Способ управления электроприводом одноковшового экскаватора и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к горной промети и м.б. использовано для снижения динамических нагрузок в механизмах и металлоконструкциях экскаваторов в условиях отрицательных т-р. Цель изобретения - повышение надежности и произв-сти экскаватора при отрицательных т-рах воздуха. Для этого в режиме копания задают темп разгона и торможения двигателя (Д) 6 и при увеличении абсолютного значения отрицательной т-ры окружающего воздуха снижают величину задания темпа разгона и торможения Д 6. Дополнительно определяют ток Д 6, частоту вращения и жесткость подъемных

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 02 F 9/20

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

: /2

ФигЗ (21) 4445545/03 (22) 20,06.88 (46) 23.02.91. Бюл. № 7 (71) Производственное объединение "Уралмаш", Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по автоматизированному электроприводу в промышленности, сельском хозяйстве и на транспорте и Харьковский автомобильнодорожный институт им. Комсомола Украины (72) Д.А,Каминская, С.В.Козупица, В,В.Березин, Е.M.Ñàäîâíèêîâ, А.Б.Розенцвайг и И.Б.Гутман (53) 621.878.74(088.8) (56) Подэрни P.Þ. Горные машины и комп. лексы для открытых горных работ. — М.: Недра, 1971, с. 218-224.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1090813, кл, Е 02 F 9/20, 1984,, И 1629423 А1 (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ОДНОКОВШОВОГО ЭКСКАВАТОРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к горной промсти и м,б. использовано для снижения дина-. мических нагрузок в механизмах и металлоконструкциях экскаваторов в условиях отрицательных т-р. Цель изобретения — повышение надежности и произв-сти экскаватора при отрицательных т-рах воздуха, Для этого в режиме копания задают темп разгона и торможения двигателя (Д) 6 и при. увеличении абсолютного значения отрицательной т-ры окружающего воздуха снижают величину задания темпа разгона и торможения Д 6. Дополнительно определяют ток Д б, частоту вращения и жесткость подьемных

1629423 канатов, При достижении т-ры отрицательных значений частоту вращения изменяют обратно пропорционально изменению жесткости в режиме стопорения, оставляя неизменным значение стопорного момента тока

Д 6 в режиме копания. Устройство для осуществления способа содержит последовательно соединенные командоаппарат 1, задатчик интенсивности (ЗИ) 12, регуляторы частоты вращения 2 и тока 4, преобразователь 5 с Д 6. К входам регуляторов 2 и 4 подключены соответственно датчики 7 и 8 частоты вращения Д 6 и тока, а к второму входу ЗИ 12 подключен датчик 9 т-ры через пороговый элемент 10 и функциональный

Изобретение относится к способам управления электроприводами главных механизмов экскаватора, осуществляющих копание, и предназначено для снижения динамических нагрузок в механизмах и метал- 5 локонструкциях при работе экскаваторов в условиях отрицательных температур.

Целью изобретения является повышение надежности и произьодительности экс- 10 каватора при отрицательных температурах окружающего воздуха.

На фиг.1 приведена принципиальная схема устройства управления электроприводом одноковшового экскаватора для осу- 15 ществления способа; на фиг, 2 — изменение жесткости подъемных канатов в функции температуры; на фиг.3 — характеристика функционального преобразователя.

Способ управления электроприводом 20 одноковшового экскаватора заключается в том, что поддерживают значения частоты вращения электродвигателя, стопорного тока в условиях отрицательных температур, в режиме копания уменьшают заданную час- 25 тоту вращения двигателя в соответствии с выражением

А С где А — коэффициент: 30

С» — жесткость канатов, обеспечивающая поддерживание неизменного максимального динамического усилия в канатах в режиме стопорения, а также снижает темп разгона и торможения двигателя по мере 35 понижения температуры окружающего воздуха, при отрицательных значениях, оставляя неизменным значение стопорного момента тока электродвигателя в режиме копания. 40 преобразователь (ФП) 11, При отрицательных т-рах окружающего воздуха сигнал с выхода датчика 9 превышает потенциал порогового элемента 10 и с его выхода сигнал поступает на вход ФП 11. Иа входе и выходе

ФП 11 по мере снижения т-ры напряжение возрастает. Это вызывает увеличение тока св тодиода 17 и снижение сопротивления фоторезистора 16 оптрона, включенного на вход ЗИ 12, и приводит к снижению задающего напряжения. В связи с этим на выходе

ЗИ 12 уменьшается максимальное напряжение, так как снижается задание на частоту вращения Д 6 в режиме копания.

