Устройство для управления электроприводом механизма поворота одноковшового экскаватора

 

Изобретение относится к электроприводам постоянного тока, может быть использовано в механизмах поворота одноковшовых экскаваторов и кранов. Цель изобретения - повышение производительности экскаватора путем оптимизации переходных процессов. Устройство содержит приводной двигатель 1 и управляемый преобразователь 2, к входу которого подключены последовательно соединенные регулятор 3 тока и регулятор 4 напряжения. Параллельно регулятору 4 включены элементы 5 и 6 ограничения, подключаемые к регулятору 4 через оптоэлектронные ключи (ОК) 7 и 20. Параллельно второму резистору 11 делителя напряжения задания подключен вход дифференцирующего элемента (ДЭ) 16. Через последовательно соединенные блок 17 выделения модуля, одновибратор 18 и ограничительный резистор 19 к светодиоду ОК 20 подключен выход ДЭ 16. При появлении скачкообразного сигнала на выходе ДЭ 16 через блок 17 запустится одновибратор 18 и на его выходе сформируется сигнал прямоугольной формы, определяемый времязадающей цепью одновибратора 18. Длительность импульса одновибратора 18 выбирается такой, чтобы за это время успели выбраться максимально возможные зазоры в передаче. Импульс с одновибратора 18 поступает на ОК 20, которые воздействуют на регулятор 4. Это приводит к ограничению тока в преобразователе 2, а следовательно, и к снижению динамического момента при пуске двигателя 1. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 Е 02 F 9/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .М А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (61) 1234538 (21) 4488756/31-03 (22) 03.10.88 (46) 30.08.90. Бюл. № 32 (71) Львовский политехнический институт им. Ленинского комсомола, Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по автоматизированному электроприводу в промышленности, сельском хозяйстве и на транспорте и Производственное объединение «Уралмаш» (72) P. С. Кишко, В. И. Кузнецов, Б. Г. Бойчук, В. A. Наумов, Б. В. Ольховиков и В. В. Березин (53) 621.879.38 (088.8) (56) Ключев В. И. Теория электропривода.

М.: Энергоатомиздат, 1985.

Авторское свидетельство СССР № 1234538, кл. Е 02 F 9/20, Н 02 P 5/00, 1984.

„„SU„„1588846 А 2

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ МЕХАНИЗМА ПОВОРОТА ОДНОКОВШОВОГО ЭКСКАВАТОРА (57) Изобретение относится к электроприводам постоянного тока, м. б. использовано в механизмах поворота одноковшовых экскаваторов и кранов. Цель изобретения — повышение производительности экскаватора путем оптимизации переходных процессов.

Устройство содержит приводной двигатель 1 и управляемый преобразователь 2, к входу которого подключены последовательно соединенные регулятор 3 тока и регулятор 4 напряжения. Параллельно регулятору 4 включены элементы 5 и 6 ограничения, подключаемые к регулятору 4 через оптоэлектронные ключи (ОК) 7 и 20. Параллельно второму резистору 11 делителя напряжения задания подключен вход дифференцирующе1588846

3 4!.о элемента (ДЭ) 16. Через послепователь: спели«ен«ые блок 17 выделения м >у, :, олцовибрятор 18 и ограничительный резис1ор !9 к светодиоду ОК 20 полкл>очец гыхол ДЭ 16. При появлении скачкообрязцс о сигнала ца выходе ДЗ !6 через блок 7 з»пустится олцовибратор 8 и iia его выхоле сформируется сигнал прямоугольной формы,. определяемый времязадающей цепью олиовцбраторя 18. Длительность импульса одИзобретение относится к электропривоЛ»::д но сис>еме управляемый преобразователь — двигатель постоянного тока с подчиненным регулированием н может быть ис20 цольэовацо в электроприводах механизмов поворота одцоковшовых экскаваторов, а также в механизмах поворота и поступательйого перемещения кранов и в подобных им механизмах с большим моментом инерции, содержащих многоступенчатые редукторы.

