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

каната, в средней части лавы и при подходе машины на 10—15 м к концу лавы. В случае челноковой работы машины данные определя­ ются в тех же местах лавы при прямом и обратном движении машины. Замеры желательно проводить в местах лавы со значительной кре­ постью угля, причем одновременно определять изменение крепости угля по длине забоя.

§ 3. ВЫБОР ДАННЫХ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ И КОНСТРУИРОВАНИЯ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

После выбора метода автоматического управления режимами ра­ боты горных машин и проверки структурной устойчивости САУ не­ обходимо провести исследования по определению исходных данных, необходимых для разработки и конструирования системы. Эти ис­ следования проводятся на различных этапах создания САУ. Перво­ начально должны быть получены данные для разработки и конструи­ рования системы в целом и отдельных ее элементов. Эти исследования выполняются на неавтоматизированных машинах в промышленных условиях. Для выбора и расчета отдельных элементов системы опре­ деляются данные, указанные в пунктах «а», «б», «в», «г», «д» § 2, пу­ тем записи нагрузки на машину, а по пункту «д» также путем записи средних усилий в тяговом звене. Определяются также изменения тем­ пературы обмотки двигателя и масла гидросистемы.

Данные и полученные ранее измерения используются для построе­ ния соответствующих зависимостей и расчетов элементов. При про­ мышленных исследованиях экспериментальных или опытных образ­ цов системы также производится определение этих параметров, которые используются для совершенствования системы. При этом до­ полнительно определяются изменения величин давления в гидроси­ стеме и количество срабатываний исполнительного элемента системы.

В зависимости от этапа работы возникает необходимость в полу­ чении исходных данных для первичного конструирования системы или для внесения изменений в конструкцию системы.

Данные, касающиеся конструкции машин и выбранных элементов систем управления, могут быть получены из справочных материалов. Для первичного конструирования необходимо определить:

а) место расположения системы или ее отдельных блоков на ма­ шине, установке или комплексе, соответствующее наиболее удобной компоновке всех механизмов в забое и обеспечивающее наибольшее удобство в работе машиниста и его безопасность, простоту коммута­ ционных связей с источником питания, приводом, другими механиз­ мами забоя и т. п., наибольшую надежность работы системы, простоту осмотра, монтажа и демонтажа блоков системы;

б) возможные размеры системы исходя из предполагаемого места установки системы, соблюдения установленных пропорций при кон­ струировании машины и т. п.;

в) фактические величины амплитуды и частоты вибраций корпуса машины в местах предполагаемой установки блоков системы при раз-

162

мостей и по их характеру. САУ горных машин обладают глубокими связями, не позволяющими расчленять систему на независимые составляющие при изучении целого ряда процессов в них.

При создании САУ горных машин возникает необходимость в про­ ведении ряда различных исследований. Конечной целью всех этих исследований является определение возможной и фактической в кон­ кретных условиях технико-экономической эффективности автомати­ ческого управления и получение данных, необходимых для разраработки, конструирования и последующего совершенствования систем автоматического управления режимами.

Научный анализ и опыт работы показали, что получение исходных данных для выполнения поставленных в главе 4 задач и их решение могут быть выполнены следующими методами исследований: 1) ана­ литическим (А); 2) лабораторным (ЛС); 3) на электронных моделиру­ ющих установках (ЭМ); 4) на физических моделях (ФМ); 5) на завод­ ских стендах (ЗУ) и углецементных блоках (УБ); 6) на натурных образцах в промышленных условиях (ПУ).

Применение того или иного метода в конкретных условиях опре­ деляется требуемой, исходя из задач, поставленных на конкретном этапе работы, точностью и достоверностью результатов, необходимым объемом информации, необходимыми затратами времени, средств и труда при применении различных методов исследований.

Исследования систем автоматического управления можно прово­ дить методом подачи на входы системы определенных калиброван­ ных входных сигналов и, фиксируя выходные сигналы, легко

165

производить определение интересующих нас параметров и характери­ стик. Однако такие исследования не позволяют оценить работу системы в реальных условиях работы САУ горных машин при одновременном воздействии ряда возмущений, что мы имеем в реальных условиях. Кроме того, проведение таких исследований на работающих в уголь­ ных забоях машинах практически невозможно. Выбранный метод исследований должен предопределять и метод измерения различных параметров, характеризующих режимы работы машин или иссле­ дуемый процесс.

Рис. 54. Структурная схема последовательности выполнения этапов работ при создании САУ

Предлагаемый метод исследований САУ горных машин основан на комплексном использовании всех указанных методов исследований; при этом различные методы исследований не противопоставля­ ются друг другу, а взаимно дополняют один другой. Применение каждого метода строго научно обосновано.

