книги из ГПНТБ / Иванин В.Т. Основы автоматизации производства на карьерах учебник

Регулирование скорости вращения двигателей и уменьшение величины стопорного тока осуществляется шунтированием зада­ ющей и токовой обмоток одного из магнитных усилителей на проіиежуточных позициях. При установке рукоятки командоконтроллера в нулевое положение обмотками смещения МУП1-2 и МУП2-2 создается сильное отрицательное смещение характеристик магнит­ ных усилителей, что обеспечивает быстрое гашение поля генератора

теля достигается путем регулирования напряжения задающего по­ тенциометра за счет температурного изменения сопротивлений обмо­ ток возбуждения двигателей и включения в цепь токовых обмоток магнитных усилителей сопротивления температурной компенсации. Задающий потенциометр включен в диагональ моста, образованного обмотками возбуждения двигателей и сопротивлениями СДП5 и СДП6. При нагревании двигателей сопротивление обмоток возбужде­ ния увеличивается, напряжение на потенциометре будет возрастать, частично компенсируя увеличение падения напряжения на обмот­ ках ДПГП, КОГП и ДПДП2. Сопротивления температурной ком­ пенсации СДП1 и СДП2 расположены в потоке воздуха, выходя­ щего из генератора подъема. При увеличении сопротивлений обмо­ ток из-за повышения температуры величина сопротивлений СДП1 и СДП2 также растет.

Схема предусматривает защиту механизма от переподъема и пе­ репуска ковша путевым комаидоаппаратом КВП. Этот аппарат при приближении ковша к голове стрелы своим контактом КВІІ-1 отключает цепь задающей обмотки, а контактом КВП-2 включает сильное отрицательное смещение, обеспечивающее быстрое гашение поля генератора. Максимальное реле времени MPI защищает элек­ тропривод подъема от токов, превышающих стопорное значение па 20%. Нулевая защита осуществляется контактором П1, который отключается при срабатывании максимальной защиты или выклю­ чателя ВД. Механизм снабжен пневматическим тормозом. Тормоз накладывается пружиной и снимается сжатым воздухом. Управле­ ние тормозом осуществляется электропневматическим клапа­ ном ЭПВП при помощи автомата ВП. При подаче напряжения на катушку ЭПВП тормоз снимается (растормаживается механизм), при выключении напряжения — тормоз накладывается (механизм затормаживается).

Аналогично работают схемы приводов поворотного и напорного механизмов. Схема привода открывания днища ковша работает так же, как и у экскаватора ЭКГ-4,6. Отличие ее заключается в том, что у экскаватора ЭКГ-8И к основному сопротивлению в цепи якоря двигателя при открывании днища ковша подключается парал­ лельно дополнительное сопротивление. При этом общее сопротивле­ ние цепи якоря уменьшается и момент двигателя возрастает.

130

Свердловским научно-исследовательским институтом тяжелого машиностроения (НИИТяжмаш) разработана конструкция экскава­ тора ЭКГ-6,3, схема управления главными электроприводами кото­ рого обеспечивает плавное регулирование скорости двигателей за счет использования новейших средств бесконтактного управления. Опытная партия экскаваторов ЭКГ-6,3 будет выпущена Уральским заводом тяжелого машиностроения (УЗТМ).

Наиболее распространенным типом современного шагающего экскаватора большой производительности является экскаватор ЭШ-15/90А. Для питания двигателей основных механизмов на этом экскаваторе используются генераторы с тремя обмотками возбужде­ ния на главных полюсах: независимого возбуждения, параллель­ ного возбуждения, осуществляющей самовозбуждение генератора (около 40% суммарной н. с. генератора в номинальном режиме), и небольшой по объему противокомпаундной обмоткой, которая включается параллельно компенсационной обмотке и обмотке до­ полнительных полюсов генератора и осуществляет непрерывную отрицательную связь по току.

Схема управления электроприводом подъема экскаватора ЭШ-15/90А показана на рис. 98. Обмотка независимого возбуждения генератора ОВГП разделена на две равные полуобмотки. Питание ее осуществляется по мостовой схеме с помощью магнитного усили­ теля УМСП. Все обратные связи воздействуют не на вход магнит­ ного усилителя, а на вход промежуточного магнитного усили­ теля ПМУП. Для уменьшения электромагнитной инерции в каче­ стве промежуточного усилителя в схеме используется магнитный усилитель с повышенной частотой питающего напряжения. Для питания промежуточных усилителей на экскаваторе установлен статический преобразователь частоты с выходной частотой

450 Гц.

