Подсистема управления выемочной машиной

Выемочные машины обеспечивают отделение угля и поро­ды от массива, а также для ряда машин и перемещение (по­грузку или транспортирование) отделенной горной массы. Этот класс машин включает: очистные комбайны, струговые ус­тановки и конвейероструговые установки [1]. Кроме того, к классу выемочных машин относится и другое, значительно менее распространенное оборудование: скрепероструговые установки, бурильные машины для безлюдной выемки угля, врубовые машины и др. Струговые установки рассматривается в отдельном разделе.

Очистные комбайны предназначены для отделения от массива (выемки) угля, а также другого полезного ископаемого и погрузки отделенной горной массы на забойный конвейер. Очистной комбайн является сложным нелинейным нестационарным динамическим объектом, на который действуют случайные внешние возмущения, изменяющиеся в широких пределах. К ним относятся сопротивляемость горного массива резанию, напряжение питания и температура обмоток электродвигателей, а также плавно изменяющаяся жесткость тягового органа.

В настоящее время ЗАО «Горловский машиностроитель» выпускаются следующие типы очистных комбайнов: К103М, РКУ10, РКУ13, 1ГШ68, 2 ГШ68Б,1К101У, 1К101УД, КА80, КА200, «Поиск -2Р», «Темп 1» и комбайны нового поколения УКД 200-250, УКД300, КДК400, КДК 500, КДК700.

Для автоматизации очистных комбайнов важным является исполнение подсистемы привода исполнительного органа и подсистемы подачи.

Подсистема подачи может быть встроенной (РКУ10, РКУ13, 1ГШ68, 2 ГШ68Б, УКД300, КДК400, КДК 500, КДК700, 1К101У), и вынесенной (К103М, 1К101УД, УКД 200-250, КА80, КА200,«Поиск -2Р», «Темп 1»). Встроенная подсистема подачи может быть на основе гидропередачи «насос1НП200 – гидромотор» (РКУ10, РКУ13, 1ГШ68, 2 ГШ68Б,1К101У) и частотно - регулируемого асинхронного электропривода с короткозамкнутым ротором, обеспечивающих возможность выбора необходимых силовых и скоростных режимных характеристик (УКД300, КДК400, КДК 500, КДК700) Вынесенная подсистема подачи реализуется но основе электромагнитной муфты скольжения (1К101УД, КА80, КА200, К103М). В комбайнах «Поиск -2Р»и «Темп 1» вынесенная подсистема подачи выполнена в виде лебедки, дискретное изменение подачи осуществляется с помощью переключения соответствующих зубчатых передач.

Для очистных комбайнов в подсистемах привода ИО применяются трехфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором напряжением 660В и 1140В, имеющим рудничное взрывобезопасное исполнение РВ. Мощность электродвигателей различная от 90кВт до 355 кВт [1]. Типы электродвигателей: ЭКВ, ЭДКО, ЭКВЖ, ЭКВК. Количество электродвигателей различно. Одним электродвигатель применяется в каждой подсистеме привода ИО в комбайнах КДК500, КДК 400, КДК 700, УКД300. Одним электродвигатель применяется для обеих подсистем привода ИО и наличием редукторной кинематической цепи к обоим исполнительным органам применяется в комбайнах УКД200-250, РКУ10, КА80, КА200,1К101У. Два электродвигателя, работающие на общий вал для обеих подсистем привода ИО применяется в комбайнах К103М, 1ГШ68,2ГШ68Б. При определении параметров, приводимых в технических характеристиках ранее созданных выемочных машин, традиционно наиболее часто условно рассматривался режим S4 - повторно – кратковременный с частыми пусками. Например, для электродвигателя комбайна 1К101У типа 4ЭДКО4 -110У номинальный режим работы S4 (60,30,1,2), где 60% - относительная продолжительность включения, 30 – число пусков в час, 1,2 – коэффициент инерции. Для современных выемочных машин (КА200, УКД200-250КДК500, КДК 400, КДК 700, УКД300), реализующих высокоинтенсивные режимы работы и обеспечивающих высокую производительность, целесообразно рассмотрение в качестве номинального режима режим S1 – продолжительный (длительный).

Подсистема управления очистным комбайном должна обеспечивать:

• перед началом работы машины или перед включением любого ее подвижного узла, работа которого может представить опасность для находящихся поблизости людей, должен подаваться предупредительный звуковой сигнал;

• местное управление машиной и ее исполнительными органами (с рабочего места оператора на машине);

• дистанционное управление машиной и ее исполнительными органами с соответствующих пультов, носимых оператором или размещенных в лаве, предпочтительнее с беспровод­ными каналами управления;

• дистанционное управление машиной с пульта, расположенного на штреке в соответствии с требованиями безопасности при рабо­те на выбросоопасных пластах;

• при наличии двух пультов управления – на машине и в выработках, то должна быть исключена возможность одновременного пуска с двух и более пультов, а отключение должно выполняться с любого пульта;

• автоматическое регулирование рабочей скорости подачи;

