SU765470A1

SU765470A1 - Method and apparatus for limiting dynamic loads of earth-digging mechanisms of excavator

Info

Publication number: SU765470A1
Application number: SU782676411A
Authority: SU
Inventors: Юрий Яковлевич Вуль; Юрий Васильевич Симонов; Михаил Борохович Полинский; Геннадий Алексеевич Горбачев; Владимир Иванович Ключев; Игорь Георгиевич Маслов; Леонтий Иванович Ушаков
Original assignee: Предприятие П/Я М-5973
Priority date: 1978-10-12
Filing date: 1978-10-12
Publication date: 1980-09-23

Description

1one

Изобретение относитс к приводам горных машин и может быть применено дл ограничени динамических нагрузок в копающих механизмах одноковшовых экскаваторов .The invention relates to drives of mining machines and can be applied to limit the dynamic loads in the digging mechanisms of single-bucket excavators.

Известен способ ограничени динамических нагрузок в экскаваторных механизмах , когда на регул тор скорости двигател подают сигнал, пропорциональный второй производиой усили в упругом элементе копающего механизма (1J. Этот способ не обеспечивает эффективного ограничени динамических нагрузок, так как полезный сигнал, пропорциональный величине статического момента сопротивлени на зубь х ковша, по вл етс лишь кратковременно , только при резком увеличении на-, грузки на зубь х ковша.There is a known method for limiting dynamic loads in excavator mechanisms, when a motor speed regulator is given a signal proportional to the second production force in an elastic element of the digging mechanism (1J. This method does not effectively limit dynamic loads, since the useful signal proportional to the static moment of resistance the teeth of the bucket appear only briefly, only with a sharp increase in the load on the teeth of the bucket.

Известен также способ ограничени ди-, намнческих усилий в упругой св зи между рабочим механизмом и приводным электродвигателем в системе Г-Д, заключающийс в том, что в цепь обмотки возбуждени геиератора ввод т резистор шунтируемый полупроводниковым ключом, управл емым в функции величины динамического усили в упругой св зи 2.There is also known a method of limiting the dynamic forces in the elastic coupling between the working mechanism and the driving motor in the LF system, which consists in introducing a resistor shunted by a semiconductor switch controlled by the magnitude of the dynamic force into the geyrator excitation winding circuit. elastic bond 2.

После превыщени установки срабатывани ключа и введени резистора в цепь обмотки возбуждени скорость спадани ЭДС генератора задаетс параметрически и не св зана .с величинами скорости, ускоJ рени и усили в упругой св зи в процессе торможени привода копающего механизма при столкновении с преп тствием.After the key actuation is exceeded and the resistor is inserted into the excitation winding circuit, the decay rate of the generator EMF is set parametrically and is not related to the speed, acceleration and force values in the elastic coupling during the braking of the digging mechanism when an obstacle collides.

Наиболее близким к изобретению вл етс способ, реализованный в устройстве дл ограничени динамических усилий в 10 электроприводе рабочего органа экскаватора , основанный на задании тормозного тока двигател в зависимости от величины усили в упругих элементах копающих механизмов f3J. Устройство, реализующее способ, содержит регулируемый электропри-, вод копающего механизма с регул торами напр жени и тока, управл емым преобразр: вателем, двигателем посто нного тока, датчиком тока, датчиком усили в упругих элементах копающего механизма и нелинейным элементом.Closest to the invention is a method implemented in a device for limiting dynamic forces in 10 electric drives of an excavator tool, based on setting the braking current of the engine depending on the magnitude of the force in the elastic elements of the f3J digging mechanisms. The device that implements the method contains an adjustable electric drive, digging mechanism waters with voltage and current regulators controlled by a converter: a drive, a direct current motor, a current sensor, a force sensor in the elastic elements of the digging mechanism, and a nonlinear element.

Недостатком этого способа и устройства вл етс отсутствие ограничени производной корного тока, превышение допустимой величины тормозного тока, а также то, чтоThe disadvantage of this method and device is the absence of limitation of the derivative of the main current, the excess of the permissible value of the braking current, and the fact that

после торможени привода при столкновении с преп тствием возможен реверс двигател и образование слабины контактов с последующим рывком, что может привести к аварии, остановке экскаватора и, с(ютветственно , к снижению его производительности .after braking the drive in a collision with an obstacle, the motor may reverse and form slack contacts, followed by a jerk, which can lead to an accident, an excavator stopping and, c (accordingly, a decrease in its performance.

Целью изобретени вл етс повышение производительности экскаватора за счет снижени величин усилий в упругих элементах копающих механизмов в процессе копани .The aim of the invention is to improve the performance of an excavator by reducing the force values in the elastic elements of the digging mechanisms during the digging process.