На рис. 54 изображена структурная схема ведения научно-ис­ следовательских работ по созданию САУ горных машин. Цифрами 1—8 обозначены этапы работ по созданию САУ в соответствии с ну­ мерацией, принятой для этих этапов в начале главы 4. Буквами обо­ значены методы исследований. Стрелки, соединяющие звенья, обо­ значенные цифрами и буквами, показывают, какие методы исследова­ ний должны применяться на этих этапах.

Каждая создаваемая САУ горных машин должна быть исследо­ вана в соответствии с рядом стандартных программ. Количество и со­ держание программы определяется технической характеристикой объекта управления — горной машины и задачами исследований.

Большой объем проводимых исследований САУ связан с иссле­ дованиями их устойчивости и качества переходного процесса. Об устойчивости или неустойчивости САУ можно судить по характеру свободного движения системы. Свободное движение линейной САУ режимами работы горных машин описывается однородным дифферен­ циальным уравнением.

166

В операторной форме уравнение свободного движения замкнутой системы в общем виде запишется

Для устойчивости САУ необходимо, чтобы корни этого уравнения лежали в левой полуплоскости комплексной плоскости. В связи с кон­ структивными и эксплуатационными особенностями горных машин уравнение свободного движения их несамонастраивающихся САУ описывается дифференциальным уравнением с переменными коэф­ фициентами. Изменение коэффициентов сг — сп уравнения свободного движения связано с изменениями длины тягового органа машины, вязкости масла гидросистемы, крепости разрушаемого массива, угла наклона пласта, коэффициента трения и других параметров системы. Это вызывает перемещение корней на комплексной плоскости, причем часть корней может переместиться на мнимую ось или в правую полу­ плоскость, и САУ станет неустойчивой.

В процессе работы машины в различных условиях могут одновре­ менно изменяться несколько параметров системы в самых различных зависимостях. Поэтому метод исследований устойчивости САР путем изменения одного исследуемого параметра не дает исчерпывающих результатов. Они могут быть получены при исследовании САУ в гра­ ничных условиях работы, которые зависят от технической характе­ ристики на машину, определяющей область применения данного типа машины, и от структурной схемы САУ. Если один и тот же тип ре­ гулятора будет предназначен для машин различного типа, гранич­ ные условия его исследований должны охватить диапазон условий работы этих типов машин.

Граничные условия исследований САУ на устойчивость и анализ качества регулирования могут быть получены исходя из степени ко­ лебаний коэффициентов уравнения (5-1) и их влияния на устой­ чивость системы и качество процесса регулирования.

Уравнение свободного движения регулятора нагрузки для опре­ деления граничных условий может быть получено согласно обобщен­

найти области устойчивости и неустойчивости системы при различ­ ных сочетаниях этих параметров. Аналогично можно исследовать

167

Согласно этим исследованиям одним из граничных условий ра­ боты САУ добычных комбайнов является работа при максимальных, согласно технической характеристики на машину, крепости угля,

стемы; максимальных коэффициентах усиления звеньев САУ. Если объект регулирования или регулятор имеет звенья чистого запазды­ вания (длинный трубопровод между маслостанцией и гидроприводом, вынесенный механизм подачи и т. п.), то при граничных условиях время чистого запаздывания этих звеньев должно быть макси­ мальным.

Другими граничными условиями является работа машины в усло­ виях минимально возможной крепости угля при наличии в пласте твердых включений или породного прослойка при максимально воз­ можной нагрузке на машину или скорости ее подачи, если скорость подачи лимитируется средством доставки. Если САУ является само­ настраивающейся, уравнение свободного движения замкнутой си­ стемы будет иметь постоянные коэффициенты. Испытания таких си­ стем достаточно проводить в условиях, соответствующих средним условиям работы машины.

Промышленным исследованиям подлежат выемочные машины, установки и агрегаты, предназначенные для работы на пологих, наклонных и крутопадающих пластах угольных шахт, для которых ориентировочный расчет технико-экономической эффективности ав­ томатического управления режимами подтвердил целесообразность их автоматизации.

и агрегатов совместно с САУ в процессе разработки этих систем. Задачей промышленных исследований неавтоматизированных гор­

ных машин является выявление возможных источников технико-эко­ номической эффективности автоматического управления режимами работы горных машин и получение исходных данных, необходимых для разработки схем и конструкций САУ. Промышленные исследо­ вания автоматизированных машин проводятся с целью получения фактических данных о технико-экономической эффективности авто­ матического управления конкретной машиной в конкретных усло­ виях, проверки правильности принятых конструктивных решений,

168

определения фактической надежности и получения данных, необхо­ димых для дальнейшей доработки и совершенствования схем и кон­ струкций систем автоматического управления.

