Устройство для автоматизированного контроля силового режима металлоконструкций машин роторных комплексов

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (!9) SU (и) 26 (51) 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

H АВТОРСНОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3780650/22-03 (22) 14.08.84 (46) 07.02.86. Вюл. № 5 (71) Киевский институт автоматики им. XXV съезда КПСС (72) Л.А. Верещагин и Н.В. Тихонрук (53) 621.879.34(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 804772, кл. E 02 F 3/26, 1980.

Авторское свидетельство СССР

¹ 977622, кл. Е 02 F 9/20, 1981. (54)(57) I. УСТРОИСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО КОНТРОЛЯ СИЛОВОГО РЕЖИМА

МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ МАЦКИН РОТОРНЫХ

КОМПЛЕКСОВ, содержащее измеритель интенсивности потока в начальной зоне движения лент конвейеров и блок контроля скорости движения лент, соединенные с входами блока упрежденного Вычисления опрокидывающего момента, выход которого соединен с первым входом блока адаптивного порогового контроля., и с входом инди— катора, второй вход которого соединен с блоком установки допустимого порогового значен я контролируемого параметра, первый выход блока адаптивного порогового контроля соединен с блоком аварийной сигнализации, а второй выход — с индикатором, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности устройства за счет возможности предохранения металлоконструкций от недопустимых перегрузок с учетом совместного воздействия статических и динамических напряжений, оно снабжено блоком определения момента инерции, первым и вторым блока :и суммирования, блоком деления, функциональным преобразователем и анализатором резонансных колебаний, причем выходы измерителя интенсивности потока в начальной зоне движения лент конвейеров и блока контроля скорости движения лент соединены с входами блока определения момента инерции, выход которого через первый сумматор подключен к входу функционального преобразователя и к первому входу блока деления, при этом выход блока упрежденного вычисления опрокидывающего мсмента через второй сумматор соедивторым exo o | блока pezeHHa, выход которого соединен с первым входом анализатора резонансных колебаний, второй вход которого соединен с выходом функционального преобразователя, а выход — с третьим вхо-. дом адаптивного порогового контроля.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок определения момента инерции выполнен в в1-де модели потока, соединенного с сумматором сос",оя:iëÿ ячеек модели потока с квадратично возрастающим в зависимости ст номера ячейки масштабом преобразования.

3. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что функциональный преобразователь выполнен в виде масштабирующего элемента на основе операционного усилителя с обратной связью и элементов задания, выход каждого из которых подключен к первому входу соответствующего компарат< ра, зторыс входы которых объединены с входом операционного усилите12(E9 772

1>ИОННОГО yÑÈÏÈÒÅËß., i>l I1>f ГЗ>1ЯЮТ . Я 13ХОДОМ фуНК11НОН(1>!ННОГО преo(>pBBoBBтеля, выходы компаратopoB п(.дключены к управляющим входам клю:!СЙ, которые о с соответствующим резистором и подключены в обратную связь операционного усилителя, выход которого является выходом функционального преОбразователя.

Изобретение относится к предохранительным устройствам и узлам сигнализации и управления poTopMhlx экскаваторов, отвалообразователей и подобных машин. 5

Цель изобретения — повышение надежности устройства за счет возможности предохранения металлоконструкций от недопустимых перегрузок с учетом совместного воздействия статичес- 1О ких и динамических напряжений.

Функциональный преобразователь определяет значение резонансной частоты консоли с данным отрезком грузопотока. Анализатор резонансных коле- 15 баний определяет Ожидаемую силу резонансных колебаний консоли, соответствующую величине динамической составляющей нагрузки, и формирует сигнал на вход адаптации блока адаптивного 20 порогового контроля для занижения дспустимого порога контролируемого параметра силового режима защищаемь!х металлоконструкций. Таким образом, предлагаемое устройство позволя- 25 ет предохранять металлоконструкции от недопустимых перегрузок с учетом совместного возде> ствия статических и динамических напряжений.

