RU1781393C - Способ ограничени динамических нагрузок механизма поворота экскаватора и устройство дл его реализации - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени : устройство содержит: 1 командоаппарат (1), 2 сумматора

Description

Щиг.1

Группа изобретений - способ и устройство , объединенные единым изобретательским замыслом, относитс  к области управлени  механизмами поворота экскаваторов и может быть использовано дл  управлени  механизмами других промышленных установок, в которых требуетс  ограничивать динамические нагрузки механизмов.

Известен способ ограничени  динамических нагрузок в экскаваторных механизмах , основанный на выборе зазоров, когда осуществл етс  плавное нарастание момента при пониженной скорости двигател , при этом первоначальные броски динамических нагрузок при пуске и реверсе уменьшаютс  в 2-3 раза. Однако этот способ увеличивает длительность цикла экскавации на (2-3)% и, кроме того, он ограничивает нагрузки только в процессе выбора зазора.

Известно устройство дл  управлени  электроприводом экскаватора, обеспечивающее ограничение динамических нагрузок в экскаваторных механизмах Оно реализует двухконтурную систему подчиненного регулировани  и содержит регул торы тока и скорости, датчика тока и скорости, коман- доаппарат, триггер, ключ, релейный элемент , инвертор, источник питани . К недостаткам устройства относитс  снижение темпа разгона на период выбора зазора, что вызывает увеличение продолжительности цикла поворота и приводит к снижению производительности экскаватора .

Известно также устройство управлени  электроприводом механизма поворота одноковшового экскавато ра, включающее в себ  регул торы тока и скорости, коммутатор , триггер, ключ, релейный элемент, инвертор и источник питани . Оно также снабжено датчиком упругого момента, блоком пам ти, блоком задани  и суммирующим усилителем, причем блок пам ти выполнен в виде последовательного соединени  ключа и инвертора, в цепь обратной св зи которого включены конденсаторы. Однако при выборе зазора ограничиваютс  только первые броски динамических усилий- , а дальнейшие броски, которые возникают из-за неравномерности износа шестерен многодвигательных приводов, не устран ютс , что приводит к снижению производительности и надежности экскаватора .

Наиболее близким к за вл емому способу  вл етс  способ ограничени  динамических нагрузок механизмов поворота экскаватора, согласно которому при выборе

зазора снижают скорость двигател  до (2- 3)% от номинальной за счет ограничени  темпа нарастани  задающего сигнала скорости с помощью задатчика интенсивности

изменени  скорости поворота экскаватора, включаемого на вход системы автоматического управлени , а после выбора зазора автоматически измен ют темп скорости за счет введени  гибких отрицательных обратных св зей.

Наиболее близким техническим решением к предложенному устройству  вл етс  устройство дл  управлени  электроприводом механизма поворота одноковшового

экскаватора 5, содержащее датчика тока  корной цепи электродвигател  электропривода и скорости электродвигател , коммутирующий блок, блок определени  линии переключени , датчик косвенного измерени  возмущени , сумматор, звено ограничени  и командоаппарат. Оно также снабжено датчиком температуры окружающего воздуха , пороговым элементом, функциональным преобразователем.

Недостатком этого устройства  вл етс  недостаточное ограничение динамических нагрузок механизма поворота экскаватора из-за посто нства ограничени  тока  корной цепи электродвигател  его стопорным

значением.

Единый изобретательский замысел, объедин ющий способ и устройство дл  его реализации, направлен на решение задачи ограничени  динамических нагрузок механизма поворота экскаватора в тех случа х, когда эту задачу невозможно решить на основе аналогичных решений дл  ограничени  динамических нагрузок, возникающих при выбранном зазоре из-за неравномерного износа шестерен, что повышает повышение производительности экскаватора за счет уменьшени  времени переходного процесса и внеплановых простоев,

Особенность данного сочетани  за вл емых объектов состоит в том, что предлагаемый способ ограничени  не может быть осуществлен ни в одном из известных устройств , и необходимый результат может быть достигнут при реализации нового

способа только в новом, существенно отличающемс  от известных, устройстве, предложенном авторами.

У группы изобретений одна цель, и на ее достижение направлен единый изобретательский замысел.

