Устройство управления электроприводами копающего механизма экскаватора

 

Назначение: предложено устройство управления электроприводами копающих механизмов экскаватора, главным образом электропривода подъема. Сущность изобретения: для подобных механизмов опасна внезапная встреча с препятствием при высокой скорости движения. Для предотвращения таких случаев создают специальные характеристики электропривода, в которых при высоких скоростях привода допустимое усилие ограничивается меньшей величиной. В настоящем устройстве с помощью пороговых и логических элементов удается осуществить автоматический переход с одного семейства характеристик на другое. Этим достигаются значительно более комфортные условия для оператора и снижается его утомляемость при сохранении всех преимуществ предыдущих решений. 2 ил.

Изобретение относится к управлению электроприводами механизмов одноковшовых экскаваторов в особенности электроприводам подъема, напора карьерных экскаваторов.

При работе указанных механизмов в режиме копания при стопорении ковша в забое возникают значительные динамические нагрузки, которые снижают срок службы рабочего оборудования, металлоконструкций, а также электрооборудования, и даже приводят к выходу их из строя, тем самым вызывая простои экскаваторов и снижая их эксплуатационную производительность.

Динамические усилия имеют две составляющие: одна зависит от величины максимального электромагнитного момента, развиваемого двигателем и в, основном, определяется величиной стопорного усилия статической механической характеристики, т.е. определяется параметрами указанной характеристики; вторая зависит от величины кинетической энергии, запасенной в движущихся частях механизма и определяется его скоростью перед стопорением ковша.

На фиг.2 приведены три типа статических механических характеристик. Характеристика 1 является общепринятой для главных механизмов экскаваторов [1] и обеспечивает эффективное копание как при средних, так и тяжелых забоях (где усилие нагрузки при высоких скоростях приближается к максимально заданному стопорному усилию F_стоп), так и при легких забоях (где усилие нагрузки при высоких скоростях составляет 0,5-0,6 от максимально заданного стопорного). Однако характеристика 1 наиболее неблагоприятна с точки зрения возможности возникновения недопустимых динамических нагрузок из-за высокой скорости и стопорного усилия.

Характеристика 2 обеспечивает эффективное копание на средних и тяжелых забоях (где усилие нагрузки близко к максимально заданному стопорному, а скорость составляет 0,5-0,7 от максимально заданной). При этом из-за пониженной скорости возникающие динамические нагрузки не превышают допустимых. Однако, из-за пониженной скорости характеристика 2 не обеспечивает эффективную работу при копании на легких забоях и в транспортных операциях.

Характеристика 3 обеспечивает эффективную работу при копании на легких забоях и в транспортных операциях (когда усилие нагрузки составляет 0,5-0,6 от максимально заданного стопорного). При этом из-за пониженной величины стопорного усилия (0,7-0,8) от максимально заданного возникающие динамические усилия так же как и при характеристике 2 не превышают допустимых. Однако из-за пониженного стопорного усилия не обеспечивается эффективное копание при средних и тяжелых забоях (ковш будет часто стопориться, тем самым увеличивая время копания и уменьшая наполнение ковша породой).

Исходя из указанного выше анализа характеристик (фиг.2), рассмотрим известные способы и устройства по снижению динамических нагрузок.

Известен способ и устройство [2] основанные на интенсивном снижении питающего напряжения преобразователей копающего механизма при достижении усилия критической величины, близкой к стопорному усилию статической механической характеристики 1 (фиг.1).

Недостатки этого способа и устройства заключаются в том, что приходится выбирать критическое значение усилия вблизи стопорного, во всяком случае отсечки. При этом снижается только та составляющая динамического усилия, которая связана с электромагнитным моментом приводного двигателя копающего механизма.

На вторую составляющую этого усилия, связанную с запасенной кинетической энергией, указанные способ и устройства, не влияют.

Кроме того, ограничение динамических нагрузок происходит независимо от скорости привода, что снижает эффективность работы экскаватора при копании на средних и тяжелых забоях, когда скорости копающих механизмов в режиме черпания как правило составляют 0,5-0,7 от номинальной, при которых динамические нагрузки не превышают допустимых.

Следовательно, задачей изобретения является обеспечить высокую эффективность копающего механизма при уровне динамических нагрузок, не превышающем допустимый.

Целью изобретения является повышение надежности и производительности экскаватора путем автоматического перевода рабочей точки статической механической характеристики с характеристик 1 на 2 (фиг.2) и наоборот в зависимости от усилия нагрузки.

Достигается это тем, что в схему вводятся логический элемент типа "И", два пороговых элемента, два ключа, причем, выход датчика напряжения соединен через первый пороговый элемент и первый ключ с входом регулятора тока и логическим элементом, выход датчика тока соединен через второй пороговый элемент со вторым входом логического элемента. Сигнал на выходе логического элемента "И" появляется, когда на него поступают одновременно сигналы с обоих пороговых элементов, сигнал с выхода логического элемента "И" снимается после снятия сигнала, поступающего через один из пороговых элементов с датчика. Выход логического элемента соединен через второй ключ с входом регулятора напряжения.