На фиг. 1 представлена схема пред- зо лагаемого устройства; на фиг. 2 схема сумматора блока определения момента инерции; на фиг. 3 — схема функционального преобразователя; на фиг. 4 — схема -.нализатора резо35 нансных колебаний.

Устройство содержит измеритель 1 интенсивности потока (Выполненный, например, на Основе датчиков погонной нагрузки и скор >сти ленты и преобразователя с частотным <В1!ходом), установленный в начальной зоне конУ< !р< 1|< 11><> Гн> и 1 о т ч а 10 11! p ((. я тpM ч т(> а назп1з ато р ез 0 El(Ill 0 ных к о <1 е E>(f EIEIEI Bfçlno (и(.El В Ви де ollерацийннОГО yoи>1итеГ!я на ВхОд котОрoГО Включен упpaВляемый peзис тор ВхОды КОторОГО являются ВхОда ми анализатора резонансных колебаний, ВыхОдОм котОрОГО яВляется. ВьlхОд Опера вейерной линии роторного комплекса, B частности на роторной стреле экскаватора. Устройство Включает также блок 2 контроля скорости движения лент ко:.!вейеров, выполненный, например, на основе тахогенератора с частотным выходoM и контролирующий рабату конвейера отвальной консоли отвалообразоватспя. Блок 3 упрежденного Вычисления опрокидывающего момента и блок 4 определения момента инерции своими основными входами 5 и (> соединены с выходом измерителя 1 интенсивности потока, а своими сдвигоВымн Входами 7 и 8 — с выходом бло— ка ? контроля скорости движения лент конвейеров. Каждый из блоков 3 и 4 выполнен, например, в виде моделей

9 и 10 потока на последовательном (двигаю!пем регистре, которые подключены соответственно к входам сумматоров 11 и 12. Иричем сумматор 11 выполнен с линейно возрастающим, а сумматор 12 — с квадратично возрастающим в зависимости от номера ячейки масштабом преобразования входных снг(!(1>!о!з от ячеек модели потока.

131,!ход блока 3 упрежденного вычис IvEIIIB опрокидывающего .момента соедин(н с первым входом 13 блока 14 адапTHBll0I порогового контроля„ а так— i((с ocll<>BEIbI>I входом 1 > индикатор» 1!> и входом второго блока 17 сумМ> I P (> BDE I IISI .

Блок 1 4 а,-,.аптпвного порогового контроля Выполн "Il например, в

В. Eäс компаратора 18 í": с перацпонном у< илптеле с по IE !1(>ч(. ннь>м к одному о ГО г<хс>(у э>1ект1>1!ч(. ским управляемым потенцнометром 19, например, на поле«(>м тра><з не торе нли на пара. !лел ьных

p (> 3 H е т 0 р н(|1х О i t т E > < > и > . ° 1 (н ф О р м а I! н 0 н

50 вьн вх; д, вход управчения и выход лектрически управляемого потенцио— метра 19 для всего блока 14 адаптив— ного порогового контроля являются соответственно входом 20, третьим 5 входом 21 и вторым выходом 22.

Выход блока 4 определения момента инерции соединен с входом первого блока 23 суммирования. Вход 24 задания индикатора 16 соединен с 10 вторым выходом 22 блока 14 адаптив— ного порогового контроля.

Блок 25 установки допустимого порогового значения контролируемого параметра выполнен, например, на основе делителя напряжения или переключателя и подключен своим выходом к входу 20 задания блока 14 адаптивного порогового контроля, выход которого соединен с блоком 26 аварийной сигнализации. Первый 23 и второй 17 блоки суммирования своим выходом соединены соответственно с первым 28 и вторым 27 входами блока 29 деления, выход которого соединен с первым входом 30 анализатора 31 резо— нансных колебаний. Выход первого блока 23 суммирования соединен также с входом функционального преобразователя 32, выход которого соединен с вторым входом 33 анализатора 31 резонансных колебаний. Выход анализатора 31 резонансных колебаний соединен с третьим входом 21 блока 14 адаптивного порогового контроля.