Цель изобретени  - повышение производительности экскаватора за счет уменьшени  времени переходного процесса и сокращени  времени простоев

Поставленна  цель достигаетс  за счет того, что в способе ограничени  динамических нагрузок механизма поворота экскаватора , основанном на задании и контроле скорости поворота экскаватора, по которым определ ют сигнал ошибки по скорости, и измерении тока  корной цепи электродвигател  дополнительно формируют сигнал возмущени , задают и вычисл ют значение ускорени  поворота, по которым определ - ют сигнал значени  ошибки ускорени  поворота , по этому сигналу и сигналу ошибки по скорости формируют сигнал переключени , знак которого сравнивают со знаками сигналов ошибок по скорости и ускорению поворота и знаком сигнала возмущени , в зависимости от соотношений знаков указанных сигналов определ ют коэффициент усилени  в цеп х обратных св зей по скорости и ускорению поворота и возмущению, с помощью которых формируют сигнал управлени  на электропривод.

Поставленна  цель в реализующем предложенный способ устройстве достигаетс  новым конструктивным выполнением устройства управлени  электроприводом.

В предложенном устройстве дл  ограничени  динамических нагрузок механизма поворота экскаватора, содержащем коман- доаппарат, первый сумматор, датчик тока и датчик косвенного измерени  возмущени , поставленна  цель достигаетс  тем, что оно дополнительно снабжено задатчиком интенсивности изменени  скорости поворота, датчиком упругого момента, датчиком ско- рости поворота, вторым сумматором, формирователем сигнала переключени  и блоком управлени , выход которого подключен к первому входу преобразовател  и к первому входу формировател  сигнала пе- реключени , выход которого соединен с первым входом блока управлени , второй вход блока управлени  соединен с выхо- дом второго сумматора и со вторым входом формировател  сигнала переключени , к третьему входу которого подключен выход первого сумматора, первый вход датчика косвенного измерени  возмущени  и третий вход блока управлени , четвертый вход блока управлени  соединен с выходом дат- чика косвенного измерени  возмущени , второй вход которого соединен с первым выходом датчика упругого момента, ко второму выходу которого подсоединен первый вход первого сумматора, второй вход по- следнего соединен с выходом командоаппа- рата и со входом задатчика интенсивности изменени  скорости поворота, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого соединен

с выходом датчика скорости поворота и с первь и входом датчика упругого момента, ко второму входу которого подсоединены второй вход управл емого преобразовател  и выход датчика тока  корной цепи электродвигател .

Благодар  совокупности указанных существенных признаков в за вленных объектах по вл ютс  новые свойства:

-инвариантность воспроизведени  управл ющего воздействи  при изменени х внешних и внутренних возмущающих воздействий;

-устранение колебаний упругого момента .

Именно перечисленные свойства обуславливают положительный эффект, сформулированный в цели предложени . Авторам не известны технические решени , содержащие такую совокупность отличительных признаков и про вл ющие при этом те же свойства, что и предлагаемые технические решени , т.е. за вл емые технические решени , соответствует критерию существенные отличи .

Сущность изобретени  состоит в том, что в предложенном техническом решении производитс  настройка параметров формировател  функции переключени  и блока управлени , исход  из услови  обеспечени  в скольз щем режиме, во-первых, независимого от внешних и внутренних возмущений воспроизведени  управл ющего воздействи  и, во-вторых, устранени  колебаний упругого момента б.

Инвариантность отработки управл ющего воздействи  при изменении внешних и внутренних возмущений обеспечиваетс  путем обнулени  в скольз щем режиме функции переключени , котора  формируетс  по ошибке скорости поворота xi с&г - ш и ее производным ха dxi/dt, хз dxa/dt, X4 dx3/dt

S С1Х1 + С2Х2 + СЗХЗ + Х4,(1)

где Сч, Сз, Сз - весовые коэффициенты, выбираемые из услови  устранени  в скольз щем режиме колебаний упругого момента путем обеспечени  устойчивого оптимального движени  с критерием

l C22x22)dt,

о

и  вл ющиес  решени ми системы уравнений и неравенств

С2 - Сз2 + - аз О

С1 + Сз-С2- 1 0

(2)

С2С3 С1

Ctii - заданна  скорость поворота экскаватора , ш - фактическа  скорость поворота, аз, 34 - коэффициенты координат объекта уп- равлехи .

