Принципы построения структур управления экскаваторными электроприводами в стопорных режимах

Валиев Р.М.; Попельнюхов В.И.; Фащиленко В.Н.

УДК 621.879

Р.М. Валиев, В.И. Попельнюхов, В.Н. Фащиленко

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СТРУКТУР УПРАВЛЕНИЯ ЭКСКАВАТОРНЫМИ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ В СТОПОРНЫХ РЕЖИМАХ

Семинар № 21

Увеличение единичной мощности главных электроприводов одноковшовых экскаваторов-мехлопат означает увеличение динамических нагрузок. Наиболее ярко это проявляется в электромеханических системах (ЭМС), содержащих упругие элементы, такие как канаты напора и подъема одноковшовых экскаваторов. Упругие усилия (моменты) носящие колебательный характер способствуют накоплению усталостных напряжений в элементах ЭМС, способствуют их быстрому износу и т.п. [1] Поэтому такие динамические нагрузки необходимо ограничивать на максимально допустимом уровне.

Известно, что работа экскаватора характеризуется двумя режимами работы, которые достаточно сильно отличаются друг от друга: это собственно режим копания (черпание породы) и режим стопорения рабочего органа (ковша). В первом случае электродвигатели главных механизмов работают приблизительно с номинальными моментами и значения этих моментов ограничены максимально допустимыми значениями. Упругие моменты не превышают максимального значения, но носят колебательный характер. Во втором же случае моменты, возникающие в упругих элементах

ЭМС, могут превышать максимально допустимые в 3 и более раз и имеют большую колебательность.

Стопорный режим является аварийным режимом работы экскаватора, так как происходит практически мгновенная остановка рабочего органа и запасенная кинетическая энергия переходит в потенциальную энергию деформации канатов, редукторов и т.п., что может привести к обрыву каната или поломке редуктора.

Так как стопорный режим быстротекущий процесс, то ограничение динамических нагрузок должно производиться в автоматическом режиме, без участия машиниста.

Ограничение динамических нагрузок в упругих элементах нужно производить в обоих случаях (и в режиме копания и в режиме стопорения рабочего органа) [2]. Однако режим стопо-рения является наиболее тяжелым режимом работы и поэтому ограничение динамических нагрузок в этом режиме наиболее целесообразно и необходимо.

Для рассмотрения переходных процессов, происходящих в режиме сто-порения, были получены следующие собственные операторы переда-точных функций для систем УВ-Д и Г—Д с ТВ:

- ЭМС УВ-Д (И - регулятор тока) и Г-Д с ТВ (ПИ - регулятор тока)

Д (р) = р 5ГртГпГя—1

+ р Т (Т + Т )———

Л + Л р рт(п я)Л2 + Л

+Р ^ Т +Т2)^ +

+р (Тп + т.)+Т2^^)+

- +1;

Л + Л

т2

+р (Трт + Тн + Л 7 Т-) з з

1 м Л +Л3

- ЭМС УВ-Д (ПИ - регулятор тока) и Г-Д с ТВ (ПИД - регулятор тока)

Т2

4^ т 1

д (р) = Р ЧРТп

+р Т

рт п О I о ~ рт о , о

/Ц "г /Ц /Ц "г /Ц

+р 2 ад +ЛТ12)

А + Аз

- + 1.

т 2 1

+ р Трт + Тн +АГТ-)-А— .

' м А2 + А

Как видно из полученных соотношений, собственные операторы передаточных функций для стопорного режима отличаются от аналогичных собственных операторов, полученных для рабочего режима (снизился порядок полиномов, и изменились параметры при соответствующих степенях).

Переходные процессы, соответствующие стопорному режиму показаны на рис. 1, 2.

Как видно из графиков переходных процессов максимальное значение момента в упругом элементе превышает допустимое значение в 3 раза и имеет значительный колебательный характер с малым затуханием, что является очень вредным для ЭМС экскаватора и соответственно недопустимым.

Стоит отметить, что качество переходных процессов в ЭМС с И - регулятором тока лучше, чем в системе с ПИ -регулятором тока (система УВ-Д).

В тоже время качество переходных процессов в ЭМС с ПИД - регулятором тока хуже, чем в системе с ПИ - регулятором тока (система Г-Д с ТВ).

Ограничение по амплитуде и демпфирование колебаний в упругом элементе производится путем введения дополнительной гибкой отрицательной обратной связи по моменту нагрузки в упругом элементе (ГООСН).

Использование метода нормированных передаточных функций позволяет увязывать параметры ЭМС и показатель колебательности в стопорном режиме. С помощью полученной системы уравнений рассчитываются необходимое значение ГООСН и другие параметры [3].

Графики переходных процессов в ЭМС с подчиненным регулированием

координат систем УВ-Д и Г-Д с ТВ с использованием ГООСН приведены на рис. 3.

Анализируя полученные переходные процессы можно сделать следующие выводы:

1. Удалось снизить максимальное значение момента нагрузки в упругом элементе в 1,9 и 1,3 раза для соответственно систем УВ-Д и Г-Д с ТВ по сравнению со стандартной настройкой системы на “технический оптимум”;

2. Переходный процесс носит колебательный характер с относительно небольшим перерегулированием и большим затуханием колебаний;

3. Уменьшилось время переходного процесса как минимум в 2 раза.

------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Борцов Ю.А., Соколовский Г.Г. Тири- 2. Соловьев А.С. Динамика электроме-

сторные системы электропривода с упругими ханических систем электроприводов карьер-связями. - Л.: Энергия, 1979. - 160 с. ных экскаваторов: Текст лекций. - Л.: Изд-во

Ї

(а

-||п

/ £

-1 ■

*

а б

Рис. 3. Переходные процессы в ЭМС при стопореним рабочего органа: а) система УВ-Д с ПИ -рег. тока и ГООСН; б) система Г-Д с ТВ с ПИ - рег. тока и ГООСН

ЛГИ, 1989. - 31 с. горных машин: Монография. - М.: Изд-во

3. Ляхомский А.В., Фащиленко В.Н. МГГУ, 2004. - 296 с.

Управление электромеханическими системами

— Коротко об авторах ---------------------------------------------------

Валиев Р.М., Фащиленко В.Н. - Московский государственный горный университет, Попельнюхов В.И. - ЛГОК.

------Ф

^-------

УДК 621.879:621.313.13:621.3.019.3 И.М. Хошмухамедов

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ГЛАВНЫХ МЕХАНИЗМОВ КАРЬЕРНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ

Семинар № 21

~П абота электродвигателей постоянного тока главных механизмов карьерных экскаваторов характеризуется высоким уровнем резкопеременных динамических нагрузок и, как следствие, повышенной вибрацией, результатом чего являются отказы в работе главных механизмов карьерных экскаваторов, составляющее по данным эксплуатации до 32 % от общего времени простоя экскаваторов во внепланых ремонтах.

В результате анализа статистических данных отказов электродвигателей установлено, что наименее надежными элементами являются: обмотка якоря, коллекторный, подшипниковый и щеточные узлы. Число отказов по коллекторному узлу достигает 21 %, по щетко-держательному аппарату - 16 %, по обмотке якоря до 42 % [2].

Из-за низкой коммутационной надежности электродвигателей происходит подгар пластин коллектора, который в процессе работы развивается по всей

Текст научной работы на тему «Принципы построения структур управления экскаваторными электроприводами в стопорных режимах»