• автоматическую стабилизацию нагрузки электродвигате­лей исполнительных органов. При наличии двух электродвигателей, работающих на об­щий вал, должен использоваться также режим стабилизации суммарной мощности этих двигателей;

• снижение скорости подачи до нуля, если не обеспечивается стабилизация заданного значения нагрузки электродвигате­лей исполнительных органов;

• для очистных комбайнов с двумя вынесенными подсисте­мами подачи с цепным тяговым органом одно­временно с автоматической стабилизацией нагрузки электродвигате­лей исполнительных органов должна обеспечиваться координация текущих значе­ний угла расположения звезды, подтягивающей холостую ветвь тяговой цепи, по отношению к звезде, перемещающей рабочую ветвь тягового органа. Эта координация необходима для реа­лизации заданного среднего уровня тягового усилия в холостой ветви цепи и минимизации амплитуд колебательных состав­ляющих нагрузок в тяговом органе, обусловленных характером работы зацепления «звездочка - круглозвенная цепь»;

• автоматическое управление перемещением комбайна вдоль забоя с учётом изменения мощности и гипсометрии пласта

• автоматическую защиту от опрокидываний и несостояв­шихся пусков электродвигателей силовых подсистем;

• мо­ниторинг состояния электрических и гидрав­лических узлов комбайна:

• отображение контрольной, оперативной и аварийной ин­формации на пульте управления;

• сохранение контрольной информации.

• оперативную громкоговорящую связь в очистном забое. Количество и места размещения переговорных устройств в за­бое должны обеспечивать удобство и безопасность их использования.

Одним из последствий необходимости обеспечения конкурентоспособности отечественной техники на мировом рынке в условиях жесткой международной конкуренции явилось изменение требований к аппаратуре автоматизации. Возросла актуальность:

• повышения достоверности и расширения объемов контрольной и диагностической информации, представляемой обслуживающему персоналу на местах и передаваемой диспетчеру и руководству шахты;

• прогноза изменения состояния оборудования и окружающей среды для оперативного планирования работ, выбора режима эксплуатации и предотвращения аварий;

- управления техническим ресурсом путем оптимизации нагрузок и проведения профилактического обслуживания;

- упрощения обслуживания оборудования.

Решать эти сложные многокритериальные задачи позволяет со­временная микропроцессорная элементная база систем управления.

Подсистема управления забойным скребковым конвейером

Транспортирование горной массы от комбайна на погрузочный пункт лавы в основном осуществляется забойными скребковыми конвейерами (СК). С помощью СК также осуществляется доставка вспомогательных и крепёжных материалов в очистной забой. В настоящее время в очистных забоях применяются различные типы скребковых конвейеров, например, СПЦ-26, СП-26, СП 202М, конвейеры типажного ряда КСД (КСД26, КСД26В, КСД27 КСД28 н КСД210) и другие [2]. В основном в качестве привода скребковых конвейеров применяется нерегулируемый привод с асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором, гидромуфтой и обычным редуктором. Целесообразно применять асинхронные короткозамкнутые двигатели с двумя независимыми обмотками, имеющими отношение числа пар полюсов (а значит, числа оборотов и мощности) 1:3. Например, двухскоростные электродвигатели типа ЭКВФ 315 М12/4 и ЭКВФ 315 L12/4. Количество приводных электродвигателей может быть различным, в зависимости от производительности конвейера.

Особенности работы забойных конвейеров следующие:

- высокая установленная мощность привода, вызванная увеличением скорости цепи, длины конвейера, площади загрузочного сечения, коэффициента трения скольжения насыпного груза, а также применением более тяжелых элементов привода и тягового органа для повышения надежности при выемке длинных столбов;

- большой момент сопротивления при трогании конвейера, так как коэффициент трения покоя значительно выше, чем скольжения, и происходит "слипание" насыпного груза из-за влажности;

- необходимость двухскоростного режим работы: при работе комбайна работа конвейера должна осуществляться при расчетной производительности с

высокой скорости движения рабочего органа (0,8-1,2 м/с); доставка вспомогательных материалов не требует больших энергетических затрат и может осуществляться при меньшем числе работающих приводных блоков, в большинстве случаев данный режим требует реверсирования привода. Для обеспечения безопасности и удобства разгрузки конвейера в ограниченном пространстве доставку вспомогательных материалов целесообразно осуществлять на пониженной скорости. Согласно требованиям института МакНИИ, доставочная скорость не должна превышать 50% от рабочей скорости.Кроме того, ремонтно-наладочные операции в лаве характеризуются частыми пусками и реверсированиями привода конвейера и требуют управления конвейером в ручном режиме на пониженной скорости;

