Проходческий комбайн как мехатронный объект

Кроме требований, общих для всех горных машин (соци­альных, технико-экономических, эксплуатационных) и частных, относящихся к подсистемам проходческих комбайнов, к рас­сматриваемым машинам предъявляются также следующие требования:

• высокий уровень автоматизации комбайнов при формиро­вании этих машин как мехатронизированных или мехатронных систем;

• обеспечение выполнения ряда вспомогательных опера­ций (образование приямков под ножки крепи и водосточной ка­навки, качественная зачистка почвы, боков выработки и кровли);

• возможность селективной выемки полезного ископаемого при работе комбайнов стреловидного типа в смешанном породно-угольном забое;

• приспособленность к оснащению крепемонтажными устройствами;

• сочетаемость с последующими транспортными средствами.

Подсистемы управления должны обеспечивать:

• автоматическое регулирование скорости перемещения (или частоты вращения) исполнительного органа (требование рекомендуемое);

• автоматическую стабилизацию нагрузки электропривода исполнительного органа;

• автоматизированное управление исполнительным органом путем его вождения по заданной программе;

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

• контроль технического состояния электрических и гидравлических узлов;

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

• автоматическое управление поворотной частью конвейе­ра при его смещении в горизонтальной плоскости относительно заданного положения;

• контроль положения комбайна в выработке;

- контроль направления проходимой выработки.

Известны следующие автоматизированные режимы работы при последовательной обработке забоя проходческими ком­байнами стреловидного типа.

1. Стабилизация на заданном уровне токовыми уставками среднего значения мощности электродвигателя подсистемы привода исполнительного органа путем регулирования основ­ного режимного параметра - скорости перемещения этого ор­гана V_n.

Реализация этого режима для мехатронизированных проходческих комбайнов обеспечивается с помощью регулятора режимов работы при наличии возможности дроссельного или объемного регулирования значения скорости V_n.

2. Стабилизация на заданном уровне среднего момента электродвигателя подсистемы привода ИО путем регулирова­ния частоты вращения (скорости резания) исполнительного ор­гана.

Такой режим возможен при наличии мехатронной подсис­темы привода исполнительного органа на основе частотно-регулируемого электропривода.

3. Автоматизированное вождение исполнительного органа по заданной программе в соответствии с выбранной рацио­нальной схемой обработки забоя.

Эта программа первоначально формируется на основе об­разцового ручного вождения ИО в течение полного рабочего цикла и записывается в виде программного обеспечения для компьютера подсистемы автоматизации. В дальнейшем, в слу­чае необходимости, осуществляется корректировка этой про­граммы.

Электрооборудование комбайна КПД предназначено для управления электроприводами и гидроприводами, а также обеспечения необходимых защит и блокировок, предупредительной сигнализации, диагностики и индикации.

Структурная схема приведена на рис. 3.

Рис. 3 - Структурная схема комбайна КПД

Электрооборудование включает:

- четыре электродвигателя, обеспечивающих: вращение коронок исполнительного органа в процессе вырубки породы, работу насосной установки для создания давления рабочей жидкости в гидросистеме, движение ленточного конвейера для удаления породы из забойного пространства, работу системы орошения с целью пылеподавления в процессе работы режущего органа комбайна;

- аппаратуру управления УПК, предназначенную для управления, в том числе по беспроводной линии связи, (в зоне визуального контроля) электро- и гидроприводами проходческого комбайна;

- аппаратуру управления и диагностики УДПМ, предназначенную для управления, защиты, контроля состояния и технической диагностики проходческого комбайна;

- датчик контроля масла ДКМ, который служит для контроля уровня и температуры масла в баке насосной установки: в корпусе датчика расположена плата с герконами для контроля 4-х уровней масла и терморезистор для контроля температуры. Предельно допустимая температура масла - 85°С;

- пост управления кнопочный ПУВ совместно с концевым элементом КЭ обеспечивает аварийное отключение электроприводов комбайна. АСУ комбайна содержит четыре поста ПУВ, расположенных в зоне исполнительного органа и поворотной части конвейера. Концевой элемент КЭ встраивается в кнопочный пост и служит для контроля целости цепей управления: в случае обрыва цепи срабатывает индикатор, установленный на крышке кнопочного поста;

- излучатель акустический АИ, предназначенный для звуковой предупредительной сигнализации перед пуском комбайна. АСУ комбайна содержит два АИ, в концевом акустическом излучателе установлен блок концевого сигнала БКС, который обеспечивает самоконтроль целости линии акустической связи;

- аппаратуру освещения, состоящей из двух светильников и фары (или четырех светильников). Светильники установлены на поворотной раме и хвостовой части конвейера и предназначены для освещения органов управления аппаратуры УПК, места перегрузки горной массы с конвейера на перегружатель и зоны прохода обслуживающего персонала. Фара аппаратуры освещения обеспечивает освещенность забойного пространства;

- распределители электромагнитные РЭС, предназначенные для коммутации потоков рабой жидкости в гидросистеме комбайна посредством электрических команд, подаваемых с пультов управления аппаратуры УПК. Электрооборудование комбайна КПД включает до 15 распределителей;

- фильтр напорный 3ФГМ32, который служит для определения и индикации загрязненности рабочей жидкости гидросистемы;

- устройство контроля пылеподавления УКСП, которое управляет системой орошения исполнительного органа комбайна - отключением и блокированием включения исполнительного органа при недостаточном давлении и расходе воды в системе орошения;

- метан-реле ТМРК-3.1М, которое отключает групповой аппарат при превышении нормы концентрации метана в забое (подключение комбайна с сетевому питанию происходит посредством группового аппарата);

- блок регистрации БРП, предназначенный для регистрации в реальном времени основных параметров работы и произошедших событий во время работы проходческого комбайна КПД или другой горной машины, имеющей канал передачи информации для системы сбора данных.

