Автоматический режим ра­боты очистных комбайнов по границе «уголь-кровля» и «уголь-почва»

При автоматизации очистных комбайнов возможен автоматический режим ра­боты очистных комбайнов, который обеспечивает качествен­ную обработку границ «уголь-кровля» и «уголь-почва», но в на­стоящее время пока практически не используется на практике. Для реализации этого режима известно три варианта построе­ния подсистем автоматического управления.

Первый вариант формируется на основе датчиков «уголь-вмещающие породы», которые обеспечивают задание качест­венной информации о координатах границ «уголь-кровля» и «уголь-почва» по длине лавы. Этот вариант может быть реали­зован, если вынимаемый угольный массив однороден, вынима­ется без присечек и характеризуется четкими границами между угольной средой и вмещающими породами.

Второй вариант базируется на применении автоматизиро­ванного программного вождения исполнительных органов в профиле пласта. В этом случае первоначально, на основе об­разцового ручного вождения органов по границам «уголь-вмещающие породы», в течении полного цикла работы ком­байна формируется и записывается в виде программного обес­печения для компьютера подсистемы автоматизации инфор­мация о рациональных траекториях характерных точек маши­ны. В дальнейшем, при снятии последующих полосок угля, эта информация используется либо полностью, либо, в случае не­обходимости, по мере подвигания лавы осуществляется кор­ректировка записанной программы, отображающая изменения координат границ «уголь-вмещающие породы» на определен­ных участках по длине лавы. Этот вариант целесообразно ис­пользовать прежде всего, если мощность и гипсометрия пласта стабильные, мало изменяющиеся по мере подвигания лавы.

Третий вариант управления строится на получении с помо­щью соответствующих датчиков и компьютерной обработке те­кущей информации о взаимном пространственном расположе­нии характерных точек механизированной крепи, конвейера и очистного комбайна по длине лавы. При известных текущих ко­ординатах этих точек, характеризующих положения перекрытия и основания каждой секции и исполнительных органов комбай­на относительно соответствующих участков рештачного става, программируемые контроллеры формируют необходимые управляющие воздействия для гидродомкратов подсистем подвески и перемещения указанных органов и опорных меха­низмов. При этом основной задачей подсистемы автоматиза­ции является обеспечение достаточно высокого качества впи­сывания исполнительных органов очистного комбайна в факти­чески имеющееся рабочее пространство.

Структурная схема устройства автоматического управления комбайном в профиле пласта с использованием контактных датчиков порода-уголь

Изменение мощности и гипсометрии угольного пласта, заштыбовка конвейера, приводит к периодическому врезанию исполнительного органа в боковые породы, что приводит к сверхнормативным потерям угля, снижению его качества, снижению срока службы резцов исполнительного органа. Ручное управление машинистом исполнительным органом по открытой границе “порода-уголь” в силу запылённости и других различных факторов невозможна. Поэтому разработаны специальные устройства – автоматические регуляторы. Одним из таких устройств является регулятор типа РУБИН с использованием контактных (механических) датчиков порода-уголь. Датчики определяют текущую границу “порода-уголь”.

Механический датчик - резец, который воспринимает осевое усилие, пропорциональное контактной прочности горной массы:

,

где: Р₀- осевое усилие; Р_К- прочность горной породы; F – величина проекции площади затупления резца по заданной грани на плоскость резания.

Для исключения пересечек рабочими резцами измерительного резца, устанавливают его на рабочем органе так, чтобы его режущая кромка выступала над режущими резцами. Для улучшения стабильности и уменьшения износа, резец устанавливают на одной линии резания за специальным защитным резцом.

Структурная схема устройства автоматического управления комбайном в профиле пласта с использованием контактных датчиков порода-уголь (на примере регулятора РУБИН) приведена на рисунке 2.6. Устройство представляет собой электрогидравлическую систему. На рисунке обозначено:

1 – гидронасос режущей части (2НП100); 2 – переливной клапан для создания давления Р_п (5…50 кгс/см²); 3 – поршень следящего золотника электрогидрораспределителя; 4 – геркон; 5 – поршень; 6 – измерительный резец; 7 – магнит; 8 – фильтр; 9 – обратный клапан.

