают полной информации о положении ковша. Значительную часть времени при экскавации горней массы машинист расходует на подготовку пласта полезное ископаемого к выемке, а затем к последующей его отработке на границе полезное ископаемое -порода. Отсутствие информации о приближении зубьев ковша к этой границе приводит к

тому, что машинист затягиеает процесс черпания, стараясь не допустить перемещения в отвал полезного ископаемого, либо боясь его разубоживания (смешения полезного ископаемого с пустой породой).

Недостатком известных устройства и способа является то, что они не позволяют осуществлять траекторные ограничения на перемещение ковша и таким образом производить зачистку горизонтальных или по- логозалегающих пластов. Известный способ управления не может также быть использован при подготовке трассы перед передвижкой экскаватора.

Целью изобретения является повышение интегральной производительности экскаватора-драглайна путем сокращения длительности вспомогательных операций при черпании.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу управления процессом черпания экскаватора-драглайна путем измерения длины тягового каната и поддержания натяжения подъемного каната, которое изменяется в зависимости от длины подьем- ного каната, дополнительно задают глубину черпания, вычисляют допустимую длину подъемного ка: .-, соответствующую текущей длине тягового каната, измеряют текущую длину подъемного каната, сопоставляют ее с допустимой и при превышении текущей длины подъемного каната над допустимей изменяют скорость привода подъема.

Устрой1.-1 г о д-чя управления процессом ь ерпзн .-я 3k скзва орэ-драглайна. в1-/подающее приьод подъ--м,э пс системе управляемый преобразователь - дыгэтель, систему управления преобразователем, командоап- парат, однополярный усилитель с насыщением, датчики усилия привода подъема и его производной, задатчик натяжения подъемного каната, регулятор натяжения подъемного каната, датчик длины тягового канатя и нелинейный преобразователь, дополнительно содержит зздатчик глубины черпания, вычислительный блок, датчик длины подъемного каната, регулятор положения и блок выделения наибольшего сигнала, первым входом соединенный с выходом регулятора натяжения, вторым входом-с выходом регулятора положения, входами связанного с датчиком длины подъемного каната и с выходом вычислительного блока, первым входом подключенного к задатчику глубины черпания, вторым входом - к датчику длины тягового каната.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 - характеристика

однопопярчого усилителя с насыщением; на фиг. 3 - статическая характеристика регулятора натяжения (регулятора положения); не фиг. 4 - технологический паспорт работы 5 экскаваторе; на фиг. 5 - структурная схема вычислительного блока.

Устройство управления процессом черпания экскаватора-драглайна содержит систему 1 управления приводом подъема,

0 управляемый преобразователь 2. двигатель 3, командоаппарат 4. датчик Б усилия привода подъема, датчик 6 производной усилия подъема, задатчик 7 натяжения подъемного канат, усилитель 8 с насыщением, регуля5 тор 9 натяжения, датчик 10 длины тягового каната нелинейный пресбоазоеатель 11, задатчик 12 глубины черпания, вычислительный блок 13, датчик 14 длины подъемного каната, регулятор 15 положения и блок б

0 выделения наибольшего сигнала.

Устройство управления процессом черпания экскаватора-драглайна, включает в себя систему 1 управления приводом подъема, подключенную к управляемому преоб5 разовэтелю 2, питающему двигатель 3. Привод подъема управляется от командоап- парата 4, подключенного к системе 2 управления Датчики 5 и б и зздатчик 7 подключены по входам регулятора НИР. Однополярный усилитель 8 первым «ходом соединен с «омандозппарато 4. з нь лодс - с системой 1 упрочения прос-С- э(3ова елем. Датчи;; 0 длины тяговот г&- нелинейный преобразователе 1

с is г, ж с подктючен к одному из входов тят . р 9 натяжения.