Дл  этого на выходе управл ющего устройства формируетс  сигнал управлени  равный

U К1Х1+ К2Х2 - kpF,(3)

коэффициенты которого измен ютс  последующему закону:

ki-fe fJS.«)

а при xi S О р2 при xi S 0

аг при ха S О |/fc при Х2 S 0

, ГОГР при FS О KF j/fr при F S 0

К2

(5)

(6)

и их величина:

«1(СзС1 -a4d+ ai)/b , /5i(CaCi - a4Ci+ ai)/b, а2(- Ci+ С2Сз - Э4С2 - 32)/b,

#(- Cl+ C2C3 - Э4С2+ Э2)/Ь,

ар - di+ d2A + ds(A2+ A) + d4(A3+ 2A2+ A)/b,

- di-d2A + d3(A2 - A) + d4(- A3 +2A2- -A)/b,

где ai, 32 - коэффициенты координат объекта , b - коэффициент управл ющего воздействи , di. d2, da, d4 - коэффициенты при возмущении и его производных, F - возмущение , А |dmF/dtl/l Xd F/dt

A-const.

На фиг.1 дана функциональна  схема устройства дл  ограничени  динамических нагрузок механизма поворота экскаватора: на фиг.2 - принципиальна  схема датчика упругого момента; на фиг.З - принципиальна  схема датчика косвенного измерени  возмущени ; на фиг.4 - принципиальна  схема формировател  сигнала переключени ; нафиг.5- принципиальна  схема блока управлени .

Устройство содержит (фиг.1) командо- аппарат 1, к выходу которого подсоединен второй вход первого сумматора 2 и вход задатчика 3 интенсивности изменени  скорости поворота. К первому входу первого сумматора 2 подсоединен второй выход датчика 4 упругого момента, первый выход которого подсоединен к второму входу датчика 5 косвенного измерени  возмущени . Второй вход датчика 4 упругого момента соединен с выходом датчика 6 тока  корной цепи Первый вход датчика 4 упругого момента соединен с выходом датчика 7 скорости поворота и вторым входом второго

сумматора 8, первый вход которого подсоединен к выходу задатчика 3 интенсивности. Выход второго сумматора 8 подсоединен к вторым входам формировател  9 сигнала

переключени  и блока управлени  10. Третий вход блока управлени  10 св зан с выходом пеового сумматора 2, первым входом датчика 5 косвенного измерени  возмущени  и третьим входом формировател  9 сигнала

переключени . К первому входу блока управлени  10 подсоединен выход формиро-- вател  9 сигнала переключени , а к четвертому входу - выход датчика 5 косвенного измерени  возмущени . Выход блока

управлени  10 соединен с первым входом формировател  9 сигнала переключени  и первым входом регулируемого электропривода 11, содержащего управл емый преобразователь 12 и электродвигатель

посто нного тока 13. К второму входу регулируемого электропривода 11 подсоединен датчик 6 тока  корной цепи.

Датчик 4 упругого момента содержит

(фиг.2) из инвертирующий усилитель 14 два сумматора 15, 16, интегратор 17. Инвертирующий усилитель 14 реализован на усилителе 18, входном резисторе 19 и резисторе обратной св зи 20. Вход инвертирующего

усилител  14 подсоединен к выходу первого сумматора 15, реализованного на усилителе 21, входных резисторах 22, 23, резисторе обратной св зи 24. Первый вход первого сумматора 15 соединен с первым входом

датчика 4 упругого момента, второй вход первого сумматора 15 - с выходом интегратора 17, реализованного на усилителе 25, во входную цепь которого включен резистор 26, а в цепь обратной св зи - конденсатор

27. Вход интегратора 17 соединен с выходом инвертирующего усилител  14, с первым выходом датчика 4 упругого момента и с первым входом второго сумматора 16, реализованном на усилителе 28, входных резисторах 29, 30, резисторе обратной св зи 31. Второй вход второго сумматора 16 соединен с вторым входом датчика упругого момента 4, а выход второго сумматора 16 - с вторым входом датчика упругого момента

4.

