Способ автоматического управления режимом работы погрузочной машины с барабанно-лопастным исполнительным органом

Способ автоматического управления режимом работы погрузочной машины с барабанно-лопастным исполнительным органом

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(72) Авторы изобретения

В.Т.Загороднюк, В.Д.Ерейский, Г.H,Êàòàås и КЖ-;Логвинрв

Новочеркасский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. Серго Орджоникидзе Минн терства высшего и среднего специального образования РСФСР

P3 ) Зваввтель (54) СПОСОБ АВТОИАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИИОИ РАБОТЫ

ПОГРУЗОЧНОЙ NAQHRW С БАРАБАННО-JIOfiACTHMN NCHOJIHHFEËÜÉÜÌ

ОРГАНОМ

Изобретение относится к автомати" ческому управлению режимом работы погрузочных машин при непрерывной погрузке из штабеля сыпучих и среднекусковых, вязких и склонных к слеживанию и сползанию материалов (например, марганцевая руда, мокрый песок, глина, различные строительные смеси и т.д.) и может быть использовано в горнорудной промышленности, на от, крытых разработках строительных материалов (например при перевалке и сортировке различных грузов), а также при погрузке вязких материалов, не склонных к экскавации.

Известен способ управления режимом

1% работы погруэочных машин, заключающийся в поочередном включении или выключении механизмов машины с помощью кнопок и рычагов управления. Эти опе20 рации производятся машинистом с одновременным визуальным слежением за пуском двигателей, разгоном механизмов и органов машины и слежением (тоже визуальным) за технологическим процессом погрузки, взаимодействием Нс полиительного органа с горной массой и за прохождением горной массы через технологический тракт машины до приемного сосуда (3).

Недостатками известного устройства являются неравномерные и высокие динамические нагрузки на механизмах машины, и низкая средняя производительность погрузки.

Известен также способ автоматического управления режимом работы погрузочной машины, основанный на регулировании среднего момента на исполнительном органе P2).

Недостатком такого способа управления является заштыбовка барабана, а врезание исполнительного органа в массив, склонный к обрушению и сползанию, приводит к стопорению барабана, из-за чего механические узлы ма" шины и электропривода исполнительного органа могут выйти из строя. Кроме

66236

Устройство содержит коленчатую ось с лопастями l,установленными в полости барабана 2, приводимыми во вращение от привода 3 барабана, асинхронный двигатель 4 ходовой части, который через уцравляемую реверсивную муфту 5 приводит в движение ходовую часть 6. Измерение среднего момента на исполнительном органе осуществляется датчиком 7 средней нагрузки по потребляемому току приводом 3 барабана.

Величина, пропорциональная среднему моменту, сравнивается с заданной величиной в схеме 8 сравнения. Логическая схема 9 имеет два выхода. Катого, в погрузочных машинах с барабанно-лопастным исполнительным органом при нарушении статического состояния штабеля горной массы, высота которого превышает высоту барабанно-лопастного механизма, необходимо автоматическое выполнение такого маневра, как отход машины от обвалившегося штабеля.

Цель изобретения — повышение производительности машины и снижение динамических нагрузок на лопастях.

Указанная цель достигается тем, что регулируют скорость вращения ко.— ленчатой оси относительно оси барабана по величине среднего момента двигате" ля барабана, фиксируют положения ко- ленчатой оси, соответствующие началу и окончанию выхода лопастей из барабана в зоне погрузки, измеряют время перемещения коленчатой оси от первого до второго зафиксированных положений, и за это время перемещают машину вперед на величину максимального вылета лопастей, задают максимальное значение момента и при превышении среднего значения момента двигателя барабана относительно заданного максимального значения подают машину назад независимо от положения коленчатой оси.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства управления режимом работы погрузочной машины с барабанно-лопастным исполнительным ор,ганом:, на фиг. 2 — схема общей ком,пановки барабанно-лопастного исполни" тельного органа; на фиг. 3 — гидро кннематическая схема погрузочной машины; на фнг. 4 — осциллограммы, которые иллюстрируют по операциям способа процесс управления режимом работы погрузочной машины с барабанно-лопастным исполнительным органом.

