Способ управления электроприводом поворота экскаватора и устройство для его осуществления

 

Назначение: изобретение относится к управлению электроприводом механизма поворота экскаватора-лопаты. Сущность изобретения: способ основан на определении характера режима работы механизма поворота по статической составляющей тока якоря, вычисляемой по значению текущего тока якоря и производной по напряжению якоря. Устройство для осуществления способа снабжено последовательно соединенными суммирующим усилителем, пороговым элементом и ключом, включенным в цепь регулятора тока. К входам суммирующего усилителя подключены непосредственно датчик тока якоря и через дифференцирующий блок-датчик напряжения якоря двигателя поворота. В зависимости от режима работы автоматически снижают величину паспортного максимального стопорного тока в режиме копания, чем повышают срок службы оборудования экскаватора и снижают эксплуатационные расходы. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к управлению электроприводом механизма поворота экскаватора-лопаты.

Работа механизма поворота характеризуется двумя режимами: - транспортным, где момент статического сопротивления вращению платформы составляет 4-8% от максимального стопорного паспортного значения, создаваемого двигателями поворота, а величина стопорного момента, развиваемого двигателями поворота, может быть равна максимальному паспортному значению в режимах разгонов и торможений; - копания, при котором за счет боковых усилий, воздействующих на ковш при движении его в забое, может происходить поворот платформы экскаватора, что снижает эффективность копания.

Для удержания платформы от поворота из-за указанных усилий машинист экскаватора стремится повернуть платформу в направлении, противоположном этим усилиям, путем воздействия на задающий сигнал через управляющий командоконтроллер поворота. При этом в рабочем оборудовании, металлоконструкциях экскаватора могут возникать значительные усилия, определяемые величиной стопорного момента двигателей механизма поворота, а также величиной статического сопротивления повороту платформ.

Статический анализ работы привода поворота показывает, что величина максимальных боковых усилий, воздействующих на ковш при его движении в забое, составляет приблизительно 30% от максимального стопорного значения, создаваемого двигателями поворота. Следовательно, для удержания платформы от поворота в режиме копания величина максимального стопорного момента двигателей поворота может быть ограничена величиной, составляющей порядка 30% от максимального стопорного паспортного значения.

Таким образом необходимо в зависимости от режима работы экскаватора автоматически изменять стопорный момент на валах двигателей поворота: в транспортном режиме он может быть равен максимальному паспортному значению, а в режиме копания должен ограничиваться до значения, равного 30% от максимального паспортного.

Техническое решение, реализующее указанный алгоритм управления приводом поворота, не известно.

Известны устройства управления приводом поворота, автоматически изменяющие величину стопорного усилия при разгонах и торможениях в транспортном режиме для обеспечения плавного выбора кинематических зазоров.

Изменение момента осуществляется в функции времени. При подаче сигнала на разгон или торможение привода автоматически кратковременно (на период выбора зазора) стопорный момент ограничивается до величины 15-30%, а затем возрастает до максимального паспортного значения [1].

Недостаток такого технического решения в том, что в режиме копания длительность воздействия машинистом на привод поворота значительно превосходит время для выбора зазоров. Если же это время увеличить, то возрастет время транспортной операции, а следовательно, снизится производительность экскаватора.

Наиболее близким аналогом является изобретение [2], взятое за прототип. Способ основан на измерении текущего значения тока и напряжения якоря двигателя. Устройство содержит задатчик, последовательно соединенный регулятор напряжения, регулятор тока и датчики тока и напряжения. Способ и устройство по этому изобретению предназначены для обеспечения плавного разгона и торможения платформы (выбора кинематических зазоров в механизме поворота) в транспортном режиме. По этому изобретению величина стопорного момента на валу двигателя пропорциональна величине задающего сигнала (положению рычага командоконтроллера привода), выбираемого машинистом.

Указанное устройство может быть использовано для удержания платформы от разворота в режиме копания и транспортном режиме при соответствующем изменении задающего сигнала машинистом [3].

