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

§ 54. Основные направлення автоматизации роторных экскаваторов

Роторные экскаваторы на современных карьерах являются, как правило, составной частью технологических комплексов машин непрерывного действия, включающих транспортно-отвальные мосты, отвалообразователи и ленточные конвейеры. Поэтому в настоящее время научно-исследовательскими и проектными институтами ведутся работы по созданию эффективных систем автоматического управле­ ния не только роторными экскаваторами, но и всем технологическим комплексом. Значительный круг вопросов автоматизации таких комплексов решен, многие вопросы решаются институтом автома­ тики (г. Киев), институтами Гнпроуглеавтоматизация, УкрНИИПроект п другими. Большинство исследовательских и эксперимен­ тальных разработок направлено на расширение и совершенствова­ ние систем автоматического управления и регулирования роторных экскаваторов ЭРГ-350, ЭРГ-400, ЭРГ-1600, ЭРШР-1600, ЭРШР-2600 и других. Эффективно ведутся работы по автоматизации роторных комплексов за рубежом. На карьерах нашей страны работают ро­ торные комплексы с высокой степенью автоматизации, изготовлен­ ные в Чехословакии, ГДР и ФРГ.

Автоматизация работы роторных экскаваторов обеспечивает ианлучшее п более полное использование мощностей машины, т. е. достнженпе максимальной производительности при значительном облегчении условий труда машиниста. Максимальное использование мощности привода роторного колеса и максимальное использование экскаватора во времени являются основными принципами автома­ тизации роторных экскаваторов. Первая задача решается автома­ тизацией процесса выемки пород, вторая — применением автомати­ ческого программного управления экскаватором. Роторные экскава­ торы автоматизируются также в части регулирования скорости поворотного загрузочного конвейера, управления скоростью пово­ рота и передвижения экскаватора.

При автоматизации роторных экскаваторов, так же как и одно­ ковшовых, используется принцип автоматизации управления отдель­ ными приводами основных и вспомогательных механизмов, автомати­ зации учета производительности и контроля отдельных параметров узлов и механизмов. При этом к системам регулирования, управле­ ния и контроля, а также к аппаратуре предъявляются повышенные требования в части надежности, экономичности, компактности и др.

Системы автоматического регулирования процесса выемки раз­ личают в зависимости от мощности и типа роторного экскаватора.

Роторные экскаваторы небольшой мощности с невыдвижной стре­ лой оборудуются системой, стабилизирующей нагрузку привода роторного колеса. При этом скорость роторного колеса не регули­ руется; постоянство мощности, потребляемой при изменяющемся

•140

усилии резания, обеспечивается за счет изменения скорости пово­ рота роторной стрелы обратно пропорционально моменту нагрузки на валу колеса. Система позволяет максимально использовать дви­ гатель роторного колеса, но не может обеспечить наиболее экономич­ ного (с энергетической точки зрения) режима резания.

Для выравнивания производительности экскаватора путем ком­ пенсации серповидиостп стружек и лучшего заполнения ковшей дополняют систему стабилизации нагрузки жесткой связью с углом поворота стрелы. Благодаря этому скорость поворота стрелы по мере приближения к внутренней границе заходки автоматически возра­ стает (обратно пропорционально косинусу угла поворота), а при движении в обратном направлении снижается. Верхний предел изме­ нения скорости поворота ограничивается необходимостью перекры­ тия режущих кромок соседних ковшей.

Экскаваторы с выдвижной стрелой, у которой толщина стружки остается постоянной почти на всем диапазоне изменения угла поворота стрелы (если не считать серповидных стружек, снимаемых в начале отработки подуступа), оборудуются системами оптимального регу­ лирования производительности. За критерий оптимальности про­ цесса выемки породы принимается определенное соотношение раз­ меров стружки, снимаемой отдельным ковшом. Выбор ширины и тол­ щины стружки производится на основании эмпирических закономер­ ностей, исходя из условия минимальной энергоемкости процесса резания.