Каждая модель потока (соответственно 9 и 10) в блоках 3 и 4 выполнена, например, в виде последовательного сдвигающего регистра. Сумматор

12 блока 4 определения момента инер40 ции выполнен, например, на основе усилителя 34 (фиг. 2) с ключами

35-37, которые в случае возбужденной ячейки модели потока (триггер ячейки в состоянии "1") подключают стабилизированное напряжение питания на вход усилителя 34 через соответствующие калиброванные входные резисторы 38-40. Величины входных сопротивлений подобраны так, чтобы входные проводимости, т.е. масштабы преобразований, возрастали в зависимости от квадрата номера ячейки модели потока. При этом выходной сигнал усилителя 34 пропорционален интегральному параметру опрокидывающего момента транспортируемого по конвейеру консоли груза, так как в сумматоре 12 происходит суммирование произведений единичного веса гру.>а (по сигналам от возбужденных ячеек модели) на квадрат расстояния до оси консоли (квадрат номера ячейки модели потока задается подобранными масштабами преобразования входных сигналов сумматора).

Аналогично сумматору 12 выполнен сумматор 11 блока 3 упрежденного вычисления опрокидывающего момента, однако его входные проводимости (масштабы преобразований входных сигналов от ячеек модели 9) поцобраны линейно возрас. ающими в зависимости от номера ячейки модели. При этом выходной сигнал сумматора 11 и всего блока 3 пропорционален интеграль- . ному параметру опрокидывающего момента груза, так как в сумматоре 11 происходит суммирование произведений единичного веса груза на плечо действия силы (масштабы преобразования сумматора 11 пропорциональны номеру ячейки модели 9).

Первый 23 и второй 17 блоки суммирования выполнены идентично, например, в виде элементов суммирования 42 и 41 соответственно (на основе операционного усилителя) с элементами 44 и 43 соответственно. Элементом 43 задания задается значение постоянного слагаемого, с которым суммируется значение сигнала, поступающего на вход данного. блока (например, блока 17) суммирования.

Функциональный преобразователь 32 выполнен, например, в виде масштабирующего элемента (фиг. 3) на основе операционного усилителя 45 с набором сопротивлений 46 и 47 обратной связи, включенных параллельно через ключи 48 и 49, управляемые компараторами 50 и 51 (например, на операционных усилителях), основные входы которых соединены с входом масштабирующего элемента 45. При такой схеме функциональный преобразователь 32 осуществляет ступенчатую аппроксимацию требуемой передаточной функции снижения частоты резонансных колебаний нагруженной отвальной консоли при увеличении ее момента инерции: выходной сигнал сравнивается компараторами 50 и 5 1 с пороговыми уставками аргумента, устанавливаемыми при помощи элементов 52 и 53 задания, и в зависимости от величины аргумен- та соответствующие ключи шунтируют

1209772 сопротивления обратной связи усилителя.

Анализатор 31 резонансных колебаний выполнен, например, в виде перестраиваемого полосового фильтра, в частности в виде активного полосового фильтра с многопетлевой обратной связью (фиг. 4), который выполнен на основе операционного усилителя 54 с электрически управляемым регистром 55 (например, на полевом транзисторе), сопротивление которого определяет среднюю частоту пропус— кания фильтра.

Устройство работает следующим 15 образом.

