книги из ГПНТБ / Глушко В.В. Характеристики режимов работы горных машин и их автоматическое управление

ров. Экстремум статических характеристик объекта управления на­ блюдается, если в объекте протекает несколько процессов, ведущих

кпротивоположным результатам.

Вобщем виде статическую характеристику сложного объекта можно определить как функцию многих переменных, т. е. поверх­ ность в тг-мерном пространстве,

F = f(x, х2, . . ., хп).

Если поверхность имеет экстремум, тогда будут справедливы соотношения

причем экстремальных точек на поверхности может быть несколько. Если рассматривать процесс выемки угля как объект оптималь­ ного управления, то его статическая характеристика определяется как функция нескольких переменных. Оптимальный режим работы гор­ ной машины есть функция производительности машины ÇT , сортности добываемого топлива со_в! коэффициента готовности Кг и удельной

энергоемкости Hw:

9 = f{Q„ CÖ_6, Кг, Hw).

Все эти величины, в свою очередь, являются функциями основных регулируемых параметров горной машины — скорости подачи ра­ бочего инструмента и скорости резания. Причем влияние этих регулируемых параметров на производительность, сортность, веро­ ятность заштыбовки и надежность машины различное и во многих случаях противоположное. По-разному и противоположно влияют эти параметры на оптимальность режима работы горной машины.

Так, например:

Со

91

При работе буровых станков и машин может возникнуть необ­ ходимость поиска оптимального соотношения усилия и момента для обеспечения минимальной энергоемкости бурения или достижения минимальной амплитуды вибраций бура и станка.

С ростом угла резания при неизменных других параметрах усилие и удельная энергоемкость процесса резания растут быстрее изменяемого параметра, все более приближаясь к величинам силы и удельной энергии разрушения при вдавливании инструмента в породу [103].

Обеспечение для каждого режима работы оптимального соот­ ношения угла резания и скорости резания может быть осуществлено при наличии отдельных вариаторов угла и скорости.

Последние два варианта управления режимами работы горных машин являются более эффективными в отношении повышения про­ изводительности машины и улучшения сортности угля.

При этом могут быть использованы следующие методы поиска экстремума:

1) с запоминанием экстремума и реагированием на разность между наибольшим достигнутым в предыдущие моменты времени зна­ чением выхода и текущим значением выхода:

2)с реагированием на знак или величину производной от пара­ метра выхода;

3)со вспомогательной модуляцией и определением направления движения к экстремуму по сдвигу фазы между входными и выход­ ными параметрами системы.

Менять режим работы струговой установки динамического дей­ ствия можно изменением скорости подачи рабочего органа при одновременном регулировании скорости резания барабанного, силы и частоты ударного, амплитуды и частоты вибрационного рабочих органов, жесткости системы подачи, силы прижатия струга к за­ бою, угла атаки рабочего органа, высоты резца и т. п.

Для горных машин типа статического струга, кроме того, воз­ можны следующие варианты управления:

1)одновременное, зависимое и прямо пропорциональное изме­ нение скоростей резания и движения рабочего органа транспортиру­ ющего устройства;

2)одновременное, зависимое, не прямо пропорциональное изменение скорости резания ѵр и скорости движения ѵп. т рабочего

ность применения САУ горными машинами, обусловленная отличи­ ями в стоимости различных марок и сортов угля и машин, различ­ ной вероятностью повышения производительности и надежности работы машины и сортности добываемого ^топлива, требуют

93

94

определения оптимального по обеспечиваемому технико-экономи­ ческому эффекту варианта САУ.

В связи с вышеизложенным особую актуальность приобретает объективная систематизация и классификация функциональных эле­ ментов горных машин, их приводов и элементов управления, горно­ технических и горногеологических условий, критериев техникоэкономической эффективности применения САУ как элементов про­ цесса, для которого создается оптимальная система управления.

Анализ существующих классификационных признаков показал, что наиболее общей может быть систематизация и классификация по функциональному признаку. В общем виде в состав выемочной машины входят различные органы и их приводы. Классификация их как элементов САР, а также присваиваемые им символы в со­ ответствии с предлагаемой классификацией, приведены в табл. 2.

Для составления структурных формул горных машин приняты следующие знаки. Знак « • » между символами элементов механизмов подачи и органа разрушения показывает конструктивную связь и означает, что машина имеет естественный механизм подачи, знак «-J-» свидетельствует об отсутствии такой связи и применяется для обоз­ начения того, что механизм подачи вынесен, знак «—» — о наличии звена чистого запаздывания и применяется для обозначения таких элементов, как длинный трубопровод системы. Символ со штрихом применяется в случае, если в формулу входят два звена, описываемые аналогичными символами с аналогичными индексами. Круглые скоб­ ки применяются, если необходимо показать, что вынесенный символ одинаково связан с несколькими группами символов, заключенных в скобки.

Пользуясь приведенными символическими обозначениями струк­ турных элементов и условными обозначениями связей между ними, можно описывать горные машины в общем виде как элементы си­ стемы оптимального управления процессом.