Условие поддержания постоянного соотношения толщины и ши­ рины стружки приводит к постоянству соотношения окружных ско­ ростей вращения роторного колеса и стрелы. Последнее возможно лишь в том случае, когда привод поворота п привод роторного колеса, являются регулируемыми.

При стабилизации мощности, потребляемой приводом роторногоколеса, система оптимального регулирования обеспечивает наи­ большую возможную производительность, так как потребляемая, энергия расходуется наиболее экономично.

Система автоматического регулирования должна также учиты­ вать степень загрузкп конвейеров, так как последняя определяетпроизводительность всего комплекса. Система стабилизации загрузки конвейеров экскаватора обеспечивает поддержание постоянства ве­ совой или объемной погонной загрузки конвейера роторной стрелы. Регулирование погонной загрузки конвейера достигается изменением скорости поворота стрелы.

Так как при постоянной скорости вращения ротора заполнение ковшей тем лучше, чем больше скорость поворота роторной стрелы, при постоянной скорости движения ленты конвейера погонная нагрузка на ленту также увеличивается.

Известна новая система регулирования привода ротора, учиты­ вающая весовую загрузку конвейеров при помощи датчика произ­ водительности, устанавливаемого на ближнем к ротору конвейере. При недогрузке конвейера датчик производительности воздействует

141

на обмотку управления промежуточного магнитного усилителя, который, в свою очередь, через силовой магнитный усилитель дей­ ствует па обмотки возбуждения генераторов, и скорость движения ротора увеличивается. Такая система регулирования обеспечивает полную загрузку и правильное использование конвейерной системы и отвалообразователя при значительном повышении производитель­ ности экскаватора.

Системы стабилизации загрузки конвейера применимы при не­ регулируемом и при регулируемом приводе роторного колеса и могут сочетаться с системами оптимального и экстремального регулиро­ вания энергоемкости процесса резания породы.

Первые регуляторы производительности роторных экскаваторов, разработанные в УкрНИИПроекте, сочетают принцип стабилизации погонной загрузки конвейера и принцип стабилизации мощности привода рабочего органа с нерегулируемой скоростью. Структура системы регулирования изменяется в зависимости от крепости пород: на крепких породах работает система стабилизации мощности, на слабых — система стабилизации погонной загрузки конвейера.

Система оптимального регулирования производительности с под­ держанием постоянного соотношения скоростей роторного колеса и поворота разработана Ново-Краматорским машиностроительным заводом для роторного экскаватора ЭРГ-1600 с выдвижной стрелой.

Следующими объектами автоматизации являются опускание и подъем роторной стреды, перемещение экскаватора в процессе от­ работки подуступа и всей заходки. Отработка уступа с минималь­ ной потерей времени на вспомогательные операции (переходы от стружки к стружке, от подуступа к подуступу) позволяет обеспечить наибольшее в данных конкретных условиях использование экскава­

В основу автоматизации процесса отработки заходки может быть положен алгоритм, представленный на рис. 101.

В настоящее время системы программного управления, преду­ сматривающие полную автоматизацию процесса отработки заходки, созданы для экскаваторов ЭРГ-350 (институт УкрНЙИПроект), ЭРШР-2600 и ЭРГ-1600 (Институт автоматики, г. Киев) и находятся

встадии конструктивной доводки.

§55. Управление электроприводами роторных экскаваторов

На современных роторных экскаваторах общее количество элек­ трических машин достигает 150 и более. Так, например, на экскава­ торе ЭРГ-1600-40/1031 имеется 124 электрические машины с сум­ марной мощностью 7100 кВт. Управление приводами сосредоточено в двух кабинах: на стреле ротора и у разгрузочной стрелы. Приводы роторного колеса, приемного, отвального и других конвейеров сблокированы между собой так, что включение каждого возможно,

143

когда работает вся последующая технологическая цепочка кон­ вейеров.