Датчик 5 косвенного измерени  возмущени  содержит (фиг.З) неинвертирующий усилитель 32, сумматор 33 и инвертирующий усилитель 34. Неинвертирующий усилитель 32 реализован на усилителе 35 и резисторе обратной св зи 36, который через резистор 37 соединен с общей точкой. Вход неинвертирующего усилител  32 соединен с первым входом датчика 5 косвенного изме- рени  возмущени , а выход неинвертирующего усилител  32 - с первым входом сумматора 33. Сумматор 33 реализован на усилителе 38, входных резисторах 39, 40, резисторе обратной св зи 41. Второй вход сумматора 33 соединен с вторым входом датчика 5 косвенного 10 измерени  возмущени , а выход сумматора 33 - с входом инвертирующего усилител  34. Инвертирующий усилитель 34 реализован на усилителе 42, входном резисторе 43 и резисторе обратной св зи 44. Выход инвертирующего усилител  34 соединен с выходом датчика 5 косвенного измерени  возмущени .

Формирователь 9 сигнала переключени  содержит (фиг,4) четыре неинвертирую- щих 45-48 и четыре инвертирующих 49-52 усилител , четыре сумматора 53-56, интегратор 57 и апериодическое звено 58. Первый неинвертирующий усилитель 45 реализован на усилителе 59, и резисторе обратной св зи 60, который через резистор 61 соединен с общей точкой. Вход неинвертирующего усилител  45 соединен с первым входом формировател  9 сигнала переключени , а выход неинвертирующего усилите- л  45 - с первым входом первого сумматора 53. Первый сумматор 53 реализован на усилителе 62, входных резисторах 63, 64 и резисторе обратной св зи 65. Второй вход первого сумматора 53 соединен с выходом первого инвертирующего усилител  49, реализованного на усилителе 66 входном резисторе 67, резисторе обратной св зи 68. Вход первого инвертирующего усилител  соединен с вторым входом формировател  9 сигнала переключени  и с входом второго неинвертирующего усилител  46, реализованного на усилителе 69 и резисторе обратной св зи 70, который через резистор 71 соединен с общей точкой Выход второго неинвертирующего усилител  46 соединен с первым входом второго сумматора 54, реализованного на усилителе 72, входных резисторах 73, 74, резисторе обратной св зи 75. Выход второго сумматора 54 соединен с вы- ходом формировател  9 сигнала переключени , а второй вход второго сумматора - с выходом третьего сумматора 55, реализованного на усилителе 76, входных резисторах 77-79, резисторе обратной св зи 80. Первый вход третьего сумматора 55 соединен с выходом второго инвертирующего усилител  50, реализованного на усилителе 81, входном резисторе 82, резисторе 11 обратной св зи 83 Вход второго инвертирую- щего усилител  50 соединен с выходом интегратора 57, реализованного на усилителе 84, во входную цепь которого включен резистор 85, .1 в цепь обратной св зи - конденсатор 86, и входом третьего неинвертирующего усилител  47, реализованного на усилителе 87 и резисторе обратной св зи 88, который через резистор 89 соединен с общей точкой. Выход третьего неинвертирующего усилител  47 соединен с первым входом четвертого сумматора 56, реализованного на усилителе 90, входных резисторах 91-93, резисторе обратной св зи 94. Выход четвертого сумматора 56 через апериодическое звено 58, реализованное на усилителе 95, во входную цепь которого включен резистор 96, а в цепи обратной св зи параллельно включены конденсатор 97 и резистор 98, подсоединен к выходу интегратора 57 и второму входу третьего сумматора 55. Второй вход четвертого сумматора 56 через третий инвертирующий усилитель 51. реализованный на усилителе 99, входном резисторе 100, резисторе обратной св зи 101, соединен с выходом первого сумматора 53. Третий вход четвертого сумматора 56 соединен с выходом четвертого инвертирующего усилител  52, реализованного на усилителе 102, входном резисторе 103, резисторе обратной св зи 104. Вход четвертого инвертирующего усилител  52 соединен с третьим входом формировател  9 сигнала переключени  и с входом четвертого неинвертирующего усилител  48, реализованного на усилителе 105 и резисторе обратной св зи 106, который через резистор 107 соединен с общей точкой. Выход четвертого неинвертирующего усилител  48 соединен с третьим входом третьего сумматора 55.