• возможны как длительные статические, так и относительно кратковременные динамические перегрузки. Статические перегрузки медленно изменяются по времени, не сопровождаются изменением скорости, а следовательно, и ударом, но опасны точки зрения превышения допустимых температур нагрев элементов привода, в первую очередь статорной обмотки двигателя и масла редуктора. Такие перегрузки возникают при обрушении верхней пачки, при фронтальной передвижке и т. п. Динамические перегрузки приводят к резкому уменьшению скорости конвейера, иногда к стопорению, сопровождающемуся ударом момента, способного вызвать поломку или остаточную деформацию элементов трансмиссии и тягового органа, а также ударом тока, что может привести перегреву ротора (вплоть до его расплавления), к появлению электродинамических усилий в обмотке статора и повреждению изоляции. Такие перегрузки возникают при заклинивании тягового органа вследствие попадания куска угля от комбайна на нижнюю ветвь цепи конвейера т. д. Исходя из этого, привод скребкового конвейера до жен быть оснащен защитами от заклинивания тягового opгaна и от перегрева основных элементов привода;

Подсистема управления забойным скребковым конвейером должна обеспечить:

• местное и дистанционное включение, выключение электроприводов конвейера;

• работу конвейера в двух режимах: первый режим – основной – по транспортированию горной массы, второй режим – вспомогательный – по доставке материалов;

• управление конвейером в соответствии с заданным режимом рабо-

ты (выбор скорости, выбор работающего привода, «работа-реверс» и пр.);

• отключение электропривода скребкового конвейера при нарушении режима работы; отклонения величины тока нагрузки, потребляемого электродвигателями головного (концевого) приводов, от граничных значений, в т.ч. вследствие экстренного стопорения рабочего органа; отсутствии скребка в контуре рабочего органа; уменьшении скорости движения рабочего органа (менее 0,6 номинальной); исчезновении напряжения питания с аппарата;

• световую индикацию конкретного отказа (отказов) скребкового конвейера с сохранением данной информации до её принудительного сброса.

Подсистема управления механизированной крепью

Механизированные крепи предназначены для поддержания пород кровли и управления состоянием вмещающих пород, защиты рабочего пространства от обруше­ния вышележащих горных пород, пере­движки и удержания в заданном положении забойного конвейе­ра или струговой установки и самопередвижки.

В состав механизированных крепей в общем случае входят:

• секции или комплекты (группы взаимосвязанных секций);

• одна или несколько насосных станций для снабжения сек­ций (комплектов) крепи рабочей жидкостью - эмульсией;

• гидрокоммуникации с соответствующей гидроаппарату­рой, обеспечивающие гидравлические связи исполнительных гидроцилиндров (гидростоек, гидродомкратов, гидропатронов) секций (комплектов) крепи с насосными станциями;

• средства пылеподавления.

Механизированная крепь является наиболее сложным звеном автоматизации, что объясняется большим числом взаимосвязанных кинематических объектов секций крепи, подлежащих управлению, значительным объёмом информации об их состоянии, тяжёлыми условиями эксплуатации секций крепи в лаве.

В общем случае подсисте­ма управления механизированной кре­пью в составе мехатронных комбайновых и струговых ОМК должны обеспечивать:

• координированную с местоположением очистного ком­байна или стругового исполнительного органа автоматическую передвижку секций крепи и рештачного става забойного кон­вейера по заданному алгоритму в соответствии с принятой тех­нологической схемой работы комплекса;

• блокирование передвижки секции, если очистной комбайн или струговый исполнительный орган находятся от нее ближе заданного расстояния, а также в случае нераспора каждой из двух соседних секций;

• отключение подачи комбайна или стругового исполни­тельного органа, если обнажение кровли за ним больше задан­ной величины;

• отображение контрольной, оперативной и аварийной си­туации на центральном пульте управления (о начале и конце передвижки каждой секции с указанием положения секции от­носительно конвейера, о распоре передвигаемой и соседней с ней секции, о целостности магистральных жил управления кре­пью и др.);

• фронтальную передвижку забойного конвейера по всей длине лавы (в случае использования заказчиком данной техно­логической операции);

• программное управление передвижкой конвейера на уча­стках самозарубки комбайна;

• возможность выдачи информации в систему диспетчер­ского контроля АСУ ТП шахты.

Для гибкой адаптации управляющих воздействий к изме­няющимся горно-геологическим и горно-техническим условиям очистного участка целесообразно, чтобы в подсистеме автома­тизированного управления механизированной крепью также дополнительно была заложена возможность выполнения сле­дующих операций:

• автоматизированная передвижка секций крепи и рештач­ного става забойного конвейера по заданному алгоритму в пределах выделенной группы секций с автоматическим запре­том передвижки в зоне нахождения очистного комбайна или струга;

• автоматизированная передвижка отдельной секции по за­данному алгоритму;

• дистанционное пооперационное управление исполни­тельными гидроцилиндрами отдельной секции;

• аварийное отключение управления крепью.

Указанные операции должны выполняться с постов управ­ления, расположенных на секциях крепи, и с центрального пульта управления, установленного на штреке. При наличии в секционных пультах управления соответствующих радиопри­емников эти операции могут выполняться также по команде, подаваемой оператором непосредственно из лавы с помощью переносного пульта машиниста крепи по беспроводной связи.