Назначение и структура цепей обратных связей в данной схеме подобны рассмотренным ранее схемам. Поэтому остановимся лишь на важнейших особенностях схемы управления приводом подъема. Основными узлами схемы управления являются узел отрицательной обратной связи по току главной цепи с потенциометрической отсеч­ кой (обмотка ПМУП-7), узел жесткой отрицательной обратной связи по напряжению (обмотка ПМУП-3) и узел задающей обмотки (ПМУП-4). Для стабилизации параметров привода при изменении температуры нагрева электрических машин, а также для разделения якорных цепей главных генераторов узел токовой отсечки преду­ сматривает питание токового потенциометра сравнения от отдель­ ного источника, величина напряжения которого изменяется в зави­ симости от изменения температуры нагрева обмоток главных машин. В качестве источника регулируемого напряжения используется трех­ фазный магнитный усилитель МУТ (на схеме не показан), включен­ ный через стабилизаторы напряжения.

Потенциометр сравнения СУПІ подключен к усилителю МУТ через выпрямитель ВСП и трансформатор ТОП. Для уменьшения

пульсаций напряжения отсечки на выход выпрямителя БСП включен индуктивно-емкостной фильтр ДСП, КСП.

В данной схеме имеются также гибкая отрицательная обратная связь по току якоря (обмотка ПМУП-6), сглаживающий фильтр

РГВПІ

Рис. 98. Схема управления электроприводом механизма подъема экскаватора ЭШ-15/90А

на входе задающей обмотки ПМУП-4 и конденсатор КСП2 в узле жесткой отрицательной связи по напряжению генератора, обеспе­ чивающий составляющую гибкой отрицательной связи по напряже­ нию генератора. Дополнительным стабилизирующим средством

132

является контур, образуемый обмоткой управления силового усили­ теля УМСП-3, сопротивлением СДП1 и обмоткой управления проме­ жуточного усилителя ПМУП-1. При изменениях н. с. управления силового усилителя в его обмотке УМСП-3 наводится э. д. с. взаимо­ индукции и в контуре протекает ток. Воздействующий при этом на обмотку ПМУП-1 сигнал является сигналом гибкой обратной связи по постоянной составляющей магнитного потока, с которой связаны изменения выходного напряжения силового усилителя. Эта связь при надлежащем выборе ее знака повышает устойчивость каскадной схемы управления.

Схема управления приводом тяги экскаватора ЭШ-15/90А пе имеет отличий от схемы подъема. Четырехдвигательный электропривод поворота управляется по схеме, аналогичной схеме подъема, с уче­ том того обстоятельства, что четыре двигателя включены на зажимы генератора последовательно-параллельно. Из-за наличия двух па­ раллельных ветвей якорных цепей двигателей поворота преду­ смотрен узел выравнивания нагрузок.

В схеме привода поворота имеется также специальный узел смяг­ чения реверса. Как известно, отрицательная обратная связь по напряжению генератора форсирует переходные процессы, что может вызвать в режиме торможения противовключением значительные броски тока и ускорения (замедления) и опасные для механизма поворота и стрелы экскаватора динамические нагрузки. Действие узла смягчения реверса уменьшает форсировки, ослабляя действие отрицательной обратной связи по напряжению генератора или даже изменяя ее знак на противоположный, т. е. используя поло­ жительную связь по напряжению.

В узле защит и блокировок для защиты от аварийных перегрузок предусмотрены реле РТМП, РТМТ * и РТМВ *, срабатывающие, если ток главных цепей превышает стопорный на 25%. Схема обес­ печивает защиту от уравнительных токов в обмотках якорей двига­ телей поворота, возникающих, например, при обрыве цепи обмотки возбуждения одного из двигателей. Реле РННП и РННТ * разре­ шают ослабление поля приводов подъема и тяги при напряжении генераторов выше 0,85 от номинального. Реле включены на напряже­ ние генератора через вентили ВКП1 и ВКТ1 *, так что ослабление происходит только при травлении канатов.

Особенностью схемы экскаватора ЭПІ-15/90А является примене­ ние сельсинных командоаппаратов, благодаря которым удается получить практически бесступенчатое регулирование скорости от нуля до максимальной.