ЗО

4 нал первого выхода ее, связанный с гидроприводом 10 коленчатой оси, включает логический элемент выделения положительного сигнала, логический элемент НЕ и тиристорный усилитель мощности, а канал второго выхода логической схемы 9 включает логический элемент выделения отрицательного сигнала. Датчик 11 положения коленчатой оси генерирует сигнал, пропорциональный положению коленчатой оси относительно угловых перемещений ее, фиксатор 12 положений коленчатой оси фиксирует два заданных положения этой оси, соответствующие началу и окончанию минимального выхода лопастей из барабана 2 в зоне погрузки. Электронный ключ 13 в нормальном состоянии замкнут и посредством магистрального входа электрически соединяются выход фиксатора 12 положений коленчатой оси с первым входом трехпозиционного электромагнитного привода 14.

Трехпозиционный электромагнитный привод 14 имеет два входа, в канал каждого из которых входят усилитель мощности на тиристоре и электромагнит. Нейтральное положение управляемой реверсивной муфты 5 фиксируется уравновешенными возвратными пружинами при отключенных обоих электромагнитах трехпозиционного электромагнит.ного привода 14. Пороговый элемент 15 при срабатывании управляет коммутацией электронного ключа 13 и включает трехпозиционный электромагнитный привод 14 в положение", соответствующее движению ходовой части 6 назад.

Датчик 7 средней нагрузки включает трансформатор тока, двухполупериодный выпрямитель и сглаживающий фильтр (фиг. Ц ..

На фиг. 1 функциональные узлы и блоки регулятора и погрузочной машины обозначены укрупненно, без отличий в их конструктивном исполнении, Фиг. 2 и фиг 3 поясняют процесс взаимодействия органов машины с горной массой и между собой при автоматическом управлении режимом работы машины. Так коленчатая ось с лопастями 1 включает коленчатую ось 16, цилиндрические шарниры 17 и криволинейные лопасти 18. В конструкцию барабана 2 входят еще цилиндрические вращающиеся шарниры 19 и подшипники 20 барабана, Привод барабана 3 состоит из редуктора 21 с валом 22 синхронизации и асинхронного двигателя 23 барабана, 66236 6

5 8 а гидропривод 10 коленчатой оси состоит из редуктора 24 коленчатой оси, гидромотора 25, гидрозолотника 26 (с электромагнитным управлением и возвратной пружиной), насоса 27 (нерегулируемого) и предохранительного гидроклапана 28. В конструкцию датчика 11 положения коленчатой оси входит еще шестеренная передача 29, а ходовая часть 6 состоит из рукояти 30 с подшипниками 31, вмонтированными в оба луча рукояти 30, поворотной рамы 32, гидродомкратов 33 поворота рамы, редуктора 34 ходовой части правого и левого фрикционов 35 поворота гусениц, ведущей и отклоняющей звездочек 36, гусеничного движителя 37, опорно-поворотного шарнира 38 (с ограничителями поворота), гидродомкратов 39 подъема рамы, питателя 40 и рамы 41 ходовой части. В конструкцию приемного конвейера погрузочной машины (фиг. 2 и фиг. 3) входят боковины 42 конвейера, роликоопоры 43 ленты и сама лента 44. Чувствительным элементом датчика 7 средней нагрузки является трансформатор 45 тока, установленный в статорной цепи асинхронного двигателя 23 барабана и фиксирующий ток (нагрузку) этого двигателя, или в другом масштабе на выходе датчика 7 средней нагрузки момент сопротивления на барабане 2 и криволинейных лопастях 18 от взаимодействия исполнительного органа машины со штабелем ногружаемого материала.

Информационные сигналы о режиме работы погрузочной машины снимаются с датчиков 1! положения коленчатой оси и с трансформатора 45 тока, и обозначены буквами а и Ь. Управляющие воздействия режимом работы погрузочной машины, поступающие на гидрозолотник 26 и электромагниты трехпозиционного электромагнитного привода 14, обозначены буквами с, d, и е (фиг. 3) .

В процессе управления режимом работы погрузочной машины выполняются следующие операции:

Регулирование момента на исполнительном органе. Эта операция частично общая с известным способом и в реализации способа выполнения автоматической стабилизацией тока асинхронного двигателя 23 барабана. Здесь информацию о среднем моменте сопротивления горной массы зачерпыванию на барабане 2 и криволинейных лопас5

t5

30 тях 18, который является следствием случайных величин, определяемых физико-механическими свойствами горной массы и объемом ее зачерпывания, получают с датчика Z средней нагрузки по величине усредненного тока потребляемого асинхронным двигателем 23 барабана. Измерение мгновенного значения тока асинхронного двигателя 23 производится трансформатором 45 тока и в регулятор режима работы вводится измерительный сигнал Ь, который в датчике 7 средней нагрузки выпрямляется, сглаживается и осредняется до значения пропорционального среднему текущему моменту на исполнительном органе. Указанный осредненный сигнал сравнивается в схеме 8 сравнения с постоянным по величине заданным сигналом 0, пропорциональным номинальному значению тока асинхронного двигателя 23 барабана. Выходной сигнал схемы 8 сравнения, характеризующий величину перегрузки (или недогрузки) по моменту на исполнительном органе, поступает на логическую схему 9.