Цель изобретения — повышение производительности экскаватора путем оптимизац>н1 переходных процессов. Ня фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; иа фиг. 2 — временные ЗР диаграммы, иллюстрирующие работу устройства при изменении цбложения команлоконтроллсра; l13 фиг. 3 — статические харякIåðèoTIn

Устройство включает в себя приводной двигатель 1, управляемый преобразователь

2, регулятор 3 тока, регулятор 4 напри>кения, первый 5 ц второй 6 элементы ограниченйя, оптоэлектронный ключ 7, резисторы

8 — 13, вентильиый мост 14, командоконтрол- Iep !5, дифференциру!ощий элемент 16 4р б лок 17 выделения модуля, олновибратор 18, лополши ельцый ограничительный резистор 19 и лопочцительный оптоэлектронный кл>оч 20.

Приво„",Holi двигатель 1 питается oi преабразователя 2, управление которым осу- 45 ществляется с помощью регулятора 3 тока и регулятора 4 напряжения. Регулятор напряжения имест первый элемент 5 ограничения выходного напряжения и второй элемент 6 ограничения, который подключен параллельно первому элементу ограничения через выход оптоэлектронного ключа 7 и последовательно соединенный с ним дополнительный регулируемый резистор 8. Параллельно элементу 5 ограничения подключен резистор 9. Последовательно соединенные первый ii вто1>ой j>P3nc Iоры 10 B 1 1 об!> >эуют делитель напряжения задания. Выход делителя через резистор 12 подключен на вход регулятор» 4 напря>кения. Вход оптоэлекцовибряторя 18 выбирается такой, чтобы за это время успели выбраться максимально возмо>кные зазоры в перелаче. Импульс с олцовибраторя 18 поступает иа ОК 20, которые воздействуют на регулятор 4. Это приводит к ограничению тока в преобразователе 2, я слеловательно, ц к снижению динамического момента при пуске лвигателя l.

3 ил. тронного ключа 7 через ограничивающий резистор 13 полклк>чен на выход не«тиль«ого моста 14, вход которого подключен параллельно регулируемому с.помощью командокоцтроллера 15 первому резистору 10 делителя напряжения. Параллельно второму резистору I! делителя напряжения задания подключен вход дифференцирующего звена

16, выход которого соединен с входом звена выделения модуля 17, выход последнего соединен с вхолом одновибратора !8, выход которого через дополнительный ограничительный резистор 19 подключен к входу дополнительного onтоэлектроцного ключа 20. Выход последнего подключен параллельно цепочке, состоящей из дополнительного регулируемого резистора 8 и подключенного к нему последовательно выхода реверсивного оптоэлектронного ключа 7 в цепи второго элемента 6 ограничения выходного напряжения регулятора 4 напряжения.

Устройство работает следующим образом.

Если командоконтроллер 15 резко переводится из нулевого положения в крайнее рабочее, соответствующее, например, повороту экскаватора вправо, напряжение ца втором резисторе 11 делителя напряжения задания скачкообразно изменяется до максимальной величины (4. (фиг. 2а). При этом ца выходе диффереццирующего элемента б появляется импульс напри>кения U (фцг. 2б), а ца выходе блока 17 выделения модуля — импульс напряжения LJ (фиг. 2II). Импульс напряжения 1!> запускает олцовибратор 18 и ца его выходе образуется сигнал Ue (фиг. 2г) прямоугольной формы длительностью tII, определяемой времязадающей цепью одновибратора 18. Прц появлении сигнала UI> открывается дополнительный оптоэлектронный ключ 20, выходом которого шуцтируется выход оптоэлектронного ключа 7 и включенный с ним последовательно регулируемый резистор 8 в цепи второго элемента б ограш> >ения регулятора 4 напряжения. При этом обеспечивается минимальная величина задания регулятора 3 тока, опреде1588846 ляемая величиной напряжения ограничения элемента 6 ограничения. Этому значению задания регулятора 3 тока соответствует статическая характеристика 7 электропривода со значением стопорного тока I„! (фиг. 3).

