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

w

Разделив это выражение на ——, получим

чика уставки зависит в первую очередь от выбранного параметра ре­ гулирования и от того, сравниваются ли непосредственно их заданные и фактические величины или после преобразования в другие, более удобные параметры. Для чисто гидравлических схем регуляторов уставка может задаваться изменением величины давления в схеме сравнения этих величин. При преобразовании регулируемого пара­ метра в электрический сигнал задание уставки может производиться следующими способами:

а) изменением величины опорного сигнала, с которым произво­ дится сравнение сигнала, соответствующего фактической величине регулируемого параметра;

б) изменением коэффициента передачи измерительного устройства ; в) изменением порога срабатывания нелинейных или релейных элементов, на цепи управления которых подается выходной сигнал

с измерительного устройства.

' Во всех трех случаях для получения одной и той же величины сиг­ нала на выходе схемы сравнения при изменении параметров, регули­ рующих величину уставки, потребуется достижение регулируемым параметром разного значения. Выбор способа задания уставки зави­ сит также от принципа построения измерительного и усилительнопреобразующего блоков.

Наиболее часто в качестве регулируемой величины принимается ток электродвигателя горной машины, а в качестве измерительного устройства — трансформатор тока. В этом случае задание уставки может быть произведено:

а) по первому способу — изменением уровня сигнала, поступа­ ющего в схему сравнения с трансформатора блока питания регулятора или с вынесенного источника, например высокочастотного генератора ; б) по второму способу — изменением величины сопротивления нагрузки трансформатора тока, величины подмагничивающих ампервитков постоянного тока от постороннего источника питания или размагничивающих ампервитков переменного тока путем шунтиро­

вания дополнительной обмотки трансформатора тока.

При мостовой схеме уставка может регулироваться изменением величины сопротивления одного из плеч моста или величины сигнала (при постоянной величине регулируемого параметра), поступающего на вход транзистора, служащего одним из плеч моста.

152

Г л а в а 4

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРИ СОЗДАНИИ САУ

Работы по созданию систем автоматического управления режимами работы горных машин могут быть разделены на несколько этапов:

1)определение ориентировочной технико-экономической эффек­ тивности автоматического управления;

2)выбор метода автоматического управления режимами работы машины;

3)выбор способа построения системы;

4)разработка принципиальной схемы системы с отработкой па­ раметров отдельных элементов;

5)расчет системы на устойчивость и проверка качества процесса;

Для выполнения некоторых из указанных этапов работ необхо­ димо получение исходных данных. Рассмотрим оптимальные методы их получения, исходя из минимальных затрат времени, средств и труда , и проанализируем эти данные.

§ 1. ИССЛЕДОВАНИЕ ИСТОЧНИКОВ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

Проведению каждой научно-исследовательской работы по созда­ нию средств автоматического управления должны предшествовать работы по определению ориентировочной технико-экономической эф­ фективности этой работы. Проведение этих исследований включает наблюдения за работой горной машины, подлежащей автоматизации, хронометражные наблюдения и проведение замеров. При наблюдении за работой машины определяются: устойчивость работы машины при ручном управлении; условия работы машиниста и других рабочих забоя; эффективность погрузки отбитого угля; состояние почвы и кровли; степень изменения мощности и гипсометрии пласта; скорость возведения или перемещения крепи.

154

При хрономегражных наблюдениях определяются: чистое время работы машины по выемке Тр, время простоев и их причины, длины подрубленного машиной забоя Ьф, расход режущего инструмента, ко­ личество порывов тягового органа. По этим данным определяются

при максимально возможной скорости подачи машины. Для гидрав­ лического привода определяются коэффициент вариации моментов на валу привода и давление в гидросистеме;

2) зависимости выхода мелких классов от скорости подачи маши­ ны (при работе машины в средней части лавы). По данным экспери­ мента строится зависимость и>% = / (ѵ„);

3) зависимости удельной энергии резания от скорости подачи и энергетической характеристики машины. Строится характеристика Н\ѵ— î (ѵп). Если машина или установка допускает плавную или сту­ пенчатую регулировку скорости резания, эксперимент повторяется

для получения зависимости Hw = / ( ) . Одновременно производит-

ся запись мощности, потребляемой приводом машины при различных скоростях подачи. По диаграммам мощности строится для одних и тех же участков лавы характеристика Р = / (ѵп). Определяется так­ же средняя мощность, потребляемая двигателем горной машины при

для участка забоя с переменными и стабильными горнотехническими характеристиками при движении вверх и вниз. Для одинаковых ско­ ростей подачи и нагрузок привода сравниваются величины колеба­ ний усилий в элементах и их частота в зависимости от стабильности нагрузки привода;

5) режимов работы привода и пускорегулирующей аппаратуры при работе машины вверх и вниз. По данным записи нагрузки при­ вода определяется количество опрокидываний двигателя, количество коммутационных переключений пускорегулирующей аппаратуры при нормальной работе двигателя и после его опрокидывания.

