Устройство для управления тормозом шахтной подъемной машины

 

Изобретение относится к шахтному подъему, конкретно к тормозным системам шахтных подъемных установок. Цель изобретения - повышение надежности и безопасности эксплуатации шахтной подъемной машины. Устройство содержит тормозные цилиндры 1 и 2, электроклапаны 3 и 4 с катушкам 5 и 6. редукционные клапаны 7 и 8, регуляторы 9 и JO давления с катушками 11 и 12. воздухозаборник 13, датчики 14, 15 скорости, компараторы (К) 16 и 17 минимальной скорости, задатчики 18 и 19 минимальной скорости, реле 20 и 21 с нормально открытыми контактами 22 и 23, дифференцирующие звенья 24 и 25, задатчики 26 и 27 замедления, сумматоры (С) 28 и 29, пропорциональные усилители 30 и 31 .два дополнительных С 34 и 35. диоды 38 и 39, катушка 40 К предохранительного торможения (ПТ) и два его переключающих контакта 41 и 42, ключ 43 ПТ командоаппарат 44 ручного управления тормозом, а также вновь введенсл С vi ел со тв

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (! 9) () )) (si)s В 66 В 1/30

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ и и

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4745676/03 (22) 03.10.89 (46) 07.03.92, Бюл. hb 9 (71) Донецкий политехнический институт (72) С.Н.Шапочка, В.А.Белоцерковский, К.А,Л ун и на и С.В. Карчага (53) 621,876(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1379216, кл. В 66 В 1/30, 1985.

Авторское свидетельство СССР М

1652267,кл, В 66 В 1/30, 1988. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТОРМОЗОМ ШАХТНОЙ ПОДЬЕМНОЙ МАШИНЫ (57) Изобретение относится к шахтному подъему, конкретно к тормозным системам шахтных подъемных установок. Цель изобретения — повышение надежности и безопасности эксплуатации шахтной подъемной машины. Устройство содержит тормозные цилиндры 1 и 2, электроклапаны 3 и 4 с катушка 5 и 6. редукционные клапаны 7 и

8, регуляторы 9 и 10 давления с катушками

11 и 12, воздухозаборник 13, датчики 14, 15 скорости, компараторы (К) 16 и 17 минимальной скорости, задатчики 18 и 19 минимальной скорости, реле 20 и 21 с нормально открытыми контактами 22 и 23, дифференцирующие звенья 24 и 25, задатчики 26 и 27 замедления, сумматоры (С) 28 и 29, пропорциональныее усилители 30 и 31, два дополнительных С 34 и 35, диоды 38 и 39, катушка

40 К предохранительного торможения (ПТ) и два его переключающих контакта 41 и 42, ключ 43 ПТ командоаппарат 44 ручного управления тормозом, а также вновь введен1717513 ные два датчики 32 и 33 тормозного усилия и два интегрально-пропорциональных звена 36 и 37, При замкнутом ключе 43 осуществляется рабочее торможение, К катушкам

5, 6 и 40 приложено напряжение источника питания, Поэтому электроклапаны 3 и 4 закрыты, а контакты 41 и 42 связывают командоаппарат 44 с С 34 и 35, с которых сигнал рассогласования поступает через звено 36 (37), диод 38 (39), контакт 22 (23) на катушку

11 (12) регулятора 9 (10). При входе в режим

ПГ ключ 43 размыкается. Катушки 5, 6 и 40 обесточиваются, контакты 41 и 42 отпадают, Изобретение относится к шахтному подъему, конкретно к тормозным системам шахтных подъемных установок.

Известно устройство для управления тормозом шахтной подъемной машины, представляющее собой замкнутую систему автоматически регулируемого предохранительного торможения.

