Способ управления копающим механизмом экскаватора и устройство для его осуществления

Способ управления копающим механизмом экскаватора и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советсиин

Социалистичесиин республик

О П И С А Н И Е „,9014 7 изовеитения

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено ЗС10480 (21) 2919540/22-03 с присоединением заявки № (51)M. Кл.

Е 02 F 9/20

3Ъвуааретюны11 камнтет

СССР ав ямам язабретеннй я втнрнтяй (23) Приоритет

Опубликовано 3001.82. Бюллетень № 4 (53) УД К 621. 879., 34 (088. 8) Дата опубликования описания 300182

Г

Б.Ф.Иванков, В.T.Бардачевский, Б.Я.Панфнко "." „,- ..

В

3 (22) Авторы изобретения.И. Кузнецов, Р . С . Кишко и Л. И. Ушаков

Ьнс гррт, пр о ек тно- ованйомуу"" Ю l

Львовский ордена Ленина политехнически и Всесоюзный научно-исследовательский конструкторский институт по автоматизи (2! ) Заявители электроприводу в промышленности, сельском хозяйстве и на транспорте (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ КОПАКЩИМ МЕдАНИЗМОМ

ЭКСКАВАТОРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к управлению горной техникой, а именно к управлению механизмами одноковшовых экскаваторов, оснащенных электроприводами постоянного тока и может быть также использовано в других промышленных механизмах с нестационарными случайными нагрузками, например в камнерезных машинах, дробилках и мельницах, сельскохозяйственных машинах. .Известен способ управления копающим механизмом экскаватора, заключающийся в том, что измеряют якорный ток приводного двигателя, сравнивают его с заданной величиной тока отсечки в случае, когда якорный ток превосходит значение тока отсечки, уменьшают скорость вращения двигателя пропорционально указанному превы. шению t 1).

Недостатком известного способа управления является то, что он является малоэффективным при управлении механизмами с нестационарными случайными нагрузками, например, при управлении копающим механизмом экскаватора в известном способе управления заданная величина тока отсечки является постоянной и определяется при проектировании для расчетного режима работы механизма. Однако условия эксплуатации экскаваторов отличаются большим разнообразием, что

f0 главным образом связано с неоднородностью разрабатываемого грунта, сменой технологических операций и различием в приемах управления у разных машинистов. Поэтому в отдельные

f5 периоды работы уровень нагрузок копающего механизма оказывается большим проектного значения, что вызывает ускоренное исчерпание материальных ресурсов механизма и его электро20 привода. В других ситуациях нагрузки, наоборот, могут быть в среднем меньшими расчетных, и тогда установленная мощность привода недоиспольэу3 90 ется, следовательно, не реализуется возможность сокращения времени черпания. Работа в таких режимах вызывает снижение действительной эксплуатационной производительности экскаватора по сравнению с ее расчетным значением — в первом случае иэ-за уменьшения надежности, что вызывает увеличение времени ремонтов и, следовательно, сокращение времени экскавации, а во втором случае — по причине снижения текущей (часовой) выработки.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является способ управления электроприводом, основанный на изменении величины тока отсечки .приводного двигателя путем измерения величины якорного тока и сравнении его с заданной величиной и изменении. скорости вращения двигателя пропорционально величине рассогласования. При этом перегрузки привода частично устраняются тем, что, измеряя температуру электрических машин в процессе работы, контролируют фактический уровень их загрузки и при перегреве уменьшают величину тока отсечки привода. При таком способе регулирования система управления по сути становится самонастраивающейся, так как она автоматически устанавливает режим работы привода, исходя из условия повышения теплового использования электрических машин.

Устройство для осуществления указанного способа управления электроприводом содержит приводной двигатель с преобразователем и системой управления, соединенной с датчиком якорного тока через звено or àíè÷åния тока (2).

Однако применительно к копающему механизму экскаватора оценка его фактической загрузки по температуре электрических машин, например двигателя, также является малоэффективной.

Это связано с тем, что в целом показатели надежности механизмов экскаваторов лишь в небольшой мере связани с термическим старением изоляции обмоток электрических машин.