2 с.п. ф-лы, 3 ил.

Устройство содержит командоаппарат

1, последовательно соединенные регулятор

2 частоты вращения (ЭДС) со звеном 3 ограничения в цепи обратной связи и ре; улятор

4 тока якорной цепи, подключенный к преобразователю 5 питания электродвигателя

6, с подсоединенным к вторым входам регуляторов 2 и 4 задатчиками 7 и 8 частоты вращения (ЭДС) двигателя и тока якоря соответственно, а также соединенные последовательно датчик 9 температуры окружающего воздуха, пороговый элемент 10 и функциональный преобразователь 11, задатчик

12 интенсивности, сумматоры 13 и 14, оптрон 15, состоящий из фоторезистора 16 и светодиода 17, аналоговый замыкающий ключ 18, элемент И 19. Фоторезистор 16 подключен к выходу командоаппарата 1 и к входу суммирующего усилителя 20, выход которого подключен к входу интегрирующего усилителя 21, Вывод светодиода 17 оптрона 15 и вход нелинейного элемента 22 с зоной нечувствительности, установленного в цепи обратной связи суммирующего усилителя 20 задатчика 12 интенсивности, подсоединены к выходу функционального преобразователя 11, второй вывод светодиода 17 оптрона 15 соединен с аналоговым замыкающим ключом 18, управляющий вывод которого подключен к выводу элемента

И 19, входы которого соединены с датчиком

7 частоты вращения и датчиком 8 тока, вывод суммирующего усилителя 20 подключен к входу интегрирующего усилителя 21 задатчика 12 интенсивности, а второй вход суммирующего усилителя 20 соединен с выходом этого интегрирующего усилителя 21.

Устройство работает следующим образом.

1629423

При положительной температуре окружающего воздуха сигнал с выхода датчика 9 температуры не превышает запирающего потенциала порогового элемента 10 и напряжение на его выходе, поступающее на вход функционального преобразователя 11, равно нулю. Напряжение выхода функционального преобразователя 11, поступающее на управляющий вход задатчика 12 интенсивности и нэ светодиод 17 оптрона

15, также равно нулю.

Злектропривод имеет при этом максимальную рабочую частоту вращения в режиме копания, обеспечивается также максимальный рабочий темп разгона и торможения электропривода, определяемый скоростью изменения напряжения на выходе задатчика 12 интенсивности. По мере снижения температуры сигнал на выходе датчика 9 возрастает.

При отрицательной, температуре окружающего воздуха сигнал с выхода датчика 9 температуры превышает запирающий потенциал порогового элемента 10 и на выходе этого элемента появляется напряжение, поступающее на вход функционального преобразователя 11.

При этом появляется также напряжение на выходе преобразователя 11. Если элекФропривод работает в первом квадрате механической характеристики, соответствующем режиму копания, т.е. имеется сигнал на выходе элемента И 19, поступающий на управляющий вход аналогового замыкающего ключа 18. Ключ 18 при этом включен, поэтому под действием напряжения выхода преобразователя 11 протекает ток в цепи светодиода 17 оптрона 15.

По мере снижения температуры окружающего воздуха напряжение на входе и на выходе функционального преобразователя

11 возрастает, Зто вызывает увеличение тока светодиода 17 и соответствующее снижение сопротивления фоторезистора 16 оптрона 15, что приводит к снижению задающего напряжения, поступающего на вход задэтчика 12 интенсивности. В связи с этим происходит пропорциональное уменьшение максимального напряжения на выходе задэтчика 12 интенсивности, т.е, снижение задания на частоту вращения двигателя 6 в режиме копания. Благодаря снижению частоты вращения двигателя 6 в режиме копания уменьшается запас его кинетической энергии и, таким путем, обеспечивается поддержания максимального динамическоfo усилия в канатах при стопорении г.к макс по мере увеличения жесткости канатов Ск вследствие роста модуля упругости подъемных канатов Ек в условиях низких температур. Благодаря этому снижается поток отказов при работе в условиях низких отрицательных температур, т.е. возрастает надеж5 ность, При увеличении напряжения на выходе функционального преобразователя 11 уменьшается напряжение ограничения нелинейного элемента 22, задатчика 12 интен10 сивности, пропорц -энально которому снижается скорость изменения напряжения нэ выходе интегрирующего усилителя 21, представляющего собой напряжение выхода задатчика 12 интенсивности. Данное нэ15 пряжение служит заданием регулятору 2 частоты вращения, поэтому по мере понижения отрицательной температуры окружающего воздуха темп разгона и торможения механизма, определяемый скоростью изме20 нения напряжения на выходе задатчика 12 интенсивности, соответственно уменьшается, что обеспечивает снижение динамических нагрузок.