Кроме того, определяется в течение цикла изменение температуры

6) изменения сопротивляемости угля резанию по длине забоя. Методика этих исследований достаточно полно разработана в ИГД им. А. А. Скочинского. Замеры крепости производятся при помощи динамометрического сверла типа СДМ-1. Точки замеров (шпуры) должны быть расположены на расстоянии не более 5—7 м.

155

По результатам замеров строятся следующие зависимости:

A = f(L) и Hw = f(A);

7) транспортирующей и погрузочной способности исполнительно­ го органа машины и величины критической скорости подачи. По ре­ зультатам замеров определяются величины .Ё1 ^; ѵп. к р ; Рзаш. Полу­ ченные в результате промышленных исследований горных машин данные позволяют произвести расчет ориентировочной технико-эко­ номической эффективности регулирования режимов исследуемой ма­ шины.

Фактическая технико-экономическая эффективность применения конкретной системы в определенных горногеологических условиях находится методом исследования экспериментальных, опытных и

эффективности автоматического управления конкретной машиной определяются те же параметры, что и при расчете ориентировочной эффективности. Однако все исследования проводятся при максималь­ но возможной на ручном управлении скорости подачи. Расчет исход­ ных данных выполняется по средним величинам, полученным в те­ чение цикла.

Дополнительно проводятся наблюдения за работой машины, хронометражные наблюдения и замеры при работе машины с системой автоматического управления режимами работы.

Повышение производительности машины при автоматизации ре­ жимов работы определяется по формуле

р = ^ ъ — 1 0 0 % ' W

Ѵр

где Qa и Qp — производительность машины соответственно при ав­ томатическом и ручном управлении.

Снижение удельной потребляемой мощности при работе машины с системой автоматического управления определяется по формуле

Все остальные показатели также сопоставляются для автомати­ ческого и ручного управления. Кроме того, определяется запылен­ ность воздуха и трудоемкость работы при автоматическом и ручном

156

управлениях. Для определения влияния системы на трудоемкость работы производится хронометраж действий машиниста и его помощ­ ника по управлению машиной, перемещению кабелей, наблюдению за тяговой цепью и т. п. Одновременно замеряется слой угля, погружа­ емого вручную после прохода машины.

§ 2. ВЫБОР МЕТОДА И ИССЛЕДОВАНИЕ КАЧЕСТВА ПРОЦЕССА

УПРАВЛЕНИЯ

Метод построения системы автоматического управления режимами работы горных машин зависит от того, насколько управление режи­ мами работы отдельных элементов машин, установок или комплексов и взаимное регулирование этих параметров влияет на технико-эконо­ мические показатели горных машин. Например, у добычных комбай­

ма работы струговой установки динамического действия может быть достигнуто регулированием скорости подачи рабочего органа, ско­ рости резания барабанного или силы и частоты ударного, амплитуды и частоты вибрационного рабочих органов, жесткости системы подачи, силы прижатия рабочего органа к забою, угла атаки рабочего орга­ на скалывающего действия и т. д.

Однако кроме технико-экономической эффективности выбранного метода построения систем необходимо учитывать техническое совер­ шенство горной машины, для которой создается система, и техниче­ скую возможность создания средств для практического осуществле­ ния выбранного метода. Предварительно метод может быть выбран, исходя из имеющихся результатов исследований подобных машин в промышленных условиях и теоретических положений по теории ре­ зания и конструированию горных машин.

При этом одновременно аналитически по справочным материалам определяется вероятность, сложность и стоимость технического осу­ ществления данного метода, исходя из указанных выше положений. Для выбора метода целесообразно использовать теорию оптималь­ ного управления.

Окончательно метод и принцип построения САУ для конкретной машины могут быть выбраны только после получения исходных дан­ ных при исследовании подобного типа машин в промышленных усло­ виях.

Для обоснованного выбора и расчета отдельных элементов системы автоматического управления требуются следующие исходные дан­

157

г) частота возникновения опрокидывающих перегрузок: д) постоянные времени элементов; е) допустимые размеры отдельных элементов и блоков;

ж) зависимость температуры корпуса машины в месте предпола­ гаемой установки системы или отдельных блоков от режима работы и времени работы машины;

з) зависимость температуры масла гидросистемы от режима и времени работы машины.

Кроме того, для выбора метода построения САУ необходимо полу­ чить следующие зависимости (при прочих постоянных параметрах):

удельной энергоемкости от соотношения скоростей резания и по­ дачи

удельной энергоемкости от толщины среза (для струговых уста­ новок)

Я * . = /(Л);

с

удельной энергоемкости от угла резания и ширины резца (для струговых установок)

Hw = f(a); Hw = f(b);

выхода угля мелких классов от скорости подачи или резания

ь = / 0 > п , " р ) ; =

158

частоты колебаний нагрузок и амплитуды колебаний усилий от величин коэффициентов вариации нагрузок и средних величин тя­ гового усилия:

Коэффициенты вариации могут быть вычислены методом диспер­ сионного анализа по формуле (2-48).

В зависимости от указанных выше факторов и степени их влияния на производительность и надежность машин, установок и комплек­ сов, на сортность добываемого топлива и от взаимосвязи этих влия­ ний выбирается метод автоматического управления.