Промышленные исследования горных машин, установок и ком­ плексов должны проводиться в различных горногеологических усло­ виях шахт, наиболее полно отвечающих технической характеристике на машину, установку или комплекс. Транспортные средства угольного участка, на котором проводятся исследования,должны обеспечивать выдачу из забоя добываемого угля в соответствии с максимальной воз­ можной производительностью исследуемого объекта. Качество пита­ ния энергией привода машины должно быть в пределах допустимых норм.

В зависимости от выполнения различных этапов разработки САУ изменяется и объем промышленных исследований, конечной целью которых на любом этапе является определение технико-экономиче­ ской эффективности применения систем и получение данных, необ­ ходимых для их конструирования и совершенствования.

Проведение промышленных исследований горных машин связано с рядом технических и организационных трудностей. Отсутствие мно­ гих необходимых измерительных приборов и датчиков во взрывобезопасном и искробезопасном исполнениях, проведение исследова­ ний в действующих плановых забоях, работающих по добыче угля, на подвижных машинах, во влажной атмосфере, где возможно перио­ дическое нарушение коммутационных цепей, средств отбора, пере­

Выбранный метод проведения промышленных исследований гор­ ных машин должен обеспечивать возможность переноса (распростра­ нения) полученных результатов исследований на другие объекты, работающие в других горногеологических или организационных усло­ виях. Это, в частности, относится к определению ориентировочной и фактической технико-экономической эффективности.

Метод исследований должен обеспечивать получение достовер­ ных данных без нарушения технологического процесса и техники безопасности.

Выбранный метод исследований должен предопределять и метод измерения различных параметров, характеризующих режимы работы горных машин и систем. Учитывая сложные условия работы машин и систем и повышенные требования к технике безопасности ведения работ в забое, многие измерения могут быть произведены только кос­ венным путем с последующей математической обработкой выходных сигналов нескольких измерительных устройств. Однако при косвен­ ных измерениях ошибка измерительных устройств и ошибка измере­ ния может значительно возрасти.

Для исключения различных случайных факторов каждый экс­ перимент при проведении промышленных исследований должен

169

повторяться не менее трех раз,, замеры производятся при работе раз­ личных машинистов.

Данные, касающиеся расчета технико-экономической эффектив­ ности автоматического регулирования горных машин, получаются методом прямых замеров соответствующих параметров. Для возмож­ ности распространения полученных результатов для исследований от­ бираются лавы с изменяющимися крепостью угля и мощностью пласта по длине лавы в пределах параметров, оговоренных в техниче­ ской характеристике на данную машину.

Обработка результатов измерений производится как по средним данным, так и для отдельных отрезков, значительно отличающихся по горногеологической характеристике.

Для получения информации о динамике горной машины при про­ ведении исследований в шахтных условиях может возникнуть необ­ ходимость применения следующих датчиков: линейной скорости, угловой скорости, линейного ускорения, силы натяжения, крутя­ щего момента, нагрузки главного двигателя, потребляемой энергии, давления в гидросистеме, температуры.

Естественно, что такое количество датчиков разного назначения будет состоять по своему принципу из двух групп:

а) датчики, основанные на непосредственном преобразовании измеряемой величины в электрическую с последующим ее изме­ нением;

б) датчики, основанные на сравнении измеряемой величины с об­ разцовой.

Хронометражные наблюдения должны проводиться работниками НИС комбината с участием сотрудников организации, проводящей промышленные исследования. Замеры запыленности воздуха произ­ водятся службой ВГСЧ. При этом скорость и направление подачи, местонахождение комбайна в лаве, орошение и т. п. должны быть идентичными.

§ 2. МЕТОД СТЕНДОВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Впервые задачи исследований системы автоматического регу­ лирования на оригинале в стендовых условиях при разрушении углецементного блока были сформулированы в ИГД им. A . A . Скочинского и Донгипроуглемаше [93].

Исследованиям на углецементном блоке подлежат натурные об­ разцы машин, установок и комплексов с опытными образцами автома­ тических регуляторов в процессе создания САУ.

Целью исследований является предварительная проверка работы САУ в условиях реальных нагрузок. Стендовые исследования гор­ ных машин на углецементном блоке должны проводиться в условиях, наиболее полно отвечающих технической характеристике на машину, установку или комплекс. Объем и содержание отдельных этапов этих исследований определяются целью исследований. При этом проверя­ ется работоспособность САУ путем фиксации самопишущими прибо-

170