Способ автоматического управления процессом копания на одноковшовых экскаваторах и устройство для его осуществления

Способ автоматического управления процессом копания на одноковшовых экскаваторах и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (63) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 200581 (21) 3304471/29-03

Союз Советских

Социалистических

Республик

<1 977623 ($4) М. Кл.з с присоединением заявки ¹

E 02 F 9/20

Государственный комитет

СССР ао делам изобретений и открытий (23) ПриоритетОпубликовано 30.11.82. Бюллетень ¹ 44

Дата опубликования описания 3011.82 (53) УДК 621. 879. .34(088,8) Ю.Я. Вуль, Г.А. Горбачев, Н.А, Серов, Ю.В. СимсЬоЪ

t0.Т. Калашников, М.М. Кошевой, Э.И. Чувпило, В В, ОльхЪвкков, A. В. Кошкарев и Е.М. Садовников

Научно-исследовательский институт тяжелого ма)аММфст кьЬния

Производственного объединения "Ново-Краматорфкий машиностроительный завод", Научно-исследовате тьскиф йнстйтут тяжелого машиностроения Производственного объедцнейиф:::Уралмаша : . и Государственный проектно-конструкторский и на нщ" - <.: исследовательский институт по автоматизации угольной ""= .„ ) промышленности Гипроуглеавтоматизация (72) Авторы изобретения (71) Заявители (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ

КОПАНИЯ НА ОДНОКОВШОВЫХ ЭКСКАВАТОРАХ

И УСТРОИСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к копающим механизмам одноковшовых экскаваторов и может быть применено для автоматизации процесса копания на экскаваторах-лопатах и драглайнах с элект. роприводом постоянного тока копающего и регулирующего механизмов.

Известен способ автоматического управления процессом копания на одноковшовых экскаваторах, при котором измеряют величину тока главной цепи копающего механизма и после достижения заданного уровня тока изменяют величину подачи регулирующего механизма в функции величины отклонения тока главной цепи копаю-. щего механизма от заданного значения.

При этом величину якорного тока поддерживают близкой,к заданному значению со статиэмом, определяемым величиной коэффициента усиления системы автокопания Pl), Использование этого способа не обеспечивает эффективного управления процессом копания, особенно s забоях с неоднородным грунтом, иэ-за-запаздывания воздействия на регулирую" щий механизм (механизм напора в экскаваторах-лопатах), определяемого инерционностью привода копающего механиэма (механизма подъема в экска- в аторах-лопатах) ° Действ ительно, при управлении в функции тока главной цепи привода подъема воздействие на механизм напора осуществляют только после изменения скорости двигателя подъема, для чего необходимо определенное время, тем большее, чем больше инерционность двигателя и механизма подъема и чем меньше величина ускорения.

Основанные на укаэанном способе .опытные образцы устройств автокопа ния применяют на экскаваторах-лопатах ЭВГ-15 ЭВГ-4И, ЭКГ-8. При ис.пытаниях этих устройств обнаружено, что система автокопания работает удовлетворительно только в забоях ближней и средней Удаленности с однородным грунтом, В забоях с неоднородными грунтами после обхода непреодолимого препятствия привод на. пора не-успевает вторично заглубить ковш.

Устройство для осуществления способа оказывает непрерывное (не дискретное) воздействие на привод механизма напора после достижения заданного уровня тока главной цепи привода подъема, осуществляет управ977623 мн такой системы автокопания на экскаватбре.

В устройстве, предназначенном для автоматизации копания экскаваторовдраглайнов, предусмотрено изменение натяжения канатов подъема (регулирующего механизма) в процессе копания в функции пути, проходимого канатами механизма тяги (копающего механизма), что является его досто инством.

Основной недостаток устройства определяется недостатком применен» ного способа автокопания, а именно необходимостью управления велйчиной подачи регулирующего механизма (величиной угла поворота подъемной лебедки или усилия в канатах механизма подъема) в функции малых отклонений усилия в канатах механизма тяги от заданного уровня.

