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

Применяется также способ регулирования скорости параллель­ ным подсоединением дросселя к гидродвигателю. Этот способ нашел применение в английских и французских системах автоматического регулирования скорости подачи горных машин для экстренного сни­ жения скорости подачи при превышении давления в гидросистеме заданной величины.

Наибольшее развитие автоматическое регулирование гидродви­ гателей механизмов подачи горных машин получило по способу объем­ ного регулирования. Разработаны схемы гидравлических и электро­ гидравлических САР режимов работы горных машин. Однако наи­ более распространены в СССР и за рубежом электрогидравли­ ческие системы.

При разработке способа регулирования особое внимание должно уделяться выбору регулируемого параметра, от которого зависит качество процесса регулирования и конструкция регулятора.

Регулируемый параметр должен удовлетворять следующим тре­ бованиям:

иметь однозначную связь с нагрузкой на машину; обеспечивать постоянную перегрузочную способность двигателя

независимо от колебаний напряжения сети или давления в гидроси­ стеме, пневмосистеме и-нагрева двигателя;

допускать измерение несложным малогабаритным устройством, допустимым для применения в шахтной среде;

обеспечивать достаточную чувствительность и быстродействие ре­ гулятора;

осуществлять простыми средствами дистанционную передачу ре­ гулируемой величины от машины на значительные расстояния в слу­ чае выноса регулирующего органа механизма подачи от машины.

При выборе регулируемой величины необходимо учитывать, что напряжение шахтной участковой электрической сети и давление в пневматической или гидравлической сети не остаются постоянными. Они зависят от напряжения и давления в общешахтных сетях и, кроме того, могут колебаться в больших пределах в зависимости от нагрузки двигателя регулируемой горной машины и от режима дру­ гих двигателей участка. Возможные варианты регулируемого пара­ метра приведены в табл. 5.

При использовании в качестве привода горной машины асинхрон­ ного электродвигателя с короткозамкнутым ротором регулирование режимов работы горных машин может быть осуществлено по следу­ ющим основным параметрам: току статора; мощности, потребляемой двигателем из сети; моменту на валу двигателя или усилию в элемен­ тах режущей части горной машины; мощности на валу двигателя; скольжению электродвигателя; температуре обмоток двигателя; уси­ лию подачи машины; давлению в гидросистеме механизма подачи.

В том случае, если нагрузка не корректируется в зависимости от изменения напряжения, для выбора регулируемой величины необхо­ димо проанализировать влияние падения напряжения на сохранение перегрузочной способности и на величину потерь в двигателе.

101

Т а б л и ц а 5

Возможные варианты регулируемого параметра

Регулируемая величина — параметр

На рис. 44 приведены графики изменения относительных потерь на нагрев (а) и перегрузочной способности двигателя (б) в зависимо­ сти от напряжения сети [79]. Графики построены для условий под­ держания регулятором постоянного значения регулируемой величи­ ны. Из анализа графиков можно сделать выводы, что потребляемая двигателем мощность и момент равноценны как регулируемые вели­ чины, но по сравнению с током статора и скольжением ротора при колебаниях напряжения они имеют следующие недостатки: увеличи­ ваются потери на нагрев двигателя; уменьшается перегрузочная способность двигателя.

Поэтому необходимо вводить в принципиальную схему авто­ регулятора корректировку уставки в зависимости от колебаний напряжения.

Как видно из рис. 44, б, при использовании тока в качестве регу­ лируемой величины с падением напряжения на зажимах двигателя его перегрузочная способность снижается, хотя и менее интенсивно, чем в случае использования момента или потребляемой мощности.

Мощность на валу двигателя является функцией двух перемен­ ных аргументов — момента M и угловой скорости ротора сор :

Поэтому использование механической мощности в качестве ре­ гулируемой величины связано с необходимостью замеров двух пере­ менных величин и их последующего перемножения. Создание такого чувствительного элемента представляет значительные трудности, сле-

102

на забой также неоднозначно связано с нагрузкой, так как оно опре­ деляется, помимо сил резания, трением машины о почву, количе­ ством погружаемой горной массы, составляющей силой ее веса и случайными сопротивлениями, возникающими вследствие неровно­ стей почвы, заклиниваний машины на конвейере, зажатия рабочего органа, его заштыбовки и т. п. И только при тупых резцах усилие

103

подачи машины или натяжения в тяговом звене в подающих механиз­ мах с гибким тяговым органом будет пропорционально силам Z i а резцах. Однако и в этом случае строгой однозначной зависимости

усилия подачи от нагрузки не может быть, так как отношение сил ~

г z

зависит от параметров резания, степени затупления резцов и других факторов. Например, при наклонных пластах усилие подачи при из­ менении направления движения комбайна может изменяться до двух раз.