При работе комплекса экскаваторотвалообразователь в измерителе 1 интенсивности потока измеряются погонная нагрузка и скорость транслортируемого конвейером груза (датчиками погонной нагрузки и скорости ленты) и вычисляется текущая производительность, т.е. интенсивность потока, которая формируется на выходе измерителя 1 в частотно-импульсной форме. Одновременно блок 2 контроля скорости движения ленты конвейера формирует сигнал в частотно-импульс.ЗО ной форме, причем его частота пропорциональна скорости движения конвейера отвальной консоли отвалообразователя. Сигналы об интенсивности потока на конвейере экскаватора и скорости движения конвейера отвальной консоли поступают соответст зенно на основные 5 и 6 и сдвиговые

7 и 8 входы моделей 9 и 10 потока.

Импульсный сигнал об интенсивности потока поступает с измерителя 1 на первую ячейку последовательного сдвигающего регистра соответственно моделей 9 и 10 потока, а содержание ячеек регистра морелей переносится в последующие ячейки регистра со скоростью, пропорциональной частоте, поступающей с блока 2 на сдвиговые входы 7 и 8 моделей 9 и 10, т.е. пропорционально скорости движения груза на отвальной консоли. Количество импульсов и их распределение по длине модели в данный момент соответствует весовому количеству и распределению по длине отвальной консоли горной массы, которое загрузит металлоконструкции отвальной консоли после транспортирования груза от мес B установки измерителя 1 интенсHB ности потока на экскаваторе до отвальной консоли отвалообразователя (т.е. спустя время упреждения), Сумматор ii блока 3 упрежденного вычисления опрокидывающего момента формирует на выходе аналоговый сигнал, соответствующий текущему значению опрокидывающего момента груза, действующего на отвальную консоль спустя время упреждения. Одновременно сумматор 12 блока 4 определения момента инерции формирует на выходе аналоговый сигнал, соответствуюший текущему значению момента инерции груза относительно оси качания отвальной консоли спустя то же время упреждения.

В первом и втором блоках суммирования происходит суммирование текущих значений указанных параметров груза (опрокидывающего. момента и момента инерции) с постоянными значениями аналоговых параметров собственно отвальной консоли без груза.

При этом на выходе блоков 17 и 23 суммирования формируются сигналы соответственно опрокидывающего момента и момента инерции консоли с грузом °

Значения опрокидывающего момента и момента инерции пустой отвальной консоли (без груза) легко определяются по,цанным завода †изготовите отвалообраэователя, расчетным или экспериментальным путем и вводятся предварительно в элементы 43 и 44 задания. Шарнирно закрепленная одним концом отвальная консоль отвалообраэо|зателя на винтовой подвеске при транспортировании по конвейеру переменногэ во времени грузопотока представляет собой механическую систему консоль-груз с переменным моментом инерции, совершающую вынужденные колебания под действием изменяющегося опрокидывающего момента. Колебания системы в общем виде описываются дифференциальными уравнениями — момент инерции системы; опрокипывающии момент системы; собственная

12097

10 частота колебаний системы;

Ч" — угол наклона системы;

n — коэффициент 5 демпфирования среды;

M (t) — возмущающее воздействие на систему; с — коэффициент жесткости чодвески.

Из приведенных уравнений очевидно, что частота вынужденных колебаний 15 системы с переменным моментом инерции определяется спектральным составом возмущающего воздействия, равного отношению опрокидывающего момента к моменту инерции. системы, которое 20 изменяется по произвольному закону при движении грузопотока. Поскольку интенсивность грузопотока изменяется во времени случайным образом в зависимости от управляющих воздействий машиниста роторного экскаватора, неоднородности (разной крепости) и не— стационарности забоя (из-за обрушений), от колебаний роторной стрелы и от других возмущающих воздействий, 30 то параметры опрокидывающего момента М, и момента инерции I,, находящегося на отвальной консоли отрезка грузопотока, также изменяются случайным образом. При этом из-за медленного изменения интегрального параметра момента инерции груза относительно медленно и плавно изменяется резонансная частота системы консоль-груз, одновременно изменяет- 40 ся случайным образом спектральный состав возмущающего воздействия М .