Зэдатчик 12 глубины черпания связан с первым входом вычислительного блока 13, вторым входом подсоединенного к датчику

0 0. Датчик 14 длины подъемного каната соединен с первым анодом регулятора 15 положения, етсрым входом подключенного к нему вычислительного блока . Блог 16 ьь.1- д-гления наибольшего сигнала первым ьхо5 дом связан с выходом регулятора 9 натяжения, вторым входом - с выходом ре- Г -;ятора 16 положения, а выходом - с вто- гь.м входом однопслярного усилителя 8. Ьлок 16 выделения наибольшего сигнала

0 грс пускает на выход один из двух сигналов. поступающих на его входы, который имеет больший потенциал.

Способ управления процессом черпа- 5 ния осуществляется с помощью устройства следующим образом,

Сигнал с выхода командоаппарата 4 поступает на вход системы 1 управления и при отсутствии напряжения на выходе однопо- лярного усилителя 8 с насыщением определяет напряжение преобразователя 2 или скорость двигателя 3 подъема.

При отсутствии сигналов на входах од- нополярного усилителя 8 его характеристика имеет вид 17а (фиг. 2). Напряжение с выхода командоаппарата 4, направленное на спуск ковша, действует в сторону увеличения выходного напряжения усилителя 8. Напряжение на выходе командоаппарата 4, соответствующее крайнему положению спуска или подъема ковша, смещает характеристику усилителя 8 соответственно в положении 176 или 17в.

Статические характеристики регулятора 9 натяжения и регулятора 15 положения приняты однопслярными (фиг. 3), максимальный сигнал на их выходах и соответственно на выходе блока 16 выделения наибольшего сигнала в два раза по модулю превышает максимальный сигнал с выхода командоаппарата 4.

Сигнал с выхода задатчика 7 натяжения, поступающий нэ вход регулятора 9 натяжения, действует Б сторону увеличения его выходного напряжения (фиг. 3), сигнал с оыходз датчика 5 усилия имеет обратную полярность. Сигнал с выхода вычислительного 5ло-:а 13 действует на вход регулятора 15 положения в сторону увеличения его выходного сигнала (фиг. 2), сигнал с выхода датчика длины г д емноп 1 1-5 ммэет об,|3тную : ;ть. | /а.си сс:ьг мй сиг- нзп на выходе- S и ре гул, го, . 1 : гс -r.vr:- , соо счстэбг-- , на Ь/с1- 1 ь дечсн ; -аиболь- иег . cn iij/ ia ь аг раз. пг модулю пресыс. максимальный с ксмандозппэрэта 4 Сигнал г блока 16 выделения наибольшего сигнала поступает нэ вход однэполярнсго усилителя 8 в сторону увеличения его вы одного нсг.р ;лекия, Тз- Ка.ч пол рность и соотноLLIэн,-л п-j вершине сигналов, поступёю--цих на однопо- яярного усилителя 8. сСч спеччвэют ние на выходе это. о усилителя сигнала, равного

Uv

извне - UKK при DBBHC UKK О при UEBHC UKK

где UKK - иапряяе.ние к% выходе командоаппарата 4, измеренное от максимального сигнала на спуск коаша;

UBBHC-напряжение на выходе блока 16 выделения наибольшего сигнала.

Суммарный сигнал на е-:оде системы управления равен наибольшему из двух сигналов - с выхода командоаппарата 4 или с выхода блока выделения наибольшего сигнала 16. Напряжение на выходе блока 16 является выходом регулятора 9 натяжения или регулятора 15 положения в зависимости от соотношений напряжений на выходах

этих регуляторов.