Недостатками изестного устройства являются невысокие безопасность и надежность эксплуатации подъемной машины, снабженной устройством, обусловленные низкой точностью поддержания фактического замедления на заданном уровне. Это объясняется тем, что известное устройство, являясь односторонним, способно лишь наращивать тормозное усилие в процессе предохра н ител ьного торможения. Но вследствие колебаний фактического замедления машины относительно среднего уровня, вызванного колебаниями усилий в упругих канатах, известное устройство будет ошибочно наращивать тормозное усилие, реагируя на минимумы колеблющегося фактического замедления как на недостаток тормозного усилия. В результате перерегулирование тормозного усилия, а значит и фактического среднего замедления относительно заданного уровня эа время торможения становится значительным, что может повлечь эа собой аварийную ситуацию— скольжение канатов по приводным шкивам на фрикционных подъемных машинах и набегание сосуда на канат на барабанных машинах.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройстэлектроклапаны 3 и 4 открываются. Тормоз выбирает холостой ход. Сигнал с датчика 14 (15) поступает на звено 24 (25), сигнал с которого через С 28 (29), суммируясь с сигналом задатчика 26 (27), через усилитель 30 (31), контакт 41 (42), С 34 (35) поступает на контакт 22 (23). Если скорость подьемной машины превышает минимально заданный

К 16(17) уровень, то контакт 22 (23) замкнут.

В противном случае — разомкнут. Таким образом, при достижении допустимой минимальной скорости накладывается полный тормозной момент. 1 ил. во, имеющее два канала, каждый из которых содержит тормозной цилиндр, регулятор давления, пропорциональный усилитель, эадатчик замедления и отрицательную об5 ратную связь по замедлению (датчик скорости и дифференцирующее звено}.

Такая система является статической, т.е. отрабатывает заданное замедление с ошибкой. Для уменьшения ошибки необхо10 димо увеличивать коэффициент усиления пропорционального усилителя. Однако реальный тормоз, в состав которого входят тормозной цилиндр и регулятор давления, имеет существенные нелинейности: гисте15 реэис, вызванный наличием в элементах тормоза сил трения и их различием в движении и при покое; наличие "чистого запаздывания" в возникновении тормозного усилия в период выбора колодками тормоза холо20 стого хода; нелинейности, связанные с формой расходных характеристик регулятора давления. Сочетание этих нелинейностей может привести к возникновению автоколебаний в системе, Для обеспечения устойчи25 вости следует снижать коэффициент усиления пропорционального усилителя.

Таким образом, условие уменьшения ошибки по замедлению противоречит условию обеспечения устойчивости системы. Прак30 тика показывает, что такая система управления тормозом может работать устойчиво лишь при очень малых коэффициентах усиления, т.е. с большой статической ошибкой.

При использовании пропорционально-ин35 тегрального регулятора аналогично не удается найти компромисной настройки оегулятора между динамической ошибкой и

1717513

10

20

30

55 устойчивостью системы. Это означает, что точность поддержания замедления известным устройством низка, что приводит R возможности превышения фактическим замедлением предельных уровней по скольжению и набеганию, т.е. возникновению аварии. Безопасность и надежность эксплуатации подъемнои машины, снабженной известным устройством, вследствие указанных причин недостаточны.

Цель изобретения — повышение надежности и безопасности эксплуатации шахтной подъемной машины.

Поставленная цель достигается тем, что известное устройство для управления тормозом шахтной подъемной машины, содержащее электроклапаны, вход каждого из которых соединен через соответствующий редукционный клапан с атмосферой, а входы объединены с входами соответствующих тормозных цилиндров и соединены с выходами соответствующих регуляторов давления, входы которых объединены и соединены с выходом воздухосборника, катушки электроклапанов и катушка контактора предохранительного торможения соединены параллельно и через ключ предохранительного торможения соединены с источником напряжения, выход каждого датчика скорости соединен с входом соответствующего дифференцирующе-о звена и первым входом компаратора минимальной скорос-,и, второй вход которого соединен с выходом соответствующего задатчика минимальной скорости, а выход через соответствующие реле заземлен, выходы дифференцирующих звеньев. соединены с первыми входами соответствующих сумматоров, вторые входы которых соединены с выходами соответствующих эадатчиков замедления,а выходы — с входами пропорциональных усилителей, выход каждого вентиля через нормально открытый контакт соответствующего реле соединен с соответствующей катушкой регулятора давления, командоаппарат ручного управления, выход которого соединен с одними выводами контактов контактора и редохранительного торможения, другие выводы которых соединены с первыми входами соответствующих дополнительных сумматоров, причем контакты контактора предохранительного торможения выполнены переключающимися,третьи выводы, которых соединены с выходами соответствующих пропорциональных усилителей, вторые входы дополнительных сумматоров соединены с выходами соответствующих датчиков тормозного усилия, а выходы через интегрально-пропорциональные звенья — с входами соответствующих вентилей.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства, Устройство содержит тормозные цилиндры 1 и 2, электроклапаны 3 и 4 с катушками