Удовлетворительная работа такой системы автокопания возможна, например, в тех случаях, когда необходимо лишь регулирование толщины стружки при копании в забоях с однородным грунтом.

При работе в забоях с неоднородным грунтом .и больших отклонениях усилия в канатах копающего механизма от величины уставки, например при столкновении ковша с труднопреодолимым препятствием, когда необходим обход препятствия за счет сравнительно небольшого изменения подачи (усилия в канатах) регулирующего механизма, управление процессом автокопания также оказывается неэффективным. действительно, величина. Усилия в канатах копающего механизма (усилия. отсечки), при котором вступает в работу система автокопания, должна быть достаточно велика, чтобы преждевременно не уменьшать величину стружки и обеспечить хорошее заполнение ковша.

При сравнительно большой величине усилия отсечки и принятом способе автокопания величины коэффициента усиления и быстродействия системы автокопания в канале воздействия на привод регулирующего механизма при наличии ограничений, накладываемых условиями устойчивости, оказываются недостаточными для обхода препятствия и вторичного заглубления ковша.

Наиболее близким к.изобретению по технической сущности является способ автоматического управления процессом копания на одноковшовых экскаваторах с электроприводом постоянного тока механизма подъема и механизма напора, основанный на измерении величин усилия и.производной усилия в упругих элементах механизма подъема, суммировании этих величин и изменении величины подачи механизма напора после достижения ление приводом напора в процессе автокопания с малой эффективностью, так как в нем предусмотрено лишь уменьшение усилия на рукояти, развиваемое механизмом напора.

Известен также способ автомати- 5 ческого управления процессом копания на.одноковшовых экскаваторах, при котором измеряют величину усилия в ,упругих элементах (канатах) копающего механизма и после достижения зара-10 нее заданного уровня усилия изменяют величину подачи регулирующего механизма в зависимости от величины отклонения усилия в канатах копающего механизма,от заданного уровня, который реализуется устройством для автоматизации процесса копания экскаваторов-.драглайнов ) 2). ао втором из двух упомянутых спо- собов автокопания устранен недостаток первого способа благодаря Устра-, нению запаздывания воздействия на регулирующий механизм, определяемого при использовании первого способа, инерционностью привода копающего механизма.

Общий недостаток обоих способов автокопания заключается B том, что при их использовании автоматическое управление процессом копания происходит только в динамических режимах . торможения и разгона копающего ме« ханизма, находящегося под воздействием переменного по частоте и амплитуде возмущения со стороны забоя, так как система автокопания реагирует только на отклонения или тока главной цепи (первый способ), или усилия в канатах копающего механизма (второй способ) оТ заданных значений и не реагирует на отклоне- 49 ния скорости копающего механизма от заданного значения.

Поэтому удовлетворнтельная работа системы автокопания, основанная на использовании любого из двух упомянутых:способов, возможна лишь нри существенных отклонениях усилия в канатах копающего механизма от заданного значения. При малых отклонениях нагрузки копающего механизма (тока главной цепи или усилия в канатах) от величины уставки, при которых возможны существенные изменения скорости копающего механизма (особенно при малой жесткости участка ограничения момента статической характеристики привода копающего механизма), система автокопания не обеспечивает эффективного управления регулирующим механизмом для поддержания заданной скорости кона- а0 ния. В этом случае при работе в забое с однородным грунтом возможен длительный процесс копания с пониженной скоростью по сравнению,с заданной, что подтверждается испытания) 65

977623 заданного уровня суммой этих величин усилия и производибй усилия в упругих элементах механизма подъема при наличии переменного возмущающего воздействия на механизм подъема.

Устройство для осуществления способа содержит регулируемые электроприводы постоянного тока механизма подъема и механизма напора, соединенные последовательно датчики усилия и производной усилия в канатах механизма подъема и подключенные к сум° матору, и ключевой элемент (3).

Известный способ обладает двумя существенными недостатками.