У роторных экскаваторов с различными параметрами и конструк­ тивными особенностями изменяются главным образом приводы роторного колеса, поворота и ходового механизма.

Рассмотрим схемы управления электроприводами главных меха­ низмов некоторых экскаваторов.

На рис. 102 представлена принципиальная схема управления приводом роторного колеса с асинхронным короткозамкнутым дви­ гателем х. После выполнения подготовительных операций при нажа­ тии пусковой кнопки П получает питание катушка контактора У.

Рис. 102. Принципиальная схема управления асинхронным приводом роторного колеса

Последний своими силовыми контактами через пусковое сопротивле­ ние СП, вводимое для уменьшения пускового тока, подключает статор двигателя к сети. Замыкающий блок-контакт У шунтирует кнопку П, а размыкающий разрывает цепь катушки реле ускоре­ ния РУ. Размыкающий контакт РУ с выдержкой времени замы­ кается, контактор Л срабатывает и своими силовыми контактами шунтирует сопротивление СП, подключая статор двигателя непо­ средственно к сети. Размыкающий блок-контакт Л разрывает цепь катушки контактора У, а замыкающий шунтирует кнопку П, кон-

1 Схемы и описание управления электроприводами роторных экскаваторов приведены по учебнику Волотковский С. А. и др. Электрификация открытых горных работ. М., «Недра», 1972.

144

такты У п РУ. В схеме предусмотрены максимальная (реле РАН, РМ2, РМЗ) и тепловая (реле РТ1, PTS) защиты.

Схема управления предусматривает сблокированную и раздель­ ную работу с приводом питателя. При сблокированной работе пуск ротора возможен только после запуска питателя (блок-коптакт кон­ тактора К замкнут). При наладке привод ротора может включаться независимо от двух приводов технологической ЛИНИН — после включения пакетного выключателя деблокировки КД.

Наиболее широкое применение для привода механизма хода получили приводы по системе Г—Д и приводы с асинхронными двигателями с фазным ротором.

Рис. 103. Упрощенная схема управления электроприводами гусениц экскаватора ЭРГ-350/1000

Управление двигателями с фазным ротором осуществляют кон­ троллерами либо автоматически с помощью магнитных станций.

На экскаваторе ЭРГ-350/1000 (рис. 103) каждая гусеница при­ водится в движение двумя двигателями — соответственно ДХ1, ДХ2 и ДХЗ, ДХ4. Сборку схем для различных режимов работы гусениц (вперед, назад, двумя или одной, двумя в разные стороны) осуществляют двумя переключателями УП1 и УН2- При нажатии кнопки «Пуск» реле времени РУ1—РУЗ размыкают контакты в це­ пях катушек контакторов ускорения УА1—УАЗ, УБ1—УБЗ, а кон­ такторы ВА, ВБ, НА, НБ собирают заданную схему включения двигателей хода и подключают двигатели растормаживателей Т1— Т4. Дальнейший разгон происходит автоматически в функции вре­ мени. Равномерного распределения нагрузки на оба двигателя каждой гусеницы достигают с помощью постоянно включенных сопротивлений в цепях роторов.

На рпс. 104 показаны схемы управления приводами поворота

= 720/970/1450 об/мин) с короткозамкнутым ротором. Обмотка ста­ тора включается одним из контакторов К1, К2, КЗ, управляемых пе­ реключателем УП2. Направление вращения задают переключате­ лем УП1 с помощью контакторов К4 и К5. Для ограничения пово­ рота предусмотрены конечные выключатели КВ1 и КВ2.

Рис. 104. Схема управления приводами поворота платформы н раз­ грузочной консоли экскаватора ЗЭР-500-2

Управление приводом поворота разгрузочной коисолн возможно с пульта в кабине машиниста (кнопки П и Л), с пульта управления отвалообразователем (переключателем УП) или с подвесной станции управления.

