Способ управления электроприводом поворота карьерного экскаватора и устройство для его осуществления

Изобретение относится к оборудованию, используемому в горной технике для экскавации и перемещения грунтов, конкретнее к управлению электроприводами карьерных экскаваторов. Техническим результатом является снижение динамических боковых нагрузок на рабочее оборудование карьерного экскаватора, приводящих к накоплению усталости в зонах концентрации напряжений в металле и появлению усталостных трещин. Способ включает в режиме черпания ограничение тока якоря двигателя поворота пороговым значением управляющего сигнала, равным 20-30% стопорного значения тока. Причем состояние режима черпания устанавливают по показаниям датчиков длины канатов, длины хода рукояти, датчика привода подъема и ограничивают величину тока якоря двигателя поворота автоматически. Также предложено устройство для осуществления способа. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к оборудованию, используемому в горной технике для экскавации и перемещения грунтов, конкретнее к управлению электроприводами карьерных экскаваторов.

Динамические боковые нагрузки на конструкцию рабочего оборудования карьерных экскаваторов возникают по двум причинам: во-первых, при работе в скальных, плохо взорванных забоях в момент скольжения зубьев по наклонному скосу скалы (в половине случаев) и, во-вторых, при включении оператором привода поворота в режиме черпания горной массы. Это приводит к накоплению усталости в зонах концентрации напряжений в металле и появлению усталостных трещин.

В режиме черпания, когда ковш погружен в грунт, в нарушение инструкции по эксплуатации машинисты иногда включают привод поворота, тем самым, создавая значительные боковые нагрузки на металлоконструкции рабочего оборудования

Известна защита привода поворота (1) в транспортном режиме управляющими сигналами, которые формируют статические механические характеристики, обеспечивающие невозможность получения больших моментов на валах двигателей механизма при подаче задающих сигналов. Факт возможности формирования величины стопорных токов в зависимости от задающих сигналов авторами показан, но проблема защиты рабочего оборудования не решается.

Другим аналогом может служить устройство (2), принцип действия которого основан на измерении текущего значения тока и напряжения якоря двигателя. Устройство содержит задатчик, последовательно соединенные регулятор напряжения, регулятор тока и датчики тока и напряжения. Устройство по этому изобретению предназначено для обеспечения плавного разгона и торможения платформы (выбора кинематических зазоров в механизме поворота) в транспортном режиме. При этом величина стопорного момента на валу двигателя пропорциональна величине задающего сигнала (положению рычага командоконтроллера привода), выбираемого машинистом.

Указанное устройство может быть использовано для удержания платформы от разворота в режиме копания и транспортном режиме при соответствующем изменении задающего сигнала машинистом.

Недостаток такого технического решения в том, что в режиме копания длительность воздействия машинистом на привод поворота значительно превосходит время для выбора зазоров. Если же это время увеличить, то возрастет время транспортной операции, а следовательно, снизится производительность экскаватора.

В качестве прототипа рассмотрим способ управления электроприводом поворота экскаватора и устройство для его осуществления (3), основанные на измерении текущего значения тока и напряжения якоря двигателя поворота. Заранее задается пороговое значение статической составляющей тока якоря двигателя, вычисляется производная по текущему значению напряжения якоря и сравнивают ее с текущим значением тока якоря. В случае, если результирующая величина сравниваемых значений тока якоря и производной по напряжению якоря выше пороговой, формируют управляющий сигнал, приводящий к снижению максимального стопорного тока привода поворота.

Устройство для осуществления способа управления поворота содержит задатчик, последовательно соединенные регулятор напряжения и регулятор тока, подключенные к электроприводу экскаватора, а также датчики тока и напряжения, дополнительно снабженные суммирующим усилителем, дифференцирующим блоком, пороговым элементом и ключом. Один их выходов датчика тока подключен к суммирующему усилителю, выход датчика напряжения подключен через дифференцирующий блок к этому же суммирующему усилителю, выход суммирующего усилителя подключен через пороговый элемент и ключ к входу регулятора тока. Характер режима работы привода поворота может быть установлен исходя из определенной величины момента статического сопротивления повороту платформы. Если этот момент не превосходит 4-8% от максимального стопорного паспортного значения, значит режим транспортирования. Если статический момент сопротивления повороту платформы более 8% - режим копания.

Технической задачей предлагаемого способа и устройства для его осуществления, является снижение динамических боковых нагрузок на рабочее оборудование карьерного экскаватора, приводящих к накоплению усталости в зонах концентрации напряжений в металле и появлению усталостных трещин.

Задача решается ограничением тока якоря двигателя поворота пороговым значением управляющего сигнала в режиме черпания. Величину тока якоря двигателя поворота в режиме черпания ограничивают значением, равным 20-30% стопорного значения тока. Режим черпания устанавливают по показаниям датчиков длины канатов, длины рукояти, датчика привода подъема, датчика привода напора и ограничивают величину тока якоря двигателя поворота автоматически.

Устройство для осуществления способа управления приводом поворота, позволяющее ограничить боковые нагрузки на рабочее оборудование, содержит приводы поворота, подъема, напора и задатчик команды на поворот, подключенные к блоку управления. Устройство также содержит блок анализа сигналов, с которым соединены датчик длины канатов, датчик длины хода рукояти, датчик привода подъема, а блок анализа сигналов соединен с блоком управления.