Блок управлени  10 содержит (фиг.4) четыре триггера 108-111, два неинвертирующих усилител  112, 113, четыре инвертирующих усилител  114-117, сумматор 118, три логических элемента Й-НЕ 119-121 и три коммутирующих блока, каждый из которых содержит соответственно управл ющий элемент 122, 123, 124 и двух- позиционный ключ 125. 126, 127. Первый триггер 108 реализован на усилителе 128, входном резисторе 129, резисторе обратной св зи 130 и стабилизаторе 131, через который выход усилител  128 соединен с общей точкой. Вход первого триггера 108 соединен с первым входом управл ющего устройства 10, а выход первого триггера 108 - с первыми входами трех логических элементов И-НЕ 119-121. К второму 12 входу первого логического элемента И-НЕ 119 подключен второй триггер 109, реализованный на усилителе 132, входном резисторе 133, резисторе обратной св зи 134 и стабилитроне 135, через который выход усилител  132 соединен с общей точкой. Вход второго триггера 109 соединен с вторым

входом управл ющего устройства 10 и входами первого 114 и второго 115 инвертирующих усилителей, реализованных соответственно на усилител х 136. 137. входных резисторах 138, 139 и резисторах обратной св зи 140, 141. Выходы этих усилителей через двухпозиционный ключ 125 первого коммутирующего блока, управл емый управл ющим элементом 122. подсоединенным к первому логическому элементу И-НЁ 119, соединены с первым входом сумматора 118. Сумматор 118 реализован на усилителе 142, трех входных резисторах 143-145 и резисторе обратной св зи 146. Выход сумматора 118 подсоединен к выходу управл ющего устройства 10. Второй вход сумматора 118 через двухпозиционный ключ 126 второго коммутирующего блока, управл емый управл ющим элементом 123. подключенным через второй логический элемент И-Н Е 120 к входу третьего триггера 110, реализованного на усилителе 147, входном резисторе 148, резисторе обратной св зи 149 и стабилитроне 150, через который выход усилител  147 соединен с общей точкой , соединен с входами третьего 116 и четвертого 117 инвертирующих усилителей. Эти усилители реализованы соответственно на усилител х 151, 152, входных резисторах 153, 154 и резисторах обратной св зи 155. 156. Входы этих усилителей и третьего триггера 110 соединены с третьим входом управл ющего устройства 10, четвертый вход которого соединен с входами первого 112 и второго 113 неинвертирующих усилителей, реализованных соответственно на усилител х 157, 158, резисторах обратной св зи 159, 160, которые через резисторы 161, 162 соединены с общей точкой, и с входом четвёртого триггера 111, реализованного на усилителе 163, входном резисторе 164, резисторе обратной св зи 165 и стабилитроне 166, через который выход усилител  163 соединен с общей точкой. Выход четвертого триггера 111 подсоединен к второму входу третьего логического элемента И-НЕ 121. выход которого соединен с управл ющим элементом 124 третьего коммутирующего блока, управл ющего двухпозиционным ключом 127, через который выходы первого 112-и второго 113 неинвертирующих усилителей подключены к третьему входу сумматора 118.

Устройство работает следующим образом . Сигнал задани  по ускорению поворота экскаватора с командоаппарата 1 поступает на первый сумматор 2 и через задатчикЗ интенсивности скорости поворота экскаватора на второй сумматор 8. На втором сумматоре 8 сигнал задани  по скорости поворота сравниваетс  с сигналом фактической скорости поворота, поступающим с датчика 7 скорости поворота, и определ етс  сигнал ошибки скорости поворота,

поступающий на вторые входы формировател  9 сигнала переключени  и блок управлени  10 и первый вход датчика 5 косвенного измерени  возмущени . Сигнал с датчика 7 скорости поворота также посту0 пает на первый вход датчика 4 упругого момента , в котором по этому сигналу и сигналу с датчика 6 тока  корной цепи определ ютс  сигналы фактического ускорени  поворота экскаватора и упругого момента. Первый

