Устройство для защиты стрелы экскаватора

 

Изобретение относится к области управления и защиты одноковшовых экскаваторов . Цель - повьшение надежности работы устр-ва путем упрощения схемы и наладки. Для этого оно снабжено блоком перемножения (БП) 21,вто . рым операционным усилителем (ОУ) 23, сумматором (С) 24 и узлом 26 определения синуса и косинуса угла поворота рукояти 2. Косинусный выход узла 26 подключен к первым входам С 24 и БП 21, а синусный - к входу ОУ 23. К второму входу БП 21 подключен выход датчика 15 вылета рукояти 2. Выход БП 21 соединен с вторым входом С 24. К третьему и четвертому входам С 24 подключены однополярные выходы ОУ 23. Пятый вход С 24 соединен с источником 20 питания постоянного напряжения . Выходной сигнал С 24, пропорциональный расстоянию от стрелы 1 до ближайших к стреле точек рукояти 2, поступает на первый вход первого ОУ 22. На его второй вход поступает сигнал , пропорциональный скоросрги приближения к стреле, с выхода блочка 25 дифференцирования, связанного с выхо (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1416624 А1 ч:Ы

ni n Е 02 F 9/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4038599/29-03 (22) 18.03.86 (46) 15;08.88. Бюл. Н 30 (71) Московский инженерно-строительный институт им. В.В.Куйбышева (72) В.Я.Ткаченко (53) 621.879.34(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 641038, кл. E 02 F 3/48, Е 02 F 9/20, 1974.

Авторское свидетельство СССР

Ó 1364669, кл. F. 02 F 9/20, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЦИТЫ СТРЕЛЫ

ЭКСКАВАТОРА (57) Изобретение относится к области управления и зашиты одноковшовых экскаваторов. Цель — повышение надежности работы устр-ва путем упрощения схемы и наладки. Для этого оно снабжено блоком перемножения (БП) 21, вторым операционным усилителем (ОУ) 23, сумматором (С) 24 и узлом 26 определения синуса и косинуса угла поворота рукояти 2. Косинусный выход узла

26 подключен к первым входам С 24 и

БП 21, а синусный — к входу ОУ 23. К второму входу БП 21 подключен выход датчика 15 вылета рукояти 2. Выход

БП 21 соединeí с вторым входом С 24.

К третьему и четвертому входам С 24 подключены однополярные выходы ОУ 23..

Пятый вход С 24 соединен с. источником 20 питания постоянного напряжения. Выходной сигнал С 24, пропорГ циональный расстоянию от стрелы 1 до ближайших к стреле точек рукояти 2, а

Ф поступает на первый вход первого ОУ

22. На его второй вход поступает сигнал, пропорциональный скорости приближения к стреле, с выхода блока 25 дифференцирования, связанного с выхо1416624 дом С 24, а на третий — сигнал, пропорциональный скорости электропринода механизма напора, с ныхода датчика

16 скорости. С однополярного выхода

ОУ 22 на второй управляющий вход системы 13 управления электроприводом

Изобретение относится к управлению и защите одноковшовых экскаваторов и предназначено для защиты стрел экскаватора с рабочим оборудованием меха5 нической лопаты от ударов рукоятью.

Целью изобретения является повышение надежности работы устройства путем упрощения схемы и наладки.

На чертеже приведена схема устрой 10 ства.

На чертеже указаны стрела 1 экскаватора, рукоять 2 с контом 3, седловой подшипник 4, Барабан 5 механизма подъема приводится в движение приводом подъема, включающим в себя двигатель подъема 6 с питающим его управляемым преобразователем 7 (генератором или тиристорным преобразователем), системой управления 8 и источником управляющего сигнала (командоаппаратом) привода подъема 9. Механизм 10 напора приводится н движение приводом напора, включающий в себя 25 двигатель 11, управляемый преобразователь 12, систему управления 13 и источник управляющего сигнала (командоаппарат) 14.