Благодаря сохранению неизменного

25 значения стопорного тока (момента) исключается возМожность появления тяжелого аварийного гружено о ковша при его электрическом удержании вследствие снижения стопорного тока (момента, электродвигате30 ля при работе в условиях низких отрицательных температур, Характеристика функционального преобразователя 11 определяется из следующих зависимостей.

35 При работе в условиях низких температур происходит увеличение модуля упругости Е, подъемных канатов, что жесткость канатов Ск.

На фиг.2 приведено относительное уве40 личение жесткости канатов Ск по мере снижения температуры по сравнению со значением этой жесткости при исходном значении окружающей температуры +20 С.

Максимальное динамическое усилие в

45 канатах в режиме стопорения ковша определяется зависимостью с,„„= с -и, mC„, (1) где F T — стопорное усилие двигателя;

Vo — начальная скорость двигателя в ре50 жиме стопорения;

m — масса механизма подъема;

Ск — жесткость подъемных канатов. .В условиях низких температур усилие

F» макс возрастает вследствие увеличения

55 жесткости канатов С».

Для поддержания неизменного значения Р» м кс начальная скорость двигателя V<> . должна изменяться в функции жесткости канатов Ск по закону

1629423 к макс ст 1 А

Чо - = — -, (2) где коэффициент А — к ма»с с, (3) %

Напряжение на выходе. порогового элемента 10 при его входном напряжении Ug >

> 0оо1 опРеДелЯетсЯ УРавнением

U1p = K1p (U9 — Uon1), (4) где К10 — коэффициент пропорциональности;

0оо1 — опоРное напРЯжение;

Ug — напряжение на выходе датчика 9 температуры, которое в области отрицательных температур (— Т) изменяется по закону

Ug= Kg(— Тн), (5) где(— Тн) — абсолютное значение отрицательной температуры.

Напряжение 0 1 определяет собой величину начального значения отрицательной температуры (— Тн), при которой появляется напряжение на выходе элемента 10 и начинается коррекция статических и динамических характеристик электропривода при работе в условиях низких отрицательных температур. Этой температуре соответствует жесткость подъемного каната Ск . Согласно графику фиг.2 зависимость жесткости канатов С» от температуры можно выразить уравнением

С» = Ско (1+фЛТ); (6)

Л Т = (— Т) + Тисх, (7) где (— Т) — абсолютное значение текущей отрицательной температуры, Тисх — исходное значение температуры (+20 С), при котором канаты имеют жесткость Ско

Численное значение коэффициента определяется характеристикой, приведенной на фиг.2:

„С,.

Ско 1.

Р б Т 00248 град

Жесткость подъемного каната Скн, имеющая место при температуре (— Тн) определяется путем подстановки в уравнение (7) значения. (-Т) = (— Тн).

Напряжение 010 на выходе порогового элемента 10 при (— T))(-Т ) определяется уравнением

010 = Kg К10 ЛТ1, (8) где ЛТ1 = {-Т) — (— Тн). (9)

Напряжение И10, поступающее на вход функционального преобразователя 11, создает напряжение на выходе этого преобразователя И11.

Ток светодиода 17 именяется пропорционально напряжению И11, а сопротивление фоторезистора 16 816 изменяется обратно пропорционально току светодиода, т,е. обратно пропорционально напряжению И11.

5 16 =

В1 (10)

011 где В1 — коэффициент пропорциональности.