Отдельные типы мощных шагающих драглайнов (например, ЭШ-10/60) имеют так называемую координатную защиту стрелы, вступающую в действие, если при работе в результате растяжки ковш недопустимо приближается к стреле. Эта защита осу­ ществляется с помощью конечных выключателей, срабатывающих

* На схеме не показаны.

J33

от соответствующих механических устройств при приближении ковша к стреле. Защита головных блоков от опасного приближения ковша (защита от переподъема) осуществляется также с помощью конеч­ ного выключателя, который отключает контактор подъема, после чего накладывается тормоз.

Трестом Энергоуголь совместно с Московским энергетическим институтом в порядке модернизации на экскаваторах ЭШ-5/45, ЭШ-6/60, ЭШ-10/60 и других внедрена рациональная схема управле­ ния приводами экскаваторов-дра­ глайнов по системе Г—Д с СМУ,

разрядное сопротивление, а на экскаваторе ЭКГ-8И осуществляется глухое подключение обмотки ротора на якорь возбудителя.

Рассмотрим работу -наиболее простой схемы пуска синхронного двигателя на экскаваторе ЭКГ-8И (рис. 99). В схеме управления пуском имеются одно вспомогательное реле — реле времени PB и контактор КП, подающий напряжение на обмотку ОВВ возбуди­ теля В синхронного двигателя ДС. При подаче напряжения питания на схему управления пуском двигателя включается реле PB, так как его катушка получает питание через размыкающий контакт Л масляного выключателя. После включения масляного выключатнля Л, подающего напряжение на обмотку статора двигателя,

134

реле PB отключается с выдержкой времени, достаточной для дости­ жения двигателем подсинхронной скорости. Размыкающий контакт реле PB включает контактор КП цепь питания которого заранее подготовлена замыкающим контактом масляного выключателя. За­ щита от исчезновения тока возбуждения осуществляется с помощью реле РОП, замыкающий контакт которого предотвращает работу главных приводов при отключении реле РОІІ.

§ 51. Применение тиристорного управления электроприводами одноковшовых экскаваторов

Как уже отмечалось в главе IV (см. § 44), электропривод с тири­ сторным управлением находит все более широкое применение бла­ годаря ряду преимуществ, основными из которых являются широкий диапазон бесступенчатого регулирования скорости, надежность, высокий к. п. д., малые размеры аппаратуры и др.

В настоящее время рядом научно-исследовательских институтов ведутся теоретические исследования и экспериментальные работы по совершенствованию схем тиристорного управления электропри­ водами экскаваторов. Основными направлениями в исследованиях приняты следующие схемы управления:

1.Питание якоря регулируемого электродвигателя от тиристор­ ного преобразователя.

2.Тиристорное управление возбуждением генераторов постоян­ ного тока.

3.Управление возбуждением генераторов от тиристорных пре­ образователей в сочетании с промежуточными магнитными усили­ телями.

Наиболее перспективным является применение тиристорного привода (система РТП—Д) для одноковшовых экскаваторов с ков­ шами емкостью до 5 м3, где мощность самых крупных электродвига­ телей не превышает 250 кВт. В экскаваторах с ковшами емкостью 8 м3 и более, где устанавливаются электродвигатели мощностью от 500 до нескольких тысяч киловатт, целесообразно применение тири­ сторного возбуждения генераторов и двигателей (система Г—Д с ТВ).

На рис. 100 изображена схема электропривода экскаватора с ти­ ристорным управлением, разработанная институтом ВНИИэлектропривод. Приводные двигатели ДП1 и ДП2 питаются от тиристор­ ного преобразователя, собранного из двух групп управляемых вен­ тилей, каждая из которых соединена по мостовой схеме и имеет раздельное управление. В цепь трехфазного тока включены ограни­ чивающие реакторы API—АРЗ. Управление электроприводом про­ изводится бесконтактным (сельсиниым) комапдоаппаратом, устано­ вленным у кресла оператора.

Для формирования экскаваторных характеристик системы РТП—Д используется обычный принцип суммирования сигналов управле­ ния: задающего, отрицательной обратной связи по напряжению

135

преобразователя и отрицательной обратной связи по току с от­ сечкой. Суммирование осуществляется магнитными усилителями (СМУ), с выходных обмоток которых сигнал подается к цепям управления тиристоров. Следует отметить, что узел токовой отсечки состоит из двух включенных встречно стабилитронов СКП1 и СКП2- Прп достижении напряжения пробоя по обмоткам СМУП1 и СМУП2 пойдет ток, создающий размагничивающую силу в СМУ. Снижение величины суммарного сигнала на преобразователе приводит к стопо­ рению двигателя.