Если сигнал на выходе регулятора 9 натяжения превышает напряжение на выходе регулятора 15 положения, то устройство поддерживает при черпании заданное натяжение подъемного каната. На входе регулятора 9 натяжения сопоставляются сигналы с датчика 5 усилия в подъемном канате и с задз-.чикз 7 натяжения. При натяжении подъемного каната меньше заданного имеется напряжение на выходе регулятора 9 натяжения, а при натяжении каната больше заданного - выход этого усилителя равен нулю Датчик 6 производной усилия в псдь- емнэм канате включается на вход регулчтора 9 натяжения и служит для устранения колебательности при стабилизации натяжения подъемного каната. Анализ кинематической связи ковша с подъемным барабаном показал, что для выполнения задачи поддержания постоянного нзгяжения каната у упряжи ковша, а не на ободе барабана, усилие привода подъема должно корректироваться в зависимости от положения коеиз. В зоне возможных при черг.зниу положенаях roBLua усилия привода подь ма. требуемая для ПОДДЭГАЭНИЯ постоянного HaiPHGHUri подъемного каната у упряжи, знч- - тО П.ко я;;г:исит от /гла наклона заГ..;; и д ины одъв iOi 0 t.3Haio i-, fit-.- - не -.-:

с - инь - оеогс каната.

- ункциочальгчая зависимость ълъ. у;

длиной тягового каната, определяемой с

помощью датчика 10 и длиной подъемного

каната, реализуется нелинейным преоГ/рэзозлтелем 11. Нэ , регулятора 15

.ҐЈМИЯ СЭГ1С- тав/ ЯЮТСГ СиГНГЛо). Г 0порционз гьн.ые дс: |усти)исй дл/п- .о.лъем- ного каната и ее текущему значении:.

Текущее значение длины подъемного канз- та определяется с помощью датчика длиьы подъемного каната 14 Допустимая длина подъемного каната рассчитывается вычислительным блоком 13 в зависимости от з данной глубины черпания (фиг. 4) и от текущей длины тягового каната. Для большинства месторождений угольных бассейнов страны хг-рактерно горизонтальное и пологое залегание пластов. Поэтому при

вскрыше полезного ископаемого, задавая rT.yGnriv черпания или расстояние от головного блока до пласта, возможно обгспе- чит перемещение ксзц.а по поверхности плйста, не допуская при этом ею загпу ле- ниь в пласт, чгооы исключить перемещение

полезного ископаемого в отвал вместе с пустой породой.

Анализ схемы работы экскаватора показывает, что допустимая длина подъемного каната при вскрыше пласта определяется следующим выражением:

Цдп - (И + Ь - L sin I/) 2 -1 (L LT2 - (Н bf f

П)

где Н - заданная глубина черпания;

LT - текущее значение длины тягового каната;.

L - длина стрелы экскаватора;

ty- величина угла наклона стрелу экскаватора к горизонту;

Ь - расстояние от точки схода тягового каната с направляющего блока до ппсско- сти стоянки з скаезтора.

Решение уравнения (1) производите г вычислительном б токе 13. нэ входы кс срг- го поступсгот ,и с задэтчикэ 12 глубины черпания к г датчика 10 длины каната.

Пока текуща., лина подъемною кснзгз не превышает ее-допустимого значения, напряжение на L .-.. л, е. регулятора 15 ыч отсут 5. vf у;/ ройствс поддерА. РЗг заданное нз :-:- подъемного

КЗ ТСЛоГС Tf.г .. - .-,-нн ПОДЪЕМНОГО t

:г стаг-г.р т с-я : .-- лопу- .-имой, ч: ., -. т Јь;зо.f ; ь и ... за г.л /блоние .,г- иг Е&ХОДС .. 5 положе-п ггн СИ: t ... : .:i..i. Jr iin ЗТСГ1; Г ,Л- : C - .i . ЬНлОДй реГу/1Л7- Г.-: ;

;-:Ј 4A 3hiir v.;::. начинает псддв / - - йать не нат:---.:.-;. з длину подъемного ;;&- ната.

Техничес: ;.: г:ойство упрапле;-,-- драглайном г.: ,;-йгйсмс му способ , f. жет быть выпслиС:- следкещим обг/з эм.