Наличие в формуле слагаемого в виде символа РН говорит, что орган машины статический, а не активный. Если машина описывается

2К52

«Донбасс» ПК-ЗМ ПКЛ-8 1К52ШЭ

95

двумя слагаемыми (или сомножителями), в одно из которых входит символ 77, а в другое — символы Р и Д, то САУ будет иметь два кон­ тура регулирования. Наличие в формуле произведения символов 7*77 свидетельствует о возможной экстремальной зависимости удель­ ного энергопотребления от режимов работы. Отсутствие РН свиде­ тельствует об отсутствии этих экстремальных характеристик.

Отличительной особенностью комплекса Г»КТ-1 является располо­ жение вне комбайна маслостанции Ог — общей для верхнего и ниж­ него двигателей механизмов подачи. Наличие самостоятельного сла­ гаемого в виде символа Ог свидетельствует о наличии в структурной схеме САУ звена запаздывания (трубопровода). Если выносится

Слагаемое с символомТ/Дозначает,что необходим отдельный блок защиты для этого звена машины. Вынесенный за скобки символ Т означает, что машина имеет два вида подачи рабочего органа и корпуса машины. Сочетание символов 77Г ГЦ или ПГТК означает наличие у механизма подачи гидродвигателя, 77Г ГД — двигателя поступатель­ ного действия. Вынесение за скобку символа Д, как это сделано для комбайнов 1К52ШЭ и «Донбасс», означает общий привод меха­ низма подачи и органа разрушения.

с

к

в

С позиций возможного технико-экономического эффекта уголь можно разделить на: Ци, Цу, Цб — малой, средней и большой стои­ мости. Если стоимость угля сильно зависит от его сортности, то соот­ ветственно Цмс , Цу.с, Цбс- При этом надо учитывать, что разная

9fi

На современном уровне развития горных машин привод должен обеспечивать возможность создания САУ режимами их работы.

Как было показано в главе 1, частота изменения усилия резания горной машины достигает 10 гц и более. Реализация и восстановление кинетической энергии привода с такой частотой неосуществимы при повышенной инерционности электрического привода. В связи с этим скоростной режим привода машин определяется не частотой рабочих возмущений, а средними нагрузками, частота изменения которых не превышает 0,5 гц. Только при экстренных возмущениях, превыша­ ющих расчетные, крутящий момент существенно увеличивается (до 5-^-6 М„ом) за счет реализации кинетической энергии подвижных узлов машины. Однако при этом не исключена возможность поломки деталей машины. Поэтому предохранительные элементы в горных ма­ шинах, как правило, рассчитываются на двойную перегрузку и в ред­ ких случаях до M = ЗМтах, т. е. в системах горных машин не пре­ дусматривается широкая реализация кинетической энергии привода. При пуске машины под нагрузкой маховые массы привода лишь затрудняют разгон машины, так как значительная часть энергии рас­ ходуется на разгон самого привода.

Тенденция к росту жесткости элементов и узлов современных вы­ емочных машин приводит к повышению их напряженности и прежде­ временному износу, так как увеличение жесткости обусловливает повышенную скорость реализации энергии возмущений (рост ампли­ туды) и увеличение частоты всей системы. Улучшить динамику гор­ ной машины можно за счет привода, способного реагировать на ча­ стоту возмущений, испытываемых машиной, обеспечивая при этом увеличение времени возмущения за счет изменения скорости.

Время переходного процесса при этом ограничено временем между предыдущим и последующим возмущениями. Эти очень жесткие тре­ бования выполнимы лишь при условии применения приводов с инер­ ционностью, значительно меньшей, чем у электромеханического при­ вода, и соизмеримой с инерционностью исполнительных органов машин.

Наиболее перспективным приводом горных машин, на базе кото­ рого могут быть созданы системы стабилизации и экстремального управления, является гидравлический привод. Автоматическое ре­ гулирование скорости гидродвигателей и, следовательно, гидравли­ ческих приводов резания и подачи горных машин может быть обеспечено: а) способом объемного регулирования; б) дроссельным способом; в) комбинированным способом объемного и дроссельного регулирования.

отнесенные к геометрической производительности гидромашины, при­ нято называть скольжением

нения скорости гидравлического объемного привода от нагрузки. Формула механической характеристики гидравлических объемных

по данным ЭНИМС, дает достаточно точное совпадение с эксперимен­ том

где lud — длина и диаметр трубопровода.

Для объемных передач небольшой мощности применяется способ регулирования скорости вращения гидродвигателя включением по­ следовательно с ним дросселя. В этом случае механическая характе­ ристика гидродвигателя определяется уравнением расхода жидкости через дроссель.

Характеристика дросселя устанавливает связь между перепадом

где к — коэффициент, зависящий от площади переходного сечения дросселя и свойств рабочей жидкости;

Ар — перепад давления в дросселе;

m — показатель степени, величина которого определяется кон­ струкцией дросселя.

100