На этом операции, присущие известному способу, заканчиваются, ибо далее происходят процессы формирования управляющих воздействий режима работы погрузочной машины, характерные для барабанно-лопастного погрузочного органа.

2. Релейное регулирование однонаправленной скорости вращения коленчатой оси лопастей относительно оси барабана по величине среднего номинального тока асинхронного двигателя барабана.

В случае недогрузки привода 3 барабана (асинхронного двигателя 23 барабана) относительно номинального значения, т.е. при низкой весовой производительности машины, поступающий на вход логической схемы 9 положительный сигнал, проходя через логический элемент НЕ, преобразуется в нуль. Тиристорный усилитель первого выхода логической схемы 9 не включается, и сигнал C равен нулю. Электромагнит гидрозолотника 26 также не включается и поэтому насос 27, соединенньм с гидромотором 25, обеспечивает равномерное вращение последнего. Коленчатая ось 16, соединенная кинематически через редуктор 24 коленчатой оси с гидромотором 25, равномерно вращается с медленной однонаправ866236 8

55 ленной скоростью в подшипниках 31, установленных на лучах рукояти 30.

Асинхронный двигатель 23 барабана через редуктор 21 вращает барабан 2, укрепленный в подшипниках 20 барабана на коленчатой оси 16, с однонаправленной быстрой скоростью, Посредством цилиндрических вращающихся шарниров 19 барабана 2 криволинейные лопасти 18 получают вращательное движение, а посредством цилиндрических шарниров 17, установленных на коленчатой оси, криволинейные лопасти перемещаются возвратно-поступательно относительно обечайки барабана 2. Происходит захват погружаемой горной массы в зоне погрузки криволинейными лопастями 18 и разгрузка ее в зоне приемного конвейера на ленту 44, причем точка максимального вылета траектории лопастей в зоне погрузки перемещается по окружности I- с медленной скоростью, соответствующей скорости вращения коленчатой оси 16. Этим достигается активный поиск криволинейными лопастями 18 погружаемой горной массы в расширенной зоне погрузки по траектории L. В результате при вязкой массе, склонной к образованию зависающих карнизов, обеспечивается интенсивный отбор погружаемого материала и происходит автоматическая дозагрузка барабанно-лопастного исполнительного органа в рамках номинального момента. Производительность погрузки повышается и более рациональнд используется установленная мощность привода 3 барабана.

В случае перегрузки привода 3 в допустимых пределах от номинального значения, например за счет медленного сползания карниза погружаемого материала или по другой причине, отрицательный сигнал по каналу первого выхода логической схемы 9 не проходит и поэтому на элементе НЕ появляется логическая единица, которая усилится на тиристоре до мощного сигнала С.

В гидроприводе 10 коленчатой оси переключается гидрозолотник 26, который перекрывает напорную и сливную гидромагистрали гидромотора 25. Весь расход масла насоса 27 идет на слив через предохранительный гидроклапан 28.

Происходит останов вращения коленчатой оси 16. Как результат, в рабочей зоне погрузки, где постепенно сползает нависший карниз горной массы, кри волинейные лопасти 18 имеют постоян5

1О

l5

35 ный вылет (точка максимального вылета лопастей на траектории L остановится), и равномерно отбирают горную массу, восстанавливая тем самым момент сопротивления от штабеля на уровне номинального значения. После снижения этого момента до уровня номинальной величины, т.е. выбора карниза, снимается управление со входа С гидрозолотника 26, и происходит дальнейшая обработка забоя в рабочей зоне погрузки по траектории

В целом работа устройства, направ" ленная на переключение гидрозолотиика 26, обеспечивает операцию релейного регулирования, скорости вращения коленчатой оси 16 относительно оси барабана 2 по величине среднего наин" нального тока асинхронного двигателя 23 барабана. Этим самым реализуются требуемые изменения геометрической формы барабанно-лопастного исполнительного органа. Согласно предлагаемому способу третья и четвертая операции выполняются одновременно.