Подсистема контроля и управления безопасным ведением работ в

очистном забое

Выделение метана из массива угля при его разрушении требует от системы автоматизированного управления обеспечения непрерывного контроля за содержанием метана в атмосфере в зоне разрушения массива, а также в поступающей на участок и исходящей струе воздуха, своевременного предупреждения об опасной концентрации и исключения возможности взрыва метановоздушной смеси.

Назначение подсистемы контроля и управления безопасным ведением работ в очистном забое - на основе современных информационных тех­нологий и технических средств обеспечение контроля и прогноза взры­воопасности рудничной атмосферы вдоль линии забоя для повышения безопасности работ в угледобывающих забоях, оповещение шахтеров о метановой обстановке в лаве и предотвраще­ние возникновения аварийных ситуаций. Подсистема должна проектироваться с использованием системного подхода в пространстве состояний «человек-машина-среда», с целью максимального исключения человека из опасных режимов управле­ния производственными процессами с учетом организмического под­хода при создании эргатических систем. (Эргатическая система — система управления, одним из элементов которой является человек или группа людей. Основными особенностями таких систем являются социально-психологические аспекты).

Подсистема контроля и управления безопасным ведением работ в

очистном забое должна осуществлять:

• постоянный контроль состояния взрывоопасности метановой среды в рудничной атмосфере на участке в соответствии с требованиями ПБ;

- прогноз состояния взрывоопасности аэрологической среды забоя;

- оповещение обслуживающего персонала добывающего участка о состоянии взрывоопасности рудничной атмосферы (в случае интенсивного роста содержания метана);

- отображение текущего содержания метанав рудничной атмосфере;

- передачу информации на центральный диспетчерский пульт шахты;

- подачу команды на остановку оборудования и отключения электроэнергии по результатам прогноза взрывоопасности рудничной атмосферы участка за время, достаточное для выполнения операций отключения;

- работу технических средств контроля метана при отключенной силовой сети электропитания участка;

- по необходимости контроль скорости воздуха, температуры воздуха, двуокиси углерода , окиси углерода, кислорода в воздухе (количество и вид контролируемых параметров согласовывается по конкретным условиям очистных забоев и выработок на данной шахте);

• защиту информации от несанкционирован­ного вмешательства работающего персонала в накопленную инфор­мацию о параметрах безопасности;

• документирование и хранение технологической информации и параметров безопасности в соответствии с правилами безопасности.

При автоматизации процесса добычи угля в очистных забоях в соответствие с указанными требованиями может быть получен экономический эффект за счет:

• сокращение обслуживающего персонала;

• повышение производительности добычного комбайна;

• снижение себестоимости угля;

• повышение безопасности ведения горных работ в очистном забое;

• повышение долговечности и надежности узлов очистных машин.

• сокращение времени поиска отказов и др. неисправностей, прогноз состояния оборудования, что сокращает время ремонта и простоя.

Требования к устройствам и системам автоматизации очистных машин и комплексов, обеспечивающие безопасность для обслуживающего персонала

Требования к устройствам и системам автоматизации очистных машин и комплексов должны соответствовать “Правилам безопасности в угольных и сланцевых шахтах”, “Нормативам по безопасности забойных машин, комплексов и агрегатов, 1990, Утв. Министерством уг.промышленности Украины”.

1. Перед началом работы забойных машин или перед включением любого ее подвижного узла, работа которого может представить опасность для находящихся поблизости людей, должен подаваться предупредительный звуковой сигнал. Слышимость сигнала должна обеспечиваться по всей зоне, опасной для людей. Для машин, работающих в одном забое, как правило, должны применяться предупредительные сигналы, отличающие между собой.

Предупредительный звуковой сигнал должен формироваться с помощью речевого или неречевого сообщений. Рекомендуется применять сигналы речевого сообщения

Предупредительный звуковой неречевой сигнал должен иметь уровень громкости - не менее 96 дБ на расстоянии 1м по оси излучателя звука. Длительность подачи сигнала – 6…15с., частота – 800…1200Гц. По структуре сигнал может быть прерывистым, непрерывным, а также модулированным по частоте или амплитуде. Прерывный сигнал, как правило, должен скважностью равной 2, с длительностью импульса 1…2с. Непрерывный сигнал может быть однотональным и многотональным с временем звучания каждого тона 0.3 … 0.5с.

Сигналы речевого сообщения должны содержать названия включаемого обьекта (например, “Внимание! Включается комбайн”) и повторяться три раза. Уровень громкости - не менее 76 дБ на расстоянии I м по оси излучателя звука. Длительность подачи сообщения – 6…15с., частота подачи сообщения от 350 до 3500Гц.

В системе предупредительной сигнализации должен предусматриваться автоматический контроль подачи предупредительного сигнала. Допускается осуществлять контроль сигнала по электрическим параметрам (току или напряжению) цепи сигнализации в самой удаленной ее точке. Выполнение контроля подачи предупредительного сигнала не обязательно при местном управлении в тех случаях, когда сигнализаторы звука находятся на машине, излучаемый сигнал воспринимается машинистом.