5 и 6, редукционные клапаны 7 и 8, регуляторы 9 и 10 давления с катушками 11 и 12, воэдухосборник 13, датчики 14 и 15 скорости, компараторы 16 и 17 минимальной скорости, задатчики 18 и 19 минимальной скорости, реле 20 и 21 с нормально открытыми контактами 22 и 23, дифференцирующие звенья 24 и 25, задатчики 26 и 27 замедления, сумматоры 28 и 29, пропорциональные усилители 30 и 31, два датчика 32 и 33 тормозного усилия, два дополнительных сумматора 34 и 35. два интегральнопропорциональных звена 36 и 37, диоды 38 и 39, катушка 40 контактора предохранительного торможения и два его переключающих контакта 41 и 42, ключ 43 предохранительного торможения, командоаппарат 44 ручного управления тормозом.

Пневматически каждый из двух тормозных цилиндров 1 и 2 связан посреством электроклапанов 3 и 4 редукционных клапанов 7 и 8 с атмосферой, а посредством регуляторов давления 9 и 10 — с воздухосбо рником 13. Электрическая часть устройства содержит два идентичных канала. в которых выходными элементами являются катушки 11 и 12 регуляторов 9 и 10 давления, Управляются катушки 11 и 12 интегрально-пропорциональными звеньями

36 и 37. Заданием на тормозное усилие являются выходные сигналы пропорциональных усилителей 30 и 31 либо командоаппарата 44. С помощью узлов 14—

29 формируются управляющие команды для усилителей 30 и 31 и катушек 11 и 12. Катушки 5, 6 и 40 управляют электроклапанами 3 и 4 и контактами 41 и 42.

В зависимости от положения ключа 43 предохранительного торможения устройство находится в режиме рабочего или предохранительногоого торможения.

При замкнутом ключе 43 осуществляется рабочее торможение. К катушкам 5, 6 и 40 приложено напряжение источника питания, поэтому электроклапаны 3 и 4 закрыты, а переключающие контакты 41 и 42 связывают командоаппарат 44 ручного управления тормозом с входами дополнительных сумматоров 34 и 35, каждый иэ которых расположен в одном из идентичных каналов управления регуляторами 9 и 10 давления, Каждый канал снабжен датчиком 32 (33) тормозного уислия, сигнал с которого поступает на второй вход дополнительного

1717513

10

20

35

45 сумматора 34 (35). Сигнал рассогласования с выхода дополнительного сумматора, равный разности сигнала задания на тормозное усилие, поступающего с командоаппарата 44, и сигнала обратной связи с датчика 32 (33) тормозного усилия, поступает на вход инегрально-пропорционально звена 36 (37) и далее через диод 38 (39) и контакт 22 (23) на катушку 11 (12) регулятора 9 (10) давления, который устанавливает необходимое давление в тормозном цилиндре 1(2), т.е. необходимый тормозной момент на тормозном ободе шахтной подъемной машины.

Коэффициенты пропорциональных частей интегрально-пропорционального звена

36 (37) отрицательны, поскольку максимальному току регулятора 9(10) давления соответствует нулевое тормозное усилие, а нулевому току соответствует максимальное тормозное усилие. Так как катушка 11 (12) регулятора 9 (10) давления запитывается током одного направления, необходимо использовать диод 38 (39).

При входе в режим предохранительного торможения ключ 43 размыкается, при этом снимается напряжение источника питания с катушек 5, 6 и 40, Поэтому переключающие контакты 41 и 42 отпадают, подключая выходы пропорциональных усилителей 30 и 31 к входам дополнительных сумматоров 34 и

35, а электроклапаны 3 и 4 открываются, соединяя тормозные цилиндры 1 и 2 с атмосферой через редукционные клапаны 7 и

8. определяющие выбор тормозом холостого хода.