3. Определение двух положений коленчатой оси по направлению ее вращения, соответствующих началу и оконча-нию минимального выхода криволинейных лопастей из барабана в зоне погрузки.

4. Подача машины вперед на величину максимального вылета криволинейных лопастей за- время перемещения коленчатой оси от первого до второго зафиксированных положений.

В целом третья и четвертац операции направлены на дискретное автоматическое управление рабочей подачей машины на штабель горной массы и позволяют поддерживать активный контакт штабеля с барабанно-лопастным исполнительным органом.

В реализации устройства эти операции выполняются следукщим образом.

На выходе датчика 11 положений коленчатой оси снимается гармонический сигнал Ol, амплитуда которого соответствует текущему углу поворота коленчатой оси 16. В момент, когда расположение коленчатой оси 16 соответствует началу холостого хода криволинейных лопастей 18, т.е. эти лопасти начинают заходить внутрь барабана ? в зоне их фронтального контакта с горной массой, совпадают амплитуды сигналов уровня срабатывания

8662 фиксатора 12 положений коленчатой оси и датчика 11 положений коленчатой оси. На выходе фиксатора 12 положений коленчатой оси при этом генерируется единичный логический сигнал, который подается на первый вход трехпозиционного электромагнитного привода 14 через замкнутый электронный ключ 13. В трехпозиционном электромагнитном приводе 14 указанный логический сигнал усиливается на тиристоре до мощного сигнала д, и левым электромагнитом включается реверсивная управляемая муфта 5 в положение, соответствующее кинематической связи

S (асинхронного двигателя 4 ходовой части, редуктора 34 ходовой части, фрикционов 35 поворота гусениц, ведущих звездочек 36 и гусеничного движителя 37) движению машины на штабе20 ля горной массы. Так как вращение коленчатой оси 16 продолжается в одном направлении, при последующем совпадении амплитуд сигналов, снимаемых с датчика 11 положений коленчатой оси, 5 с уровнем отключения фиксатора 12 положений коленчатой оси, что определяют конец холостого хода криволинейных лопастей 18, т.е. эти лопасти начинают выходить из барабана 2 в зоне их фронтального контакта с горной

30 массой, генерируемый ранее единичный сигнал перебрасывается в нуль. Следовательно, мощный сигнал С1 отсутствует и левый электромагнит трехпозиционного электромагнитного привода 14 выключается. Реверсивная управляемая муфта 5 под действием возвратных пружин переходит в нейтральное положение и, как результат, движение машины на штабеля горной массы прекращает-40 ся. За время холостого хода барабаннолопастного исполнительного органа, т.е. между двумя зафиксированными положениями коленчатой оси 16, ходовая часть 6 проходит путь равный макси- 45 мальному вылету лопастей из барабана 2 в зоне их активного контакта с горной массой. Дальнейший поворот коленчатой оси 16 гидромотором 25 обеспечивает взаимодействие криволинейных лопастей 18 с горной массой и начинается новый цикл автоматической обработки забоя и погрузки по максимальной траектории L

В целом описанные в устройстве

55 операции обеспечивают синхронную подачу машины с положением лопастей, что дает возможность непрерывно авто36 матически выполнять исполнительным органом машины как погрузку горной массы, так и активный контакт с ней.

Импульс рабочей подачи машины вперед по описанным операциям способа формируется в соответствии с режимом работы исполнительного органа автоматически.

5. Осуществление подачи машины назад при превышении среднего значения тока двигателя барабана относительно максимально заданного его значения независимо от положения коленчатой оси лопастей. Этой операцией автоматически выполняются защитные функции барабанно-лопастного исполнительного органа от механических поломок при режимах работы машины, близких к ава" рнйным. Результатом указанной операции является снижение динамических аварийных нагрузок на криволинейных лопастях 18.

Работа защиты заключается в следуннцем.