Во-первых, использование этого способа при работе в однородном грунте обуславливает возникновение установившегося режима копания с пониженной скоростью по сравнению с заданной.

Во-вторых, применение способа при работе в неоднородном грунте не обеспечивает своевременный обход препятствия с последующим заглублением ковша.

Устройство для осуществления этого способа обладает еще одним существенным недостатком, а именно, в этом устройстве отсутствует ограничение скорости привода напора при работе системы автокопания, так как цепь, соединяющую регуляторы скорости и тока, разрывают при включении узла автокопания с помощью ключа.

Цель изобретения — повышение точ.ности управления за счет поддержания оптимальной скорости механизма подъема и снижение длительности копания при увеличении заполнения ковIIkl

Поставленная цель достигается тем, что в способе автоматического управления процессом копания на одноковшовых экскаваторах с электроприводом постоянного тока механизмов напора и подъема, основанном на измерении величины усилия и производной усилия в упругих элементах механизма подъема, суммировании этих величин и изменении величины подачи механизма напора после дости жения заданного уровня суммой величин усилия и производной усилия в упругих элементах механизма подъема при наличии переменного возмущающего воздействия на механизм подъема, дополнительно задают величину скорости механизма подъема, измеряют величины скорости, ускорения и производной ускорения механизма подъема, сравнивают заданную и фактическую величины скорости копающего механизма и изменяют величину подачи меха- " низма напора при уменьшении скорос ти механизма подъема по сравнению с заданной пропорционально величинам отклонения фактической скорости механизма подъема от заданной и текущим величинам ускорения и производной ускорения механизма подъема.

Устройство для осуществления способа, содержащее регулируемые элект5 роприводы постоянного тока механизмов подъема и напора с командоаппаратами, блок управления приводом механизма напора, соединенные последовательно датчик усилия и производ10 ной усилия .в канатах механизма подъема и подключенные к сумматору, ключевой элемент, снабжено последовательно соединенными датчиками скорости, ускорения и производной ускорения механизма подъема, тремя сумматорами, двумя ключевыми элементаии и нелинейным элементом, причем входы второго сумматора соединены с выходами командоаппарата ме20 ханизма подъема и датчика скорости, входы третьего сумматора соединены с выходами датчика ускорения и датника производной ускорения, при этом выход второго сумматора соеди25 иен с входом четвертого сумматора через второй ключевой элемент; управляющий вход которого соединен.с выходом первого сумматора, а выход третьего еуиматора соединен с входом четвертого "сумматора через треЗ0 тий ключевой элемент, управляющий вход которого соединен с выходом второго сумматора, а выход четвертого сумматора соединен со входом блока управления механизма напора

З5 через нелинейный элемент и первый ключевой элемент, управляющие входы которого соединены с выходами первого сумматора и командоаппарата механизма напора.

40 На фиг.1 представлена блок-схема устройства для осуществления способа автоматического управления про. цессом копания; на фиг.2 — осциллограммы процесса копания, получен45 ные на экскаваторе ЭВГ-35/65М Р 1 . при ручном управлении процессом копания; на фиг. 2 д — то же, при автоматическом управлении процессом копания на основе использования

50 способа-прототипа; на фиг.28 — то же, на основе использования предлагаемого способа. На фиг.2 обозначено: wä — угловая скорость двигателя подъема; w — угловая ско55 рость двигателя напора: и чпр.n - уси лие в канатах механизма подъема;

И п,,„ - усилие в канатах механизма найора; Uz> — напряжение задания на выходе командоаппарата подъема;

U — напряжение задания на выходе командоаппарата механизма напора; время копания.

Устройство содержит регулируемые электроприводы постоянного тока механизма подъема и механизма напора, 65 экскаватора-лопаты с командоаппара- .

977623 том 1 и блоком управления 2, приводом механизма напора, датчиками 3

4 усилия и производной усилия а канатах механизма подъема, сумматором 5 и ключевым элементом 6.

