CC BY
24
СЕМИНАР 10
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ «НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 98» МОСКВА, МГГУ, 2.02.98 - 6.02.98
Доц. М.С. Ломакин, к.т.н., С.Е. Иконников,
Московский государственный горный университет
АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ КОПАНИЯ МОЩНОГО ДРАГЛАЙНА
Исследования по разработке системы автоматического управления процессом копания экскаватора-драглайна проводились в МГГУ, МИСИ, ГУА и ряде других институтов.
Однако предложенные системы автоматического управления не являются адаптивными, так как они не используют режим самонастройки параметров в зависимости от меняющихся горно-технологических условий (например, изменение угла откоса забоя, изменение крепости грунта, изменение угла между подъемными и тяговыми канатами и др).
Для повышения эффективности процесса копания драглайна целесообразно разработать адаптивную систему автоматического управления.
В ряде работ [1] в качестве рационального режима копания рекомендуется копание с постоянной толщиной стружки, что обеспечивает планомерную отработку профиля забоя и не требует дополнительных операций по его планировке. При этом значение толщины стружки для различных категорий грунта принимается на основании рекомендуемой величины длины пути копания [2].
Управление процессом копания драглайна производится регулированием усилия натяжения подъемных канатов по алгоритму
Sпзад=—
Sпо
при Sт < Sто
Sпо+К (8т-8то) при Sт > Sто
— (1) где 8пзад - заданное значение усилия натяжения подъемных канатов; 8т - текущее значение усилия натяжения тяговых канатов; 8по - начальное усилие в подъемных канатах, соответствующее весу упряжи ковша; 8то - начальное усилие в тяговых канатах, соот-
ветствующее силе трения движению порожнего ковша по грунту, зависит от угла откоса забоя а и задается в соответствии с паспортом ведения горных работ; К - коэффициент пропорциональности.
При разработке адаптивной системы автоматического управления процессом копания необходимо оценивать копание по некоторому критерию эффективности. В работах [3,4] предложены различные варианты критерия эффективности. Недостатком этих технических решений является то, что критерий эффективности процесса копания определяют по степени использования мощности привода копающего механизма за время наполнения ковша, и его использование для адаптивной системы приводит к треугольному профилю срезаемой ковшом стружки и механическим перегрузкам в рабочем оборудовании драглайна, а также требует дополнительных работ по планировке забоя.
В данной работе для оценки процесса копания предлагается но вый составной (агрегированный) критерий
tкоп tкоп
1Ъ(Sп) = а11 VТ(t)dt+а21SТ(t)dt
0 0
(2),
где 8п - текущее значение усилия натяжения подъемных канатов, кН; VТ(t) - линейная скорость тяговых канатов, см/с; 8Тф - усилие натяжения тяговых канатов, кН; tкоп - время копания (наполнения ковша), с; а1,а2 - весовые (масштабные) коэффициенты.
Использование предложенного критерия эффективности для самонастройки адаптивного регулятора обеспечивает повышение интегральной производительности экскаватора-драглайна при одновременном снижении механических
перегрузок в приводе копающего механизма.
Учитывая в принятом алгоритме управления (1), что усилие 8п пропорционально с коэффициентом К усилию 8т, предложенный критерий эффективности (2) является также функцией коэффициента К:
Ь=ЯК).
Проведенными исследованиями было показано, что минимум критерия эффективности соответствует рациональному режиму копания с постоянной толщиной стружки.
По результатам проведенных исследований рекомендуемые значения весовых коэффициентов а1 и а2 в выражении (2) для критерия эффективности применительно к драглайну ЭШ 20.90 составляют соответственно 0.2 и 0.8 и зависимости = ЯК) имеют характеристику с четко выраженной точкой экстремума.
На рис.1 показаны зависимости агрегированного критерия эффективности 1^ = Я(К), имеющие экстремальный характер, для параметров экскаватора-драглайна ЭШ 20.90 при моделировании на 1ВМ РС режима копания в средней части забоя грунтов II, III и IV категорий, а на рис.2 - режима копания грунта IV категории при минимальном, максимальном удалении ковша от экскаватора и в средней части забоя с откосом а = 30°.
Как показало проведенное цифровое моделирование, оптимальное значение коэффициента пропорциональности К соответствует минимуму критерия эффективности ^что обеспечивает копание с постоянной толщиной стружки рациональной величины.
Функциональная схема адаптивной системы автоматического
Рис.1. Зависимость 1^ = ДК) для параметров экскаватора-драглайна ЭШ 20.90 при копании в средней части забоя для угла откоса забоя а = 30°:
1 - грунт IV категории; 2 - грунт III категории; 3 - грунт II категории.
