2228

АНАЛИЗ РЕЖИМА АВТОКОПАНИЯ ЭКСКАВАТОРНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Научная статья

Логистика и транспорт

В статье обсуждаются вопросы организации режима автокопания в рамках системы управления электропривода экскаваторов.

Русский

2013-01-06

191.77 KB

7 чел.

СОВРЕМЕННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД 
23
                                                                                                                                
 
 
 
 
 
АНАЛИЗ РЕЖИМА АВТОКОПАНИЯ ЭКСКАВАТОРНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА 
 
В.Л. Бурковский 
Декан факультета автоматики и электромеханики Воронежского государственного 
технического университета 
Р.В. Шкода 
Аспирант Воронежского государственного технического университета 
 

 
В  статье  обсуждаются  вопросы  орга-
значениями,  сохраняя  дорогостоящее  электро-
низации  режима  автокопания  в  рамках 
механическое оборудование. 
системы  управления  электропривода  экс-
Задача  модернизации – повышение  произ-
каваторов. 
водительности, сокращение простоев при отка-
 
зах,  уменьшение  износа  механического  обору-
Повышение  производительности  экскавато-
дования  и  сокращение  потребления  электро-
ров  различных  классов  является  важнейшей 
энергии. С этой целью предлагается математи-
задачей  как  предприятий,  занимающихся  раз-
ческая модель режима автокопания (автопилот) 
работкой,  проектированием  и  их  изготовлени-
или  режима  совместной  работы  ЭП  подъема  и 
ем,  так  и  предприятий,  эксплуатирующих  эти 
напора (рис.1).  
машины.  Интегральная  производительность 
Математическая 
модель 
сформирована 
(объем горной массы, взятой за год или другой 
следующим образом. В электроприводе подъе-
отрезок  времени)  зависит  от  паспортного  вре-
ма  и  напора  реализована  двухзонная  система 
мени цикла, квалификации машиниста, степени 
регулирования  скорости.  На  ЭП  напора  осуще-
автоматизации  рабочего  процесса  и  надежно-
ствлена  имитация  случайной  нагрузки.  Моде-
сти  механического  и  электрического  оборудо-
лирование ЭП подъема состоит из двух этапов: 
вания. 
первый – момент случайной нагрузки по форме 
Известно,  что  время  цикла  экскавации  при 
такой же, как у ЭП напора, только по амплитуде 
выбранной  мощности  электрических  машин 
в 1,5 раза  больше;  второй – момент  нагрузки 
главных  приводов  и  удовлетворительном  каче-
прямо  пропорционален  выдвижению  рукояти 
стве  статических  характеристик  может  быть 
ЭП  напора.  Реализация  двухзонной  системы 
уменьшено  за  счет  сокращения  длительности 
регулирования  скорости  и  режима  автокопания 
переходных  процессов.  Производительность, 
позволит  системе  сомой  реагировать  на  появ-
уровень  динамических  нагрузок  и  экономиче-
ление  случайной  нагрузки  и  сбрасывать  ско-
ские  показатели  горных  работ  в  значительной 
рость  даже  если  машинист  продолжает  давать 
степени  зависят  от  квалификации  машиниста. 
задание  на  копание  и  увеличивает  величину 
Внедрение  средств  автоматизации  рабочего 
снимаемого слоя. 
процесса в сочетании с обучением машинистов 
Ранее  авторами  была  предпринята  попытка 
правильным  приемам  работы  позволит  полу-
моделирования  возможности  реализации  ре-
чить  стабильные  показатели  по  производи-
жима автокопания (автопилот) для электропри-
тельности экскаваторов. 
вода подъема и напора. В начале копания про-
Вопросы оценки возможностей машиниста в 
исходит  быстрая  подача  рукояти  вперед  с  по-
функциональной схеме оператор-машина-забой 
следующим  уменьшением  скорости  поступа-
активно  решаются  исследователями.  Широкое 
тельного  движения  по  мере  подъема  рукояти. 
промышленное  внедрение  систем  автоматиче-
Автопилот  должен  осуществить  правильную 
ского  управления  рабочим  процессом,  отве-
координацию  подъемного  и  напорного  движе-
чающих  требованиям  технологии  выемки  и  по-
ний,  тогда  ковш  будет  снимать  равномерную 
вышения  производительности,  несомненно, 
стружку на всем пути наполнения.  
будет  способствовать  повышению  эффектив-
По  мере  продвижения  ковша  в  забое  ско-
ности использования экскаваторов. 
рость  напорного  движения  должна  снижаться 
Общие  требования  к  приводам  сводятся  в 
во  избежание  чрезмерного  увеличения  толщи-
основном  к  достижению  максимального  быст-
ны  стружки,  причем  усилие  будет  возрастать, 
родействия  в  режимах  управления  процессами 
поскольку электропривод напора воспринимает 
разгона  механизма,  реверсирования  и  тормо-
при  этом,  кроме  повышенного  сопротивления 
жения. В то же время привод должен обеспечи-
грунта,  составляющую  усилия  подъемного  ка-
вать  надежное  ограничение  возникающих  при 
ната. При этом имеет место очень сложный ди-
работе  действующих  нагрузок определенными   намический характер нагружения подъемного и 
 
