Устройство для ограничения динамических усилий в механизме экскаватора

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах механизмов экскаваторов, буровых установок, прокатных станов и др.машин. Цель - повышение эффективности ограничения динамических усилий путем повышения быстродействия и помехоустойчивости устройства. Устройство содержит сумматоры 1,2,3, регуляторы напряжения 4 и тока 5, вентильный преобразователь 6, датчики тока 7, напряжения 8 и момента 10 в упругом элементе 11 между электродвигателем (ЭД) 9 и исполнительным механизмом 12, нелинейные элементы 13 и 15 с зоной нечувствительности, дифференцирующий усилитель (ДУ) 14, дифференцирующее звено 16, фильтр 17 и источник 18 сигнала задания. Преобразователь 6 является регулируемым. Величина его выходного напряжения (тока) зависит от уровня выходного сигнала регулятора 5. Датчик 7 тока установлен в цепь якоря ЭД 9 и образует контур обратной связи, выходной сигнал которого пропорционален рабочему току ЭД 9. Источник 18 сигнала задания определяет темп разгона (торможения) ЭД 9, а ДУ 14 формирует сигнал, зависящий от амплитуды и скорости изменения крутящего момента. Благодаря этому осуществляется эффективное демпфирование любых колебаний, превышающих по величине стопорное значение момента. Помехоустойчивость контура ограничения динамических нагрузок повышается благодаря последовательно соединенным элементу 15 и звену 16. В момент времени, когда сигнал на выходе ДУ 14 близок к зоне "насыщения", открывается элемент 15, и в цепь обратной связи ДУ 14 включается звено 16. Таким образом исключается режим "насыщения" ДУ 14. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 Е, 02 F 9/20, Н 02 Р 5/06

6 0аац =

ЙА1ЫТКЗ Ц), :,,Е„ ",;.1Д

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АBTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4342900/29-03 (22) 15.12.87 (46) 23.09.89. Бюл. № 35 (71) Производственное объединение

"Уралмаш" и Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) А,M.. :oðèñoâ, Q.Ô. Савенков, . С.Д. Левинтов, А,Б. Розенцвайг, Б.В. Ольховиков и В.Н. Цветков (53) 621.879 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 442272, кл. Е 02 Р 9/20, 1972.

Авторское свидетельство СССР № 866074, кл. Е 02 Р 9/20, 1977.

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОГРАНИЧЕПИ51 ДИНАМИЧЕСКИХ УСИЛИЙ В ИЕХАНИЗМЕ ЭКСКАВАТОРА (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах механизмов экскаваторов, буровых установок, прокатных станов и др. машин. Цель — повышение эффективности ограничения динамических усилий путем повышения быстродействия и помехоустойчивости устройства. Устройство содержит сумматоры 1, 2,3, регуляторы напряжения 4 и тока

5, вентильный преобразователь 6, датчики тока 7, напряжения 8 и моМента

3 1509488 4

10 в упругом элементе 11 между элек- формирует сигнал, зависящий от амтродвигателем (ЭД) 9 и исполнительным плитуды и скорости изменения кр» я механизмом 12, нелинейные элементы щего момента. Благодаря этому осу13 и 15 с зоной нечувствительности, ществляется эффективное демпфирование дифференцирующий усилитель.(ДУ) 14, любых колебаний,,превышающих по ведифференцирующее звено 16, фильтр личине стопорное значение момента.

17 и источник 18 сигнала задания. Помехоустойчивость контура ограничеПреобразователь 6, является регулируе- ния динамических нагрузок повышается мым. Величина его выходного напряже- 10 благодаря последовательно соединенния (тока) зависит от уровня выходно- ным элементу 15 и звену 16. В момент го сигнала регулятора 5. Датчик 7 времени, когда сигнал на выходе ДУ

1 тока установлен в цепь якоря ЭД 9 14 близок к зоне насьпцения, открываети образует контур обратной связи, ся элемент 15.и в цепь обратной связи выходной сигнал которого пропорцио- 15 ДУ 14 включается звено 16, Таким обнален рабочему току ЭД 9. Источник разом исключается режим насьпцения

18 сигнала задания определяет темп ДУ 14. 2 ил. разгона (торможения) ЭД 9, а ДУ 14 ветствующих параметров электродви гателя 9.

