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

этом возможны следующие типы движений: затухающие колебания, незатухающие колебания, движение с остановками (скачками). При одних и тех же средних скоростях подачи возможны все три типа движения. Переход от одного типа движения к другому зависит от формы характеристики трения. Однако и в этом случае имеется

а

детерминированная составляющая, обусловленная работой испол­ нительного органа. При возрастании нагрузки и скорости подачи ма­ шины мгновенные колебания этих параметров определяются только детерминированной составляющей (рис. 23, б).

Динамика комбайнов с вынесенным приводом имеет ряд специ­ фических особенностей. Как видно из рис. 24, изменение скорости вращения механизма подачи комплекса УКР-1 не приводит к одно­ временному изменению скорости подачи и нагрузки комбайна У К Р - 1 .

пенно и достигает своей половинной величины, равной 42 квт, только в конце указанного периода отключения. До момента отключения ле­ бедки нагрузка была равна 92 квт. Такое запаздывание, вносимое ка-

50

натом, создает значительные трудности в разработке систем авто­ матического регулирования выемочных комплексов для крутых пластов.

При работе горных машин с системой автоматического регулиро­ вания могут появиться дополнительные периодические автоколеба­ ния скорости подачи и нагрузки с частотой от 0,1 до 0,3 гц.

При работе горных машин возникают сильные продольные и поперечные вибрации их корпусов (рис. 25). Кроме низкочастотных

Р,к6т

Рис. 24. Совмещенные диаграммы мощностей, потребляемых двигателями лебедки комбайна (а) и (б) комплекса УКР-1

вибраций корпуса с частотой около 1—3 гц и амплитудой, достига­ ющей в некоторых условиях нескольких десятков миллиметров,

факторов, что и устойчивость машины в пространстве, а также от собственных частот колебаний узлов машины.

Задача [27, 108] определения рациональных параметров системы машины сводится к выбору сочетания, обеспечивающего: невысокие собственные частоты колебаний системы; малую амплитуду коле­ баний или высокое механическое сопротивление развитию колебаний с резонансными частотами.

Для проведений исследований по определению устойчивости системы, влияния параметров объекта и регулятора на качество процесса регулирования и переходных процессов необходимо иметь математическое описание основных процессов исследуемого объекта.

Объект регулирования и процесс взаимодействия машины с забоем описываются уравнением движения машины.

б

г

•I

Силой, движущей комбайн вдоль забоя, является усилие подачи, которое уравновешивается силами сопротивления [44]:

52

t-x

Так как за период образования стружки скорость, обеспечиваемая механизмом подачи машины, изменяется незначительно, а регулятор нагрузки не должен реагировать на эту составляющую изменения на­

пгдг — математическое ожидание удлинения цепи.

53

À2 m является функцией, характеризующей зависимость вынуж­ денных колебаний от уравновешенности исполнительного органа, величины момента на нем, состояния резцов исполнительного органа, устойчивости машины в пространстве, крепости угля и т. п.

При Àj ^ 0 1 2 ^ 0,28/е1 6 (где к16 — коэффициент).

Если колебания скорости подачи разрывные, то коэффициент Я2 будет ориентировочно равен

При Àj ^ 0 (например, для ШБМ-2) импульсный характер пуль­ саций скорости подачи может быть описан уравнением вида

После подстановки (2-57)—(2-61) в уравнение (2-56) получим уравнение внешней динамики машины в виде

В каждом из этих уравнений имеются составные члены, которые не являются постоянными, а меняются с изменением параметров объ­ екта. Так, например, детерминированная составляющая скорости подачи узкозахватных комбайнов, равная А2ь>п, входящая в уравне­ ние движения горной машины, связана с работой исполнительного

54

органа. Об этом свидетельствует кратность частоты пульсации ско­ рости подачи скорости вращения исполнительного органа. Степень преобладания детерминированной составляющей скорости подачи над случайной составляющей зависит от параметров объекта. В частности, она зависит от затупленности, выпадания или поломки резцов, сте­ пени устойчивости корпуса машины в пространстве, направления дви­ жения машины, величины момента на валу исполнительного органа, длины тягового органа, крепости угля и т. д.

Детерминированная составляющая пульсаций скорости подачи может быть снижена за счет: увеличения предварительного натяже­ ния тяговой цепи комбайна или струга или увеличения жесткости механизма подачи машины другим способом; создания специальных приводов подающих частей, обеспечивающих пульсации машины в противофазе с пульсациями, формируемыми работой исполнитель­ ного органа; разработки специального привода для рабочего органа горной машины, обеспечивающего выравнивание нагрузок на валу исполнительного органа (возможно включение в его гидросистему гидроаккумуляторов).