Длительность сигнала to выбирается такой, чтобы за это время успевали выбраться максимально возможные зазоры в передаче.

Работа привода в начальный период пуска при наличии зазоров в передаче имеет три характерные стадии. В первой стадии, когда зазоры не выбраны ввиду малого момента инерции системы, приведенного к валу двигателя, имеется большое расхождение между динамической и статической характеристиками электропривода и разгон осуществляется с минимальным значением тока якоря двигателя. После выбора зазоров вследствие присоединения больших инерционных масс поворотной платформы, стрелы и ковша резко увеличивается момент инерции системы, уменьшается расхождение между динамической и статической характеристиками электропривода и ток якоря двигателя увеличивается, приближаясь к значению Icr

На второй стадии с этим значением тока якоря происходит дальнейший разгон.

По истечении времени to оптоэлектронный ключ 20 закрывается и ток якоря повышается до значения, определяемого величиной напряжения ограничения первого элемента 5 ограничения. Этой величине напряжения ограничения регулятора 4 напряжения соответствует статическая характеристика 1 электропривода (фиг. 3) со значением стопорного тока 1, при котором обеспечивается дальнейший разгон с максимально допустимым ускорением, что соответствует третьей стадии пуска.

Если при подаче команды на пуск зазоры в передаче выбраны, начальный период разгона характеризуется только двумя стадиями, определяемыми двумя значениями задания регулятору 3 тока в соответствии со значениями напряжений ограничения элементов 6 и 5 ограничения регулятора 4 напряжения. В этом случае после подачи команды на пуск двигатель разгоняется до скорости, определяемой точкой а на характеристике 7. По истечении времени to ток якоря двигателя повышается до значения 1, (точка б на характеристике 1) и дальнейший разгон происходит в соответствии с характеристикой 1 до точки в установившегося. режима работы со статическим током.

Моменту времени t! (фиг. 2) соответствует подача команды на торможение привода путем резкой перестановки командоконтроллера в нулевое положение. При этом сигнал задания Upp скачком уменьшается до нуля (фиг. 2а). На выходе дифференцирующего элемента 16 появляется сигнал Ц; отрицательной полярности (фиг. 2б), который блоком 17 выделения модуля инвертируется в положительный сигнал U (фиг. 2в). Сигнал Uw запускает одновибратор 18 и на его выходе образуется сигнал Uo той же длительности to, что и в начале пуска (фиг. 2г).

Сигнал Uo открывает дополнительный оптоэлектронный ключ 20, выходом которого на время to устанавливается величина задания регулятора 3 тока, которому соответствует статическая характеристика 8 электрот!ривода со значением стопорного тока — 1 т!.

10 Таким образом, в начальной стадии торможения, при которой могут разрываться кинематическая цепь и образовываться максимальные зазоры в передаче, ток якоря двигателя ограничивается значением, обеспечивающимм плавный выбор . зазоров. По истечении времени to дополнительный опто- электронный ключ 20 закрывается и ток якоря двигателя, определяемый напряжением элемента 5, повышается до значения, соответствующего статической характеристие 6

20 (фиг. 3). Таким образом, после плавного выбора зазоров торможение, как и пуск, протекает с максимально допустимым ускорением. Если предположить, что динамическая характеристика при 5 торможении совпадает со статической, процесс торможения протекает по следующей траектории (фиг. 3). В начальной стадии торможения ток якоря двигателя от значения l, (точка в характеристики 1) изменяется до значения — leri (точка г характе30 ристики 8). Под действием этого тока в течение времени to скорость двигателя понижается до значения, определяемого точкой д характеристики 8. По истечении времени to ток якоря повышается до значения — Ier (точка е характеристики 6), и в соответЗ5- ствии с этой характеристикой происходит эффективное торможение до нулевой скорости.