Рис.2. Зависимость 1^ = ДК) для параметров экскаватора-драглайна ЭШ 20.90 при копании грунта IV категории для угла откоса забоя а = 30°:
1 - при минимальном удалении ковша от экскаватора; 2 - в средней части забоя; 3 - при максимальном удалении ковша от экскаватора
управления процессом копания драглайна показана на рис.3, на котором обозначены процесс копания как объект управления ОУ, электропривод механизма тяги ЭПТ, датчики усилия и скорости ДУ и ДС, система автоматического регулирования натяжения подъемных канатов САР НПК, регулятор процесса копания РПК, включающий блок умножения БУ, блок определения критерия эффектив-
ности БОКЭ и блок определения минимума критерия эффективности БОМКЭ. САР НПК включает электропривод подъема, регулятор натяжения подъемных канатов и датчик усилия подъемных канатов. На вход ЭПТ поступает сигнал с командоаппарата тяги искар. На входы регулятора РПК подаются сигналы Шт и идс от датчиков ДУ и ДС, а его выходной сигнал Шпзад пропорционален заданному значению усилия 8пзад.
Коэффициент регулятора процесса копания Крпк, равный коэффициенту пропорциональности К в алгоритме управления (1), должен автоматически настраиваться так, чтобы обеспечивать от цикла к циклу минимум агрегированного критерия эффективности,
^коп ^коп
ЦК) =| V (t)dt+a2j SТ
0 0
(3)
Блок определения критерия эффективности БОКЭ (рис.3), определяющий величину критерия эффективности в каждом цикле копания, реализован в соответствии с формулой (2) и выполнен в виде двух интеграторов И1 и И2, блоков масштабных коэффициентов а1 и а2 и сумматора. На входы блока БОКЭ поступают сигналы с датчиков скорости копания и усилия тяговых канатов.
Регулятор процесса копания РПК (см. рис.3) представляет собой адаптивный самонастраивающийся) регулятор, включающий устройство самонастройки, состоящее из блока БОКЭ и блока определения минимума критерия эффективности БОМКЭ.
Устройство самонастройки регулятора РПК выполняет автоматическую настройку коэффициента пропорциональности К по результатам оценки критерия эффективности блоком БОКЭ и поиск минимума этого критерия блоком БОМКЭ для обеспечения требуемого режима копания драглайна.
В блоке БОМКЭ осуществляется оценка критерия эффективности в смежных циклах копания и пошаговым методом отыскивается
Ш1Г
К
оптимальное значение коэффициента регулятора К, при котором обеспечивается минимум критерия эффективности В запоминающем устройстве ЗУ фиксируется значение критерия эффективности в предыдущем цикле копания, а элемент сравнения ЭС определяет величину и знак приращения критерия эффективности в двух смежных циклах. Релейный элемент РЭ формирует шаг поиска ДКрпк оптимального значения коэффициента регулятора РПК, и в накапливающем сумматоре 2 реализуется величина коэффициента регулятора РПК Крпк с учетом заданного начального значения Крпкнач.
Устройство управления, состоящее из регулятора РПК и устройства самонастройки, включается машинистом в точке начала копания переключателем и отключается в конце копания, когда машинист переходит на ручное управление операцией транспортировки ковша (на рис.3 переключатель не показан).
При моделировании на ІВМ РС процесса взаимодействия ковша драглайна с грунтом учитывались три рода сопротивления его движению: сопротивление трению
ковша о грунт Ртр, сопротивление резанию грунта Рр и сопротивление перемещению призмы волочения грунта в ковше Рп, так что касательная сила сопротивления грунта Ро1 копанию [2]
Ро1 = Ртр + Рр + Рп =
= МN + Крbh + e(1+qпр)qКн,
где: Ь - ширина ковша; h -толщина срезаемой стружки; М - коэффициент трения ковша о грунт; N
- давление ковша на грунт; Кр -удельное сопротивление грунта резанию; е - коэффициент сопротивления наполнению ковша и перемещения призмы волочения перед ним; qпр - объем призмы волочения в частях емкости ковша; q
- емкость ковша драглайна; Кн -коэффициент наполнения ковша. Для проведения стендовых испытаний техническая реализация адаптивного регулятора системы автоматического управления процессом
копания была выполнена на про- | граммируемом микропроцессорном
контроллере Ремиконт Р-130, а физическая модель объекта управления, электроприводов подъема и тяги, САР НПК была реализована на аналоговом вычислительном комплексе.
Проведенные стендовые испытания показали, что система обеспечивает от цикла к циклу копания пошаговый поиск минимума критерия эффективности 1% и автоматически настраивает оптимальное значение коэффициента К в данных условиях отработки забоя. Применение адаптивной сис-
темы автоматического управления обеспечивает увеличение производительности экскаватора-драглайна при одновременном снижении механических нагрузок в рабочем оборудовании и механизмах экскаватора.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Филатов В.И. Оценка эффективности использования мощного драглайна в заданных условиях эксплуатации // Изв.ВУЗов -Горный журнал. - 1982. - N10. - С.83-85.
© М
2. Домбровский Н.Г., Панкратов С.А. Землеройные машины: Ч.1.. Одноковшовые экскаваторы. - М.: Гос-стройиздат, 1961, 651 с.
3. А.с. 1333745 (СССР). Способ управления движением ковша драглайна при копании и устройство для его осуществления. Ломакин М.С., Ромашенков А.М., Кузубов В.Н. -Опубл. в БИ, 1987, N32.
4. А.с. 502100 (СССР). Устройство для контроля эффективности управления процессом копания экскаватора. Залесов О.А., Киселев В.В., Ломакин М.С. - Опубл. в БИ, 1976, N5
.С Ломакин, С.Е. Иконников