Вентильный преобразователь 6 является регулируемым, величина его выходного напряжения (тока) зависит от уровня выходного сигнала регулятора 5. Датчик 7 тока, установленный в цепь якоря электродвигателя 9, образует контур обратной связи, выходной сигнал которого пропорционален рабочему току электродвигателя 9.

Датчик 8 напряжения формирует сиг-. нал, пропорциональный среднему.значению выходного напряжения преобразователя 6.

Датчик 10 момента формирует на выходе сигнал, пропорциональный мо- менту на контролируемом валу в кинематической цепи между электродвигателем 9 и исполнительным механизмом 12, Звенья 11 и 12 отображают рабочие органы экскаватора. Первое клиновое звено 13 имеет зону нечуветвительности +С (фиг.2) и единичный коэффициент передачи в диапазоне, превышающем (по модулю) уровень + С.

Дифференцирующий усилитель 14 имеет передаточную функцию, например,последовательно включенных двух форсиРующих звеньев

Целью изобретения является повышение эффективности ограничения динамических усилий путем повышения быстродействия и помехоустойчивости устройства.

На фиг.1 показана функциональная схема устройства, на фиг.2 — временная диаграмма сигналов устройства.

Устройство (фиг.1) содержит первый

1, второй 2 и третий 3 сумматоры,регулятор 4 напряжения, регулятор 5 40 тока, вентильный преобразователь 6, датчик 7 тока, датчик 8 напряжения электродвигатель 9 датчик 10 момента в упругом элементе 11 между дви-. гателем 9 и исполнительным механизмом 45

12, первый нелинейный элемент 13 с зоной нечувствительности, дифференцирующий усилитель 14, второй нелинейный элемент 15 с зоной нечувствительности, дифференцирующее звено 16, фильтр 17 и источник 18 сигнала задания.

Сумматоры 1-3 имеют единичный коэффициент передачи во всем диапазоне изменения управляющих воздействий, Регулятор напряжения 4 и тока 5, например пропорционально интегральные, служат для регулирования соот50

Изобретение относится к электротехнике и предназначенодля использования в электроприводах механизмов экскаваторов, а также буровых установок, прокатных станов и других машин.

W(p) = (Т,р + 1)(Т р + 1) (1) где Т, и Т вЂ” постоянные времени.

Максимальный выходной сигнал усилителя 14 соответствует величине + А.

1509488

W(p) = Тр+1, 10

Второй нелинейный элемент 15 вь полнен с зоной нечувствительности8 =

= + (А-h) где $ « A и имеет единичный коэффициент передачи в диапазоне, превышающем величину 8, Передаточная функция звена 16 соответствует виду где Т вЂ” постоянная времени.

Фильтр 17 реализует передаточную 15 функцию, например, апериодического звена.

w(p), +, Т р+1 с постоянным времени Т .

Источник 18 сигнала задания определяет темп разгона (торможения) электродвигателя 9.

Устройство работает следующим образом.

При превьшiении крутящим моментом M стопорного значения M на выходе элемента 13 появляется напряжение, кото- З0 рое подается на дифференцирующий усилитель 14. Форсирующие звенья дифференцирующего усилителя 14 настрое ны соответственно на компенсацию постоянных времени управляемого преобразователя 6 и электромеханической постоянной времени привода. Напряжение дифференцирующего усилителя 14 через фильтр 17 подается на сумматор

2, формируя изменение задания регуля- 40 тору 5 тока необходимой амплитуды и фазы, препятствующие колебаниям динамического момента и его превышению над стопорным значением. При увеличениях момента сигнал дифференци- 45 рующего усилителя 14 имеет полярность, противоположную полярности регулятора, и напряжения П ц . При П „ > О „ изменяется полярность напряжения на входе регулятора 5 тока, а двигатель 50 переводится в режим рекуперативного торможения. Благодаря тому, что дифференцирующий усилитель формирует сигнал, который зависит как от ам.плитуды, так и от скорости изменения крутящего момента, осуществляется эффективное демпфирование любых колебаний, превышающих по величине стопорное значение момента.

