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

При отклонении нагрузки на этот двигатель от заданной за счет изменения нагрузки на исполнительный орган 10 изменяется вели­ чина выходного сигнала измерительного устройства 2 и схемы срав­ нения 3.

Полярность входного сигнала зависит от того, недогружен или перегружен главный двигатель машины. Управляющий сигнал со схемы сравнения 3 поступает на усилительное устройство 5 и далее на сервопривод 6 регулятора нагрузки. Сервопривод воздействует на вариатор скорости подачи 7, связанный через дроссель 8 с двига­ телем механизма подачи 9. Особенностью вынесенных механизмов подачи является наличие между его двигателем и исполнительным

is

\?сопр

10 Л

Рис. 48. Функциональная схема САР нагрузки комбайна с вынесенным механизмом подачи

органом звена запаздывания. Быстродействие исполнительного уст­ ройства 5 корректируется блоком 4 в зависимости от скорости нара­ стания нагрузки на машину. Кроме того, корректировка быстродей­ ствия электрогидравлического сервопривода 6 производится в завимости от величины автоколебаний нагрузки двигателя І, которая изменяется с изменением крепости угля. Для этого в схеме преду­ смотрен анализатор 15 качества процесса регулирования. При увели­ чении автоколебаний нагрузки вследствие увеличения крепости угля быстродействие сервопривода 6 снижается, и наоборот. Поиск опти­ мальной величины быстродействия сервопривода может произво­ диться системой экстремального регулирования с целью достижения минимальной амплитуды автоколебаний регулируемой величины.

Датчик температуры 11 служит для коррекции уставки регуля­ тора при превышении сверх допустимой температуры обмоток двига­ теля или масла.

В связи с некоторым запаздыванием, вносимым, например, длин­ ным трубопроводом гидросистемы, защита привода машины от опрокидывания при технологических перегрузках производится

121

кратковременным воздействием на подачу непосредственно в местах расположения двигателей.

При гидроприводе сигнал о перегрузке подается с датчика нагруз­ ки 2 на анализатор 12 скорости нарастания нагрузки и далее через преобразователь 13 и соленоид 14 на дроссель 8. При превышении на­ грузки на привод, равной 1,2 от уставки регулятора, производится кратковременное закорачивание части потока жидкости. Время зако­ рачивания t3aK потока равно времени запаздывания, вносимому тру­ бопроводом. Количество жидкости, проходящей через дроссель, зави­ сит от скорости нарастания перегрузки. Для этого исполнительное устройство дросселя управляется от анализатора нагрузки. При сни­ жении авторегулятором скорости подачи машины до величины, ликвидирующей ее технологическую перегрузку, схема защиты при­ ходит в исходное положение. При этом сопротивление дросселя уве­ личивается постепенно, чтобы в системе не возникли гидравлические удары. Такой вид защиты, не прерывающий полностью потока, позволяет значительно снизить вероятность возникновения гидравли­

На рис. 49 изображена функциональная схема системы экстре­ мального регулирования горной машины, вариация скоростей реза­ ния и подачи которой производится при помощи обособленных ре­ гулируемых гидродвигателей. Гидродвигатели питаются от общего нерегулируемого гидравлического насоса.

СЭР состоит из схемы стабилизации нагрузки и схемы поиска опти­ мального соотношения скоростей резания и подачи.

Схема стабилизации нагрузки работает аналогично приведенной на рис. 47. Отличие от указанной схемы состоит в том, что сервопри­ вод управляет непосредственно регулируемым гидродвигателем ме­ ханизма подачи. Так как в схеме принят нерегулируемый насос, корректировка параметров сервопривода производится при изме­ нении крепости массива в зависимости от параметров гидродвигателя, пропорциональных скорости подачи машины.

Для систем, у которых скорость вращения главного двигателя ис­ полнительного органа горной машины сильно зависит от момента на его валу, СЭР может быть построена на основе стабилизатора на­ грузки. Как видно из формулы (2-22), при изменении скорости подачи машины изменяется и скорость вращения двигателя исполнительного органа машины.

Изменяя, при прочих равных условиях, величины уставки авто­ матического регулятора нагрузки или скорости вращения главного двигателя, можно изменять и соотношение скоростей резания и по-

122

ния и подачи (-^- ) , исходя из обеспечения минимальной энерго-

\/ОПТ

had

Рис. 49. Функциональная схема системы экстремального регулирования режимов

емкости машины, при котором обеспечивается максимальная произ­ водительность машины. При постоянной величине уставки регуля­ тора об энергоемкости машины можно судить и по ее скорости подачи. Минимальной энергоемкости будет соответствовать максимальная скорость подачи машины.

Для управления режимами работы горных машин наиболее це­ лесообразно применение шаговых или шагово-импульсных СЭР. Эти системы реализуются технически наиболее просто. Измерение выход­ ной координаты в них можно производить как разность двух после­ довательных ее значений.