2. В структуре системы управления забойными машинами должна быть предусмотрена оперативная громкоговорящая связь в очистном забое. Количество и места размещения переговорных устройств в за­бое должны обеспечивать удобство и безопасность их использования. Двухсторонняя громкоговорящая связь должна обеспе­чиваться как при наличии напряжения на участке, так и при его от­сутствии а течение 4 час.

Допускается использовать посты связи для размещения органов управления и элементов индикации.

3. Система управления машинами забойного комплекса должна быть выполнена таким образом, чтобы все средства контроля и защиты (метан-реле, приборы контроля проветривания и выбросоопасности в забое, устройства предупредительной сигнализации и оповещения, устройства электрических защит в силовых цепях и др.) от возникновения производственных опасностей, связанных с включением машин и подачей напряжения, включались в работу до пуска ма­шин.

4. Система управления не должна допускать несанкциониро­ванного включения машин при включенном состояний блокировочных и защитных устройств, а также при выполнении различного рода пере­ключениий.

5. Необходимо выполнять непрерывный контроль параметров газовой обстановки, пылеподавления и проветривания.

6. Система управления должна осуществлять необходимые блокировки, связанные с технологией работы, а также предусмотренные для обеспечения безо­пасности эксплуатации машин (комплекса).

Требования к устройствам и системам автоматизации по управлению

очистными машинами и комплексами

1. Система управления должна обеспечивать включение и отключение машины путем кратковремен­ного воздействия на орган управления; Оперативное отключение питания машин и механизмов должно осуществляться за время, не превышающее 0,2с.

2. Система управления должна предусматривать один или сочетание следующих видов управления: местное; дистанционное в зоне видимости машины; дистанционное вне зоны видимости машины и автоматизированное. Выбор требуемых видов управления определяется исходя из условий обеспечения безопасности при управлении забойными машинами и комплексами. Для машин, в которых предусмотрено два и более видов управления, должно быть применено устройство переключения для выбора каждого из видов управления.

3. Если в системе управления предусмотрено два пульта управления – на машине и в выработках, то должна быть исключена возможность одновременного пуска с двух и более пультов, а отключение должно выполняться с любого пульта.

4. В системе дистанционного управления в зоне видимости машины, как правило, должен предусматриваться беспроводный канал между носимым пультом и машиной.

5. Система дистанционного управления вне зоны видимости машин (комплекса) должна содержать стационарные пульты по длине лавы, установленные через 10м, или центральный (централизованный) пульт на штреке. В такой системе может предусматриваться как проводный, так и беспроводный канал между пультом и машиной.

6. Схемы дистанционного управления аппаратами, предназначенными для подачи напряжения на машину и для включения электродвигателей машины, должны обеспечивать нулевую защиту, защиту от самовключения и от потери управления при колебаниях напряжения питания в пределах от 0,8Uн. до 1,1 Uн, кратковременном (до 1с) повышении напряжения до 1,5 Uн.; контроль заземления передвижных машин, автоматическое отключение и невозможность включения машины при обрыве или замыкания проводов внешнего участка схемы.

7. Автоматический контроль заземления должен осуществляться с исполъзованием заземляющей жилы в цепи управления. Величина контролируемого сопротивления должна составлять не более 100 и 50 Ом для машин напряжением соответственно до 660 и 1140В. Цепи контроля сопротивления заземления машин должны иметь искробезопасные параметры.

Перечень устройств и систем автоматизации очистных машин и комплексов

Основные средства автоматизации для очистных машин и комплексов следующие.

1. Автоматический регулятор нагрузки очистного комбайна типа УРАН. 1М.

2. Комплекс устройств управления забойными машинами типа КУЗ.

3. Аппаратура связи, сигнализации и управление забойными машинамитипа АССУ. УХЛ 5.

4. Комплекс аппаратов регулирования управления стругом типа АРУС.1М.

5. Комплекс средств автоматизации и управления САУК 02.2М комбайнами типа ГШ68.

6. Устройство управления механизмами очистного комплекса типа УМК.

7. Комплекс устройств автоматизации КУАК и КУАК-М (модернизированный вариант устройства КУАК) для комбайнов типа РКУ.

8. Комплекс блоков и аппаратов управления скреперостругом и конвейеростругом БАУС 02.1М.

9. Аппаратура управления и автоматизации комбайна КА-80 комплекса КД-80 типа КД-А.

10. Комплекс технических средств управления очистным комбайном УКД300 с размещением преобразователя частоты на штреке типа КУОК

11. Комплекс технических средств управления очистными комбайнами 1КДК 500, 2КДК 500, КДК 700 типа КС 500Ч.

12. Система управления очистным комбайном УКН400.