Большую же часть отказов вызывают поломки механического оборудования, и главной их причиной является накопление в металле усталостных повреждений под действием нагрузок, возникающих при копании. Кроме того, управление по указанного способу не способствует улучшению характерис1417 4 тик режимов, в которых развивается .недостаточная мощность копания, поскольку при изменении тока отсечки фактор мощности не учитывается °

Целью изобретения является повышение точности и надежности управления копающим механизмом экскаватора, Поставленная цель достигается тем, что измеряют превышение пико1р вых значений усилия в механизме копания над заданным уровнем, определяют среднеквадратичное .значение указанных превышений, одновременно измеряют величину средней мощности дви g гателя, определяют разность между средней мощностью двигателя и среднеквадратичным превышением пиковых усилий над заданным уровнем и изменяют. величину тока отсечки приводного о двигателя, уменьшая ее пон отрицательном значении разности и увеличивая при положительном значении разности.

Устройство управления копающим механизмом экскаватора снабжено дат23 чиком скорости и усилия, двумя звеньями ограничения, релейным элементом, звеном запоминания максимального значения, квадратором, звеном перемножения между двумя звеньями текущего усреднения и сумматором-ограничителем, причем датчик усилия через первое звено ограничения соединен со звеном запоминания максимального значения, управляемый вход которого через релейный элемент подключен к датчику усилия, а выход через последовательно соединенные квадратор и первое звено текущего усреднения соединен с первым входом сумматора-ограничителя, второй вход которого через второе звено текущего усреднения подключен к выходу звена перемножения, одним входом соединенным с датчиком скорости, а вторым через второе звено ограничения — с датчиком усилия, причем выход сумматора-ограничителя связан с управляющим входом звена ограничения тока.

На фиг. 1 представлена схема уст® ройства, иа фиг. 2 — временная диаграмма, поясняющая его работу.

В устройстве управления копающим механизмом экскаватора приводной двигатель 1, связанный трансмиссией

SS 2 с ковшом 3, питается от преобразователя 4 с системой 5 управления, соединенной через звено 6 ограничения тока с датчиком 7 якорного тока.

5 9014

В устройстве управления имеются также датчик 8 скорости и датчик 9 усилия. Датчик 9 усилия через первое звено 10 ограничения соединен со зве ном 11 запоминания максимального зна.чения, управляемый вход которого через релейный элемент 12 подключен к датчику усилия 9, а выход - ко входу квадратора 13. Выход квадратора 13 через первое звено 14 текущего 1о усреднения подключен к одному из входов сумматора-ограничителя 15. Второй вход сумматора 15 через второе звено

l6 текущего усреднения подключен к выходу звена 17 перемножения, один 15 вход которого соединен с датчиком 8 скорости, а второй — через второе звено 18 ограничения — с датчиком

9 усилия.

Сущность способа управления заклю- рр чается в следукицем.

В процессе функционирования экскаватора непрерывно производят определение текущих значений двух характеристических величин, с помощью 2s которых оценивается положительный и отрицательный эффекты от работы копакицего механизма. Положительный эффект определяется мощностью копания, поскольку от ее величины прямо gp зависит текущая производительность машины. Отрицательный эффект выражается в ожидаемом снижении показателей ее надежности при увеличении уровня нагрузок в копающем механизме.

Текущая средняя мощность Й1, развиваемая двигателем при копанйи; измеряется как произведение скорости движения ковша иа усилие в механизме за вычетом суммы сил трения и веса ковша.

Загруженность механизма определяется интенсивностью потока перегрузок I в передачах механизма. При этом поток перегрузок определяет темп исчерпания ресурса прочности по усталости, который пропорционален среднеквадратичному значению превышений h,F< = F „ - F амплитудных значений Г отдельных колебаний

%0 случайного усилия в механизме F{t) над заданной величиной F>,,ñîîòâåòствующей пределу уеталости, т.е

Я. пропорционален величине(6 Гс,) =(Г - Г1, ) (фиг.2j . .Амплитудные значения Fg определяются по наибольшему из мак55 симумов усилия F в интервалах между двумя его пересечениями (сначала снизу вверх, а затем сверху вниз) 17. 6 среднего значения F

В расчетном режиме, когда ток отсечки привода принят равным установленному проектному значению можно . считать, что I> I, Й = Й„. Откло% некие ожидаемой эксплуатационной производительности от ее расчетного значения определяется величиной

А - k4(NK Йк) "к2(F 1 )

1с.1 и k < — весовые, коэффициенты, выражающие меру влияния величин Й, и 1 на указанный общий эффект функционирования копающего механизма экскаватора. При работе конающего механизма в расчетном режиме, когда

А=О изменения s величину тока отсечки электропривода не вносятся. То же относится и к режимам, не совпадающим с расчетньиии, но таким, в которых ".«(Йк Йк) = k(I - I„), так как в этих случаях увеличение (уменьшение) потока интенсивности перегрузок компенсируется увеличением (уменьшением) мощности копания в от-. ношении их влияния на ожидаемое значение эксплуатационной производительности.