Рисунок 2.6 - Структурная схема устройства автоматического управления комбайном в профиле пласта с использованием контактных датчиков порода-уголь

Принцип действия устройства основан на сравнении действующего на резец датчика ДПУ усилия Р_у с заданным Р_п. Измерительный резец 6 опирается на поршень 5, который по гидравлическому каналу подаёт жидкость с давлением определённым настройкой переливного клапана 2. Т.о. на поршень действуют две противоположно направленных усилия: Р_у – осевое усилие измерительного резца пропорциональное контактной прочности и Р_п – поджимающее усилие. При резании угля система настраивается т.о., что Р_у=Р_п (предварительно), поршень 5 неподвижен и перемещений в гидравлической системе не происходит. При резании породы Р_у>Р_п. Поршень 5 перемещается, что вызывает перемещение поршня 3, на штоке которого расположен магнит 7. Магнит перемещается, воздействуя на геркон 4, что приводит к переключениям в электроблоке и выработке воздействий на изменение его положения (уходит от породы). Если резец отходит от породы, то Р_у уменьшается соответственно перемещая поршень и магнит 7, контакты геркона размыкаются. Для регулятора РУБИН замкнутое состояние отождествляется с породой, разомкнутое с углём.

Электрическая часть регулятора содержит 2 основных элемента: датчик синхронизатор и датчик пути. Датчик синхронизатор выдаёт сигналы за каждый оборот и.о. во время прохождения ДПУ зоны возможной встречи с породой. Датчик пути определяет положение исполнительного органа при прохождении комбайном заданного отрезка пути, формируется команда “к породе”, при этом происходит съём информации с ДПУ, при совпадении сигналов с ДПУ и ДС формируется управляющее воздействие “от породы”.

Структурная схема устройства автоматического управления комбайном в профиле пласта с использованием бесконтактных датчиков

порода-уголь

Структурная схема устройства автоматического управления комбайном в профиле пласта с использованием бесконтактных датчиков порода-уголь ( на примере регулятора КВАНТ) приведена на рисунке 2.7) В состав устройства входят: изотопный датчик датчик порода-уголь ДПУ, шнековый блок ШБ, приёмный блок ПРБ, блок управления БУ, блок питания БП. Элементы ДПУ и ШБ расположены на исполнительном органе комбайна на одной плате, а элементы ПрБ, БУ и БП размещены непосредственно в электроблоке комбайна.

Рисунок 2.7 - Структурная схема устройства автоматического управления комбайном в профиле пласта с использованием бесконтактных датчиков порода-уголь

Принцип действия бесконтактного датчика ДПУ основан на учёте в единицу времени газоразрядными счётчиками гамма-лучей радиоактивного источника излучения, который изменяется в зависимости от толщины контролируемой угольной пачки. Этот датчик устанавливается на исполнительном органе. В качестве источника гамма-излучения используется радиоактивный америцием-241. Вторичное излучение фиксируется низковольтными счётчиками СБМ-21. ДПУ утоплен ниже уровня кулаков резцедержателей и установлен с забойной стороны шнека. Работает с min воздушным зазором по линии резания не менее 75 мм. ДПУ работает по принципу регистрации обратного, рассеянного мягкого γ- излучения. При положении ДПУ в зоне контакта порода – уголь почвы или кровли пласта информация с ДПУ через ШБ передаётся в ПрБ и БУ, который суммирует поступающие с ДПУ импульсы в течение определённого числа оборотов шнека (3-10). Число оборотов, за которое происходит накопление, контролируется синхродатчиком и счётчиком числа оборотов, которая является составной частью с БУ. Если накопленное в БУ число импульсов с ДПУ меньше или больше заданных порогов срабатывания регулятора, которое соответствует допустимому диапазону зольности, то формируется управляющее воздействие на электрогидропереключатель ЭГП, на подъём или опускание рабочего органа в течение заданного промежутка времени.

Назначение, область применения, функции, состав и принцип действия устройства типа УРАН.1М

Назначение

Устройство (регулятор) типа УРАН.1М предназначено для управления режимами работы комбайнов с механизмом подачи 1Г 405 путём автоматического изменения скорости подачи.

Область применения

Устройство рассчитано для эксплуатации в условиях подземных выработок шахт, опасных по газу и пыли, в макроклиматических районах с умеренным и тропическим климатом и изготавливается в климатическом исполнении «У» и «Т» категории 5 в соответствии с ГОСТ 15150-69.

