Устройство для управления механизмом поворота драглайна

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

83 А (51) 4 Е 02 F 9/20 мени.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3805660/29-03 (22) 27.07.84 (46) О?,02.86. Бюл. № 5 (71) Московский ордена Трудового

Красного Знамени инженерно †строительный институт им. В.В.Куйбышева (72) В.Я.Ткаченко (53) 622.022.74(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 281600, кл. E 02 F 3/48, 1969.

Авторское свидетельство СССР №- 653347, кл. Е 02 F 3/48, 1977.

Авторское свидетельство СССР

¹ 682615, кл. Е 02 Е 9/?О, 1979. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ МЕХАНИЗМОМ ПОВОРОТА ДРАГЛАЙНА, содержащее регулятор тока, п -.дключенный к входу питающего преобразователя двигателя поворота, к первому и второму входам регулятора тока подключены соответственно выходы датчика тока и регулятора скорости, первый сумматор, от л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения эффективности гашения колебаний ковша, оно снабжено вторым сумматором, двумя инерционными звеньями первого порядка с регулируемой постоянной времени и блоком определения частоты колебаний ковша драглайна, выход которого подключен к входам регулирова— ния постоянной времени первого и второго инерционных звеньев первого порядка с регулируемой постоянной времени, выходы которых подключены к входам первого сумматора, выход которого подключен к третьему входу регулятора тока и к первому входу второго сумматора, к второму входу которого подключен выход регулятора скорости, выход второго сумматора подключен к входу первого инерционного звена первого порядка с регулируемой постоянной времени, выход которого подключен также к входу второго инерционногo звена первого порядка с регулируемой постоянной времени.

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок определения частоты колебаний ковша драглай;а содержит суммирующий усилитель с двумя диодно-резисторными цепочками, включенными встречно-пар, — лельно в цепи обратной связи, а также датчики длины подъемного и тягоього канатов и источник постоянного напряжения, подключенные к входам сумл ируь щего усилителя.

3. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что инерционное звено первого порядка с регулируемой постоянной времени содержит интегрирующий операционный усили— тель, блок перемножения и делитель напряжения, включенный между входом инерционного звена первого порядка с регулируемой постоянной времени и выходом интегрирующего усилителя, являющегося также и выходом инерционного звена первого порядка с регулируемой постоянной времени, выход делителя напряжения подключен к первым входам интегрирующего усилителя и блока перемножения, выход которого подключен к второму входу интегрирующего усилителя, а второй вход блока перемножения является входом регулирования постоянной времени интегрирующего звена первого порядка с регулируемой постоянной вре1209783

Изобретение относится к управлению экскаваторами и может применяться на мощных драглайнах, Цель изобретения — повышение эффективности гашения колебаний ковша.

На фиг. i приведена схема предложенного устройства на фиг, 2 — гра.— фик зависимости частоты колебаний ковша от суммы длин подъемного и тягового канатов и его аппроксимация в устройстве на фиг, 3 — графики, поясняющие работу устройства во время переходных процессов.

Устройство для управления механизмом поворота драглайна содерясит питающий двигатель 1 механизма поворота, преобразователь 2 (например тиристорный преобразователь или генератор) с подключенным к его входу регулятором 3 тока, включенные на входе регулятора 3 -ока регулятор 4 скорости (или регулятор напряжения) и датчик S така, соединенные последовательна первый 6 и второй, инерционные звенья первого порядка с регулируемой постоянной времени,, второй 8 и первый 9 сумматоры„ блок 10 определения частоты колеба— ний ковша драглайна, причем к входу первого инерционного звена 6 подклю-чен выход второго элемента 8 суммирования „ входь; которого соединены с выходами регулятора 4 скорости и первого элемечта 9 суммирования, выход последнего соединен также с входом регулятора 3 тока, а его входы соединены с выходами первого 6 и второго 7 инерционных звеньев„ входы регулирования постоянных времени которых подключены к выходу блока 10 определения частоты колебаний ковша, Блок 10 определения частоты колебаний ковша содержит датчики 11 и 12 длины подъемного и тягового канатов, источник 13 постоянного напряжения, .суммирующий операционный усили— тель 14 и две диодно — резисторные цепочки 15 и 16 (каждая из них представляет собой последовательно соединенные диод и резистор), причем последние включены встречно-параллельно в цепи обратной связи суммирующего операционного усилителя !4„ входы которога подключены к выходам источника 13 постоянного напряжения и датчиков 11 и 12 длины подъемного и тягового канатов.