Кроме того, при движении машины вдоль забоя изменяются как средние, так и мгновенные значения параметров объекта управления. Ввиду большой инерционности объекта управления, каким является

123

средних значений параметров объекта. При этом длительность шага

после первого нахождения экстремума потери на поиск будут незна­ чительными. Необходимо иметь в виду, что для экстремальной систе­ мы необходимо получить переходный процесс с перерегулированием.

Структурная схема СЭР, работающей на шаговом принципе, мо­ жет быть значительно упрощена. Ввиду значительной длительности шага Тш постоянными времени всех элементов автоматического регу­ лятора и привода горной машины можно пренебречь и считать их

СЭР различных горных машин также могут быть описаны форму­ лами с учетом предложенных выше символов.

СЭР скоростей резания и подачи комбайна 2К52 в случае замены асинхронного главного привода регулируемый гидродвигателем бу­ дет описываться формулой

!

2К52 электродвигателя постоянного тока СЭР будет описываться формулой

I

Для обеспечения безаварийного режима работы горных машин при безлюдной выемке угля кроме САУ требуется еще ряд устройств,

ва цепи при заклинивании комбайна на конвейере. Для системы экст­ ремального регулирования предусматривается устройство, обеспе­ чивающее ускоренный поиск оптимальных величин в момент включе­ ния машины. Это — схема системы с переменной структурой.

124

При последующем включении машины после прохождения пуско­ вого тока двигателя авторегулятор отключается блоком 5 от испол­ нительного устройства, которое управляется по сигналу со схемы сравнения 4, поддерживая скорость подачи комбайна на уровне средней до момента отключения машины.

После возрастания нагрузки при контакте исполнительного орга­ на с массивом исполнительное устройство по сигналу с датчика на­ грузки 6 переключается блоком 5 и блоком 3 со схемы сравнения ско­ ростей на выход усилителей 7 авторегулятора нагрузки.

К исполнительному устройстбу

От датчика скорости

нагрузки

Рис. 50. Устройство для плавного подхода комбайна к забою

Заданная скорость подачи машины при выходе исполнительного органа в нишу может устанавливаться по команде со схемы сравнения авторегулятора нагрузки. При длительном существовании зна­ чительного рассогласования на схеме сравнения подается команда на отключение авторегулятора нагрузки и установку заданной ми­ нимальной скорости подачи.

Защита тягового звена от порыва при заклинивании корпуса ма­ шины на конвейере может быть обеспечена снижением уставки до минимальной величины при значительном увеличении давления в гидросистеме.

Ускоренный поиск оптимальных величин скоростей резания и подачи СЭР может быть обеспечен установкой после включения маши­ ны этих скоростей на уровне средних величин, которые имелись до момента отключения машины от сети. Для этого необходимы два запо­ минающих устройства: средней скорости резания и средней скорости подачи.

Известно, что для некоторых систем предварительным расчетом или опытным путем можно определить так называемые номинальные значения параметров системы, которые обеспечивают оптимальный процесс для условий, принятых в расчете или имевших место при экспе­ риментальном определении этих параметров. При работе горных ма­ шин эти условия непрерывно изменяются, что вызывает необходи­ мость поиска истинного экстремума. Поэтому для процессов добычи

125

угля номинальные данные не могут быть предварительно найдены ни расчетным, ни опытным путем.

Процесс работы горной машины является нестационарным и мо­ гут быть найдены только средние параметры экстремальных характе­ ристик. При работе горных машин крепость разрушаемого массива может изменяться в 2—4 раза, мощность пласта — до двух раз, жесткость привода — в несколько раз и т. д. Поэтому экстремальные поверхности с течением времени или изменяют свою форму, или пере­ мещаются параллельно самим себе, или делают одновременно и то и другое. Естественно, перемещаются и экстремальные точки. Предла­ гаемый способ построения СЭР горных машин обеспечивает запомина­ ние не средних, а текущих значений скоростей подачи и резания, ко­ торые имели место в момент отключения привода комбайна.

Так как повторная работа начинается при неизменных основных параметрах системы (крепости, мощности пласта, длины цепи и т. п.), эти значения для данной точки лавы соответствуют истинным зна­ чениям, экстремальной характеристики. Дальнейший поиск про­ изводится с некоторой выдержкой времени после возрастания на­ грузки.

Для горных машин, работающих на пластах крутого падения, подача которых производится при помощи вынесенного привода и каната большой длины, для обеспечения высокого качества процесса регулирования необходима корректировка параметров системы при изменении длины каната.