Функции

Устройство УРАН.1М обеспечивает выполнение следующих функций:

1. дистанционное управление с пульта управления скоростью подачи комбайна, пускателем предохранительной лебёдки (согласованная с направлением движения комбайна);

2. поддерживание заданного значения нагрузки электропривода путём автоматического изменения скорости подачи;

3. защиту электродвигателя от «опрокидывания» при технологических перегрузках;

4. стабилизацию заданной скорости подачи при недогруженном электродвигателе;

5. уменьшение скорости подачи до нулевой при пуске комбайна и длительных перегрузках электродвигателя;

6. фиксацию нулевой скорости подачи;

7. плавное увеличение скорости подачи после пуска и «обнуления»;

8. диагностику работоспособности датчика и задатчика скорости подачи и целостности их цепей;

9. световую индикацию целостности цепей управления комбайном и конвейером, наличия напряжения питания блока электронного и электрогидрораспределителя, состояния выходных усилителей (для настройки нулевого положения датчика скорости подачи), выхода из строя датчика или задатчика скорости подачи и нарушения целостности их цепей;

10. автоматическую блокировку изменения скорости подачи или уменьшения скорости подачи до нулевой при выходе из строя датчика или задатчика скорости подачи соответственно и нарушении целостности их цепей;

11. дистанционное управление режущими органами комбайна с пульта управления (модификация 03).

Таблица 1 – Основные параметры регулятора УРАН.1М

Наименование основных параметров	Норма
1. Погрешность поддержания заданной установки тока электродвигателей, процент от установки, не более	+/- 6
2. Погрешность поддержания заданной установки скорости подачи, процент от максимального значения скорости подачи, не более	+/- 6
3. Количество контролируемых приводов	2
4. Диапазон установок тока электродвигателей, А*	(120 +/- 12) – - (320+/- 32)
5. Напряжение питания, В	660/1140
6. Выходное напряжение для питания электрогидрораспределителя, В	36+6-7
7. Выходное напряжение для питания фары, В	36+6-7
8. Мощность, потребляемая из сети, В*А, не более	130

Состав

Устройство может выпускаться в трёх исполнениях.

Исполнения 01 и 02 без управления режущими органами комбайна с пульта управления.

Исполнение 03 с управлением режущими органами с пульта управления.

Состав изделия:

1. блок электронный – 1 шт.;

2. пульт управления – 1 шт.;

3. датчик скорости подачи – 1 шт.;

4. панель аппаратов – 1 шт.

Принцип действия

Структурная схема регулятора показана на рисунке 2.8. На рисунке обозначено: ДС1-ДС3 – датчики токов соответственно первого и второго двигателей и суммарного тока, потребляемого комбайном; ЗС1-ЗС3 – задатчики тока; БКШ – блок канала скорости; БКН – блок канала нагрузки; БВП – блок исходных усилителей; СБ1-СБ5 – схемы выделения максимумов; ФНЧ1-ФНЧ3 - фильтры низкой частоты; З1,З2 – элементы сравнения сигналов; РІ – релейно-импульсный элемент; ЗШ – задатчик скорости и направления передвижения; ДШ - датчик скорости и направления передвижения; РЧП – реле времени пуска комбайна; СМ1, СМ2 – схемы выделения минимумов; РШ – реле контроля превышения фактической скорости над заданной; РТЕ – релейный трехпозиционный элемент; П1, П2 – усилители управления сервопривідом передвижения комбайна; Пл, Пп - усилители управления предохранительной лебедушкой; П0 – усилитель сигнала установления нуля скорости передвижения; ИЛИ-НЕ – логический элемент; I1 и I2 – токи, потребляемые электродвигателями; Iз – суммарный ток потребляется комбайном; Iф – наибольший из исходных сигналов за током; Iу – уставка номинального тока; U1, U2 – исходные напряжения РІ; Vу.л., Vу.п. – уставки по скорости передвижения соответственно влево и вправо; Vм.л., Vм.п. – исходные сигналы СМ1 и СМ2; V0 – сигнал уставки нуля скорости передвижения; Vф.л., Vф.п. – сигналы фактической скорости и направления передвижения; Uр – напряжение на выходе РШ; ДV – несогласованность за скоростью.

В зависимости от соотношения входных сигналов от задатчиків тока Iном и скорости vу и обратных связей по току Imax и скорости vф регулятор работает в одном из следующих режимов: пуск комбайна, стабилизация скорости передвижения, стабилизация нагрузки.