11ервое 6 и второе 7 инерционные зьенья первого порядка с регулируемой постоянной времени выполнены одинаково и каждое из них содержит интегрирующий операционный усилитель 17 с двумя входами, блок 18 перемножения и делитель напряжения из двух резисторов 19 и 20, причем целител:ь напряжения включен между

10 входом инерционного звена 6 (или 7), к которому подключен резистор 19, и выходом интегрирующего операционного усилителя 17, к которому подключен резистор 20„ выход делителя

15 напряжения (средняя точка между резисторами 19 и 20) подключен к первому входу интегрирующего операцион— ного усилителя 17 и к первому входу блока 18 перемножения, выход которого

20 подключен к ьторому входу интегриpóI0ùeão операционного усилителя 17, а второй вход блока 18 перемножения подключен к входу регулирования пас— тоянной времени инерционного звена 6 (или 7),, На фиг. 2 график 21 характеризует з ависимость частоты колебаний ковша драглайна о„от суммы длин подъем— н >го и тягового канатов „+, (на3б чальный уровень отсчета суммы длин канатов равен ее минимальному значению: длине стрелы драглайна), à графяк 22 показывает аппроксимацию указанной зависимости в предложенном устройстве с помощью функционального блока 10.

На фиг. 3 показаны графики изме— пения во времени при разгоне поворотной платформы драглайна суммарного сигнала на входе регулятора 23 тока, отклонения ковша от вертикальной плоскости 24 (угол il ) и угловой скорости Я вокруг оси поворотной платфорII 25.

Устройство работает следующим образом, Выходные сигналы датчика 11 длины подъемного каната и датчика l2 длиiIII тягового каната поступают на в::.оды суммирующего усилителя 14 „ г,,е Ix сумма,. про=.opциональная (l, + („ ), сравнивается с сигналом с вь:хода источника 13 постоянного напряжения, пропорциональным расчетному значению суммы длин канатов (сре,Iíå>Ió между грани ейными значениями этой суммы (Е„ + Р, ). При равенстве текущего и рас«ет..ога значений

1 209783 суммы для канатов выходной сигнал усилителя 14 равен нулю. Расчетному значению суммы длин канатов соответствует расчетное значение частоты колебаний ковша с)„р, которое целесообразно выбирать равным среднему геометрическому из граничных значений. Увеличение суммы длин канатов приводит к уменьшению частоты колебаний ковша, а ее уменьшение увеличивает частоту колебаний (график 21 на фиг. 2). При отклонении суммы длин канатов от расчетной на выходе суммирующего усилителя 14 появляется сигнал

= K (с)» Ы кр ), где K w — масштаб- !5 ный коэффициент, определяющий отклонение частоты колебаний ковша от ее расчетного значения (график 22 на фиг, 2). Включение в цепь обратной связи суммирующего операционного усилителя 14 двух диодно-резисторных цепочек 15 и 16 позволяет для разных знаков отклонения суммы длин канатов от расчетной выбирать разные коэффициенты усиления (выбором разных значений сопротивлений резисторов этих цепочек), обеспечивающие достаточную точность аппроксимации зависимости частоты колебаний ковша от суммы длин канатов.

Выходной сигнал Ос4 функционального блока определения частоты коле баний ковша поступает на входы регулирования постоянной времени первого 6 и второго 7 инерционных звеньев первого порядка. Поступая на второй вход блока 18 перемножения этих инерционных звеньев, указанный сигнал изменяет постоянную времени согт 40 ласно зависимости Т- ) где K (+ кО,, масштабный коэффициент блока перемножения, а Т = ./с)„ — расчетное значение постоянной времени, определяемое произведением величин входного сопротивления и емкости конденсатора обратной связи интегрирующего операционного усилителя 17 и принимаемое равным обратной величине час.тоты (расчетной) колебаний ковша, С увеличением частоты колебаний ковша по сравнению с расчетной и с одновременным увеличением положительного сигнала !(с выхода функционального блока 10 постоянная времени инер- ционных звеньев 6 и 7 уменьшается, а с уменьшением частоты колебаний ковша по сравнению с расчетной и с одновременным увеличением отрицательного сигнала - !!ы с выхода функционального блока 10 эта постоянная времени увеличивается. Таким образом, практически при любом значении частоты колебаний ковша постоянная времени инерционных звеньев 6 и 7 равна

I обратной величине частоты колебании

Т = 1/ я „, а их передаточная функция описывается выражением W»

1/(+ РЪ,.

Передаточные коэффициенты второго элемента 9 суммирования выбираются равными двум по о оим входам, а передаточные коэффициенты первого элемента 8 суммирования выбираются по входу, соединенному с выходом регулятора 4 скорости, равным — ( к) а по входу, соединенному с выходом первого элемента 9 суммирования, равным 1 —,к, где „ — относительный коэффициент затухания колебаний ковша, который обычно не превышает величины 0,02-0,05 и не может существенно уменьшить амплитуду колебаний ковша, а — желаемое значение относительного коэффициента затухания, которое при необходимости полного исключения колебаний ковша и обеспечения апериодического переходного процесса должно выбираться равным единице. В этих условиях в начале разгона поворотной платформы драглайна с выхода регулятора 4 скорости практически скачкообразный сигнал поступает через второй элемент 8 суммирования на вход первого инерционного звена б первого порядка, выходной экспоненциальный сигнал которого со знаком, противоположным знаку входного сигнала, поступает на вход первого элемента 9 суммирования и на вход второго инерционного звена 7 первого порядка, выходной сигнал последнего с изменяющимся на противоположный знаком поступает на вход элемента 9 суммирования, а выходное напряжение элемента 9 суммирования; характеризуемое при этом зависимостью