Электрог р.- .i .-. -: дьс -- 1а козшаЭкС Su -. тора, состоящи,- .г. омандоаппарзтэ 4. г,.,- стемы 1 управлей,-я преобразователя 2 двигателя 3 может быть выполнен по системе генератор - лптзтель, причем доаппараг 4 включает с е л с и н : фазочувствите ы и усилитель, а система управления noonv.Ha no структуре с подчиненным регулированием координат и выполнена нз базе серийных элемен ое УБСР-АИ.

Наиболее ц лесиобрэзна реализация устройства управления на аналоговых ,:- тегральных операционных усилителях (СУ В устройстве могут быть использованы СУ типа К 140УД7, имеющие внутреннюю коррекцию частотной характеристики ьзависимости от коэффициента усиления с обратной связью, или любые ОУ общепромышленного применения с соответствующими цепями коррекции. Вне зависимости от типа усилители должны иметь внешние цепи балансировки нуля, а комплексные сопротивления, приведенные к инвертирующему и неимвертирующему входам должны быть равны с целью компенсации входного тока

сдвига.

Рассмотрим реализацию каждого Функционального элемента устройства. Датчик усилия привода подъема состоит из тре ОУ. решающих уравнение

г ,/ 1 и d U

F --- Кця - Кг --- d t

(2)

где KL YI - коэффициенты, З.-ЭБИСР . от параметров электромеханической L ы; и U - ток и напряжение якоря двигате- г-з.

Нэ первом усилителе выполняется ум- сигнала, пропорционального //. мз к озфф-щиент Кь на втором вычисляется значение производной напряжения с учетом - .; фициента К. а третий ОУ испс

-тсч для алгебраического сум:--1Т е.

.;,.;..q. CV MM. f V 01ЦИХ L И Л И Т .- теЙ

на .j L MOOKC изьестмы.

Z- :. .и. С произЕсдно1 . уси тиг- подъема г.1,1 :, .ri . ч по с. ем- уСтоГ ччрггс циф-tf f1-: . Г - летчик.1. н тРхл:ч ч по,г .-емпйгс

. И Иа J :-.аГружеНг-ЫЙ Н S fir Har,

.-::r-.v-i. Г .-одь делителей илпряже-и

вл-иГ Тсч выходэм натяжения и зздатчикп дубину черпзния.

Усилитетэ с «Э Г.ы:1,ц«ием Р ретлизован

Т а:..- С на Cv В .1- СЗ.3-1 ХЭТОрС

.: . .t .e cci L- ВК.Л -С с-Н ИЛИ Дь, ХЗ 0Ј|ИЫЙ (. аб 1Л1|Трг.ц ИЛИ Tpdh- ЗИСТС ЧЛЮ -I. О1 рЗиичиьз :ций выходное напряжение ОУ. По- с/.с-д-п. обеспечивает возможность пп а в м-HI гегулировки уровня насыщения

г г L/ ;: ir.- р -..;

Регутьгоры натяжения 9 и положения 15 пнпст.нены по структуре ПИД-регулдто- оа. Параметры настройки рег ляторов вы- из условия наиболее качественного (в смысле минимума среднеквадратичной ошибки) оегутироеання усилия Б подъемном

.VHSTC и положения .

Датч1--,и длины тчгсзого каната 10 и одъемногс каната 14 мо .т выполне- -ы гзк с к.псльзовомием андлогосых (сельсины подключенные к. фя ючувстительным г-. г.рямителвм исхег г)м гинезр зации). так

и цифровал устройств. Ргссмотрим последний способ вследствие того, что он обеспечивает большую точность измерения. Датчиком длины является серийно выпускаемый датчик типа ПДФ-ЗВ. Его выходы под- лючены к схеме подсчета количества тульсов и определения направления вра- щьния. Выход схемы подключен к входу цифро-аналогового преобрэзсвателя, аналоговый сигнал которого пропорционален углу поворота вала датчика и, следовательно, длине каната.