Устройство для защиты стрелы со- 3р держит датчик 15 вылета рукояти, который может быть выполнен в ниде сельсина с подключенным к era однофазной обмотке источником переменноГо напряжения и с подключенным к ны водам его трехфазной обмотки выпрямителем, либо в виде фазонращателя с включенным на его выходе преобразователем сдвига фаз в постоянное напряжение, датчик 16 скорости электропривода механизма напора, сельсин 17 с подключенным к его однофазной обмотке источником 18 переменного напряжения, выпрямитель 19, источник 20 постоянного напряжения, блок 21 пере- 45 множения, первый и второй операционнапора поступает сигнал для упреждения срабатывания устр"на защиты. Это исключает заход ближайших к стреле точек рукояти 2 эа границу допустимо" го приближения к стреле. 1 s,ï,ô-лы, 1 ил. ные усилители 22 и 23 с двумя однополярными выходами, сумматор 24 (может быть ныполнен на базе операционного усилителя), блок 25 дифференци" рования и узел 26 определения синуса и косинуса угла. поворота рукояти 2 экскаватора, включающий в себя указанный сельсин 17 с подключенным к

его однофазной обмотке источником 18 переменного напряжения, выпрямитель

19, а также дополнительно введенные фазочувстнительный выпрямитель 27 и два резистора 28 и 29, причем два резистора 28 % 29 включены последовательно между выводами двух фаэ трех" фазной обмотки сельсина, средняя точка между этими резисторами соединена с общей точкой выпрямителя 19 и фазочунстнительного выпрямителя 27, а крайний вывод одного из этих резисторов 28 подключен ко входу фазочувстнительного выпрямителя 27, выход которого соединен с синусным выходом указанного узла 26, вывод третьей фазы сельсина 17 подключен ко входу выпрямителя 19, выход которого соединен с косинусным выходам этого узла

26, а ось сельсина 17 соединена с поворачивающимся вместе с рукоятью 2 седловым подшипником 4 экскаватора, косинусный выход узла 26 определения синуса и косинуса угла поворота рукояти экскаватора подключен к первому входу сумматора 24 и к первому входу блока 21 перемножения, второй вход которого подключен к выходу датчика 15 вылета рукояти, а выход блока 21 перемножения подключен ко второму входу сумматора 24, синусный выход укаэанного узла 26 подключен ко входу второго операционного усилителя 23, первый и второй однополярные выходы которого подключены соответственно к третьему и четвертому входам сумматора 24, пятый вход которого со624 ный величине 1 cosy,1416 единен с источником 20 постоянного напряжения, а выход сумматора 24 подключен непосредственно и через блок

25 дифференцирования к первому и.второму входам первого операционного

5 усилителя 22 с двумя однополярными выходами, третий вход которого соединен с выходом датчика 16 скорости электропривода напора, а его первый однополярный выход подключен к второму управляющему входу системы управления 13 электропривода напорного механизма экскаватора.

В качестве датчика 15 вылета руко- 15 яти может использоваться также кодовый датчик угла поворота с включенным на его выходе цифроаналоговым преобразователем.

В качестве узла 26 определения си- 20 нуса и косинуса угла поворота рукояти экскаватора может использоваться также любой датчик угла (потенциометрический, индукционный, кодовый) с включенными на его выходе двумя функ- 25 циональными преобразователями (синусным и косинусным), но предложенное решение проще и надежнее. Для выполнения такого узла может также использоваться синусно-косинусный вращаю- 30 щийся трансформатор с выпрямителем и фазочувствительным выпрямителем, однако предложенное выполнение узла с сельсином (бесконтактным) является более надежным для сложных условий работы на экскаваторе в условиях вибраций, запыленности и воздействия атмосферных условий при установке сельсина непосредственно на рабочем оборудовании.

Устройство работает следующим образом.

При повороте ротора сельсина 17 (вместе с седловым подшипником 4 и рукоятью 2 экскаватора) между выводом .третьей фазы трехфазной обмотки этого сельсина и средней точкой между резисторами 28 н 29 формируется пере-. менное напряжение, пропорциональное косинусу угла поворота рукояти ср

50 (начальная ось отсчета этого угла проходит перпендикулярно оси стрелы

1 через ось вращения седлового подшипника 4):

Это напряжение в реальных преде II / лах изменения угла - — с — (не ме2 2 ( выпрямителя 27 достаточно велики, а няет своей фазы, поэтому после его выпрямления с помощью выпрямителя 19 на косинусном выходе узла 26 формируется напряжение одного знака, пропорциональное косинусу угла поворота рукояти.

Одновременно с резистора 28 снимается переменное напряжение, пропорциональное синусу указанного угла:

-Гз

U < = — Е ° sing.