Заявляемое устройство соответствует критерию изобретательского уровня, т. к. введенные признаки сообщают техническому решению новое свойство: возможность автоматического перевода рабочей точки с одной характеристики на другую.

На фиг.1 показано устройство, реализующее предлагаемое изобретение.

Привод содержит двигатель 1, преобразователь 2, систему управления 3, включающую, в частности, регулятор напряжения (скорости) 4 и регулятор тока (усилия) 5. На входе системы управления установлен задатчик 6, выполняемый, например, в виде сельсинного командоконтроллера, выход которого соединен с регулятором 4. В силовую цепь преобразователь 2 двигатель 1 включен датчик скорости 7, например динамический мост, а также датчик тока 8. Выход датчика скорости 7 (напряжение) подключен к пороговому устройству 9, состоящему из диода 10 и узла сравнения 11 (компаратора). Диод 10 предназначен для того, чтобы цепь работала при одной полярности на подъем (выдвижение рукоятки). Выход датчика тока подключен к пороговому устройству 12, состоящему из диода 13 и узла сравнения (компаратору) 14. Диод 13 предназначен для того, чтобы цель работала при одной полярности тока (в режиме копания). Выходы пороговых устройств 9, 12 подключены на вход логического элемента типа И 15. Выход этого элемента 15, соединен с ключом 18 в цепи обратной связи по направлению, соединенную с регулятором напряжения. Выход порогового устройства 9 подключен к ключу 16 в цепи отрицательной обратной связи по току якорной цепи, соединенному с регулятором тока.

Устройство работает следующим образом. Как видно из фиг.2, в процессе работы на входы пороговых устройств 9, 12 поступают сигналы от датчиков скорости (напряжения) 7 и усилия (тока якоря) 8.

Условно можно принять, что, если скорость превышает величину (0,5-0,7) максимальной, то величина сигнала на выходе порогового устройства 9 равна 1. Аналогично на выходе порогового устройства 12 (при превышении усилия подъема величины (0,5-0,6) максимально заданного стопорного величина сигнала равна 1).

При наличии сигнала, равного 1 на выходе порогового устройства 9 срабатывает ключ 16, шунтирующий резистор 17, что усиливает коэффициент передачи в цепи обратной связи регулятора тока 5, что снижает величину стопорного усилия (тока) до (0,7-0,8).

При наличии двух единиц на входе логического устройства, 15 на его выходе появится сигнал, вызывающий срабатывание ключа К2, 18, шунтирующий резистор 19, что усиливает коэффициент обратной передачи в цепи обратной связи регулятора напряжения, автоматически снижая величину (напряжения) до величины не более (0,5-0,7) максимального значения.

При этом переход с повышенной скорости (более 0,5-0,7 от максимальной) на скорость не более 0,5-0,7 от максимальной происходит при величине стопорного усилия не более 0,7-0,8 максимально заданного стопорного (по характеристике 3, фиг.2), при котором невозможно возникновение недопустимых динамических нагрузок.

После достижения скорости не более 0,5-0,7 максимальной (при включенном ключе 18) сигнал снимается с ключа 16 и формируется статическая характеристика с максимально заданным стопорным усилием (характеристика 2, фиг.1).

Сигнал с выхода логического элемента И, 16 снимается в том случае, если будет снят сигнал поступающий с порогового устройства 12, т.е. если величина усилия нагрузки будет меньше 0,5-0,6 от максимально заданного стопорного. В этом случае рабочая точка переходит снова на характеристику 3 (фиг.2).

В противном случае рабочая точка остается на характеристике 2 (фиг.2), где как и при характеристике 3 невозможно возникновение недопустимых динамических нагрузок.

Таким образом обеспечивается высокопроизводительная работа экскаватора при динамических нагрузках, не превышающих допустимые. При этом от машиниста не требуется переключать командоконтроллер для выбора той или иной рабочей характеристики в зависимости от изменения грансостава забоя. Следовательно, достигается цель изобретения.

Исследования показывают, что применение указанного устройства, например, на экскаваторах ЭКГ-5А дают возможность повысить работоспособность платформы в 10 раз при коэффициенте концентрации К_к> >2,8, снизить загрузку двигателей копающего механизма на 15-20% Устройство будет работать аналогичным образом, если ключ 2,19 и шунтируемый им резистор включен в канал задания, например, после задатчика 6. Однако, заявитель отдал предпочтение описываемому выше варианту, поскольку в этом случае увеличивается коэффициент форсировки привода, что повышает его быстродействие улучшая динамические показатели электропривода.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ КОПАЮЩЕГО МЕХАНИЗМА ЭКСКАВАТОРА, содержащее последовательно соединительные командоаппарат, регулятор напряжения и регулятор тока, преобразователь и электродвигатель, датчики тока и напряжения и два ключа, отличающееся тем, что оно снабжено двумя пороговыми элементами и логическим элементом И, причем выходы датчиков тока и напряжения подключены соответственно к входам первого и второго пороговых элементов, выход первого порогового элемента подключен через один ключ к входу регулятора тока и непосредственно к одному из входов логического элемента И, к второму входу которого подключен выход второго порогового элемента, а выход логического элемента И через второй ключ подключен к входу регулятора напряжения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2