Регулятор имеет два канала управления: по скорости перемещения (датчик ДШ и задатчик ЗШ скорости и направления передвижения, блок канала скорости БКШ и релейный трехпозиционный элементр РТЕ) и по стабилизации нагрузки (датчик тока электродвигателей ДС1-ДС3, задатчики, которые приводят показание всех датчиков тока до одного масштаба ЗС1-ЗС3, задатчик длительности регулирующих импульсов ЗТ, блок канала нагрузки БКН).

Канал стабилизации нагрузки руководит изменением скорости передвижения комбайна через канал управления скоростью с помощью исходных напряжений U₁, U2 релейно-импульсного элемента РІ.

При включении комбайна подается напряжение питания на регулятор. Реле времени пуска комбайна РЧП срабатывает с задержкой по времени 2-3 с, в результате чего на входах элементов выделения минимальных сигналов левого СМ1 и правого СМ2 направления передвижения содержится нулевой сигнал V₀=0. Сигнал уставки за скоростью подачи vу также равняется нулю независимо от положения задатчика скорости ЗШ и, следовательно, на протяжении этих 2-3 со скорость комбайна при пуске снижается к нулю и содержится на этом уровне, что обеспечивает облегченный запуск электродвигателя різання и исключает резкий натяг цепи, что представляет опасность для людей, которые находятся в забое.

По завершении 2-3 с РЧП срабатывает и изменяет значение сигнала v₀=0 на v0 с. При этом на выходе элементов СМ1, или СМ2 в зависимости от заданного направления движения комбайна выделится сигнал уставки за скоростью и комбайн начнет разгоняться. Если при этом возникнет перегрузка за током любого двигателя или за суммарным током, который потребляет комбайн, разгон будет продолжаться к заданной скорости по закону непрерывной регуляции (при Iу – Iф>0,2 Iу) или импульсного (при 0,05Iу< Iу – Iф<0,2 Iу). Это обеспечивается таким способом: при V_у>0 в зависимости от заданного движения комбайна. Дальше на схеме выделения максимума появится сигнал vу, что сравнивается с фактической скоростью на реле сравнения РП, и пока |vу| больше vф, на выходе РП будет сигнал U_р=0. Эти сигналы поступают на блоки выделения максимума СБ4, СБ5, на выходах которых образуются сигналы, которые отвечают vу и vф. Их разница подается на элемент РТЕ, что включается и увеличивает повышение скорости подачи комбайна к значению, при каком vу - vф станет равняться зоне нечувствительности этого элемента. РТЕ отключится и последующего изменения скорости не состоится. Если фактическая нагрузка находится в пределах (0,95-0,8) Iу, то на вход СБ3 поступает импульсное напряжение U2 за амплитудой большая или ровная vуmax, что приводит к импульсному включению РП и появлению на его выходе импульсного напряжения Uр>Uуmax. В результате в момент существования имаульсов Uр на выходах СБ4 и СБ5 образуются одинаковые напряжения и ДV=0, что приведет к отключению РТЕ.

В это время изменения (увеличение) скорости передвижения не происходит (контур регуляции за скоростью оказывается разомкнутым). Изменение скорости будет происходить только в моменты, когда U₂=0.

При задании с помощью ЗШ величины и направления скорости пересуванняодночасно подается сигнал на усилитель управления предохранительной лебедушкой Vл или Vп. Если задатчик встановлен в нулевое положение, то сигнал от логического элемента ИЛИ-НЕ будет подано на усилитель установления нулевой скорости передвижения V₀.

Режим стабилизации нагрузки осуществляется при перегрузках двигателя. Стабилизация за током происходит при Iф 1,05Iу. При изменении тока нагрузки в границах, меньше значения 1,05Iном, напряжение U1 равняется vуmax и не влияет на режим регуляции скорости. При нагрузках от 1,05 Iном к 1,25Iном это напряжение изменяется импульсно и шунтирует уставку по скорости, что приводит к непрерывному снижению скорости.

Исполнительные элементы коммутируются полупроводниковыми ключами. Блок индикации (линейка, набранная со светодиодов АЛ-102) предназначен для отображения состояния основных цепей регулятора.

Как датчик нагрузки используется трансформатор тока на тороидальной сердцевине.

Задатчиком скорости и направлению движения есть переключатель, галеты, на 11 положений.

Датчиком скорости перемещения служит дифференциальный индукционный датчик перемещения.