Если в изменяющемся сигнале возмущающего воздействия появляются значительные гармоники, имеющие частоту,45 близкую к резонансной зоне частот колебаний в данный момент, система входит в область резонансных колебаний, амплитуда которых возрастает с приближением частоты возмущающего воздействия к резонансной частоте и определяет величину дополнительных динамических нагрузок на металлоконструкции.

Характер зависимости резонансной частоты системы от момента инерции (резонансная кривая) определяется по заводским данным, расчетным путем

72 8 либо экспериментально при доэксплуатационном обследовании оборудования роторного комплекса, например путем определения максимума резонансной кривой при нескольких значениях момента инерции неподвижного груза.

По известной зависимости предварительно регулируют передаточную функцию функционального преобразователя

32 (при помощи элементов 52 и 53 задания).

При работе роторного комплекса в предлагаемом устройстве происходит упрежденное определение в блоках

3 и 4 параметров момента инерции и опрокидывающего момента груза (Т, Г1 ) и всей системы нагруженной консоли (?, M ) — в блоках 17 и 23. В блоке 29 происходит деление опрокидывающего момента системы на ее момент инерции для упрежденного определения мгновенного значения возмущающего воздействия. Одновременно функциональный преобразователь

32 в зависимости от параметра момента инерции формирует с тем же упреждением сигнал резонансной частоты системы. В анализаторе 31 резонансных колебаний происходит определение силы ожидаемых резонансных колебаний системы, а именно происходит фильтрация из сигнала возмущающего воздействия гармоник, близких по частоте к резонансной эрне частот системы (попадающих в полосу пропускания полосового фильтра с частотой пропускания, которая пересматривается в зависимости от величины резонансной частоты системы, путем регулирования электрически управляемого регистра 55). Выходной сигнал с анализатора 31 резонансных колебаний, который характеризует динамическую составляющую нагрузки, поступает на вход 21 адаптации блока 14 адаптивного порогового контроля, на первый вход 13 которого с тем же упреждением поступает характеризующий статическую составляющую нагрузки параметр опрокидывающего момента, а на второй вход 20 — допустимое значение этого параметра.

При возникновении в начале конвейерной линии роторного комплекса

;отрезка грузопотока (на скользящем интервале длины, равном длине отвальной консоли отвалообразователя), интегральные параметры которого вызовут спустя время упреждения резо1? <3 3 7 72

Ус3

Щг н зо I(.бания си(.темы нагру>;:ен—

В О! II;l II IIOII К()НСОЛП ВЫХОДНОII (ИГ а (;lлнзагора 31 резонансных коле(I:IíIIé возрастает и занижает величин текущего значения порога в блоке

li адаптивного порогового контроля с одновременной индикацией на индикаторе 1б о снижении допустимого порога контролируемого параметра.

Сравнивая но индикатору 1б упрежденно вычисляемый параметр силового режима (например, критичный для узлов подвески отвальной консоли опрокидывающий момент) с допустимым пороговым значением (при данном состоянии оборудования, и при силе ожидаемых резонансных колебаний, характеризующих допустимые динамические напряжения — по сигналу с

Выхода анализатора резонансных колебаний), машинист роторного экскаватора регулирует его мгновенную производительность с максимально возможной, но безопасной для защищаемых металлоконструкций эксплуатационной производительностью всего роторного комплекса. Даже гри ошибочных действиях машиниста и образо1(р ванин на конвейерах грузопотока с опасными для защищаемых металлокон. струкций параметрами сработает блок 14 адаптивного порогового. контроля и блок 6 аварийной сиг15 нализации для остановки конвейера и заблоговременного предотвращения недопустимых перегру 3oK ответственных металлоконструкций.

gluZ.,7

Составитель И. Назаркина редактор А. Шишкина Техред JI.Ìèêещ Корректор А. Зимокосов

Заказ 478/37 Тираж 642 Подписное

ВНИИПИ 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