Расчеты необходимых величин производятся по формулам, приве­ денными главе 2 данной работы. Полученные данные являются исход­ ными для выбора метода и принципа построения системы.

На этапе промышленных испытаний экспериментальных или опыт­ ных образцов системы необходимо определить работоспособность системы и ее отдельных элементов, фактическое быстродействие испол­ нительных элементов и сервопривода системы, частоту их срабаты- в а н ш \ и некоторые другие данные, зависящие от принятой структур­ ной схемы САУ.

Так как системы автоматического управления горными машинами замкнуты, то они склонны к незатухающим или медленно затухающим колебаниям, поскольку объекты управления и отдельные элементы автоматических регуляторов обладают инерционностью и запазды­ ванием. В связи с этим каждая система в процессе ее разработки долж­ на быть проверена на качество процесса управления. При выборе структуры автоматического регулятора необходима предварительная проверка структурной устойчивости системы.

В общем случае устойчивость САР и качество процесса управле­ ния горными машинами зависят от следующих основных факторов:

структуры САУ, наличия и параметров корректирующих звеньев; характера объекта; коэффициентов усиления и постоянных времени звеньев системы;

характера внешних возмущающих воздействий объекта; величин чистого запаздывания элементов системы; величины общего коэффициента усиления всей системы.

При неправильном выборе структуры САР или параметров ее элементов в системе возникнут недопустимые незатухающие колеба­ ния. Качество процесса автоматического управления необходимо про­ верять для режима нормальной работы САР и для переходных процес­ сов в системе.

Для систем автоматического регулирования режимов работы гор­ ных машин (систем стабилизации) основными качественными

159

показателями процесса регулирования, подлежащими определению, являются:

а) величина перерегулирования, от которой зависят значения мак­ симальных нагрузок, возникающих в элементах машин;

б) время переходного процесса, что очень важно для горных ма­ шин, работающих в повторно-кратковременном режиме и непрерыв­ но подвергающихся различным возмущающим воздействиям;

-в) статическая ошибка, определяющая точность статических си­ стем автоматического регулирования;

г) амплитуда и частота установившихся автоколебаний в нели­

определение оптимальных параметров управляющего устройства, обеспечивающих максимальную точность или быстродействие си­ стемы;

синтез систем, удовлетворяющих заданным требованиям.

а воздействия на них, как правило, содержат гармонические состав­ ляющие. Поэтому качественные показатели СЭР горных машин имеют большое значение.

Для самонастраивающихся САР с целью обеспечения заданного качества необходимо определить:

пределы возможных изменений параметров объекта управле­ ния;

пределы изменений параметров отдельных элементов регулятора, которые необходимы для поддержания постоянства параметров САР.

Задача исследований состоит в получении исходных данных, необходимых для качественного анализа и синтеза САУ и их осуще­ ствления. Анализ и синтез САУ может быть произведен аналити­ чески или моделированием САУ на электронных моделирующих уста­ новках (ЭМУ).

Для расчета и моделирования системы горной машины необходимо получить дифференциальные уравнения, описывающие внутреннюю

ивнешнюю динамику машины,отыскать значения коэффициентов, вхо­ дящих в эти уравнения, отыскать связь между параметрами машины

икоэффициентами системы уравнений. Если данные для составления уравнений звеньев регулятора могут быть получены из справочных материалов и методом исследования элементов горных машин на за­ водских стендах, то исходные данные для уравнения, описывающего

160

внешние воздействия, могут быть с достоверной точностью опреде­ лены только методом исследования горных машин в промышленных условиях.

При создании систем управления добычными комбайнами с асин­ хронными двигателями с короткозамкнутым ротором эксперимент должен включать в себя получение следующих параметров: тока ста­ тора двигателя/, момента M на валу электродвигателя, линейной ско­ рости подачи ѵп, усилия./^ в канате, скорости г;3 приводной звездочки (барабана) при вариациях длины каната L и коэффициента крепости угля К, скорости резания ѵр.

Поскольку возмущающие воздействия на машину содержат де­ терминированные и случайные составляющие, полученные данные должны позволять дальнейшую обработку материала методами ста­

выполняется проверочный расчет системы на устойчивость и опреде­ ляется влияние отдельных параметров элементов системы на ее дина­ мические характеристики, а также выбираются оптимальные пара­ метры звеньев системы управления по результатам промышленных исследований экспериментальных образцов. Эти исследования могут быть с достаточной точностью и минимальной трудоемкостью осуще­ ствлены на аналоговых вычислительных машинах и электронных мо­ делирующих установках, например ЭМУ-10 [20]. Параметры модели­ руемых звеньев необходимо определять по материалам промышлен­ ных исследований экспериментальных образцов систем.

Для указанных целей необходимо определить следующие совме­ щенные во времени параметры работы горных машин:

скорость резания исполнительного органа (в случае наличия, средств для ее плавной регулировки);

угловую скорость приводной звездочки или барабана.

Учитывая необходимость получения мгновенных величин этих параметров, а не средних значений, их следует осциллографировать или записывать на магнитную ленту при максимально возможной скорости подачи машины, при максимальной длине тяговой цепи или