Дл этого определ ют величины производных тормозного тока двигател и усили в упругих элементах копающих механизмов экскаватора и по достижении величинами усили и его производной верхних заданных значений задают максимально допустимую величину производной тормозного тока двигател и измен ют величину тормозного тока до стопорного значени , после чего прекращают задание производной .тормозного тока, а при достижении величиной производной усили нижнего заданного значени прекращают задание тормозного тока и его производной.To do this, determine the values of the derivatives of the brake current of the engine and the forces in the elastic elements of the excavator's digging mechanisms and, when the values of the forces and its derivative reach the upper set values, set the maximum allowable value of the derivative of the engine brake current and change the value of the braking current to the stop value, then stop the task the derivative of the braking current, and when the derivative reaches the lower setpoint, the braking current and its derivative are stopped .

Устройство, осуществл ющее предлагаемый способ, снабжено датчиком производной тока двигател , сумматором, датчиком производной усили и Д8ум: ключами , причем йход датчика производной тока двигател соединен с выходом датчика тока , а выход - с одним из входов сумматора , другой вход которого соединен с выходом датчика усили через ключ и нелинейный элемент, управл ющий вход ключа соединен с выходом датчика тока, а выход сумматора соединен с входом регул тора тока через другой ключ, два управл ющих входа которого соединены соответственно с выходами датчика усили и датчика производной усили , вход которого соединен с выходом датчика усили .The device implementing the proposed method is equipped with an engine current derivative sensor, an adder, a force derivative sensor and D8um: keys, the engine current sensor output being connected to the current sensor output and the output to one of the adder inputs, the other input of which is connected to the output force sensor through a key and a nonlinear element, the control key input is connected to the current sensor output, and the adder output is connected to the current controller input via another key, two control inputs of which are connected to It is connected to the outputs of the force sensor and the force derivative sensor, the input of which is connected to the output of the force sensor.

На чертеже приведена структурна схема устройства.,The drawing shows a block diagram of the device.,

Устройство содержит регулируемьж электропривод копающего механизма с регул торами i и 2 напр жени и тока, управл емым преобразователем 3, двигателем посто нного тока 4, датчиком тока 5, датчиком усили 6 в упругих элементах копающего механизма, нелинейным элементом 7, датчиком 8 производной тока двигател , сумматора 9, датчиком 10 производной усили и двум ключами И и 12. Вход датчика 8 производной тока двигател соединен с выходом датчика тока 5, а выход - с одним из входов сумматора 9, другой вход которого соединен с выходом датчика усили 6 через ключ 1 и нелинейный элемент 7. Управл ющий вход к.люча 11 соединен с выходом датчика тока 5, а выход сумматора 9 соединен с входом регул тора тока 2 через ключ 12, два управл ющих входа которого соединены соответственно с -выходами датчика усили The device contains an adjustable electric drive of the digging mechanism with regulators i and 2 of voltage and current controlled by converter 3, DC motor 4, current sensor 5, force sensor 6 in the elastic elements of the digging mechanism, nonlinear element 7, engine current derivative sensor 8 adder 9, sensor 10 derivative of force and two keys And 12. The sensor input 8 of the derivative of the motor current is connected to the output of current sensor 5, and the output is connected to one of the inputs of adder 9, the other input of which is connected to the output of force sensor 6 Erez key 1 and the nonlinear element 7. The control input k.lyucha 11 connected to the output of the current sensor 5 and the output of the adder 9 is connected to the input of the current regulator torus 2 through the switch 12, two control inputs which are respectively connected to the force-output of sensor

6 и датчика 10 производной усили , вход которого соединен с выходом датчика усили б.6 and the force derivative sensor 10, the input of which is connected to the force sensor output b.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

На входе сумматора 9 задаетс максимально допустима величина производной тормозного тока двигател 4, получающего питание от преобразовател 3, управл емого регул торами и 2, при достижении величиной усили в упругих элементаг копающего механизма заранее заданного значени . Величина усили , при достижении которого задают максимально допустимую величину производной тормозного тока, устанавливаетс с помощью нелинейного элемента 7, включенного в задающую цепьAt the input of the adder 9, the maximum permissible value of the derivative of the braking current of the engine 4, which is powered by the converter 3, controlled by the regulators and 2, is set, when the force in the elastic elements of the digging mechanism reaches a predetermined value. The magnitude of the force at which the maximum permissible value of the derivative of the braking current is set is determined by the nonlinear element 7 included in the master circuit.