Рис. 100. Схема экскаваторного привода с тпрпсторпым управлением

В настоящее время разработаны тиристорные приводы главных механизмов экскаваторов ЭКГ-3,2 и ЭКГ-5. Свойства тиристорного привода позволяют получить идеальные характеристики для меха­ низмов экскаватора, устранить влияние маховых масс привода, максимально сблизить статические и динамические характеристики.

Применение тиристорных возбудителей в электроприводах мощ­ ных экскаваторов дает возможность повысить устойчивость, форси­ ровку по напряжению генераторов и крутизну токовой отсечки и таким образом существенно улучшить статические и динамические характеристики электроприводов. Для экскаваторов ЭШ-15/90 раз­ работана новая схема управления электроприводами, в которой для возбуждения генераторов использован реверсивный тиристорный

136

преобразователь с электромагнитной системой управлення. Эта система успешно прошла промышленные испытания.

Тиристорные преобразователи находят применение и в схемах управления высоковольтными синхронными элекородвигателями мощ­ ных экскаваторов.

Для возбуждения синхронных двигателей преобразовательных агрегатов применяются в основном электромашинные усплптели с приводом от отдельного асинхронного двигателя. С целью увеличе­ ния надежности работы и более удобного расположения оборудова­ ния на поворотной платформе был разработан и внедрен на экска­ ваторе ЭКГ-8 Криворожского ЦГОКа тиристорный возбудитель.

Тиристорный возбудитель обеспечивает автоматическую подачу возбуждения при подсинхронной скорости, отключение разрядного сопротивления в рабочем режиме, быстрое гашение поля при отклю­ чении двигателя, а также выполнение других функций.

Преобразователь выполнен по схеме с нулевым выводом и пагЛухо подключен к обмотке возбуждения двигателя. Управление тири­ сторами осуществляется от блока управления, выполненного на полу­ проводниковых элементах Т

§ 52. Основные правила эксплуатации автоматизированных одноковшовых экскаваторов

К обслуживанию экскаваторов допускаются лица, получившие после сдачи экзаменов соответствующие удостоверения п ежегодно проходящие проверочные испытания.

При эксплуатации электрических машин, высоковольтной аппа­ ратуры, устройств и аппаратуры автоматизации необходимо руко­ водствоваться следующими основными положениями:

1)все работники, принимающие участие в наладочных работах по электрооборудованию экскаваторов и его эксплуатации, должны пройти медицинский осмотр, изучить основные правила техники безопасности и технической эксплуатации в объеме, соответствующем выполняемой ими работе, пройти проверку знаний в специальной квалификационной комиссии, оформленной приказом. Работник, не выполнивший этих требований, не может быть допущен к работе на экскаваторе;

2)при эксплуатации и наладке высоковольтной аппаратуры необ­

ходимо соблюдать Правила устройства электроустановок, Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей и Правила технической эксплуатации для предприятий, разрабатывающих месторождения полезных ископаемых открытым способом;

3)работа электрических машин и аппаратов при неисправности механической или электрической части их не допускается;

4)должны строго соблюдаться правила эксплуатации аппаратуры

автоматического управлення напряжением до 1000 В;

1 Описание схемы см. «Горный журнал», 1968, № 3.

137

5) при эксплуатации автоматов и комаидоконтроллеров необхо­ димо соблюдать следующие основные правила:

а) автомат рассчитан для работы без зачистки контактов и замены каких-либо частей. Включение и отключение нагрузки автоматом без дугогасительных камер и пластмассовой крышки не допу­ скается. Прежде чем приступить к осмотру автомата, необходимо отключить его от сети. В обычных условиях автомат достаточно осматривать один раз в шесть месяцев и, независимо от этого, после каждого короткого замыкания. Ток уставки автомата можно регули­ ровать перемещением рычага. При осмотре автомата проверяют вели­ чину провала контактов, затяжку винтов, гаек;

6) перед включением командокоптроллера необходимо очистить его от пыли и протереть сухой тряпкой; проверить правильность электрического монтажа и надежность заземления корпуса;

в) во время эксплуатации не реже одного раза в две недели произ­ водить осмотр каждого командокоптроллера. При этом необходимо: удалять пыль и грязь (лучше всего продувкой сухим сжатым возду­ хом); изоляционные поверхности протирать сухой чистой тряпкой; проверять состояние рабочих поверхностей контактов. В случае значительного оплавления контакты рекомендуется зачищать на­ пильником с мелкой насечкой. Зачистка наждачной или стеклянной бумагой не допускается;

б) уход за реле давления состоит в следующем. Все шарнирные соединения реле должны смазываться смазкой ЦИАТИМ-201. Кон­ такты реле, если они в результате работы подгорели, следует зачи­ стить. В случае значительного подгорания контакты должны быть заменены новыми.