Электротехнические комплексы и системы управления                                             №1/2008  
 

24 
СОВРЕМЕННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД 
                                                                                                                                
 напорного  механизмов.  Часто  оба  механизма 
требуемое  минимальное  расхождение    между 
работают в режимах почти полного стопорения. 
статической  и  динамическими  характеристика-
При  этом  максимальные  нагрузки  часто  более 
ми  привода.  Однако  максимальное  быстродей-
чем  в 2 раза  превышают  стопорные  статиче-
ствие системы регулирования момента должно 
ские. 
быть  ограничено  с  тем,  чтобы  исключить  воз-
Главным 
требованием, 
определяющим 
можное  ослабление  демпфирующего  действия 
структуру  системы  управления  для  экскаватор-
электропривода при механических колебаниях; 
ных  электроприводов,  является  обеспечение 
-  система  регулирования  момента  должна 
максимальной  производительности  машины 
обеспечивать  возможность  формирования  экс-
при  минимальных  нагрузках  на  ее  механиче-
каваторных  характеристик  электропривода  с 
ское  и  электрическое  оборудование.  Теорети-
любым  требуемым  коэффициентом  заполне-
ческие и экспериментальные исследования ди-
ния; 
намики  экскаваторных  электроприводов  пока-
-  система  регулирования  момента  должна 
зали,  что  это  требование  в  электроприводах  с 
обеспечивать 
формирование 
равномерно-
управляемым  преобразователем  (Г-Д  и  ТП-Д) 
ускоренного характера переходных процессов с 
может быть выполнено только при использова-
ограничением  производной  ускорения  (рывка). 
нии  современной  системы  регулирования  мо-
В условиях переменной нагрузки в тяжелых пе-
мента  электропривода,  обладающей  следую-
реходных  процессах  должно  обеспечиваться 
щими свойствами: 
ограничение  максимального  момента  привода, 
-  система  регулирования  момента  должна 
а  в  легких – ограничение  его  максимального 
обладать быстродействием,  обеспечивающим  
ускорения. 
 
 
Рис. 1. Математическая модель режима автокопания 
 
Опыт  эксплуатации  экскаваторов  на  откры-
черпания  и  нагрузки  на  электромеханическое 
тых  горных  работах  показывает,  что  режимы 
оборудование. 
управления  являются  одним  из  основных  фак-
По  данным  исследований,  производитель-
торов, определяющих длительность операции  
ность  недостаточно  квалифицированного  ма- 
 
    electrotech@v-itc.ru                                                                                        www.v-itc.ru/electrotech 
 

СОВРЕМЕННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД 
25
                                                                                                                                
шиниста  оказалась  на 30-40% ниже,  чем  у 
чайного  касания  контактного  провода.  При  ис-
опытного  машиниста  с  большим  стажем  рабо-
пользовании  режима  автокопания  мы  уберем 
ты.  Недостаточно  квалифицированный  маши-
динамические  удары  на  механику  и  электриче-
нист допускает перегрузки приводов, что вызы-
скую часть. 
вает  ускоренный  износ  канатов  и  узлов  экска-
Основным  достоинством  одноковшовых  экс-
ватора. 
каваторов типа «механическая лопата» являет-
Отрыв  груженого  ковша  после  копания  от 
ся их универсальность. С помощью этой маши-
забоя при провисших подъемных канатах явля-
ны  производится  экскавация  сыпучих,  глини-
ется нагрузкой, опасной для экскаватора. В ме-
стых,  взорванных  и  невзорванных  скальных 
ханизме  и  в  стреловой  конструкции  при  этом 
пород,  выборочная  выемка  полезного  ископае-
возникают  значительные  усилия,  которые  в 2-
мого, планировка почвы забоя, погрузка породы 
2,5  раза  превышают  статические,  обусловлен-
в  транспортные  средства  различных  типов  и 
ные весом груженого ковша. 
т. д.  Эта  универсальность  достигается  благо-
Сегодня на карьерных экскаваторах с целью 
даря  большой  гибкости  всей  системы,  которая 
увеличения срока использования электрическо-
обеспечивается  человеком-оператором,  управ-
го  и  механического  оборудования  актуально 
ляющим  перемещением исполнительного орга-
снижать  динамические  нагрузки,  повышать  ко-
на  по  трем  координатам  и  перемещением  са-
эффициент  использования,  а  соответственно 
мой  машины.  В  этом  смысле  одноковшовый 
производительность  и  по  возможности  исклю-
экскаватор  типа  «механическая  лопата»  и  в 
чать ударные токи. Всего этого можно достичь, 
дальнейшем остается перспективной машиной.  
если разработать систему управления, которая 
Проведенный  анализ  свидетельствует  о  це-
будет  осуществлять  режим  автокопания.  При 
лесообразности  дальнейшей  модернизации, 
задании на подъем и напор экскаватор сам вы-
усовершенствования  и  изменения  существую-
бирает  режим  работы  и  оптимально  загружает 
щей  системы  управления  электропривода  по-
электропривод.  В  электронном  блоке  управле-
стоянного тока  подъемно-транспортных машин 
ния можно также предусмотреть защиту от слу- 
в целом. 
 
 
Новости   

 
 
 
 
 
 
 
 
         Обзоры 
 
 

Энергия ходьбы зарядит  
зить ногу перед приземлением.  Именно  в этот 
мобильный телефон 
момент генератор вступает в ход собирая, «от-
   
рицательную» энергию торможения ноги.  
Оригинальное  зарядное  устройство  способ-
Ведущий  исследователь  Макс  Донелан  го-
но  заряжать  портативные  электронные  прибо-
ворит, что принцип, который лег в основу рабо-
ры  во  время  ходьбы  его  обладателя.  Электро-
ты прибора, уже используется в легковых авто-
генератор вырабатывает электричество за счет 
мобилях  нового  типа.  Часть  энергии  они  полу-
кинетической  энергии  коленной  чашечки  ноги 
чают  от  работы  двигателя,  а  часть  извлекают 
человека,  которая  движется  во  время  ходьбы. 
при  торможении.  Устройство  способно  служить 
Согласно  проведенным  тестам,  при  обычной 
в  качестве  аккумулятора  и  преобразователя 
ходьбе  пара  таких  устройств  производит  около 
электрической  энергии  не  только  для  сотового 
5  ватт  электричества – этого  достаточно  для 
телефона,  но  и  для  других  компактных  элек-
работы 10 сотовых  телефонов  одновременно. 
тронных  устройств.  В  перспективе  оно  может 
Генератор удобно крепится на коленной чашеч-
применяться  для  зарядки  субноутбуков,  фото-
ке и весит примерно 1,5 кг.  
камер, плееров и др. M2E вела свои разработки 
Устройство  работает  за  счет  небольшого 
по заказу Армии США, и они пока используются 
двигателя,  который  вращается  во  время  изме-
лишь  там,  однако  в  компании  сообщили,  что 
нения  положения  колена  человека  при  ходьбе, 
вывод устройства на рынок также входит в пла-
причем  выключать  генератор  не  нужно.  Когда 
ны.  Пока  же  разработчикам  необходимо  не-
человек делает шаг, то сначала он заносит но-
сколько доработать устройство: уменьшить раз-
гу, потом разгибает колено. Затем подколенное 
меры,  вес,  а  также  попытаться  увеличить 
сухожилие (на задней части бедра) и связанные 
объемы генерации электроэнергии.  
с ним мышцы активируются,  чтобы  притормо- 
www.epochtimes.ru 
 