Таким образом, из-за неопределенности связи с нагрузкой усилие подачи нельзя использовать в качестве регулируемой величины. Тем не менее в практике были попытки использовать натяжение ка­ ната или цепи подающей части для регулирования скорости подачи машин и комбайнов. Эти попытки не дали положительных резуль­ татов. Были попытки использования косвенной величины усилия подачи — давления в гидросистеме механизмов подачи, которое как регулируемая величина имеет аналогичные недостатки.

Сопоставление величин позволяет сделать вывод, что при исполь­ зовании асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором для привода горных машин наиболее полно поставленным требованиям отвечают ток и скольжение двигателя. Однако при выборе предпочте­ ние отдается току, так как его использование позволяет создавать более простые по конструкции авторегуляторы нагрузки, обеспечи­ вающие высокое качество процесса регулирования режимов работы горных машин.

Если в качестве главного привода' горной машины будет приме­ нен двигатель постоянного тока, то регулирование может быть осу­ ществлено по таким основным параметрам: мощности, потребляемой двигателем из сети; моменту на валу двигателя или усилию в элемен­ тах режущей части горной машины; мощности на валу двигателя; температуре обмоток двигателя; усилию подачи; давлению в гидро­ системе механизма подачи.

Анализ достоинств и недостатков при выборе в качестве регули­ руемых величин момента на валу двигателя, мощности на валу дви­ гателя, температуры обмоток двигателя и усилия подачи, выполнен­ ный для асинхронного короткозамкнутого привода, в равной степени относится и к машинам, приводимым двигателем постоянного тока.

В случае применения в качестве главного привода двигателя по­ стоянного тока возможно регулирование режима работы, при кото­ ром обеспечивается постоянство мощности по закону (рис. 45)

п — скорость вращения ведущего вала.

Для мехаиогидравлических горных машин и для горных машин, разрабатывающих пласты крутого падения и приводимых пневмати­ ческими двигателями или гидравлическими турбинами, в качестве

104

регулируемой величины могут быть приняты следующие параметры: момент на валу двигателя или усилие в режущей части горной Машины;

двигатели и гидравлические турбины очень чувствительны к из­ менениям нагрузки (рис. 46). Для этого варианта привода в качестве

подачи; давление в гидросистеме механизма подачи. Температуру жидкости и обмоток электродвигателя нецелесообразно использовать

105

в качестве регулируемой величины, так как ее изменения сильно отстают от изменений нагрузки.

При использовании в качестве главного привода горной машины гидравлических двигателей в качестве регулируемой величины целе­ сообразно принимать момент на валу двигателя. Другие величины имеют те же достоинства и недостатки, что и при приводе от асинхрон­ ного двигателя с короткозамкнутым ротором.

При появлении новых видов привода горных машин, например частотного регулирования электродвигателей и других, целесооб­ разность принятия в качестве регулируемой величины того или ино­ го параметра должна быть рассмотрена исходя из фактических харак­ теристик привода.

Подавляющее большинство горных машин в СССР и за рубежом

Бретбн — по моменту на рабочем органе) или по давлению (струговая установка «Мега»). В СССР также проводились экспериментальные ра­ боты по исследованию регуляторов режимов работы врубмашин и комбайнов, построенных на принципе стабилизации давления масла гидросистемы механизма подачи [105].

Были попытки стабилизации нагрузки на электродвигатель путем обеспечения мягкой характеристики привода за счет применения в механизмах подачи электромагнитных порошковых муфт и электро­ двигателей постоянного тока. Однако наибольшее практическое рас­ пространение получила система стабилизации тока статора электро­ двигателя.