Помехоустойчивость контура ограничения динамических нагрузок дости1 гается введением элемента 15 и звена

16. Предположим, что в момент времени t (фиг.2) на вход сумматора 3 (фиг.1) воздействует высокочастотная помеха x„(t), которая суммируется с полезной составляющей сигнала на.выходе элемента 13. Считаем, что информативный сигнал x <<(t) на выходе усилителя 14 за время действия помехи является величиной постоянной (фиг.2).

При достаточно высоком уровне сигнала помехи в момент времени tz результирующий выходной сигнал х, (t) и х „ (t) усилителя 24 достигает зоны насыщения операционного усилителя и в интервале t --t ограничивается на уровне + А. (здесь x+(t) сигнал помехи после его прохождения через дифференциальный усилитель 14). В результате полезная составляющая х „4(t) выходного напряжения усилителя 14 уменьшается на величину Ах,пропорциональную вольт-секундной площади

S (фиг.2), что эквивалентно уменьшению коэффициента усиления усилителя

14 для полезной составляющей входного сигнала.

Для исключения указанного недостатка служат элементы 15 и 16. В момент времени t когда сигнал на выходе усилителя 14 близок к зоне насыщения, открывается элемент 15 и в цепь обратной связи усилителя 14 включается дифференцирующее звено 16.

Вследствие увеличения постоянной времени усилителя 14 его выходной сигнал движется по траектории а-Ь (фиг.2), которая лежит ниже уровня

+А. В интервале t>-t< происходит перезаряд форсирующего звена 16. В точке С элемент 15 выключается, выходное напряжение усилителя 14 скачком достигает траектории движения сигнала х,+ (t) + x (t) .

Таким образом, введение второго нелинейного. элемента 15 и звена 16 исключает режим насыщения усилителя

14, повышая помехоустойчивость контура ограничения динамических нагрузок экскаватора.

Предлагаемое устройство повышает эффективность ограничения динамичеоких нагрузок за счет реакции не только на величину, но и на скорость изменения нагрузки механизма. Устройство работает только в функции нагруз1509488

Формула изобретения

Устройство для ограничения динамических усилий в механизме экскаватора, включающее последовательно включенные источник сигнала задания, первый сумматор, регулятор напряжен4я, второй сумматор, регулятор тока, вентильный преобразователь, выход которого подключен в цепь якоря электродвигателя, на валу которого установлен датчик момента, а выхоц последнего подключен к входу первого нелинейного элемента, датчик тока, 20

Составитель В. Чуприн

Редактор И. Шулла Техред И.Верес Корректор С.Шекмар

Заказ 5773/26 Тираж 589 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент, r.Óæãîðîä, ул. Гагарина,101 ки, исключается релейное отключение, устройства при нулевых скоростях привода, устраняя крутильные колебания г нагрузки при стопорении привода из5 за наличия упругих элементов в кинематической цепи. Подбором постоянной времени усилителя 14 обеспечивается требуемый характер переходного процесса тока при стопорении без введения дополнительных узлов. Повышается помехоустойчивость устройства. ограничения. включенный в цепь якоря электродвигателя, выход которого подключен к второму входу второго сумматора,. датчик напряжения, вход которого подключен к выходу вентильного преобразователя, а выход датчика напряжения подключен к второму входу первого сумматора, о т л и ч а ю щ е. е с я тем, что, с целью повышения эффективности ограничения динамических усилий путем повышения быстродействия и помехоустойчивости, оно снабжено третьим сумматором, дифференцирующим усилителем, фильтром, вторым нелинейным звеном и дифференцирующим звеном, при этом выход третьего сумматора подключен через последовательно соединенные дифференцирующий усилитель и фильтр к третьему входу второго сумматора, выход дифференцирующего усилителя также через последовательно соединенные второе нелинейное звено и дифференцирующее звено подключен к второму .входу третьего сумматора, к первому входу кото- рого подключен выход первого нелинейного элемента.