контура регулировани производной тока двигател между выходом датчика усили 6 и ключом и. С помощью того же нелинейного элемента 7 ограничиваетс величина . максимального задающего сигна ,,. ла на. входе контура регулировани производной тока двигател , содержащего датчик 8 и сумматор 9, и тем самым ограничиваетс максимальна величина производной тормозного тока.the control circuit of the derivative of the motor current between the output of the force sensor 6 and the key and. Using the same non-linear element 7, the value is limited. maximum setting signal ,,. la na. an input circuit for adjusting the derivative of the motor current containing the sensor 8 and the adder 9, thereby limiting the maximum value of the derivative of the braking current.

С помощью ключа 11. обеспечиваетс Using key 11. provides

5 ограничение величины тормозного тока. Когда тормозной ток достигает стопорного значени , сигнал, поступающий с датчика тока 5, закрывает ключ 1 и тем самым размыкает заданную цепь контура регулировани производной тока двигател . Практически в течение всего процесса копани задающа цепь этого контура замкнута, так как ключ 1 i открыт все врем , пока ток двигател вл етс движущим, а при тормозном токе - до превышени 5 limiting the magnitude of the braking current. When the braking current reaches the stop value, the signal from the current sensor 5 closes the key 1 and thereby opens the predetermined circuit of the control of the derivative of the motor current. Almost during the whole process of digging, the drive circuit of this circuit is closed, since the key 1 i is open all the time while the motor current is driving, and with the braking current - until

S им стопорного значени . Замыкание задающей цепи вл етс необходимым,- но не достаточным.условием включени в работу устройства ограничени динамических нагрузок .S is the stop value. The closure of the master circuit is necessary - but not sufficient. The condition for the activation of the device for limiting dynamic loads.

Устройство вступает в работу при замыкании контура регулировани производной тока двигател с помощью ключа 12, который открывают, когда величина усили и производной усили в упругих элементах копающих механизмом достигли заранее заданных значений. Замыкание контура, осуществл ющего сильную отрицательную св зь по производной тока двигател , производ т ключом 12 только в процессе копани , так как действие этого- контура в переходных процессах замедлит их протекание, снизит маневренность и производительность копающего механизма.The device enters into operation when closing the control loop of the derivative of the motor current with the key 12, which is opened when the magnitude of the force and the derivative of the force in the elastic elements of the digging mechanism have reached predetermined values. The closure of a circuit that performs a strong negative relationship with respect to the derivative of the motor current is performed by the key 12 only during the digging process, since the action of this circuit in transients will slow them down and reduce the maneuverability and performance of the digging mechanism.