При выборе в качестве регулируемой величины САР усилия реза­ ния необходимо учитывать точность измерения составляющих силы резания. Эта точность зависит от выбранного параметра регулирова­ ния и точности метода измерения регулируемого параметра. Ошибка измерения, связанная с выбором регулируемого параметра, может быть вычислена по следующим формулам:

по амплитуде

х м

106

Масштаб измерения равен коэффициенту усиления звеньев, вхо­ дом которых является сила резания, а выходом—регулируемая вели­

чина

^ВЫх Z '

где Z — усилие резания.

Если в качестве регулируемой величины будет взят момент на валу исполнительного органа или двигателя, то постоянные времени будут определяться упругостью валов и инерционностью вращающих­ ся масс рабочего органа и редуктора, если ток или мощность — то постоянными времени электродвигателя. При этом моменты инерции

где Do6 — диаметр обрабатываемой поверхности. Соответственно потребляемая мощность и ток двигателя:

момента, тока или мощности при изменении скорости резания для ста­ билизации силы резания необходимо изменять величину уставки регулятора пропорционально диаметру обрабатываемой поверхности.

Если хотим стабилизировать не усилие резания, а момент, ток или мощность, то уставка должна быть неизменной. Однако в том и в другом случае, при прочих равных параметрах, коэффициент уси­ ления звена, характеризующего процесс резания, будет пропорцио­

107

имеющих экстремальную зависимость от режимов работы, в качестве регулируемой величины могут быть приняты следующие параметры машины: удельная нагрузка; удельная энергоемкость.

При выборе первой из них сохраняются те же достоинства и не­ достатки, что и при выборе моментов на валу рабочего органа для САР. Измерение второй величины может быть обеспечено более про­ стыми средствами. Однако оба эти способа требуют одновременного измерения двух величин с последующим вычислением их соотноше­

та и т. п. за время, равное нескольким шагам САУ, остаются неизмен­ ными. Система будет производить поиск максимума

Аналогично систематизации горных машин проведена системати­ зация элементов систем автоматического управления по классифика­ ционным признакам, исходя из отличительных (с позиций САУ) осо­ бенностей, влияющих на методы создания и структурообразование САУ, а также исходя из образования технико-экономического эф­ фекта (табл. 6).

108

Предлагаемый метод структурообразования горных машин и ме­ таллорежущих станков позволяет после составления формулы САУ перейти к ее непосредственному расчету, минуя составление струк­ турных систем. Для этого необходимо заменить символы их переда­ точными функциями.

Используя указанные символы и дополнительные индексы, а также символы, описывающие основные звенья горных машин (Р, П, Д, Т), можно дать описание САУ режимами работы горных ма­ шин в общем виде, исходя из принятых методов построения САУ

109

(см. рис. 43, в). Так, например, САУ нагрузки двигателя комбайна 2К52 будет описываться следующей формулой:

УэСэгОг - у Я г . Н Г Ц Р 2 Ш Я З Ж Д -> ч,т

- к г -

Стрелками между произведениями индексов указывается направле­ ние передачи регулирующего воздействия. Стрелка над символом указывает место приложения главного возмущающего воздействия. Стрелки под символами указывают, какие звенья охвачены местными обратными связями. Например, в приведенной формуле обратная связь осуществлена с выхода гидравлического двигателя механизма подачи на вход усилителя регулятора. Индекс показывает тип звена обратной связи (Кг — гибкая, Кж — жесткая).

Передаточная функция приведенной разомкнутой САУ нагрузки по управляющему или задающему воздействию комбайна 2К52 без местной обратной связи будет иметь следующий вид:

САУ усилия подачи струга УСБ-67, оборудованного гидравличе­ ским приводом, будет описываться формулой

Передаточная функция такой разомкнутой системы равна

Для комбайна БКТ-1 формула и передаточная функция разомк­ нутой САР нагрузки будут иметь вид:

—>• УЭСЭГ —>- Ог Пт НТЦ - j ~ РъшНЗжД — V Чт —>-,

W (s) = Wy (s) Wc (s) W0 (s) e-*" Wn (s) WT (s) x

xWp(s)Wa(s)WA(s)W4 (s).

Система параметрической стабилизации экспериментального ком­ байна 1К52ШЭ описывается формулой

110