5 h 2 и

Это напряжение меняет свою фазу на противоположную при изменении знака угла, поэтому после его выпрямления с помощью фазочувствительного выпрямителя 27 на синусном выходе узла 26 формируется постоянное напряжение, величина и знак которого соответствуют синусу угла поворота рукояти.

Указанные зависимости получены при условии, что входные сопротивления выпрямителя 19 и фазочувствительного сопротивления резисторов 28 н 29 одинаковы и существенно превышают canротивленне фаз трехфазной обмотки сельсина 17.

С косинусного выхода узла 26 на первый вход сумматора 24 поступает сигнал, пропорциональный величине (1 -1„ )" cosy, где 1,„ — расстояние между осью седлового подшипника 4 и границей допустимого приближения рукояти 2 к стреле 1, 1„ - начальный уровень отсчета датчика 15 перемещения электропривода механизма напора .(требуемые коэффициенты при перемен" ных величинах на всех входах сумматора 24 обеспечиваются выбором масштабов соответствующих сигналов).

С помощью блока перемножения 21 перемножаются сигналы, пропорциональные перемещению электропривода меха. низма напора 1< (c выхода датчика

15) и косинусу угла поворота рукояти (с косинусного выхода узла 26), в результате на второй вход сумматора

24 поступает сигнал, пропорциональ3

Б„, = — Е,„сов Ч, 55 где Š— максимальное значение фаз" ной ЭДС трехфазной обмотки сельсина, Сигнал на. синусном выходе узла 26 определения синуса и косинуса угла поворота рукояти поступает на вход второго операционного усилителя 23 с

1416624

1„ cosy + (1сг 1-но) cosy

1сг э

h при sing) 0 где h = 0 при sing=0

h при sing(0.

U с

dx

Кс(+ K U ) при (х+К вЂ” + K, U<) e 0

Ч с1с двумя однополярными выходами и при одном знаке входного сигнала формирует на одном из однополярных выходов операционного усилителя 23 напряже5 ние, пропорциональное величине -h х х sin ц (на другом выходе этого усилителя напряжение при этом равно нулю), а при другом знаке входного сигнала на втором однополярном выходе этого уси-;1О лителя появляется сигнал,пропорциональный величине +h > sin f (на первом однополярном выходе этого усилителя напряжение при этом равно нулю), где h и h - расстояния от оси седлового подшипника 4 до линий, проходящих вдоль оси рукояти,2 через соответственно верхнюю и нижнюю точки конструкции рукояти 2 и ковша 3, которые при неточном управлении могут ударить 20 по верхней и .нижней частям стрелы 1.

Использование второго операционного усилителя 23 с двумя однополярными выходами позволяет достаточно просто и практически без ненужной зоны не- .25 чувствительности (при переходе через нуль входного сигнала) обеспечить изменение коэффициентов при синусном сигнале при изменении направления по ворота рукояти 2, необходимость кото". 30 рого определяется тем, что в верхней и нижней частях стрелы координаты ближайших к ней точек рабочего оборудования различны, Укаэанные сигналы с однополярных выходов операционного усилителя 23 поступают соответственно на третий и четвертый входы сумматора

24, на пятый вход которого с выхода источника 20 постоянного напряжения поступает сигнал, пропорциональный ;40

1ег

В результате на выходе сумматора

24 формируется сигнал, пропорциональный расстоянию Х от.стрелы 1 до бли- 15 где K " коэффициент пропорциональноти между выходным сигналом

U и par"стоянием х от грас ницы приближения к стреле; жайших к стреле точек рукояти 2 в соответствии с выражением:

Выходной сигнал сумматора 24 поступает на первый вход первого операционного усилителя 22 с двумя однопо. лярными выходами, на второй и третий входы которого поступают сигналы,, пропорциональные скорости приближеdx ния к стреле —. (с выхода блока 25

dt дифференцирования) и скорости элект- ропривода механизма напора V„) с выхода датчика 16 скорости, причем последние два сигнала служат для упреждения срабатывания устройства защиты с целью исключения возможности захода ближайших к стреле точек рукояти эа границу допустимого приближения .к стреле, что повьппает надежность работы устройства и надежность рабочего оборудования экскаватора (необходимость такого упреждения срабатывания защиты определяется инерционностью эпектропривода и механизма, которые не могут мгновенно остановиться при появлении сигнала защиты), а также для обеспечения практически неколебательного переходного процесса при действии защиты, что также способствует повьппению надежности.