Сигнал, пропорциональный скорости подъемной машины, с датчика 14 (15) скорости, расположенного в соответствующем канале управления регулятором 9 (10) давления, поступает на дифференцирующее звено 24 (25), на выходе которого имеется сигнал замедления подъемной машины. Этот сигнал и сигнал с датчика 26 (27) замедления поступают на входы сумматора 28 (29), нэ выходе которого имеется сигнал ошибки по замедлению. равный разности сигнала задатчика замедления и сигнала обратной связи (сигнала замедления подъемной машины). Сигнал задатчика 26 (27) замедления пропорционален задаваемому замедлению, которое находится в интервале 1,5-5 м/с для вертикальных

2 подъемов и зависит от угла наклона ствола для наклонных подъемов. Сигнал ошибки по замедлению усиливается пропорциональным усилителем 30 (31) и через переключающие контакты 41 (42) подается на вход дополнительного сумматора 34 (35).

Таким образом, в режиме рабочего торможения сигналом задания на тормозное усилие является выходной сигнал командоаппарата 44, а в режиме предохранительноготорможения — сигнал, пропорциональный сигналу ошибки по замедлению, Каждый канал управления содержит компаратор 16 (17) минимальной скорости, в котором сравниваются сигнал скорости с датчика 14 (15) скорости и сигнал минимэльной скорости, вырабатываемый задатчиком

18 (19) минимальной скорости (минимальная скорость выбирается в диапазоне 0,10,3 м/c). Выход компаратора 16 (17) подключен к реле 20 (21). Когда скорость подъемной машины снижается до уровня минимальной или ниже, компаратор 16 (17) выдает сигнал отключения реле 20 (21), При этом размыкается контакт 22 (23) и ток в катушке 11 (12) становится равным нулю, что приводит к наложению полного тормозного момента. Если же скорость подъемной машины превышает минимальный уровень, компаратор 16 (17) включает реле 20 (21), контакт 22 (23) замыкается, подключая катушку 11 (12) к выходу интегрально-пропорционального звена 36 (37).

При вращении барабана подъемной машины с максимальной скоростью в режиме рабочего торможения рукоятка командоаппарата 44 ручного управления тормозом находится в положении "расторможено". При этом на выходе командоаппаратэ 44 имеется нулевой сигнал, т.е. задание на 1ормозное усилие равно нулю. Подъмная машина расторможена. тормозное усилие отсутствует. поэтому датчик 32 (33) тормозного усилия выдает нулевой сигнал на второй вход дополнительного сумматора 34 (35), на выходе которого формируется нулевой сигнал рассогласования. Через катушку 11 (12) течет максимальный ток (поскольку тормозное усилие равно нулю), на выходе интегральнопропорционального звена 36 (37) максимальный положительный сигнал, он не изменяется, так как рассогласование равно

О.

При включении предохранительного торможения ключ 43 размыкается. В резуль50 тате выбирается холостой ход тормоза, вход дополнительного сумматора 34 (35) при помощи переключающих контактов 41 (42) отключается от командоаппарата 44 и подключается к выходу пропорционального усилителя 30 (31), на котором в этот момент сигнал максимальный, так как максимальна разность между заданным и фактическим замедлениями, т.е. максимальна ошибка по замедлению. Таким образом на дополнительный сумматор 34 (35) подается макси10

1717513

25

45

55 мал ьное задание на тормозное усилие. (:игнал рассогласования на входе интегральнопропорционального звена 36 (37) будет также максимальным, так как тормозное усилие достигло лишь значения, соответствующего выбору тормозом холостого хода.