В проекте экскаватора ЭР-1250 предусмотрен двухдвигательный привод поворота по системе РТП — Д (регулируемый тиристорный преобразователь — двигатель). Общий диапазон изменения скорости составляет 1 : 10, а рабочий диапазон — 1:4. Эта система привода является наиболее перспективной.

§ 56. Программирование работы роторных экскаваторов

Роторные экскаваторы, как правило, являются основной соста­ вляющей технологической единицей комплексов машин непрерыв­ ного действия по выемке и транспортированию горной массы. На со­ здание таких комплексов затрачивается большое количество обще­ ственного труда, что предъявляет особые требования к полному использованию комплекса.

146

При ручном управлении роторным экскаватором трудно избежать отклонений от оптимальных значений технологических параметров, что обусловлено трудностью контроля параметров стружки, углов откоса, углов поворота стрелы, ширины подуступа (заходки) и т. д. Эти отклонения снижают эффективность процесса экскавации, уве­ личивают время вспомогательных операций и потери времени. В ряде случаев возникает необходимость исправления формы забоя и внутреннего откоса, что также сопровождается резким падением производительности и ростом потери времени.

Анализ недостатков ручного управления экскаватором приводит к выводу о целесообразности применения автоматического програм­ много управления.

Для подготовки программ управления роторным экскаватором необходимо выбрать оптимальные технологические параметры: диа­ пазоны изменения высоты уступа, торцового и фронтального углов откоса уступа, ширину заходки, расположение оси движения экска­ ватора, оптимальную длину выемочного блока, оптимальные значе­ ния высоты подуступа п толщины снимаемого слоя для каждого значения высоты уступа, начальные и конечные координаты центра роторного колеса в вертикальной плоскости и угол разворота стрелы

вгоризонтальной плоскости при отработке каждой стружки. Необходимо также установить несколько рядов совместимых

значений параметров на основе технологии горных работ. Интер­ валы между соседними значениями каждого ряда определяются пра­ ктической целесообразностью; каждый ряд определяет одну про­ грамму.

Затем следует выявить оптимальный способ отработки забоя и разработать программу автоматических перемещений рабочего органа экскаватора применительно к этому способу и конкретным условиям. Основой такой программы являются аналитические выражения взаимосвязи между элементами забоя и положением рабочего органа экскаватора в процессе отработки забоя.

Программа работы экскаватора связана с относительной (подвиж­ ной) системой координат. Каждая из координат программы зави­ сит от технологических параметров и характеристик забоя,задавае­ мых заранее, а также от расположения экскаватора относительно забоя.

Расположение экскаватора относительно забоя зависит от упра­ вляемости ходовой части и механизмов выравнивания, от точности выемки предыдущих вскрышных блоков и от случайных факторов. При жестком программном управлении необходимо точное движение экскаватора по заданному направлению вдоль заходки без перекосов и смещений и точный выбор мест установки. Жесткое программное управление эффективно для роторных экскаваторов на рельсовом или шагающе-рельсовом ходу, а также для экскаваторов с выдвиж­ ной стрелой, производящих выемку большого объема породы с одного места стоянки. Оно неэффективно для экскаваторов с невыдвижной стрелой на гусеничном ходу.

Точность отработки заданных координат роторного колеса в про­ странстве также определяется требованиями технологии. Точность выдвижения стрелы обусловлена допустимыми отклонениями (25— 50 мм) от заданной толщины стружки. Точность отработки высоты подъема ротора вытекает из условия полной отработки уступов и подуступов составляет 100—150 мм. Для привода поворота необхо­ димо, чтобы при подходе ротора к боковому откосу отклонения ро­ тора па данном подуступе отличались друг от друга не более чем на 150—200 мм.

Высокая точность представления координат и сложность про­ грамм делают наиболее целесообразным цифровое представление координат. Общий объем информации в каждой программе дости­ гает нескольких сотен координат; количество программ, одновре­ менно хранящихся в системе программного управления, может до­ стигать нескольких десятков.