При аварийных режимах работы происходит срабатывание защит: максимальной токовой, от снижения сопротивления или повреждения изоляции кобеля, от опрокидывания и перегрузки электродвигателей, температурной защиты электродвигателей, от перегрева масла, от снижения уровня масла ниже допустимого, снижении давления воды в системе орошения и соответствующие электроприводы при этом отключаются.

3.2 Функции, выполняемые автоматизированной системой управления проходческого комбайна КПД

1) выбор вида управления комбайном:

- местное (с блока управления);

- дистанционное проводное (с носимых пультов управления комбайном ПУ4 и хвостовой частью конвейера ПУ2);

- дистанционное радиоуправление (с носимых пультов управления комбайном ПУ4);

2) выбор режима работы комбайна: работа, перегон, крепеподъем, бурение;

3) выбор работающих носимых пультов управления:

- пульт ПУ4;

- пульт ПУ4 и пульт ПУ2;

4) выбор режима работы электроблока:

- работа;

- проверка работоспособности блока контроля изоляции;

- проверка схемы;

5) дистанционное включение всех электроприводов в режиме РАБОТА с блока БУ или пульта ПУ4;

6) дистанционное включение насосной установки в режиме ПЕРЕГОН, КРЕПЕПОДЪЕМ, БУРЕНИЕ с блока БУ или пульта ПУ4;

7) дистанционное управление электромагнитными распределителями с блока БУ или пультов ПУ4, ПУ2:

- в режиме РАБОТА:

- перемещение исполнительного органа;

- изменение положения питателя;

- изменение положения распора;

- изменение положения хвостовой части конвейера;

- перемещение комбайна;

- управление погрузочными звездами;

- в режиме ПЕРЕГОН:

- перемещение комбайна;

- в режиме КРЕПЕПОДЪЕМ:

- перемещение крепеподъемника;

- перемещение установки;

- в режиме БУРЕНИЕ:

- включение первой колонки;

- включение второй колонки;

- включение обеих колонок;

8) дистанционное управление групповым аппаратом (кнопка "ПУСК" и кнопка "СТОП");

9) разрыв силовых цепей, исключающий подачу напряжения на машину с опережающим отключением группового аппарата (разъединитель QS сблокированный с кнопкой «СТОП»);

10) подачу напряжения на машину только при закрытых быстрооткрываемых крышках электроблока обеспечивается механической блокировкой;

11) отключение группового аппарата при превышении нормы концентрации метана в забое (метан-реле);

12) отключение и блокировку, исключающую включение электроприводов комбайна при аварийных ситуациях и ремонтных работах с кнопочных постов управления, расположенных в зоне исполнительного органа и поворотной части конвейера);

13) дистанционное отключение и блокировка включения группового аппарата с блока БУ аппаратуры УПК-05 "Сеть";

14) автоматическое отключение группового аппарата при длительном (более 3 мин) простое комбайна;

15) отключение и блокирование включения исполнительного органа при недостаточном давлении и расходе воды в системе орошения;

16) отключение и блокирование включения насосной установки при перегреве и снижении уровня рабочей жидкости гидросистемы;

17) подачу предупредительного сигнала с блока БУ или пультов ПУ2, ПУ4;

18) защиту от токов короткого замыкания силовых цепей;

19) защиту от перегрузки и опрокидывания двигателей М1...М6;

20) защиту от перегрева двигателей М1...М6;

21) нулевую защиту;

22) защиту от потери управляемости при обрыве или замыкании цепей дистанционного управления электроприводами машины;

23) блокировку, исключающую возможность включения двигателей без подачи предупредительного сигнала;

24) блокировку, исключающую возможность включения двигателей при снижении сопротивления изоляции силовых цепей кабелей машины ниже 35 кОм (при питающем напряжении 660В) или 100 кОм (при питающем напряжении 1140В);

25) блокировку, исключающую возможность включения двигателей при нарушении целостности вакуумных камер контакторов КМ1... КМ6 (панели ПБ1,ПБ2);

26) индикацию параметров:

- наличие искробезопасного напряжения источников питания;

- нарушение работоспособного состояния субблоков аппаратуры УПК-05;

- включение промежуточных реле контакторов электроблока;

- снижение уровня сопротивления изоляции силовых цепей;

- срабатывание максимальной токовой защиты;

- срабатывание защиты от перегрузки и опрокидывания двигателей;

- срабатывание температурной защиты двигателей;

- предельной температуры рабочей жидкости в баке насосной установки;

- уровень рабочей жидкости в баке;

- предельное давление в системе орошения;

- повреждение линии предупредительного сигнала;

- величина потребляемого тока (в %) двигателем исполнительного органа;

- готовность цепей управления.