Контакты при включении должны хорошо притираться (иметь необходимый провал). При осмотре реле нужно проверить контакт­ ное нажатие. Уставки отключения и включения реле давления и не­ обходимый раствор контактов устанавливаются до монтажа.

§ 53. Технико-экономические показатели работы автоматизированных одиоковшовых экскаваторов

Основными технико-экономическими показателями работы авто­ матизированных одноковшовых экскаваторов являются: произво­ дительность, затраты на эксплуатацию и ремонт, удельный расход электроэнергии и другие. В свою очередь, каждый из этих показа­ телей зависит от совершенства и надежности конструкции экскава­ тора, степени автоматизации процесса управления, квалификации обслуживающего персонала, условий работы, состояния забоя и т. д.

Одноковшовые экскаваторы — весьма динамичные машины. В те­ чение одного цикла за 15—60 с машинист выполняет 12—18 операций, совершая до 60—70 движений в минуту. Скорости рабочих операций, особенно в сложных забоях и к концу смены, близки к пределу физических возможностей человека. Ввиду этого технические воз­ можности машин при многих операциях недоиспользуются.

138

Длительность цикла одноковшовых экскаваторов может быть значительно сокращена и производительность увеличена при меха­ низации и автоматизации управления.

Наиболее целесообразна комплексная автоматизация работы экскаватора: процессов черпания, транспортирования, разгрузки, передвижения и др. Однако разнообразие возможных конфигура­ ций забоя, условий заглубления ковша, его заполнения, разгрузки и т. д. пока не позволяет создать такую автоматическую систему, которая полностью исключила бы участие машиниста в управлении экскаватором на всех операциях. Вместе с тем автоматизация упра­ вления отдельными процессами работы одноковшовых экскаваторов целесообразна и осуществима. Положительный эффект ее примене­ ния зависит от конструкции экскаватора, метода использования его и организации производства работ. .

Ново-Краматорским машиностроительным заводом совместно с Харьковским электромеханическим заводом проведена работа по автоматизации процесса черпания.

Разработанная система была испытана на экскаваторе ЭВГ-15 в эксплуатационных условиях. При испытаниях не были полностью выдержаны оптимальные соотношения между характеристиками подъема, напора и системы автоматизации черпания. Тем не менее длительность черпания уменьшилась на 30% в сравнении с дли­ тельностью при ручном управлении. Исследования, проведенные тем же заводом на электронной модели экскаватора ЭВГ-35/65, показали, что при оптимальной наладке системы автоматики соотно­ шение длительности черпания может достичь 50%.

Испытания показали, что автоматическое черпание протекает удовлетворительно при разработке всех видов мягких и полускальных пород. Профиль забоя при правильно выбранных параметрах наладки на качество черпания существенного влияния не оказывает.

В результате испытаний было выявлено, что автоматизация про­ цессов черпания позволяет увеличить производительность экскава­ тора двумя путями: сокращением времени черпания при сохранении существующей емкости ковша и увеличением емкости ковша при сохранении продолжительности цикла. При работе в более слабых (по сравнению с расчетными) породах производительность экскава­ тора может быть повышена за счет увеличения емкости ковша и за счет уменьшения продолжительности цикла. Например, емкость ковша экскаватора ЭВГ-35/65 при автоматизации черпания может быть увеличена с 35 до —43 м3.

Более целесообразным является вариант с увеличением емкости ковша. В этом случае теоретическая производительность экскава­ тора увеличивается на 20%, тогда как при уменьшении времени черпания — на 15%.

Установлено также, что при работе экскаватора с автоматическим управлением сокращается (на 7—10%) расход электроэнергии, а при­ менение автоматического регулирования загрузки электродвигателей способствует значительному повышению коэффициента мощности их.

■139