В режимах, отличающихся от отказанных, при АфО, величину тока отсечки электропривода изменяют, а именно при А <О его уменьшают, а при А7 0 — увеличивают. При уменьшении тока отсечки привода одновременно уменьшаются поток интенсивности перегрузок I и мощность копания Й, так как ток, а следовательно, и вращающий момент двигателя, уже не может достигать прежних максимальных значений. При увеличении тока отсечки величины II. и Й по той же причин» возрастают.

Если в механизме, первоначально работавшем в проектном режиме работы, участились перегрузки, нааример из-за того, что в грунте начали встречаться участки повышенной прочности или вследствие неправильных действий машиниста, то поток интенсивности перегрузок Jp. начинает возрастать, вследствие чего величина А приобретает отрицательный знак, увеличиваясь по абсолютному значению, что приводит к снижению величины тока отсечки привода, а значит величин J и Й . При этом отрицательный эффект от некоторого снижения мощности копания перекрывается положитель7 9014 ным эффектом от ожидаемого повышения надежности механизма, которое выражается в снижении длительности простоев в ремонтах. Тем самым в общем сроке службы экскаватора увеличивается доля времени, идущего на выполнение полезной работы, т.е, на экскавацию, а следовательно, повышается эксплуатационная производительность, являющаяся главным экономическим по- tO казателем функционирования экскаватьра.

Если условия копания стали более легкими, то интенсивность перегрузок уменьшается. В этих условиях, наобо- t5 рот, можно, не опасаясь механичес.— ких повреждений, увеличить ток отсечки в пределах, допустимых по другим ограничениям в приводе, например, по условиям коммутации электрических 211 машин. Польза от этого заключается в том, что если допустить большее значение тока, то средняя мощность копания возрастает, что приводит к сокращению времени черпания, а зна- 2$ чит, к увеличению текущей и эксплуатационной производительности экскаватора.

Устройство, реализующее способ, управления (фиг.l), функционирует сле- щ дующим образом.

С помощью датчика 9 усилия и звеньев 10-14 производится вычисление интенсивности потока перегрузок

J< Ú трансмиссии механизма в соответствии с приведенной выше формулой1работы указанных звеньев иллюстрируется фиг.2). Для этого сигнал

U от датчика 9 подается на первое звено 10 ограничения порог открыва- 40 ния которого выбирается пропорциональным сумме величин басри Ру, "ледовательно выходное напряжение

Ц соответствует величине hF =

F (t) (Г р + Гу ) Сигнал U4g ступает далее на звено 11 запоминания максимального значения, каким может быть, например, последовательно соединенные диод, резистор и конденсатор. Фиксация наибольшего значения выходного напряжения U. звена

l1 производится до тех пор, йока напряжение 0 не снизится до величиф ны соответствующей значению F® u не ср або тает соотв етс твенно настроен55 ный релейный элемент 12, который подает команду на считывание зафиксированного напряжения, пропорционального величине ЬГС = F <- (F<<+

17 8

+ Гу ) . Выходное напряжение U звена

44

11 подается затем на квадратор 13, где оно возводится в квадрат и в виде импульса напряжения О задан(3 ной длительности дС поступает на. первое звено 14 текущего усреднения (им может служить инерционное звено), выходное напряжение U которого пропорционально поэтому интен2 сивности J (ЬГ ) перегрузок механизма, После считывания происходит сброс на нуль напряжения U звена 11, вследствие чего оно оказывается подготовленным к запоминанию следующего максимума.

Действием звеньев 16-18 совместно с датчиком 9 усилия и датчиком

8 скорости осуществляется вычисление средней мощности копания. А именно, сигнал от датчика 9 усилия подается на второе звено 18 ограничения, уровень открывания которого соответствует сумме сил трения и веса ковша и поэтому его выходное напряжение пропорционально усилию копания. С помощью звена 17 перемножения оно умножается на напряжение датчика 8 скорости, что дает сигнал, соответствующий мощности копания И

Сигнал произведения поступает на второе звено 16 текущего усреднения, выходное напряжение которого дает меру текущей средней мощности N развиваемой двигателем при копании.

Напряжение с выхода первого звена

14 усреднения, пропорциональное интенсивности J> потока перегрузки, подается на сумматор-ограничитель 15 со знаком "минус" и направлено на уменьшение тока отсечки привода, а выходной сигнал второго звена 16 ограничения, пропорциональный средней мощности копания К„ имеет, на1с) оборот, положительную полярность и действует в сторону увеличения тока отсечки, Кроме того, статическая характеристика звена 15 формируется так, чтобы при работе в расчетном жиме когц его выходное найряжение было равно нулю. При этом сигнал самонастройки

U (напряжение на выходе сумматора

16) пропорционален величине А, характеризующей отклонение данного режима работы от расчетного.