Недостаток существующего технического решения в том, что величина стопорного момента (задающего сигнала) выбирается машинистом, что не исключает возникновения значительных нагрузок на оборудование в режиме копания.

Цель изобретения - повышение срока службы экскаватора, снижение эксплуатационных затрат.

Цель достигается тем, что в известном способе, основанном на измерении текущего значения тока и напряжения якоря двигателя поворота, согласно изобретению, задают пороговое значение статической составляющей тока якоря двигателя, вычисляют производную по текущему значению напряжения якоря и сравнивают ее с текущим значением тока якоря; в случае, если результирующая величина сравниваемых значений тока якоря и производной по напряжению якоря выше пороговой, формируют управляющий сигнал, приводящий к снижению максимального стопорного тока привода поворота.

Предлагаемое устройство, содержащее как и известное устройство задатчик, последовательно соединенные регулятор напряжения и регулятор тока, подключенные к электроприводу экскаватора, а также датчики тока и напряжения, согласно изобретению, дополнительно снабжены суммирующим усилителем, дифференцирующим блоком, пороговым элементом и ключом, причем один их выходов датчика тока подключен к суммирующему усилителю, выход датчика напряжения подключен через дифференцирующий блок к этому же суммирующему усилителю, выход суммирующего усилителя подключен через пороговый элемент и ключ к входу регулятора тока. Характер режима работы привода поворота может быть установлен исходя из определенной величины момента статического сопротивления повороту платформы. Если этот момент не превосходит 4-8% от максимального стопорного паспортного значения - значит, режим транспортирования. Если статический момент сопротивления повороту платформы более 8% - значит режим копания.

Величина момента статического сопротивления (статическая составляющая тока якоря двигателя) определяется следующим выражением , где I_д - ток якоря двигателя; I_ст - статическая составляющая тока якоря двигателя; - динамическая составляющая тока - производная по частоте вращения (напряжению якоря) двигателя; k - коэффициент приведения; ω - - частота вращения (напряжения якоря) вала двигателя;
t - время разгона (замедления) привода;
J - момент инерции поворотной части экскаватора.

Предлагаемый способ управления приводом поворота заключается в том, что вычисляют величину статической составляющей тока якоря двигателя поворота и по ней определяют режим работы экскаватора, а в зависимости от режима задают величину стопорного тока привода поворота.

В предлагаемом способе реализуется новый принцип регулирования стопорного момента привода поворота в зависимости от режима работы, определяемого величиной статического сопротивления вращению:
- при величине момента статического сопротивления тока якоря двигателей, равной 4-8% (транспортный режим), величина стопорного тока может быть максимальной паспортной;
- при величине момента статического сопротивления (тока якоря двигателя) больше 8% величину стопорного тока автоматически ограничивают до 30% от максимального паспортного значения.

В предлагаемом устройстве для реализации предлагаемого способа суммирующий усилитель (алгебраически суммируются сигналы по току якоря двигателя поворота и производная по напряжению этого якоря - формула (1) и пороговый элемент в совокупности образуют логический блок, определяющий величину стопорного момента в зависимости от режима работы экскаватора.

Заявляемый способ и устройство соответствуют критерию изобретательского уровня, т.е. введенные признаки сообщают техническому решению новое свойство - возможность автоматического изменения стопорного тока привода поворота в зависимости от режима работы.

Предлагаемый способ и устройство, кроме исключения возможности появления значительных нагрузок на оборудование в режиме копания, обеспечивают плавный разгон и торможение привода в транспортном режиме, поскольку нарастание тока якоря в первый момент времени в режимах разгонов и торможения происходит несколько раньше появления сигнала производной по напряжению двигателя и на выходе суммирующего усилителя появляется сигнал, превосходящий сигнал порогового элемента. В результате этого величина стопорного тока ограничивается до 30% от максимального стопорного значения.

На чертеже показано устройство, осуществляющее изобретение.