Од -Орс 2((„1 <.< e к поступает в качестве дополнительного сигнала на вход регулятора 3 тока (a при выборе (,к с 1 и на вход элемента 8 суммирования) ° Учитывая, что инерционность контура регулирования тока значительно меньше периода ко1209783

3 лебаний ковша, характер изменения угла отклонения ковша от вертикальной плоскости будет практически монотонным без колебаний и перерегулиронаний и определяется зависимостью которая вытеКает из решения дифферен- 10 циального уравнения движения ковша при действии на входы регулятора 3 тока выходного сигнала .регулятора скорости Ур и дополнительного сигнала U с выхода элемента 9 суммирования

1 3 0 Е, Jq — — i2 — — (y =К (О ++U

<ц gg tft рс А

20 где К, - коэффициент пропорциональности.

Дополнительный сигнал U с выхо—

* да элемента 9 суммирования вычитается на входе регулятора 3 тока. из выходного сигнала U регулятора 4 скорости и в результате на входе регулятора 3 тока формируется суммарный сигнал управления (график 23 на фиг. 3), который обеспечивает 30 плавное отклонение ковша до устанс— вившегося значения „„, определяемого заданным средним ускорением о поворотной платформы драглайна, без перерегулирований и колебаний (график 24 на фиг ° 3). При этом и угловая скорость вращений вокруг оси поворота платформы будет иметь апериодический характер (график 25 на фиг, 3). определяемые выражением 40

При приближении скорости поворота платформы к установившемуся значению выходной сигнал регулятора скорости уменьшается до нуля и в результате переходных процессов, аналогичных укаэанным, угол отклонения ковша от вертикальной плоскости плавно, без колебаний и перерегулирований, уменьшается до нулевого значения (фиг. 3), Аналогичные процессы происхоцят при торможении и реверсе поворотной платформы.

Введенные в схему устройства элементы 8 и 9 суммирования обеспечивают простоту наладки устройства и его проверки в процессе эксплуатации.

В устройстве не требуется выполнять всегда реализуемых с ошибкой операций дифференцирования, которые усложняют устройство и снижают эффективность гашения колебаний ковша, что особенно существенно при весьма низкой частоте колебаний ковша, характерной для драглайна. Повышению эффективности гашения колебаний и упрощению устройства способствует новый принцип управления, который заключается в том, что в отличие от известного устройства, осуществляется не демпфирование возникающих колебаний, а формирование такого управляющего воздействия на механизм поворота (график 23 на фиг. 3), который исключает возможность возникновения колебаний ковша (график 24 на фиг. 3). Формирование такого управляющего воздействия обеспечивается с помощью введенных в устройство двух соединенных последовательно инерционных звеньев первого порядка с регулируемой постоянной времени, сумма. выходных сигналов которых и формирует требуемое для достижения поставленной цели управляющее воздействие, Простота выполнения функционального блока определе— ,ния частоты колебаний ковша также обеспечивает упрощение устройства и .повышение эффективности гашения колебаний. Длительность процесса перехода к равноускоренному или равнозамедленному движению при полном исключении колебаний составляет в предложенном устройстве не более трети периода колебаний ковша (при выборе к = 1), а если допустить небольшие колебания с амплитудой до 57 от установившегося значения, то эту длительность можно сократить цо шестой части периода колебаний за счет

° выбора величины относительного коэффициента затухания „,= -(2/2 и соответствующего изменения передаточных коэффициентов элемента 8 суммирования, в то время как в известном устройстве для этого требуется не менее половины периода колебаний ковша, а в широкое применяемых устройствах (например, мощный драглайн ЭШ 15/90А), r;(e уменьшение амплитуды колебаний ковша достигается уменьшением скорости на7 1 растания управляющего сигнала, для удовлетворительного демпфирования колебаний требуется длительность этого переходного процесса не менее периода колебаний ковша, а при уменьшении этой длительности амплитуда колебаний достигает не менее 25-357 от среднего значения угла отклонения ковша,,что увеличивает нагрузки на рабочее оборудование.

209783 8

Таким образом, предложенное устройство обеспечивает увеличение эффективности гашения колебаний и за счет этого повышение производительности драглайна, точности позиционирования ковша в забое и у отвала, уменьшение нагру зок на рабочее оборудование и тем самым повышение надежности дреглайна.

Фиг. /

1209783

-(/р+ 1 т)p

Редактор А.Козориз

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", г.ужгород, ул.Проектная, 4 (a+

Риз. Г

g ф

Составитель И.Назаркина

Техред Л.Микеш Корректор А.Зимокосов