Признаком режима черпания горной массы является совпадение следующих условий:

- рукоять ковша расположена в зоне, ограниченной вертикальным расположением рукояти и перпендикулярным положением к стреле;

- движение должно быть в направлении выдвижения рукояти или на подъем ковша;

- величина тока привода подъема (I_п) должна соответствовать условию I_п≥0,6 I_{стопорного}.

По показаниям датчиков длины канатов и длины хода рукояти определяется факт нахождения ковша в зоне черпания. Зона черпания для экскаваторов типа ЭКГ, фиг.1, между вертикальным (I) и горизонтальным (II) положением рукояти при определенном интервале выдвижения рукояти. От режима транспортировки режим черпания отличается, кроме положения ковша, наличием определенных усилий в приводе подъема и направлением его движения.

Блок анализа по сигналам датчика длины канатов и датчика длины хода рукояти определяет положение ковша в пространстве и направление его движения. Дополнительно этот блок анализа фиксирует значение тока привода подъема. Таким образом, определяется расположение ковша экскаватора в зоне черпания, т.е. якорный ток привода подъема превышает значение 60% от стопорного тока при соответствующих показаниях датчиков длины канатов и длины хода рукояти. Совпадение этих условий определяется как начало режима черпания.

При выполнении данных условий в течение времени T1 (T1 - выдержка времени достоверности признака режима черпания) автоматически происходит ограничение стопорного тока привода поворота до величины 20-30% от стопорного паспортного значения, которое обеспечивает ограничение крутящего момента двигателей поворота, не смотря на включение двигателя поворота оператором.

Отключение режима автоматического ограничения сигнала электропривода поворота происходит при выполнении любого из следующих условий:

- рукоять ковша расположена в пространстве, выходящим за пределы зоны ограниченной вертикальным расположением рукояти и ее перпендикулярным расположением к стреле;

- движение ковша в направлении втягивания рукояти в течение времени Т2 (примерно 1,5±2,0 с);

- величина тока привода подъема при движении на подъем ковша соответствует условию I_п<0,6 I_{стопорного} в течение времени Т3 (примерно 1,5±2,0 с).

На фиг.2 представлена блок-схема устройства, позволяющего осуществить способ управления приводом поворота экскаватора.

Устройство содержит привод поворота 1, привод подъема 2, привод напора 3, задатчик команды на поворот 4, блок управления 5, блок анализа сигналов 6, датчик длины канатов 7 и датчик длины хода рукоятки 8.

Устройство работает следующим образом, фиг.2:

- блок анализа сигналов 6, используя сигналы датчика длины канатов 7, датчика длины хода рукояти 8 и значение тока привода подъема 2, определяет положение ковша в пространстве и направление его движения, то есть режим работы экскаватора. Дополнительно блок анализа сигналов 6 непрерывно фиксирует значение тока привода подъема 2. Как только блок анализа сигналов 6 определяет, что ковш экскаватора находится в зоне черпания (положение в зоне I-II фиг.1), а якорный ток привода подъема 3 превышает значение 60% от стопорного, то совпадение этих условий означает начало режима черпания. Тогда с блока анализа сигналов 6 на блок управления 5 поступает сигнал задания на уменьшение стопорного тока привода поворота 1 и с помощью задатчика команды на поворот 4 автоматически ограничивается величина тока якоря двигателя привода поворота 1, значением 20-30% стопорного значения тока.

В предлагаемых способе и устройстве:

- определение режима черпания производится по наличию и направлению усилий в подъеме и напоре, что делает возможным обеспечить необходимую точность работы автозащит;

- заданное ограничение величины тока привода поворота происходит при совпадении стабильных условий, определяющих режим черпания и зону действия автозащиты.

Известные технические решения управление электроприводом поворота осуществляют на основе анализа одной величины - тока привода поворота и его сравнении с контрольной величиной. Измеряются ток и напряжение привода поворота и при этом не учитывается изменение момента инерции и нагрузки привода подъема при черпании. Таким образом, предлагаемый способ и устройство для его осуществления обладает «существенными отличиями» в сравнении с прототипом.

Способ управления электроприводом поворота карьерного экскаватора и устройство для его осуществления, позволят автоматически ввести ограничение в действия оператора во время режима черпания с высокой степенью достоверности. Это приведет к повышению надежности рабочего оборудования карьерного экскаватора (ковш, рукоять, стрела) и увеличит его срок службы.

Источники информации

1. Садовников Е.М. Выбор рациональных форм статических и механических характеристик приводов поворота карьерных экскаваторов. Труды НИИтяжмаш, Свердловск, 1990, вып. Повышение ресурса и надежности узлов мощных экскаваторов. С.35-39.

2. SU, авторское свидетельство 1461839, E02F 9/20, 15.07.86.

3. RU, патент 2107778, E02F 9/20, 1998.03.27.

1. Способ управления электроприводом поворота карьерного экскаватора в режиме черпания путем ограничения тока якоря двигателя поворота пороговым значением управляющего сигнала, равным 20-30% стопорного значения тока, отличающийся тем, что состояние режима черпания устанавливают по показаниям датчиков длины канатов, длины хода рукояти, датчика привода подъема и ограничивают величину тока якоря двигателя поворота автоматически.

2. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее приводы поворота, подъема, напора и задатчик команды на поворот, подключенные к блоку управления, отличающееся тем, что оно содержит блок анализа сигналов, с которым соединены датчик длины канатов, датчик длины хода рукояти, датчик якорного тока привода подъема, а блок анализа сигналов соединен с блоком управления.