 
 
Электротехнические комплексы и системы управления                                             №1/2008  
 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

17343. Введение в курс Системное проектирование телекоммуникационных систем 87 KB
  Лекция 1. Введение в курс Системное проектирование телекоммуникационных систем 1.1.Общее понятие о системном проекте и системном подходе к проектированию сложных объектов Данная университетская дисциплина Системное проектирование телекоммуникационных систем отн...
17344. ЭЛЕМЕНТЫ ОБЩЕЙ ТЕОРИИ СИСТЕМ 181 KB
  ЭЛЕМЕНТЫ ОБЩЕЙ ТЕОРИИ СИСТЕМ Лекция №2 Основания общей теории систем 1.1. Уровни исследования системы Во второй половине двадцатого столетия в биологии медицинской науке и философии основательно укоренилось словосочетание: Общая теория систем [15] котор...
17345. Сложный объект как система. Основные аспекты системного исследования 136.5 KB
  Тема 2. ЭЛЕМЕНТЫ ОБЩЕЙ ТЕОРИИ СИСТЕМ Лекция 3. 2.4. Сложный объект как система Основные аспекты системного исследования Несколько нарушая принятую методологию изложения материала начнем с определения объекта Ob как потенциально сложного элемента системы. Сложный ...
17346. Научные (Теоретические) основы системного похода 136.5 KB
  Тема 2. Научные Теоретические основы системного похода Продолжение. Лекция 4 3.5 Основные принципы системного подхода Основные принципы системного подхода вытекают из соответствующих главных концепций ОТС представленных схеме на рис.1. ...
17347. Системобразрушающие факторы 109.5 KB
  Тема 2. Научные Теоретические основы системного похода Продолжение 2. Лекция 5 3.10.Системобразрушающие факторы Как указывалось выше распад целостных объектов происходит под влиянием внешних системоразрушающих факторов. Горы могут быть разрушены землетрясение
17348. ПРОЦЕСС УПРАВЛЕНИЯ В СЛОЖНОЙ СИСТЕМЕ 214.5 KB
  Лекция 6. ПРОЦЕСС УПРАВЛЕНИЯ В СЛОЖНОЙ СИСТЕМЕ 1. Концептуальная структура системы с управлением Как было ранее отмечено в классификации систем выделяется класс систем с управлением. Для таких систем характерно наличие свойства открытости и способность к адекватно...
17349. ЭЛЕМЕНТЫ ОПИСАНИЯ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ. МОДЕЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АНАЛИЗА СС. ОБОБЩЕННАЯ (СЕМАНТИЧЕСКАЯ) МОДЕЛЬ ПРИКЛАДНОЙ СИСТЕМЫ 270 KB
  Лекция 7. ЭЛЕМЕНТЫ ОПИСАНИЯ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ. МОДЕЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АНАЛИЗА СС. ОБОБЩЕННАЯ СЕМАНТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРИКЛАДНОЙ СИСТЕМЫ. I. 1. Показатели параметры в описании элемента системы Элементу объекта системы поставим в соответствие систему показателей парам...
17350. КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ СИНТЕЗА СЛОЖНЫХ СИСТЕМ 633 KB
  Лекция 8. КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ СИНТЕЗА СЛОЖНЫХ СИСТЕМ 1. Концепция существования реального объекта во времени и пространстве Дадим некоторые определения. Объект системы Ob – это сущность реального мира воспринимаемая интеллектом системного аналитика САн че
17351. ПРИКЛАДНЫЕ СИСТЕМЫ. ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПОКАЗАТЕЛИ КАК ОБЪЕКТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ 229.5 KB
  Лекция 9 ПРИКЛАДНЫЕ СИСТЕМЫ. ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПОКАЗАТЕЛИ КАК ОБЪЕКТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ 9.1. Основные известные концептуальные определения понятия сложная система как основа модельного представления системы Здесь будет выполнена адаптация материала