Claims

Величины усилий в упругих элементах копающих механизмов в переходных процессах существенно меньще величин усилий в этих элементах, возникающих в процессе копани . Поэтому величину усили , при котором гфоисходит открывание ключа 12, принимают равной величине, возникновение которой возможно только в процессе копани . Задание величины усили , при «отором происходит открываиие ключа 12, производ т с помощью . выбора величины управл ющего воздействи , поступающего на ключ 12 с выхода датчика усили 6. Величина производной усили при работе в легких грунтах существенно меньще , чем при работе в т желых грунтах. Благодар использованию управл ющего воздействи , поступающего на ключ 12 с выхода датчика 10 производной усили в упругих элементах, величина усили , при котором открывают ключ 12 в процессе копани в т желых грунтах, меньще Соответствующей величины усили в процессе копани в легких гру«тах. Дл предотвращени образовани слабины каната в процессе работы, устройства ограничени динамических нагрузок контур регулировани производной тока двигател разрывают с помощью ключа 12 и тем самым снимают задание тормозного тока, когда , производна усили в упругих элементах м уменьщаетс до заранее заданного значени . Задание величины производной усили , при котором происходит закрывание ключа 12, производ т с помощью выбора величины воздействи , поступающего на ключ 12 с выхода датчика 10 производной усили . Дл измерени усили в канатах используют пр мой метод измерени с помощью тензодатчиков-или косвенный метод измерени с помощью операционных усилителей . Уменьщение величины динамических кагрузок копающих механизмов обеспечивает -уменьщение износа этих механизмов , увеличивает межремонтный срок их службы и таким образом повышает производительность экскаватора. Повыщение производительности экскаватора обусловлено увеличением коэффициента использовани экскаватора во временн за счет сокращени времени на ремонт рабочего оборудовани . Формула изобретени . 1. Способ ограничени динамических нагрузок копающих механизмов экскаваторов с регулируемым электроприводом, основанный на задании тормозного тока двигател в зависимости от величины усили в упругих элементах копающих механизмов , отличающийс тем, что, с целью повыщени производительности экскаватора за счет снижени величин усилий в упругих элементах копающих механизмов в процессе копани , определ ют величины производных тормозного тока двигател и усили в упругих элементах копающих механизмов экскаватора и по достижении величинами усили к его производной верхних заданных значений задают максимальНО допустимую величину производной тормозного тока двигател и измен ют величину тормозного тока до стопорного значени , после чего прекращают задание производной тормозного тока, а при достижении величиной производной усили нижне-го заданного значени прекращают задание тормозного тока и его производной. 2. Устройство дл осуществлени способа по п. 1, содержащее регулируемый электропривод копающего механизма с регул торами напр жени и тока, управл емым преобразователем , двигателем посто нного тока, датчиком тока, датчиком усили в упругих элементах копающего механизма и нелинейным элементом, отличающеес тем, что оно снабжено датчиком производной тока двигател , сумматором, датчиком производной усили и двум ключами, причем вход датчика производной тока двигател соединен с выходом датчика тока, а выход - с одним из входов сумматора, второй вход которого соединен с выходом датчика усили через ключ к нелинейный элемент, управл ющий вход ключа соединен с выходом датчика тока, а выход сумматора соединен с входом регул тора тока через другой ключ, два управл ющих входа которого соединены соответственно с выходами датчика усили и датчика пройзвод ной усили , вход которого соединен с выходом датчика усили . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 412354, кл. Е 02 F 9/20, 05.09.72. The magnitudes of the forces in the elastic elements of the digging mechanisms in the transient processes are substantially less than the magnitudes of the forces in these elements that arise in the process of digging. Therefore, the magnitude of the force at which the opening of the key 12 occurs is assumed to be equal to the value that can occur only during the digging process. The setting of the force value, with the "opening", the opening of the key 12 takes place, is performed by means of. The choice of the magnitude of the control action that arrives at the key 12 from the output of the force sensor 6. The magnitude of the derivative of the force when working in light soils is significantly less than when working in heavy soils. Due to the use of a control action applied to the key 12 from the output of the sensor 10, the derivative of the force in the elastic elements, the magnitude of the force at which the key 12 is opened during the digging process in heavy soils is less than the Corresponding force value in the digging process in the light grooves. In order to prevent the slack of the rope during operation, the dynamic load limiting device controls the derivative of the motor current by breaking the key 12 and thereby removing the brake current reference when the derivative force in the elastic elements m is reduced to a predetermined value. The determination of the magnitude of the derivative of the force at which the key 12 is closed is made by selecting the magnitude of the action applied to the key 12 from the output of the sensor 10 of the derivative of the force. To measure the force in the ropes, a direct measurement method using strain gauges — or an indirect measurement method using operational amplifiers is used. Reducing the magnitude of the dynamic loadings of the digging mechanisms ensures that the wear of these mechanisms is reduced, increases the overhaul life of their mechanisms and thus increases the productivity of the excavator. The increased productivity of an excavator is due to an increase in the utilization rate of an excavator in time due to a reduction in the time spent on repairing work equipment. Claims. 1. A method for limiting the dynamic loads of digging mechanisms of variable-drive electric excavators, based on setting the braking current of the engine depending on the magnitude of the force in the elastic elements of the digging mechanisms, characterized in that in order to increase the performance of the excavator by reducing the magnitudes of the forces in the elastic elements of the digging mechanisms in the process of digging, the values of the derivatives of the brake current of the engine and the force in the elastic elements of the excavator’s digging mechanisms are determined and In other words, the force to its derivative of the upper preset values sets the maximum permissible value of the derivative of the braking current of the engine and changes the magnitude of the braking current to a stop value, after which the assignment of the derivative of the braking current is stopped, and when the derivative reaches the lower preset value, the braking current is set and its derivative. 2. An apparatus for carrying out the method of claim 1, comprising an adjustable electric drive of the digging mechanism with voltage and current regulators controlled by a converter, a direct current motor, a current sensor, a force sensor in the elastic elements of the digging mechanism, and a non-linear element characterized by that it is equipped with a motor current sensor, an adder, a force derivative sensor and two keys, the sensor input of the motor current derivative is connected to the current sensor output, and the output is connected to one of the totalizer inputs a, the second input of which is connected to the output of the force sensor via a key to a nonlinear element, the control input of the key is connected to the output of the current sensor, and the output of the adder is connected to the input of the current regulator via another key, two control inputs of which are connected respectively to the outputs of the force sensor and a drive force sensor whose input is connected to the force sensor output. Sources of information taken into account during the examination 1. USSR author's certificate No. 412354, cl. E 02 F 9/20, 05.09.72.

2.Авторское свидетельство СССР № 216083, кл. Н 02 Р 5/00, 24.01.68. 2. USSR author's certificate number 216083, cl. H 02 P 5/00, 01.24.68.

3.Авторское свидетельство СССР № 442272, кл. Е 02 F 9/20, 24.10.72 (прототип К3. USSR author's certificate number 442272, cl. E 02 F 9/20, 10.24.72 (prototype K