Устройство содержит также командоаппарат 7 механизма подъема, датчики 8 — 10 скорости,. ускорения и производной ускорения механизма подъема, три сумматора 11 — 13, два ключевых элемента 14 и 15 и нелинейный элемент 16, причем выход командо аппарата 1 механизма напора соединен с входом блока 2 управления привода механизма напора, выход датчика 3 усилия соединен с входом датчика 4 производной усилия, выход датчика 8 скорости соединен с входом датчика 9 ускорения, а выход датчика

9 ускорения соединен с входом датчика 10 производной ускорения, входы первого сумматора 5 соединены с выходами датчика 3 усилия и датчика 4 производной усилия, входы второго сумматора 11 соединены с выходами командоаппарата 7 механизма подъема и датчика 8 скорости, входы третьего сумматора 12 соединены с выходами датчика 9 ускорения и датчика 10 производной ускорения, выходы второго и третьего сумматора 11 и 12 соединены со входами четвертого сумматора 13, при этом выход второго сумматора 11 соединен со входом четвертого сумматора 13 через второй ключевой элемент 14, управляющий вход которого соединен с выходом первого сумматора 5, а выход третьего сумматора 12 соединен с входом четвертого сумматора 13 через третий ключевой элемент 15, управляющий вход которого соединен с выходом второго сумматора 11, в свою очередь выход четвертого сумматора 13 соединен со входом блока 2 управления механизма напора. через нелинейный элемент 16 и первый ключевой элемент 6, управляющие входы которого соединены с выходами первого сумматора 5 и командоаппарата 1 механизма напора.

В устройстве датчика усилия и его производной, датчики скорости и ее производные и сумматоры могут быть выполнены на основе использования операционных усилителей на микросхемах типа К 153 и К 553. Ключи могут быть выполнены на базе микросхем

К 553 н сочетании с микросхемами типа К 190.

Способ осуществляется с помощью устройства следующим образом, Воздействие на вход блока 2 управления привода механизма напора поступает с выхода .сумматора 13 устройства автокопания через ключевой элемент 6, который открывают при наличии одновременно двух сигналов: с выхода командоаппарата 1 механизма напора, когда величина этого сигнала соответствует установке командоаппарата 1 в крайнее положение от себя, и с выхода сумматора 5, когда величина этого сигнала достигнет ° заранее заданного .уровня. Величину этого уровня выбирают большей усилия в канатах механизма подъема, изме ренного датчиком 3 усилия, соответ10 ствующего весу груженого ковша, и равной (0,75-0,80) стопорного значения усилия, при копании в неоднородном грунте и столкновении ковша с труднапреодо15 лимым препятствием более раннему открытию ключевого элемента б способствует сигнал, пропорциональный производной усилия в канатах механизма подъема, измеренный датчиком

20 4 производной

Если скорость копания .становится меньше задаваемой машинистом с помощью командоаппарата 7 механизма подъема, то на выходе сумматора ll

25 появляется сигнал, пропорциональный рассогласованию величин задающего сигнала, поступающего с выхода командоаппарата 7, и сигнала, поступающего с выхода датчика 8 скорости механизма подъема, величина которого пропорциональна фактической скорости механизма подъема.

Если при этом сигнал на выходе сумматора 5, определяемый суммой величин усилия и производной усилия в канатах механизма подъема, достигнет величины усилия отсечки,открывают ключевой элемент 14 и на вход сумматора 13 поступает задающий сигнал,.определяющий величину воз"О действия на блоки 2 управления механизма напора.

Таким образом, при снижении фактической скорости механизма подъема по сравнению с заданной уменьшают

45 величину подачи рукояти с помощью изменения величин илй даже знаков усилия и скорости привода механизма напора. Величина усилия отсечки,при которой открынают ключевой элемент

g{) 14, может быть ранной величине уставки, при которой открывают ключевой элемент б, или несколько больше этой. величины, но не должна превышать величину усилия отсечки (статической характеристики привода подъема) .