Привод поворота содержит двигатель 1, преобразователь 2, систему управления 3, включающую в себя, в частности, подключенные к электроприводу экскаватора регулятор напряжения 4 и регулятор тока 5. На входе системы управления установлен задатчик 6, выполненный, например, в виде сельсинного командоаппарата, выход которого соединен с регулятором напряжения 4.

Привод содержит датчики для измерения напряжения 15 и тока 7, имеющего две выходные цепи. Первая идет на регулятор тока 5 через резистор P1 6 Вторая цепь идет через резистор P3 12 на суммирующий усилитель D1 10.

Сигнал с датчика напряжения 15 идет через дифференцирующий элемент 11, например, в виде конденсатора C1 и резистор P2 9, на суммирующий элемент D1 10. выход с суммирующего усилителя 10 через пороговый элемент 13, задающий уставку порогового значения статической составляющей тока якоря двигателя, поступает на ключ K 14.

Устройство для осуществления способа работает следующим образом.

В процессе работы привода датчиками 7 и 15 измеряют текущие значения сигналов, пропорциональные току якоря двигателя поворота и производной по напряжению якоря двигателя. С выходов датчиков 7 и 15 измеренные сигналы поступают на вход суммирующего усилителя соответственно через резистор P3 12 и дифференцирующий элемент, где сравнивается. Результирующая величина сигнала с выхода усилителя D1 10 через пороговое устройство 13 поступает на ключ K 14, шунтирующий резистор P1 8 в цепи регулятора тока 5. Ключ показан условно контактным, но обычно применяется транзисторный ключ.

При величине сигнала на выходе усилителя D1 10 меньше величины установки порогового элемента 13 (трансформаторный режим) ключ K 14 не шунтирует резистор P1 3 в цепи регулятора тока 5 и величина стопорного тока ограничивается максимальным паспортным значением.

Если величина сигнала на выходе D1 10 больше уставки порогового элемента 13 (режим копания), ключ K 14 шунтирует, например, резистор P1 8 на входе цепи регулятора тока, который формирует управляющий сигнал, снижающий величину максимального стопорного тока привода поворота до 30% от максимального транспортного значения. Ключ может воздействовать и на другие элементы на входе регулятора тока, изменяющие величину стопорного тока.

Источники информации:
1. Ю. Я.Вуль, В.И.Ключев, Л.В.Седаков. Наладка электроприводов экскаваторов. - М.: Недра, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР N 1461839, кл. E 02 F 9/20, 1986.

3. Садовников Е.М. Выбор рациональных форм статических механических характеристик приводов поворота карьерных экскаваторов /Тр.ин-та. Научно-исследовательский проектно-технологический институт тяжелого машиностроения (НИИтяжмаш). - Свердловск, 1990, вып. Повышение ресурса и надежности узлов мощных экскаваторов, с. 35-39.

Формула изобретения

1. Способ управления электроприводом поворота экскаватора, основанный на измерении текущего значения тока и напряжения якоря двигателя поворота, отличающийся тем, что задают пороговое значение статической составляющей тока якоря двигателя, вычисляют производную по текущему значению напряжения якоря и сравнивают ее с текущим значением тока якоря, в случае, если результирующая величина сравниваемых значений тока якоря и производной по напряжению якоря выше пороговой, формируют управляющий сигнал, приводящий к снижению максимального стопорного тока привода поворота.

2. Устройство для управления электроприводом поворота экскаватора, содержащее задатчик, последовательно соединенный регулятор напряжения и регулятор тока, подключенные к электроприводу экскаватора, и датчики тока и напряжения, отличающееся тем, что оно снабжено суммирующим усилителем, дифференцирующим блоком, пороговым элементом и ключом, причем один из выходов датчика тока подключен к суммирующему усилителю, выход датчика напряжения подключен через дифференцирующий блок к этому же суммирующему усилителю, выход суммирующего усилителя подключен через пороговый элемент и ключ к входу регулятора тока.

РИСУНКИ

Рисунок 1