В рассматривающемся режиме участившихся перегрузок устройство управления работает таким образом.

9 9014

При увеличении интенсивности перегрузок Jt; сигнал на выходе первого звена 14 текущего усреднения возрастает, вследствие чего выходное напряжение сумматора 15 становится отрицательным. Поступая на управляющий вход звена 6 ограничения тока, оно вызывает уменьшение тока отсечки привода. При этом напряжение на выходе звена 6, являющееся сигналом 30 обратной связи по току якоря, появ ляется при меньшем значении напряжения датчика 7 тока, вызывая более сильное ограничение якорного тока, вращающего момента двигателя 1 и 15 усилия в трансмиссии 2, что, в частности, приводит к уменьшению ин- тенсивности перегрузок J . Таким образом, в рассматриваемом случае схема управления работает как систе- р0 ма автоматического регулирования величины J» стремясь поддерживать ее на уровне, близком к расчетному значению J

При переходе механизма в легкий 2S режим работы и уменьшении интенсив- ности перегрузок напряжение на выходе первого звена 14 текущего усреднения снижается, следовательно, сигнал самонастройки U становится р0 положительньм, вызывая увеличение тока отсечки. Максимальное значение выходного напряжения положительного знака сумматора 15 при этом ограничивается, например, с помощью стабилитрона в цепи обратной связи усилителя, подобным образом ограничивается выходное напряжение суьйкатора 15 и при отрицательной его полярности.

1О

2. Устройство управления копающим механизмом экскаватора, содержащее приводной двигатель с преобразователем н системой управления, соединенной с датчиком якорного тока через звено ограничения тока, о т л и— ч а ю щ е е е я тем, что оно снабжено датчиками скорости и усилия, двумя звеньями ограничения, релейным элементом, звеном запоминания максимального значения, квадратором, звеном перемножения двумя звеньями текущего усреднения и сумматоромограничителем, причем датчик усилия через первое звено ограничения соединен со звеном запоминания максималь- ного значения, управляемый вход кото.рого через релейный элемент подключен к датчику усилия, а выход через последовательно соединенные квадратор и первое звено текущего усредне-, ння соепинен с первым входом сумматора-ограничителя, второй вход которого через второе звено текущего усреднения подключен к выходу звена перемножения, одним входом соединенным с датчиком скорости, а вторым через второе звено ограничения — с датчиком усилия, причем выход сумматораограничителя связан с управляющим

1входом звена ограничения тока.

Таким образом, путем самонастройки величины тока отсечки в системе управления приводом копающего механизма осуществляется его адаптация к изменяющимея внешним условиям, повышается точность и надежность управления копающим механизмом. При этом достигается увеличение ожидаемой эксплуатационной производительности экскаватора либо за счет огра50 ничения перегрузок, а следовательно, повышения надежности, либо вследст, вие сокращения времени черпания. изменении величины тока отсечки приводного двигателя путем измерения величины якорного тока и сравнения

его с заданной величиной и изменении скорости вращения двигателя пропорционально величине рассогласования, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности управления копающим механизмом экскаватора, измеряют превышение пиковых значений усилия в 44еханиже над заданным уровнем, определяют среднеквадратичное значение укаэанных превышений, одновременно измеряют вели-. чину средней мощности двигателя, определяют разность между. средней мощностью двигателя и среднеквадратичным превышением пиковых усилиЛ над заданньм уровнем и изменяют ве-личину тока отсечки приводного двигателя, уменьшая ее при отрицательном значении разности и увеличивая при положительном значении разности.

Формула изобретения

1. Способ управления копающим механизмом экскаватора, основанный на

Источники. информации, принятые во внимание при экспертизе

90 l 4.1 7

ll

1. Крайцберг М.И. Электроприводы строительных машин и механизмов. M., Госэнергоиздат, 1958, с. 13, 78.

l2

2. Авторское свидетельство СССР

984615, кл. H 02 Р 5/00, 1949 (прототип).

901417 Cp 1g

Редактор А.Власенко

Закаэ 12316/30 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.. Ужгород, ул. Проектная, 4

Гу

F(< 10

11 л у

К19 е (4Fuf)E

Составитель А. Ромашенков

Техред Т. Фанта Корректор Н.Стец