Ранее выпускалась, но еще можно встретить на шахтах, следующую аппаратуру автоматизации:

• автоматические регуляторы нагрузки типа УРАН, САДУ-2 и ИПИР-3;

• автоматические регуляторы комбайна в профиле пласта типа РУБИН и КВАНТ;

• аппаратура автоматического управления очист­ными комбайнами типа САУК, САУК-М;

- устройство инфракрасного управления забойными машинами типа УЗМ;

• комплекс контроля работы очистных комбайнов типа КРОК

• пульт управления очистными комбайнами типа ППУ;

• аппаратура автоматизации струговых установок типа МИУС, АРУС;

• пневмоаппаратура управления скоростью комбайна типа ПУСК (для очистных забоев крутого падения).

• комплекс устройств управления крепью М87УМА и КГУ-Д;

• пульт оператора механизированного угледобывающего комплекса типа ЦПУ;

• автоматизированный комплекс КМ103М, КМ137А,КМ138А;

• аппаратура управления щитовыми агрегатами типа СИРЕНА.

Изделия Прокопьевского завода шахтной автоматики (Россия):

• аппаратура громкоговорящей связи н предупредительной сигнали­зации в лаве типа типа АС-ЗСМ;

- аппаратура управления забойными машинами типа АУЗМ.

Вапианты автоматического регулирования нагрузки очистных

комбайнов

Нагрузка на привод исполнительного органа добычного комбайна определяется силами сопротивления на органах разрушения и погрузки, которые зависят от характеристик разрушаемого массива и величин и соотношений скоростей подачи и резания..

В зависимости от вида применяемого привода и других условий автоматическое регулирование режима работы комбайна принципиально возможно осуществить следующими вариантами:

1. Стабилизация нагрузки (Р) привода путем изменения скоро­сти ( Vп ) с учетом ограничений скорости подачи, вызванных недостаточной производительностью средств доставки, интенсивностью выделения метана, скоростью возведения крепи и другими. причинами (Р = соnst, Vp = соnst,

Vп =var ≤ f₁ (Q),где f₁ (Q) - функция ограничения; Vp - скорость резания);

2. Стабилизация скорости подачи при неизменной скорости резания с ограничением по перегрузочной способности (ζ) привода и факторам, указанным в п.1 (Vp = соnst, Vп =соnst ≤ f₁ (Q), Р =var ≤ f₂ (ζ) где f₂ (ζ) - функция ограничения c учетом ζ );

3. Стабилизация нагрузки путем изменения скорости резания с ограничениями по п.1 (Р = соnst, Vп= соnst ≤ f₁ (Q), Vp =var);

4. Стабилизация скорости подачи путем изменения скорости резания при ограничениях, изложенных в п.2 ( Vп =соnst ≤ f₁ (Q), Р =var ≤ f₂ (ζ), Vp =var);

5. Стабилизация нагрузки привода согласованным изменением Vп и Vp так, что их соотношение остается постоянным с ограниче­ниями по скорости

(Р = соnst, Vп / Vp = соnst,Vп =var ≤ f₁ (Q));

6. Стабилизация нагрузки при непропорциональном изменении скоростей подачи и резания с обеспечением их оптимального соотношения и ограничениями скорости подачи (Р = соnst, (Vп / Vp) _опт = var,Vп ≤ f₁ (Q));

7. Стабилизация скорости подачи при оптимальном соотношении скоростей подачи и резания и ограничением по нагрузке (Р=var,(Vп / Vp) _опт = var,

Vп ≤ f₁ (Q), Р ≤ f₂ (ζ) );

В зависимости от того, поддерживается оптимальный или неоптимальный режимы, все варианты делятся на минимальный и максимальный. Варианты 5, 6 и 7 могут быть отнесены к максимальному, а 1 и 2 — к минимальному варианту автоматизации режима работы.

Варианты 3 и 4 не могут обеспечить увеличения производительности и применяются в тех случаях когда требуется стабилизировать производительность, например при регулировании струговых установок – понимая под скоростью резания скорость перемещения струга вдоль забоя.

Минимальные варианты автоматизации сравнительно просто реализуются на существующих комбайнах, не требуется принципиальных изменений конструкции машины. К недостаткам можно отнести следующее:

-при применении на комбайнах нерегулируемых приводов резания скорость резания выше оптимальной, поэтому энер­гоемкость разрушения угля вследствие неоптимальных соотноше­ния Vп / Vp , примерно на 10—15% выше, чем оптимальная;

-при изменении скорости подачи изменяется глубина резания, т. е. толщина стружки, а следовательно и сортность угля. Поэтому с увеличением крепости угля (например, при выемке антрацитов) увеличивается выход мелких фракций и штыба.

Максимальные варианты применимы при оснащении угледобывающих комбайнов регулируемыми приводами подачи и резания. При пятом варианте регулирования, называемым параметрической стабилизацией, регулирование должно осуществляться так, чтобы соотношение Vп / Vp оставлось потоянным. Посколько для угледобывающей машины толщина стружки определяется как

h=L * Vп / Vp,

где L – расстояние между зубками в одной линии резания, то при этом варианте должна обеспечиваться высокая сортность угля. При шестом варианте регулирования, называемом экстремальным, соотношение Vп / Vp должно изменяться так, чтобы удельный расход электроэнергии был минималь­ным. С этой целью регулятор должен автоматически анализировать конкретные горнотехнологические условия и обеспечивать по­иск экстремума энергетической характеристики угледобывающей машины. При таком методе регулирования уменьшается выход штыба и улучшается сортность угля. Недостатком этого варианта является сложность регулятора (необходимость вычислительного устройства).