Скорость двигателя Vo изменяется про10 порционально входному напряжению задатЧИКа 12 ИНтЕНСИВНОСтИ 0вх1г

Vo = Kv 0вх12, (11) где К вЂ” коэффициент пропорциональности, 15 При достижении абсолютным значени- ем отрицательной температуры величины (— T) > (— Тн) поЯвлЯетсЯ напРЯжение И10 на выходе элемента 10, при этом на выходе функционального преобразователя 11 появ20 ЛЯЕТСЯ СКаЧОК НаПРЯжЕНИЯ 011н, КОтОРЫй обеспечивает снижение скорости двигателя от максимального значения Vo, имеющего место при отрицательных температурах (-Т) < (— Тн), а также в области положитель25 ных температур +Т, до значения Чон, при которой обеспечивается сохранение неизменного значения усилия F» a»c при увеличении жесткости канатов до значения Скн, имеющего место при температуре Т.

Значение скорости V«определяется при подстановке.в уравнение (2) значения

Ск = Скн. Величина начального скачка напряжения на выходе функционального преобраЗОВатЕЛя 11 — И11н аПрЕдЕЛяЕтСя ПрИ ПОд35 становке значения скорости Чо = Чон.

По мере дальнейшего увеличения абсолютного значения. отрицательной температуры (— Т) жесткость канатов С» продолжает возрастать в соответствии с уравнением (4), 40 которое можно представить в виде

Ск = Скн(1+/3ЛТ1) (12) где ЛТ1- по уравнению(9).

При совместном решении уравнений получаем выражение для характеристики

45 функционального преобразователя 11 011 = = f (010)

=А <1+%0 — А, (13) а1 Ñ« где А1— аз А в

А2 =

К9 К10 аг

Аз = —. аз

Характеристика функционального преобразователя 11 приведена на фиг.3. Эта характеристика может быть воспроизведена с помощью диодного функционального преобразователя путем кусочно-линейной аппроксимации уравнения (13).

1629423

Формула изобретения

1. Способ управления электроприводом одноковшового экскаватора, заключающийся в том, что в режиме копания задают темп разгона и торможения двигателя и снижают величину задания темпа разгона и торможения двигателя при увеличении абсолютного значения отрицательной температуры окружающеговоздуха, отлича ющийсятем, что, с целью повышения надежности и производительности экскаватора при отрицательных температурах окружающего воздуха, определяют ток двигателя, частоту его вращения и жесткость подъемных канатов, а при достижении температуры отрицательных значений, изменяют частоту вращения двигателя обратно пропорционально изменению жесткости подъемных канатов, причем ток двигателя в режиме стопорения поддерживают постоянным.

2, Устройство управления электроприводом одноковшового экскаватора, содержащей датчик температуры окружающего воздуха, выход которого через пороговый элемент подключен к входу функционального преобразователя,, регулятор тока, выход которого подключен по входу управляемого преобразователя электродвигателя подьема, и командоаппарат, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения надежности и производительности экскаватора при отрицательных температурах окружающего воздуха, устройство снабжено двумя сумматорами, регулятором частоты вращения электродвигателя, звеном ограничения, датчи5 ками тока и частоты вращения, элементом

И, аналоговым замыкающим ключом, оптроном и задатчиком интенсивности, выход которого подключен к первому вхоцу первого сумматора, выход которого подключен к

10 входу регулятора ча - оты вращения со звеном ограничения в цепи обратной связи, а выход регулятора частоты вращения подключен к первому входу второго сумматора, выход которого подключен к входу регулято15 ра тока, а выход командоаппарата подключен к первому выводу фоторезистора оптрона, второй вывод которого подключен к общей шине, и выход командоаппарата подключен к первому входу задатчика интен20 сивности, к BTopoM/j входу которого подключен выход функционального преобразователя, а выход датчика частоты вращения подключен к второму входу первого сумматора и к.первому входу элемента И, выход

25 которого подключен к первому входу аналогового замыкающего ключа, к второму входу которого через светодиод оптрона подключен функциональный преобразователь, а выход аналогового замыкающего ключа

30 подключен к общей шине, выход датчика тока подключен к второму входу второго сумматора и к второму входу элемента И.

1629423

11Н ОЛ1 10

Составитель А, Виноградова

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор M,Äåì÷èê

Редактор Г.Гербер

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 415 Тираж 385 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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