Для координатно-ступенчатого управления роторным экскава­ тором, дискретного по своему существу, наиболее целесообразным является программоноситель с позиционной записью кодов коор­ динат и с дискретным считыванием. Наиболее простым программо­ носителем такого типа при большом объеме фиксируемой информа­ ции является перфорированная лента.

Совершенствование систем программного управления роторными экскаваторами в настоящее время ведется по следующим основным направлениям:

1)вводом поправок в жесткую программу в тех случаях, когда это позволяет устранить влияние некоторых смещений экскаватора относительно расчетного положення;

2)реализацией при управлении сигналов, характеризующих эффективность экскавации;

3)применением вычислительных устройств для расчета коорди­ нат точек траектории ротора с учетом смещения экскаватора.

Дальнейшим этапом развития систем автоматического управле­ ния роторными экскаваторами следует считать применение управля­ ющих вычислительных машин, которые могли бы сосредоточить

все функции обработки информации и управления экскаватором.

§ 57. Основные правила эксплуатации автоматизированных роторных экскаваторов

Автоматизированный роторный экскаватор, представляющий сложный комплекс механизмов, оснащен большим количеством раз­ нообразной аппаратуры и системами автоматического управления и регулирования. Квалифицированное обслуживание и правильная эксплуатация экскаватора способствуют увеличению срока службы его, надежность работы всех устройств, повышению эффективности применяемых автоматических систем. Поэтому к управлению авто­ матизированными роторными экскаваторами допускаются лицаг

148

имеющие специальное техническое образование и опыт эксплуатации аппаратуры п устройств автоматики, а наладочные и ремонтные работы производятся под непосредственным надзором инженернотехнического персонала.

На высоковольтную аппаратуру, аппаратуру автоматизации и силовое электрооборудование распространяются правила эксплуа­ тации, изложенные в § 52. Кроме того, при эксплуатации автомати­ зированных роторных экскаваторов необходимо соблюдать ряд до­ полнительных правил, основными из которых являются:

1) прп совместной работе роторного экскаватора с ленточными конвейерами, консольными отвалообразователями и транспортноотвальными мостами управление ими должно быть сблокировано

иосуществляться на основе специальной инструкции;

2)проверка исправности блокировки взаимосвязанных узлов экскаватора должна производиться при сдаче п приеме смены;

3)мощные роторные экскаваторы с невыдвижными стрелами должны иметь автоматические устройства, обеспечивающие заданные скорости и углы поворота роторной стрелы;

4)экскаваторы должны иметь приспособления, предохраняющие роторную стрелу и конвейер от подъема, опускания или поворота па угол, больший, чем предусмотрено конструкцией экскаваторов;

5)должно быть обеспечено регулярное наблюдение за работой автоматических систем программного управления п правильностью выполнения заданной программы;

6)необходимо производить своевременное корректирование про­ граммы и ее отработку;

7)заданная программа должна соответствовать горно-геологи­ ческим условиям и физико-математическим характеристикам разра­

батываемых горных пород.

§ 58. Технико-экономические показатели работы автоматизированных роторных экскаваторов

Изготовление роторных комплексов машин большой произ­ водительности вызвано ростом объемов вскрышных работ, а также экономической целесообразностью строительства мощных высоко­ производительных карьеров.

Основным преимуществом этих комплексов является обеспечение поточности производства горных работ. Этот принцип механизации обеспечивает высокую производительность машин, наилучшие тех­ нико-экономические показатели, дистанционное управление меха­ низмами и возможность автоматизации этого управления.

Применение поточной технологии и механизации горных работ с использованием систем автоматического управления и регули­ рования в технологических комплексах горных машин непрерывного действия позволит увеличить производительность труда на карьерах в 2,2 раза, снизить себестоимость разработки горной массы в 2 раза,

149