5 из этих сигналов используетс  дл  определени  на первом сумматоре 2 сигнала ошибки ускорени , поступающей на третий входы формировател  9 сигнала переключени  и блок управлени  10. Второй из этих

0 сигналов вместе с сигналом ошибки скорости поворота используетс  в датчике 5 косвенного измерени  возмущени  дл  определени  сигнала возмущени , поступающего на четвертый вход блока управлени 

5 Ю. По сигналам ошибки скорости и ускорени  поворота и сигналууправлени  электроприводом 11 в формирователе 9 сигнала переключени  согласно (1) формируетс  сигнал переключени , поступающий на пер0 вый вход блока управлени  10. На выходе блока управлени  10 формируетс  сигнал управлени  электроприводом 11 вида (3), обеспечивающий независимое от внешних и внутренних возмущений воспроизведе5 ние электроприводом управл ющего воздействи  и устранение колебаний упругого момента. Переключение коэффициентов усилени  осуществл етс  в блоке управлени  10 автомататически согласно (4), (5), (6)

0 в зависимости от соотношени  знака сигнала переключени  и сигналов ошибок по скорости и ускорению поворота и знака сигнала возмущени .

Положительный эффект по сравнению с

5 прототипом достигаетс  за счет, во-первых,, сокращени  времени экскавации на (2-3)% путем устранени  устройства выбора зазора и задани  сразу же допустимого значени  скорости поворота экскаватора, и,

0 во-вторых, уменьшением в скольз щем режиме на (40-50)% динамических нагрузок колебаний упругого момента, которые возникают при выбранном зазоре из-за неравномерного износа шестерен в много5 двигательных приводах и составл ют 1,5- 1.7 стопорного значени .

Claims (2)

1. Формула изобретени  1. Способ ограничени  динамических нагрузок механизма поворота экскаватора, основанный на задании и контроле скорости поворота экскаватора, по которым определ ют сигнал ошибки по скорости, и измерении тока  корной цепи электродвигател , отличающийс  тем, что, с целью повышени  производительности экскаватора за счет уменьшени  времени переходного процесса и сокращени  времени простоев, формируют сигнал возмущени , задают и вычисл ют значение ускорени  поворота , по которым определ ют сигнал значени  ошибки ускорени  поворота, по этому сигналу и сигналу ошибки по скорости формируют сигнал переключени , знак которого сравнивают со знаками сигналов ошибок по скорости и ускорению поворота и знаком сигнала возмущени , в зависимости от соотношений знаков указанных сигналов определ ют коэффициент усилени  в цеп х обратных св зей по скорости и ускорению поворота и возмущени , с помощью которых формируют сигнал управлени  на электропривод .
2. 2. Устройство дл  ограничени  динамических нагрузок механизма поворота экскаватора , содержащее командоаппарат, первый сумматор, датчик косвенного измерени  возмущени , датчик тока  корной це- пи электродвигател  регулируемого электропривода, отличающеес  тем, что оно снабжено задатчиком интенсивности изменени  скорости поворота, датчиком

   0

   5

   0

   5

   0

   упругого момента, датчиком скорости поворота , вторым сумматором, формирователем сигнала переключени  и блоком управлени , выход которого подключен к первому входу преобразовател  и к первому входу формировател  сигнала переключени , выход которого соединен с первым входом блока управлени , второй вход блока управлени  соединен с выходом второго сумматора и с вторым входом формировател  сигнала переключени , к третьему входу которого подключен выход первого сумматора , первый вход датчика косвенного измерени  возмущени  и третий вход блока управлени , четвертый вход блока управлени  соединен с выходом датчика косвенного измерени  возмущени , второй вход которого соединен с первым выходом датчика упругого момента, к второму выходу которого подсоединен первый вход первого сумматора , второй вход последнего соединен с выходом командоаппарата и с входом за- датчика интенсивности изменени  скорости поворота, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом датчика скорости поворота и с первым входом датчика упругого момента, к второмуъходу которого подсоединены второй вход управл емого преобразовател  и выход датчика тока  корной цепи электродвигател . ;-

   Фиг. 2

   ви.

   г «Ј

   CZH

   Физ.З

   Вык.