Поэтому сигнал на выходе звена 36 (37) скачком уменьшается (от действия пропорциональной части с отрицательным коэффициентом усиления) и далее начинает уменьшаться по линейному закону (от действия интегральной части с отрицательным коэффициентом). Это вызовет уменьшение тока в катушке 11 (12) (возможно до нуля, если сигнал на выходе звена 36 (37) достигнут отрицательных значений), т.е. открывание регулятора 9 (10) на выпуск воздуха из цилиндра 1 (2). При этом тормозной момент будет расти, что приведет к росту выходного сигнала датчика 32 (33) тормозного усилия и ростуфактическогозамедления. В результате фактическое замедление приближается к заданному и уменьшается ошибка по замедлению, т.е, снижается задание на тормозное усилие. При достижении равенства сигнала задания на тормозное усилие и сигнала датчика тормозного усилия на вход интегрально-пропорционального звена 36 (37) будет подан сигнал рассогласования, равный нулю. Это вызовет прекращение интегрирования и на выходе звена 36(37) становится некоторое постоянное значение сигнала. Таким образом, в катушке 11 (12) установится соответствующий неизменный ток, При этом регулятор 9 (10) давления будет поддерживать определенное давление в цилиндре 1 (2), т.е. на тормозной обод подъемной машины будет действовать тормозной момент, соответствующий установившейся ошибке по замедлению, При изменении по каким-либо причинам фактических замедлений (например, вследствие колебаний усилий в канатах) или тормозного усилия (например, из-за попадания влаги на тормозной обод и, как следствие, уменьшения коэффициента трения между тормозными колодками и ободом) изменяется ошибка по замедлению и становится отличным от нуля рассогласование заданного и фактического тормозных усилий. Система отрабатывает появившиеся изменения, стремясь уменьшить рассогласование до нуля и ошибку до установившейся путем соответствующего изменения тормозного усилия в меньшую или большую сторону.

Стопорение подъемной машины осуществляется при снижении ее скорости до минимальной наложением полного тормозного усилия.

Введение в устройство отрицательной обратной связи по тормозному усилию позволяет компенсировать существенные нелинейности тормоза подъемной машины, что обеспечивает больший запас устойчивости системе, а также уменьшает ошибку по замедлению (увеличив коэффициент усиления пропорционального усилителя) без снижения устойчивости. Это, в свою очередь, ведет к улучшению динамики системы управления тормозом и исключает превышение фактическим замедлением машины предельно допустимых величин, обеспечивая тем самым необходимые надежность и безопасность эксплуатации подъемной машины.

Формула изобретения

Устройство для управления тормозом шахтной подъемной машины. содержащее электроклапаны, выход каждого из которых . соединен через соответствующий редукционный клапан с атмосферой, а входы объединены с входами соответствующих тормозных цилиндров и соединены с выходами соответствующих регуляторов давления, входы которых объединены и соединены с выходом воздухосборника, катушки электроклапанов и катушка контактора предохранительного торможения соединены параллельно и через ключ предохранительного.торможения соединены с источником напряжения, выход каждого датчика скорости соединен с входом соответствующего дифференцирующего звена и первым входом компаратора минимальной скорости, второй вход которого соединен с выходом соответствующего задатчика минимальной скорости, а выход через соответствующие реле заземлен, выходы дифференцирующих звеньев соединены с первыми входами соответственно первого и второго сумматоров, с вторыми входами которых соединены выходы соответствующих задатчиков замедления, а выходы — с входами пропорциональных усилителей, катод каждого диода через замыкающий контакт соответствующего реле соединен с соответствующей катушкой регулятора давления, командоаппарат ручного управления, выход которого соединен с одними выводами контактов контактора предохранительного торможения, вторые выводы которых соединены с первыми входами соответственно третьего и четвертого сумматоров, о тлича ющееся тем,что,сцелью повышения надежности и безопасности эксплуатации шахтной подъемной машины, в него введены интегрально-пропорциональные звенья и датчики тормозного усилия, кон12

1717513

Составитель О. Капканец

Редактор Н.Лазаренко Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор О.Кравцова

Заказ 847 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 такты контактора предохранительного торможения выполнены переключающимися, третьи выводы которых соединены с выходами соответствующих пропорциональных усилителей, с вторыми входами третьего и четвертого сумматоров соединены выходы соответствующих датчиков тормозного усилия, выходы которых через интегральнопропорциональные звенья соединены с

5 анодами соответствующих диодов.