При увеличении жесткости механизма подачи нижний уровень величин нагрузок должен повыситься, а верхний уровень — сни­ зиться более значительно. Особенно это будет заметно при больших скоростях подачи, когда увеличивается амплитуда детерминированной составляющей нагрузки и скорости подачи. При очень малых на­ грузках на машину эта составляющая вообще отсутствует.

§ 3. ХАРАКТЕРИСТИКИ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗМЕНЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ

ПРИ ИХ ВОЗНИКНОВЕНИИ

В период работы САУ угольных и проходческих комбайнов име­ ются внешние факторы (воздействия), действующие на регулируе­ мый объект или автоматический регулятор.

Работы по созданию систем автоматического регулирования требуют проведения различных сложных исследований, для чего необходимо знание характеристик внешних воздействий на САУ гор­ ных машин и математическое их описание [17, 19, 82].

Внешними воздействиями на регулируемый объект являются возмущающие факторы, возникающие при изменении основных параметров режима работы горной машины (главные возмущающие воздействия) и режима питания привода машины. Внешние воздей­ ствия на автоматический регулятор могут возникать при настройке САУ на новое значение регулируемой величины и при изменении режима питания автоматического регулятора. Главные внешние возмущающие воздействия, действующие на горную машину, вос­ принимаются автоматическим регулятором через изменения величины регулируемого параметра, второстепенные — через изменения за­ дающей уставки регулятора или параметров его питания.

55

Изменение величины регулируемого параметра обусловливается изменением сил сопротивления на органах разрушения вследствие неоднородности механических свойств угля или породы на раз­

ниями напряжения в энергетической системе, колебаниями напря­ жения при изменении нагрузки в шахтной или участковой сети, к которой подключена данная САУ. Кратковременные изменения напряжения сети происходят при пуске мощных электродвигателей с короткозамкнутым ротором.

Внешние воздействия на САУ узкозахватных угольных и про­ ходческих комбайнов и других аналогичных машин могут быть из­ меняющимися по определенной функции, скачкообразными, импульс­ ными и т. д. В первом случае силы сопротивления разрушению мас­ сива исполнительным органом по мере перемещения горных машин непрерывно колеблются относительно своего среднего значения. Среднее значение, в свою очередь, медленно изменяется вдоль всей длины лавы.

Колебания силы сопротивления резанию при взаимодействии исполнительного органа горной машины и забоя подчиняются нор­ мальному закону распределения.

Для отдельных участков забоя значения сил сопротивления определяются уравнением

нительного органа.

Эти изменения сил сопротивления происходят при изменении сил статического сопротивления движению комбайна, зависящих от коэффициента трения машины о почву забоя или конвейер и внешней динамики исполнительного органа.

Для горных машин с барабанным, шнековым или буровым ис­ полнительным органом определяющим фактором в формировании характера изменения сил сопротивления рабочему органу является динамика самого органа. Динамика исполнительного органа этих комбайнов является определяющим фактором и в формировании характера пульсации скорости подачи машин.

сопротивления исполнительного органа явно преобладает над слу­ чайной составляющей, обусловленной силами статического сопро-

56

воздействий на САУ режимов работы горной машины будем учитывать

Для струговых установок оза является частотой вынужденных колебаний сил, обусловленных неравномерностью перемещения цепи. Она кратна -скорости вращения и числу лучей ведущей звездочки.

Для проходческих комбайнов

nnN

где N — число лучей, на которых установлены шарошки. Гармонический анализ графика изменений сил сопротивления по­

казал, что разложение при помощи ряда Фурье по четырем гармони­

57

Амплитуда колебаний Z0 . „ зависит от уравновешенности испол­ нительного органа, состояния резцов, степени устойчивости корпуса машины в пространстве, направления движения машины, величины момента на валу исполнительного органа, длины тягового органа, крепости угля, величины средней скорости подачи и т. п. В формуле принята средняя величина. Корреляционный анализ показывает, что она изменяется по закону

р2 (т) = ^ е - а И ) .

Для рассматриваемых малых периодов времени можно принять.

массива исполнительным органом изменяются по закону, описы­ ваемому уравнением

58

где V — показатель степени, зависящий от конструктивных особен­ ностей машины.

Для рассматриваемых малых периодов времени порядка несколь­

На рис. 26 изображены осциллограммы тока электродвигателя комбайна МКМ-1 при постоянной величине средней скорости его подачи. Исполнительный орган комбайна имел линий резания N =

— 11, скорость вращения п = 55 об/мин.

59