Нелинейный преобразователь 11 включен по схеме с использованием набора диодных нелинейных преобразователей. Вычислительный 5/: о к 13 также реализован на ОУ по схемам сумматора, квадратора и нелинейного преобразователя для извлечения квадратного корня, а также источника опорного напряжения. В качестве квадраторов могут быть испельзог.зны гибридные интегральные схемы.

Блок 15 выделение наибольшего сигнала представляет собой усилитель с коэффициентом передачи, разным единице, ЕО входной цепи которого установлены диоды для выделения наибольшего из двух сигналов.

Таким rf.pc-iciM, использование изобретения пэзьо/ н-: поБ мс/ть интегральную производите ьность : о| :1взтйрз-,срг глай/ ОЛС. ИЧеСКИХ

- - Ч --| -о1 д л перенэ j: -u t: ЈУ; омг, 1 V С ПЙ;. 3 J мИ . . . та-v:-ro и п.-:,.-..- . . - -- тзи,ч ,; .- ч-ъс:.. ,

t с р v у л и v. ч ; : f : :-; и я

. С о с -J G у п t - ь . е м м г д v- л а и ном,

ВКЛЮЧЗЮЛДИЙ ИЗМс t CKl--;: , 0 V tei ДЛИНЫ ТЯгрвогр KPi- S T. 4 vtpfH:,«.e натяжения псд ; ьмногс сря:- н. иис его с заданным. п:и нагwiHH - -;-T.J. меньшем ;- :,, - .t. Wvipcc- - r1 с г.и нглэ potanv. иатя,ч;ои- ия пег/.:. Ого каночи. о т личающийся те что, с целью повышения интеграпьч й производительности драглайн путем сокращения длительности вспомогательных операций при черпании, измеряют текущую длину подъемного каната, задают глубину черпания, определяют допустимую длину подъемного

каната в зависимости от длины тягового каната, сравнивают текущую длину подъемного каната с допустимой, в случае превышения текущей длины подъемного каната над допустимей формируют сигнал регулиробзния натяжения подъемного каната. 2 Устройство управления драглайном. включающее ксмандоаппарат, соединенный с первым входом системы управления приводом подъема и чорез усилитель с насыщением - с вторым ее входом, выход которой подключен к электроприводу, датчик усилия привода подъема, соединенный с первым входом регулятора натяжения и через датчик производной усилия подъема - с

вторым входом регулятора натяжения, за- датчик натяжения подъемного каната, переключенный к третьему входу регулятора натяжения датчик длимы тяговогэ каната, подключенный через нелинейный преобразователэк четвертому входу регулятора натяжения отличающееся тем, что, с целью повышения интегральной производительности дра-.чайня путем сокращения длительности вспомогательных операций

г г и иерпямц|., оио снабжена датчиком дли- и -.сдгзмного каната задьтчико :лу5ины че;л Э(-и-1. ,с.),1тель:1ым блоком, ре /ля- тором г.лохени -. и Сл&ком выделения мак:. . T:J ого , г(г / этом датчик длин .- .. с ьн-г.-; -.c.v.,.1ю-;ен к одному входу

- у1- сги: о fr.fz. к другому ко ОРОГС ПС ,п Л-С1. OF. . глубини ЧС-рПеЗ- hS.%. L- дСД Вс:- СЛИТеМ.г ОГО 6ЛОК.Э И ДЗТЧИК

длины подъемного каизт подключены к со- гтветтвующиг/ входа регулятора положения, РЫХОД кс герою

динен с однии

Ј:яодом блока выделения максимального Ck- Чал: с Apvrtu. eходом которого соеди- )-ен вы-сд зе:ул. кэт«жений. а ьыход опока выделение максимального сигнала подключен к соответствующему входу усилителя с насыщением.

i

t

Напряжение на дыходе Фиг. 2

Напряжение на вь/xotfe Фие.З

Па/- 17в

ФигЛ