Аналогично работает устройство и при другом направлении вращения.

Наклон характеристик 3, 4 и 5 (фиг. 3), а следовательно, и требуемые значения токов якоря двигателя при переключениях на промежуточных положениях командоконтроллера устанавливаются путем изменения сопротивления резистора 8 в цепи второго

45 элемента 6 ограничения напряжения регулятора 4 напряжения. Как видно на фиг. 3, при равномерной разбивке стопорных токов по ступеням командоконтроллера максимальные значения токов переключения, соответствующие промежуточным характеристи50 кам 3, 4 и 5, меньше величины тока 1., соответствующего основной рабочей характеристике 1. Это облегчает выполнение маневровых работ.

Величина стопорного тока I. и длительность to сигнала одновибратора определяет ся следующим образом.

Момент двигателя в процессе выбора зазоров при разгоне двигателя должен составлять

М! = 8!„.1!+М,(, (1) 1588846

Время to выбора полного зазора, по которому определяется необходимая длительность выходного импульса одновибратора, равно;

1о= Кз л, Е1«,g (5) t где К вЂ” коэффициент запаса, учитывающий то обстоятельство, что изменение где е „вЂ” допустимое ускорение при выборе зазоров;

J) — суммарный момент инерции первой массы эквивалентной двухмассовой системы;

hh„i — статический момент на валу двигателя при движении с открытым зазором.

В процессе разгона с открытым зазором в электроприводе с системой подчиненного регулирования имеет место значительное расхождение между динамической и статической характеристиками, Установившаяся ошибка регулирования момента определяется выражением

АМ = с dm Tp

С вЂ” постоянная двигателя;

R — суммарное сопротивление якорной я цепи двигателя; — динамический показатель настройки системы (при настройке на технический оптимум 4=2);

҄— суммарная некомпенсированная по стоянная контура регулирования.

Тогда величина стопорного момента

M«zi = Mi + AM = еаза,з. Ji +

+ M,i + P,d.Т„е,, (3)

Величина стопорного тока

M«r l

1««,)

С (4) момента Mi в процессе выбора зазоров не происходит скачком (К, 1, 1 ;...,1,2);

Агре — величина максимального зазора.

Таким образом, применение предлагаемого устройства позволяет машинисту уверенно управлять механизмом поворота экскаватора путем перемещения в требуемом направлении управляющего органа командоконтроллера без задержек в промежуточных положениях, связанных с обеспечением плавного выбора зазоров в передаче. Улучшение управляемости экскаватором достигается также за счет возможности равномерной разбивки скоростей двигателя по положениям командоконтроллера. Достигаемая при работе с предлагаемым устройством плавность повышает надежность и долговечность механизма поворота.

Формула изобретения

Устройство для управления электроприводом механизма поворота одноковшового экскаватора по авт. св. ¹ 1234538, отличаюи1ееся тем, что, с целью повышения произ25 водительности экскаватора путем оптимизации переходных процессов, оно снабжено диференцирующим элементом, блоком выделения модуля, одновибратором и дополнительными ограничительным резистором и оптоэлектронным ключом, фотоэлемент котоЗО рого первым выводом подключен к первому выводу первого элемента ограничения, а вторым выводом — к первому выводу второго элемента ограничения, причем дифференцирующий элемент подключен к выходу делителя напряжения, а выход дифференцируюд5 щего элемента через последовательно соединенные блок выделения модуля, одновибратор и дополнительный ограничительный резистор подключен к светодиоду дополнительного оптоэлектронного ключа.

1588846.

Составитель Л. Виноградов

Редактор М. Петрова Техред А. Кравчук Корректор В. Гнрняк

Заказ 2520 Тираж 542 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям н открытиям при ГКНТ СССР!! 3035, Москва. Ж вЂ” 35, Раушскан наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101