Если машинист. дает задание на торможение привода подъема, то величина сигнала, поступающего с выхода датчика 8 скорости на вход сум®O матора ll, станет больше неличины задающего сигнала, поступающего с выхода командоаппарата 7 на тот же сумматор 11. Вследствие этого изменяются знаки сигналов на выходе сумматоров ll и 13. Однако благодаря 5 наличию нелинейного элемента 16 на

977623

5 (o

Зо

65 выходе сумматора 13 воздействие на блок 2 управления приводом напора при этом прекращается, Как только под воздействием сопротивления со стороны забоя начинается торможение привода подъема, задающий сигнал поступает на вход сумматора 13 не только с выхода сумматора 11, Но и с выхода датчика 9 ускорения и датчика 10 производной ускорения через сумматор 12 и ключевой элемент 15, что увеличивает эффективность воздействия на привод механизма напора и способствует поддержанию величин скорости и усилия в канатах копающего механизма, равных заданным.

Особенно нажно воздействие, поступающее на вход сумматора 13 с выхода сумматора 12 при столкновении ковша с труднопреодолимым препятствием, когда величины ускорения и производной ускорения существенны.

Величина сигнала на ныходе сумматора 13, соответствующая максимальной расчетной величине ускорения, должна быть достаточной для полной компенсации сигнала, поступающего с (выхода командоаппарата 1 на вход бло. ка 2 управления, и для обеспечения задания движения механизма напора на себя . Условия этого режима .определяют минимальную величину коэффициента усиления сумматора 12, при котором обеспечивают своевременный возврат рукояти и прекращение

I торможения привода подъема.

Если в результате движения рукояти на себя торможение привода подъема прекратится и начнется его разгон, изменится знак ускорения и, соответственно, знак сигнала на выходе сумматора 12, что способствует компенсации сигнала, поступаю.щего с выхода сумматора ll до того, как скорость копания станет равной заданной.- Если результирующий сигнал в этом режимер поступающий с выхода сумматора 13, станет равным сигналу, поступающему с выхода командоаппарата 1, возврат рукояти с помощью системы автокопания прекращен. Таким образом, совместное действие сигналон пропорциональных ошибке по скорости механизма подъема и величине и знаку ускорения этого механизма, способствует своевременному обходу препятствия ° Действительно, так как увеличение скорости механизма подъема свидетельствует о том, что препятствие преодолено, то прекращение движения рукояти на себя в этом режиме благоприятно для последующего заглубления ковша и своевременного обхода препятствия.

Воздействие устройства автокопания на блок 2 управления привода напора прекращают, после чего начинается движение рукояти в направлении от себя еще до достижения заданной скорости копания, как только величина усилия в канатах механизма подъема станет меньше усилия отсечки, при котором закрывают ключевой элемент 14.

Прекращение воздействия на блок 2 управления со стороны устройства антокопания происходит после закрытия ключевого элемента 14 при условии увеличения скорости механизма подъема, так как положительный знак ускорения, соответствующий разгону привода подъема, обеспечивает отрицательный знак сигнала на выходе сумматора 13, не пропускаемый нелинейным элементом 16.

Движение рукояти в направлении от себя и заглубление ковша происходит до тех пор, пока не начнется уменьшение скорости копания под воздействием сопротивления со стороны забоя, Для того, чтобы при торможении привода подъема, которое происходит не под воздействием сопротивления со стороны забоя, а в соответствии с командой машиниста, сигнал, пропорциональный бтрицательному ускорению привода подъема, не ноздействовал на блок 2 управления, подавая команду на движение рукояти на себя, закрывают ключевой элемент

15, когда на выходе сумматора 11 появляется отрицательный сигнал, что соответствует заданию сигнала от командоаппарата 7 подъема, меньшего величины сигнала, поступающего с выхода датчика 8 скорости механизма подъема.