В качестве исполнительного устройства регулятора нагрузки машин с гидроприводом возможно применение как электрогидравличе­ ского золотника, так и специальной беззолотниковой электрогидросистемы. Последняя состоит из регулируемого привода (микродви­ гателя постоянного или переменного тока), соединенного с подпнточным насосом. Всасывающий и нагнетающий трубопроводы соеди­ нены с цилиндрами цапф реверсивного регулируемого насоса привода подачи. При переходе величины критической нагрузки на горную машину через заданную величину (уставку) изменяется полярность или фаза напряжения, подаваемого в обмотку управления регулируемого двигателя и происходит реверс микродвигателя, подпиточного нассса и струи жидкости в системе управления насосом привода гидрав­ лического механизма подачи. Угловая скорость микродвигателя и производительность насоса зависят от величины рассогласования между фактической нагрузкой на машину и заданной. Если это рас­ согласование значительное, то быстродействие регулятора нагрузки велико. При приближении фактической нагрузки к заданной постоян­ ная времени сервопривода увеличивается, а быстродействие САР сни­ жается. Такой принцип позволяет обеспечить надежную защиту гор­ ной машины от технологических перегрузок при хорошем качестве процесса регулирования.

В существующих регуляторах нагрузки горных машин применя­ ются электрогидравлические золотники с сравнительно мощными электромагнитами постоянного тока. Их постоянная времени

126

Эционные звенья. Реакция, возникающая

дсводится к выбору типовой структурной

требуемый закон регулирования, и настройке его параметров в со­ ответствии с динамическими параметрами объекта.

Для САУ горных машин возможно параллельное и последова­ тельное включение корректирующих звеньев, а также коррекция по возмущению. В последнем случае можно устранить динамическую ошибку системы независимо от вида воздействия.

§ 4. ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Многообразие типов приводов горных машин (асинхронный при­ вод, гидравлический привод вращательного действия, гидравличе­ ский привод возвратно-поступательного действия, электропривод постоянного тока и др.) привело к созданию большого количества автоматических регуляторов, имеющих самые различные принципи-

L.

Рис. 51. Модуль унифицированной САР режимов работы машины

альные схемы и конструкции. Большое разнообразие схем и конструк­ ций регуляторов ведет к снижению надежности, затрудняет их об­ служивание. Выпуск регуляторов малыми сериями приводит к по­ вышению стоимости и затруднениям в снабжении запасными частями.

В связи с указанным была рассмотрена возможность разработки типовых модулей. Используя различные сочетания модулей, можно построить САР и СЭР режимов для машин с любым видом привода.

Разработанный унифицированный регулятор позволит устранить указанные выше недостатки. Он состоит из типовых модулей, прин­ ципиальные схемы которых приведены на рис. 5 1 . Причем все дета­ ли, используемые при изготовлении данных модулей, являются одно­ типными и общепромышленного назначения.

Схемой предусматривается автоматическая корректировка устав­ ки регулятора при приближении температур обмоток двигателя пе­ ременного или постоянного тока или масла гидравлических систем к максимально допустимым величинам. При этом заданная величина уставки снижается пропорционально повышению температуры, что ведет к соответствующему снижению скорости подачи и нагрузки комбайна. Также можно обеспечить стабилизацию уставки при изме­ нении температуры окружающей среды.

В зависимости от конкретных условий из приведенных модулей можно скомпоновать соответствующий автоматический регулятор нагрузки горной машины или экстремальный регулятор режимов (табл. 9). Например, если главный привод горной машины асинхрон­ ный, а привод подачи — объемный гидродвигатель, для компоновки автоматического регулятора необходимы следующие модули: блок питания р, схема сравнения с входным усилителем s, фильтр, мост и согласующий трансформатор /, выпрямитель ѵ, тиристорный уси­

->- dttf —у s - > иѵѵт —

Применяя разные сочетания датчиков, исполнительных устройств и описанного формирующе-преобразующего устройства можно со­ брать экстремальные регуляторы для различных условий работы, например регулятор, описанный формулой

1К52Ш, 2К52, ПКЯ-8 и др.), так и на металлорежущих станках (шлифовальных, колесо-токарных и т. д.); они показали хорошие результаты и доказали возможность создания типовых модулей, компоновкой которых можно собрать регуляторы режимов для горных машин различных конструкций с приводами различных типов.

Используя обобщенные структурные схемы САР и типовые мо­ дули, можно построить регуляторы для различных горных машин. Рассмотрим основные варианты регуляторов САР резанием, построен­ ных на основе унифицированных модулей. Структурная схема ре­ гулятора статической нелинейной САР, регулируемым параметром которой является ток двигателя переменного тока главного привода, а в качестве привода механизма подачи режущего инструмента ис­ пользуется гидропривод поступательного или вращательного дейст­ вия, изображена на рис. 52, а. Для контроля регулируемого пара­ метра служит трансформатор тока. Выходным параметром регу­

130