Поскольку выходной сигнал первого операционного усилителя 22 снимается с одного из однополярных выходов, величина этого сигнала определяется выражением: при (х+К вЂ” + K U ) — 0

dx

dt К,, К вЂ” коэффициенты упреждения сра а батывания защиты по скоростным сигнапам.

14!6624

При большем вылете рукояти, когда отсутствует опасность удара по стреле, выходной сигнал первого операционного усилителя 22 равен нулю и не оказывает влияния на работу электроприводов, движение которых определяется при этом величинами сигнала на выходах источников задающих сигналов (командоаппаратов) 14 и 9. При приб- 10 лижении к границе допустимого приближения к стреле (уменьшается величина х) сумма входных сигналов первого операционного усилителя 22 меняет знак и на его выходе проявляется сиг- 15 нал такого знака, который, поступая на вход системы управления 13 элект" ропривода напора, компенсирует сигнал с выхода источника 14 задающего сигнала и останавливает этот электро- 20 привод и механизм напора, исключая при этом удар по стреле из-за уменьшения вылета рукояти. Если при работающем приводе подъема продолжается приближение к стреле в результате поворота рукояти вокруг оси седлово-. го подшипника, подъемный канат наматывается на барабан 5 в верхней части стрелы или сматывается с барабана

5 в нижней части стрелы, то увеличивающийся в соответствии с приведенной зависимостью выходной сигнал первого операционного усилителя 22 обеспечивает,реверсирование электропривода напора и перемещение ближайших к стре- 35 ле точек рукояти вдоль границы допустимого приближения (вверх в верхней части стрелы и вниз в нижней части стрелы), исключая тем самым возможность удара по стреле из-за пере- 40 мещения механизма подъема.

Благодаря наличию упреждающих скоростных сигналов защита срабатывает тем раньше, чем больше скорость приближения к стреле ближайших точек ру- 45 кояти (сумма входных сигналов первого операционного усилителя 22 меняет свой знак при тем большем расстоянии от граничной линии, чем больше абсолютные значения скорости уменьшения 50 этого расстояния), что обеспечивает надежность работы устройства и надежность рабочего оборудования экскаватора. ф о р м у л а и э о б р е т е н и я

l. Устройство для защиты стрелы экскаватора, содержащее источники уп-. равляющих сигналов, системы управления и управляемые преобразователи электродвигателей подъема и напора, датчик скорости электродвигателя напора, датчик вылета рукояти, источник постоянного напряжения, блок дифференцирования, первый операционный усилитель, выход которого подключен к второму входу системы управления электродвигателя напсра, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности работы путем упрощения схемы v наладки, оно снабжено блоком перемножения, вторым операционным усилителем, сумматором и узлом определения синуса и косинуса угла поворота рукояти, косинусный выход которого подключен к первому входу сумматора и к первому входу блока перемножения, второй вход которого подключен к выходу датчика вылета рукояти, а выход к второму входу сумматора, синусный выход узла определения синуса и косинуса угла поворота рукояти подключен к входу второго операционного усилителя, первый и второй выходы которого подключены соответственно к третьему и четвертому входам сумматора, пятый выход соединен с источником постоянного напряжения, а выход сумматора подключен непосредственно и через блок дифференцирования соответственно к первому и второ" му входам первого операционного усилителя, третий выход которого соединен с выходом датчика скорости электродвигателя напора. (2. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что узел определения синуса и косинуса угла поворота рукояти содержит источник переменного напряжения, соединенный своей осью с поворачивающимся вместе с рукоятью седловым подшипником экскаватора, сельсин, выпрямитель, фазочувствительный выпрямитель и два резистора, причем источник переменного напряжения подключен к однофазной обмотке сельсина, два резистора включены последовательно между выводами двух фаэ трехфаэной обмотки сельсина,;средняя точка между этими. резисторами соединена с общей точкой выпрямителя и фазочувствительного выпрямителя, акрайний вывод одного из этих резисторов подключены к входу фазочувствительного выпрямителя, выход которого сое,динен с синусным выходом указанного!

1 41 Г>624 узла, вывод третьей фазь сельсина подключен к входу выпрямителя, выход которого соединен с косннусным выходом этого узла.

Составитель В.Чуприн «ÐeÀ Л.Олийнык Корректор М.Шароши

Редактор Н. Горват Заказ 4040/28 Тираж 637

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Произвсдственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4