Из рассмотрения осциллограмм процессов копания при ручном управ ленин (фиг.2 ), при автоматическом

I управлении процессом копания и использовании известного способа (фиг, 2Б) и при использовании предлагаемого способа (фиг,2 ) видно, что применение предлагаемого способа уменьшает время копания на 10% и увеличивает заполнение ковша на 83 по сравнению с аналогичными показателями, обеспечиваемыми при использовании известного способа.

Статистическая обработка осциллограмм, снятых на экскаваторе

ЭВГ"35/65М Р 1 при работе устройства автокопания, позволяет оценить увеличение производительности эксканатора за счет применения устройства автокопания величиной 6%.

Способ предусматривает воздействие на механизм напора, в отличие от известного способа, непосредственно в функции величины отклонения скорости механизма подъема от заданного значения и в функции величин

977623 ускорения и производной ускорения механизма подъема, что исключает воэникнонение устойчивого режима копания с пониженной скоростью по сравнению с заданной и обеспечивает поддержание средней скорости копания, близкой к заданной, при копании как в однородном, так и в неодно" родном грунтах.

Применение предлагаемого способа и устройства для его осуществления дозволяет обеспечить качественное управление процессом копания как в однородном, так и в неоднородном грунтах и повысить производительность экскаватора за счет уменьшения продолжительности процесса копания и увеличения заполнения ковша, Формула изобретения

1. Способ автоматического управления процессом копания на одноков- шовых экскаваторах с электропрйводом постоянного тока механизмов напора и подъема, основанный на измерении величин усилия и производной усилия в упругих элементах механизма подъема, суммировании этих величин и изменении величины подачи механизма напора после достижения заданного уровня суммой величин усилия и производной усилия в упругих элементах механизма подъема при наличии переменного возмущающего воздействия на механизм подъема, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности управления за счет поддержания оптимальной скорости механизма подъема и снижения длительности копания при увеличении заполнения ковша, дополнительно задают величину скорости механизма подъема, измеряют, величины. скорости, ускорения и производной ускорения механизма подъема, сравнивают заданную и фактическую величины ско-. рости капающего механизма и изменяют, величину подачи механизма напора при уменьшении скорости механизма .подъема по сравнению с заданной пропорционально величинам отклонения

5 IO

50 фактической скорости механизма подъе ма от заданной и текущим величинам ускорения и производной ускорения механизма подъема.

2, Устройство автоматического управления процессом копания на одноконшовых экскаваторах, содержащее . регулируемые электроприводы постоянного тока механизмов подъема и напора с командоаппаратами, блок управ-. ления приводом механизма напора, соединенные последовательно датчики усилия и производной усилия в канатах механизма подъема и подключенные к сумматору, ключевой элемент, о тл и ч а ю щ е е .с я тем, что оно снабжено последовательно соединенными датчиками скорости, ускорения и производной ускорения механизма подъема, тремя сумматорами, двумя ключеными элементами и нелинейным элементом, причем входы второго сумматора соединены с выходами командоаппарата механизма подъема и датчика скорости, входы третьего сумматора соединены с выходами датчика ускорения и датчика производной ускорения, при этом выход второго сумматора соединен с нходом четвертого сумматора через второй ключевой элемент, управляющий вход которого соединен с выходом первого сумматора, а ныход третьего сумматора соединен со входом четвертого сумматора через третий ключевой элемент, управляющий вход которого соединен . с выходом второго сумматора, а выход четвертого сумматора соединен со входом блока управления механизма напора через нелинейный элемент и первый ключевой элемент, управляющие входы которого соединены с выходами первого сумматора и командоаппарата механизма напора, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское:свидетельство СССР

Р 749996, кл. Е 02 F 9/20, 1978, 2,Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2749582/03, кл. Е 02 F 3/48 1979.

3. Авторское свидетельство СССР

9 732465, кл. Б 02 F 9/20, 1978.

977623

Составитель Р. Гладун

Редактор Е. Кинив Техред Т.Фанта Корректор А. Дз ятко

Заказ 9140/38 Тираж 709. Подписное

BHHHOH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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