Если в процессе работы барабаннолопастного исполнительного органа перегрузка на приводе 3 барабана за счет обрушения большого объема погружаемой горной массы превысит допустимое значение, кступают в работу канал второго выхода логической схемы 9, пороговый элемент 15 и остальные блоки, связанные с ходовой частью 6 машины. Отрицательный сигнал, снимаемый со второго выхода логической схемы 9, превышает порог срабатывания +Ь9, устанавливаемый на пороговом элементе 15 и соответствующий величине допустимой перегрузки исполнительного органа. На выходе порогового элемента 15 в этом случае формируется логическая единица,.которая, поступая на управляющий вход электронного ключа 13, разьыкает последний. Этим обеспечивается запрет прохождения управления (запрет сигнала d на фиг. 3) на первый вход трехпоэиционного электромагнитного при1 вода 14 со стороны фиксатора 12 положений коленчатой оси, что приводит к запрету включения управляемой реверсивной муфты 5 в сторону подачи машины на штабель горной массы. Этот же единичный сигнал, снимаемый с выхода порогового элемента 15, поступает на второй вход трехпозиционного электромагнитного привода 14, в котором он усиливается на тиристоре и формируется в мощный сигнал управления 8

l1 8 включающий правьпи электромагнитом управляемую реверсивную муфту 5 в положение, соответствующее жесткой кинематической связи асинхронного двигателя 4 ходовой части с гусеничным движителем 37 на отход машины от штабеля. Объем горной массы на барабаннолопастном исполнительном органе уменьшается.

Таким образом, в случае недопустимой перегрузки происходит при остановленной коленчатой оси 36 и невозможности подачи машины на штабель автоматический отход ее от штабеля. В результате такого управления режимом подачи машины динамические нагрузки на криволинейных лопастях 18 уменьшаются до допустимого значения. Происходит разгрузка барабанно-лопастного исполнительного органа, отключе 0 ние управляющего сигнала В и окончание выхода машины из опасной зоны погрузки с точки зрения механических поломок ее органов и узлов.

Процессы управления режимом работы машиной по операциям способа иллюстрируются осциллограммами на о фиг. 4, где 1 — ток двигателя барабана, пропорциональный нагрузкам на исполнительном органе и снимаемый с датчика 7 средней нагрузки; 2 — ве30 личина подачи (пути ) машины на штабель," 3 — напряжение, пропорциональное углу поворота коленчатой оси 16, снимаемое с выхода датчика 11 положения коленчатой оси, с уровнями фиксации на срабатывание Uy и на отклю1 чение 0у фиксатора 12 положений коленчатой оси, 4 и 5 — напряжения, подаваемые на электромагниты трехпозиционного электромагнитного привода 14, 40 соответственно определяющие отход машины от штабеля в случае недопустимых перегрузок и рабочую подачу машины на штабель. уровни параметров дно дв р двором 45

ASIAN у,соответственно обозначают начальный (холостого хода) номинальный, максимально допустимый токи асинхронного двигателя 23 барабана и начальный угол поворота коленчатой оси 16.

По продолжительности осциллограммы ил66236 . !2 асинхронном двигателе 23 барабана;

11 — режим стабилизации зоны отбора погружаемой горной массы при остановленной коленчатой оси 16, характеризующий допустимую перегрузку на асинхронном двигателем 23 барабана; 111 режим отхода машины от штабеля, когда .перегрузка на асинхронном двигателе 23 барабана превышает допустимое значение; 1 — режим автоматической подачи машины на штабель при отсутствии недопустимых перегрузок в момент, когда расположение коленчатой оси с лопастями 1 соответствует холостому ходу барабанно-лопастного погрузочного органа.

Реализация способа позволяет повысить производительность погрузки машиной и надежности ее работы.

Формула изобретения

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Грамм Г.А. и др. Шахтная погрузочная машина ПНБ-4. И., "Недра", 1974, с. 94-96.

2. Глушко В. В. Характеристики режимов работы горных машин и нх автоматическое управление. И., "Недра", 1973, с. 88 (прототип). люстрируют один характерный оборот коленчатой оси 16. В течение этого оборота зафиксированы следующие режимы работы погрузочной машины, соответствующие операциям способа: I — режим равномерного вращения коленчатой оси 16 при отсутствии перегрузки на

Способ автоматического управления режимом работы погрузочной машины с барабанно-лопастным исполнительным органом, основанный на регулировании среднего момента на исполнительном органе, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности машины и снижения динамических нагрузок на лопастях, регулируют скорость вращения коленчатой оси относительно оси барабана по величине среднего момента двигателя барабана, фиксируют положения коленчатой оси, соответствующие началу и окончанию выхода лопастей иэ барабана в зоне погрузки, измеряют время перемещения коленчатой оси от первого до второго зафиксированных положений, и эа это время перемещают машину вперед на величину максимального вылета лопастей, задают максимальное значение момента, и при превышении среднего значения момента двигателя барабана относительно заданного максимального значения подают машину назад независимо от положения коленчатой оси.