Следует заметить, что применение каждого из рассмотренных вариантов автоматизации в чистом виде нецелесообразно. В случае работы комбайна на мягких углях использовать установ­ленную мощность привода не всегда возможно из-за упомянутых выше ограничений. В этих условиям целесообразна работа машины в соответствии со 2 или 6 вариантом. Если же ограничений по произ­водительности нет, что имеет место обычно при разработке пластов средней крепости и выше, целесообразна работа по 1 и 7 вариантам. Поскольку машины одного типа могут работать в различных горногеологических условиях, их не­обходимо оснащать комбинированными системами регулирования обеспечивающими оба режима работы с автоматическим переходом из одного режима в другой при изменении условий даже в пределах одной лавы.

Для струговых установок стабилизация нагрузки должна осуществляться согласно условию

Т * V_c = const,

где Т – суммарное сопротивление перпмещению струга - определяется изменением крепости угля и параметров струга, V_c - скорость струга.

Такая стабилизация возможна при использовании регулируемого привода.

При разработке системы автоматического регулирования выемочной машины опреденные трудности представляет правильный выбор величины уставки регулятора, т. е. того значения регулируемого параметра, а следовательно и нагрузки, которое поддерживается на заданном уровне данной САР. Трудность выбора уставки обусловлена тем, что добычная машина работает с резко переменной нагрузкой. При этом постоянная времени нагрева комбайновых дви­гателей составляет несколько часов. Если выбрать усгавку, соот­ветствующую длительной мощности двигателя, то в этом случае воз­можности машины не будут использоваться в полной мере. Если величина уставки будет соответствовать часовой мощности двигателя, то в результате того что комбайн работает с переменной величиной продолжительнос­ти включения, двигатель комбайна может оказаться перегруженным. Исследования показали, что наибольшая производительность угледобывающей машины будет при работе двигателя, которая ограничивалась бы его максимально допустимой температурой. Поэтому мак­симальную производительность выемочной машины можно получить при работе с переменной величиной уставки регулятора. При «холодном» электродвигателе должна предусматриваться работа с максималь­ной величиной уставки, которая но мере нагрева двигателя должна уменьшаться по определенному закону, приближаясь к величине, соответствующей длительной нагрузке двигателя. Проблема использования переменной величины уставки состоит в том, что закон изменения уставки зависит от условий работы машины в лаве, которые могут быть различные. Практически можно рекомендовать метод двухступенчатого изменения уставки регулятора, сущность ко­торого заключается в следующем. При «холодном» двигателе, когда температура двигателя, контролируемая при помощи встроенного ре­ле, ниже допустимой, устанавливается уставка регулятора несколько меньше опрокидывающей мощности. Когда температура нагрева двигателя достигает допустимой величины температурное реле дает импульс на автоматическое уменьшение уставки до величины соответствующей длительной нагрузке двигателя. Такой способ корректировки уставки в функции нагрева позволяет резко сократить время нагрева двигателя до допустимой температуры и получить работу двигателя, а следовательно, и производительность угледобывающей машины, близкую к максимально возможной. Выбор уставки значительно упро­щается для двигателей, у которых часовая мощность приближается к длительной.

Структурная схема автоматического регулирования нагрузки очистных комбайнов со встроенной подающей частью при минимальном варианте регулирования нагрузки на привод режущих органов

На рисунке 2.2 показана структурная схема устройства автоматического регулирования нагрузки очистных комбайнов со встроенной подающей частью при минимальном варианте регулирования. На рисунке обозначено: 1 - приводной электродвигатель ИО; 2 - датчик тока; 3, 10 элементы сравнения;4, 11 - задатчики соответственно силы тока и скорости подачи; 5 - усилители, 6 - соленоид; 7 - гидравлическая подающая часть комбайна, 8 - исполнительный орган комбайна; 9 - датчик скорости подачи.ДСП

В структуре устройства можно выделить1-й канал – канал скорости подачи и 2-ой канал – канал нагрузки.

По такой структуре построены все известные регуляторы типа ИПИР, УРАН, УРАН.1М.

В первый канал входят следующие элементы устройства; датчк ДСП ( 9), элемент сравнения (10) и задатчик скорости (11).

Во второй канал входят: датчик тока 2, сравнительное устройство 3 и задатчик тока 4.Устанавливается величина задания в зависимости от мощности и типа ЭД.

Рисунок 2.2 - Структурная схема устройства автоматического регулирования нагрузки очистных комбайнов со встроенной подающей частью

Различают четыре режима работы регулятора:

1 Режим запуска комбайна. В этом режиме обеспечивается уменьшение скорости подачи до нуля и удержание её на нулевом уровне в течении 4-6 секунд независимо от положения задатчика скорости. По истечении данного времени осуществляется плавное нарастание скорости подачи до заданного значения (ок. 4-6 сек.). Этим обеспечивается включение ЭД с минимальной нагрузкой, исключение резкое натяжение тяговой цепи, представляет опасность для обслуживающего персонала.

2 Режим стабилизации скорости подачи. В данном режиме комбайн работает при небольшой крепости угля и недогрузке ЭД. При I_факт< I_{уставки} канал нагрузки не оказывает влияние на работу канала скорости подачи. В этом случае на элементе 10 сравнивается сигнал с 9 и 11, при рассогласовании этих сигналов через элементы 5 и 6 осуществляется обработка сигнала рассогласования до тех пор, пока V_ф=V_з при I_ф<I_ус.

3. Режим стабилизации нагрузки. Работа устройств в данном режиме осуществляется при выемке углей большой крепости, когда нагружение двигателей до номинальной нагрузки происходит при скоростях V_ф<V_ус. При I_ф>I_уст на элементе сравнения 3 формируется сигнал рассогласования , который через элементы 5 и 6 воздействует на уменьшение скорости подачи, до тех пор пока I_ф<I_уст . Если нагрузка отличается от заданной не более, чем на 6%, то регулирование скорости подачи не осуществляется.

4 Режим блокировка автоматического управления подачи. Работает в тех случаях, когда происходит повреждение ДСП и задатчика, либо их линии связи. А также устройство работает когда задатчик скорости устанавливается в нулевое положение, в этом случае снижение скорости подачи до нуля и отключается пускатель предохранительной лебедки. Регулятор находится в блоке комбайна. Имеет электронный блок, блок питания ИП-36 и ПУ. В результате внедрения данных регуляторов скорость увеличилась на 2-4%, исключилась возможность опрокидывания двигателя.

Структурная схема автоматического регулирования нагрузки очистных комбайнов с вынесенной подающей частью при минимальном варианте регулирования нагрузки на привод режущих органов

В существующих системах автоматизации при регулировании нагрузки на привод режущих органов комбайна с ВСП используются минимальный вариант регулирования.

Система ВСП состоит из двух вынесенных на штрек приводов подачи 1 2 , соединенных между собой и комбайном тяговой цепью (см. рисунок 2.3). Передний по направлению движения комбайна привод 1 (тянущий) создает усилие в рабочем участке тяговой цепи 4, которое перемещает комбайн 3 с верхним холостым участком цепи 6. Вспомогательный привод 2 (подтягивающий) перемещает нижний холостой участок тяговой цепи 5, при изменении направления движения комбайна, в качестве тянущего привода используется привод 2, а в качестве подтягивающего – привод 1.

Рисунок 2.3 – Конструктивная схема комбайна с ВСП

Основным элементом ВСП является электромагнитная муфта скольжения ЭМС (см. рисунок 2.4) которая устанавливается между выходным валом асинхронного электродвигателя и приводной звездочкой и состоит из ведущей и ведомой части (индуктора и якоря).

Рисунок 2.4 – Конструктивная схема ЭМС

Электродвигатель ДВ вращает ведущую часть ЭМС – индуктор. При отсутствии тока в обмотке возбуждения ОВ индуктор не взаимодействует с ведомой частью ЭМС – якорем и вращение на приводную звездочку не передается. При наличии тока в обмотке возбуждения, в зазоре между зубцами индуктора и поверхностью якоря проходит магнитный поток. Движение зубцов индуктора возбуждает в якоре вихревые токи (токи Фуко) и происходит электромагнитное взаимодействие между ведущей и ведомой частью ЭМС. На приводную звездочку передается вращающий момент, величина которого зависит от величины тока в обмотке возбуждения. В реальном приводе между двигателем ЭМС и приводной звездочкой устанавливаются промежуточные редукторы.

Структурная схема автоматического регулирования нагрузки очистных комбайнов с вынесенной подающей частью приведена на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5 - Структурная схема автоматического регулирования нагрузки очистных комбайнов с вынесенной подающей частью

Сигнал с датчиков тока привода резания комбайна тянущего и подтягивающего приводов подачи, соответственно с ДТ1, ДТ2, ДТ3, поступает на задающее устройство ЗУТ1, ЗУТ2, ЗУТ3. В задающих устройствах сигналы нормируются и поступают на амплитудный селектор АС1. С выхода АС1 больше по величине сигнал поступает на сравнивающий элемент, на второй вход которого подключен опорный сигнал Uуст. При перегрузке одного из приводов на выходе сравнивающего элемента появляется положительный сигнал, который через ключ К поступает на вход интегратора И. На выходе интегратора И возникает возрастающее напряжение, которое поступает на регулятор скорости подачи комбайна и вычитается из сигнала уставки по скорости. Скорость подачи понижается, поддерживая нагрузку привода на заданном уровне. Генератор Г периодически размыкает ключ К, размыкая на время паузы обратную связь по нагрузке. Во время паузы заканчивается переходный процесс изменения скорости подачи, тока нагрузки комбайна что повышает устойчивость управления.