CN1386687A - 控制矿中工作机械的链传动装置的方法和链抓传送机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于控制矿中工作机械的链传动装置以及相应装配的链抓传送机。在链抓传送器主－和辅助－传动站之间具有大的距离,例如大于400m的距离时,出现底部碎石中的链裂缝或一个轴断裂,这是由链的振动现象导致的。本发明建议,借助于一个识别装置(34)从主－和辅助－传动装置(I,II)的运行数据滤出一个反映链(1)出现的实时振动的识别信号(Serk),并且将它送给一个激活的减振器,它由识别信号(Serk)根据一个减振函数产生一个时变的控制信号(Schwingung),用它在链振动的频率范围内通过从链中释放能量或输入能量到链(1)中改变对于至少一个传动单元的薄层离合器(6)的联接压力调节的调节量,以实现减振。
Description
技术领域
本发明涉及控制矿中工作机械，尤其是链抓传送机的链传动装置的方法和相应的链抓传送机。
背景技术
DE4316798A1公开了一种矿中链传动装置，它具有一个用液压锁闭压力调节的薄层离合器和一个测量和控制装置，以满足现代传动系统的各种要求：不断提高的安装能力，更高的可靠性和在传动系统的密集结构中的所有元件有更长的寿命。用于矿中工作机械，尤其是一个支杆传送机的链传动的驱动装置包含两个传动装置，由它们构成主传动装置和另一个辅助传动装置，每一个传动装置具有至少一个电网供电的电动驱动电机，其转速和电机转矩通过一个两级的传动单元—其中至少第二个被实现为行进传动单元—可传递给一个链轮。每个传动单元的核心件是一个用液压锁闭压力调节实现的薄层离合器(Lamellenkupplung)，它被配置给行进传动单元的空心轮(Hohlrad)，并且通过其锁闭压力调节收集和调整各种运行状态，使得平缓起动，过荷保护，负荷均衡调节，缓慢行驶和承重起动等功能能够被控制。同时薄层离合器由一个固定的薄层包和一个与空心轮一起运动的薄层包组成，它们借助于一个伺服阀控制的液压圆柱以控制规定的联接压力压在一起，从而可通过空心轮的可调整的制动调整其转速，从而调整其滑动到0和最大空心轮转速之间的每个希望的值上。为了控制和调节传动装置，其运行数据不断被收集，测量值在评估装置中被评估，并且由一个调整电路给出调节值用于控制锁闭压力调节。薄层离合器是一个湿运转的，具有专门涂层的多薄层离合器，因而力传递实际上是无损耗的。在薄层包之间滑动时产生的热通过热交换器和冷水循环散去。主传动单元和辅助传动单元的链轮一起带动绕行的链，在支杆传送机中它由水平和垂直的链环及刮板组成。
在具有相对短的链长-即主传动单元和辅助传动单元直至约350m的距离—情况下，测量和评估单元与由薄层离合器实现的负荷均衡调节，滑动调整和过荷保护一起，保证了链抓挖掘机大都无故障地安全运行。对于增大的链长，尤其是在具有长链的链抓传送机—即主传动单元和辅助传动单元之间的距离大于400m—的情况下，在底部碎石中链缝—即链的空碎石的问题成正比地增加。本发明的申请人已致力于研究找出链缝的原因，以使得能够采取结构上和/或调整技术上的措施来避免链缝。实验测量得到的最新结果表明：在底部碎石中的链缝是由链力的振动分布引起的，从而链缝的原因可能在于链的振动现象。此外，相对快捷地表明：链的横向振动不是高的动态链力的原因，因而转为研究纵向链力振动。
发明内容
底部碎石中的链缝展现出一个实际问题，因而本发明的主要目的是解决这个问题。一个支座，通过机械措施避免链的纵向振动都可提高链系统的稳定，但由于太高的耐磨损要求，高成本和高的维护要求而不在总是改变应用要求的链中使用。为此，本发明的申请人转而在一个模型中模拟一个链抓传送机及其传动装置和链，并且在模型上研究振动现象的原因和仿真排除它们的措施。
此模型结构和仿真的主要结果是，最终导致例如链缝的过应力或导致轴折断的振动现象追溯到链本征振动效应。并且链振动严重地取决于链在表层碎石和底部碎石中的摩擦，即取决于摩擦特性曲线的特性。在表层碎石中由抓斗之间的斗的负荷产生阻尼，它抑制本征振动的出现。在底部碎石中本征振动明显更强地取决于摩擦特性曲线，因为链的摩擦特性曲线有一个负的梯度，并且摩擦系数随链的行进速度的增加而减小。
考虑到上述结果，为了控制链传动，矿中如传送机等工作机械或开采机械，本发明提出一种方法，其中借助于一个识别装置由主-和辅助-传动装置的运行数据滤出一个反映链出现的实际振动的识别信号，并且将其送给一个实时减振器，它根据识别信号，由一个减振函数产生一个实时变化的控制信号，用此信号在链振动的频率范围内改变用于至少一个，最好两个传动单元的薄层离合器的联接压力调节的调整量，以通过链的能量释放或能量输入实现减振。伴随本发明还首先建议一个方法，其中借助于一个识别装置获得关于链的实时振动状态的信息，并由此借助于一个减振器产生一个用作相移调整的控制信号，此信号在与链振动相同的频率范围内变化并通过与振动叠加导致振动的衰减或减振。本发明方法可以廉价地与现有集成在测量-和控制装置内的调整机构相联接，因为用此控制信号改变了调整机构中的调节量。具有联接压力调整的薄层离合器的链传动装置的优点在于，其构造和调整机构使得一个直接的过程配合成为可能。在具有薄层离合器的传动装置中可通过薄层离合器联接压力调节中油压的降低实现链轮转速的快速变化，通过改变联接压力，薄层间的滑动提高，空心轮被加速，从而传动齿轮或链轮的传动转速降低。相反，通过提高联接压力，空心轮被制动，链轮被加速。对联接压力调节的调整量的变化可在一个频率范围内进行，此范围对于实时减振是必要的。本发明方法的最佳应用领域是链本征振动的减振；因为方法的原理可应用于链工作机械内部的全部振动现象，本说明对所有振动情况有效。
有不同的可能的方法变化，其中的一些在下面给出。由被测电机电流，电机转速，电机转矩，传动转速，链力，夹紧圆柱力或联接压力调节的振动，用合适的滤波器和滤波机构电气上滤出识别信号。可以理解，用于滤出识别信号的扫描率必须足够高，并且仅有短的脉冲时间可用于计算减振函数和接通控制信号。
在本发明的优化方案中由与控制信号有关的调整量变化进行联接压力调节的脉冲方式的压力调制，用此联接压力调节的脉冲方式的变化，链传动装置，尤其是两个传送单元的振动状态可被快速和深度配合。为了减振，判定用于输入能量到链中或从链中释放能量的首次压力变化以正确的相对振动的相移开始，并且精密地调节其频率或周期，以实现最佳的减振。为了实现上面所述的，用于联接压力调节的压力调制的控制信号的每次脉冲循环由具有相反符号的至少一个开始脉冲和一个结束脉冲组成，并且用于实现输入能量或释放能量的开始脉冲有比结束脉冲更大的脉冲宽度和更小的振幅。通过更高和更短的结束脉冲，可以更快地调整薄层离合器到应有的调整量上。利用压力调制还可改变一个链轮或两个链轮上的转速和/或转矩，其中变化的时间过程相对振动有协调的比例，相对振动有相移并与振动重叠，使得由此叠加导致减振。振动和用以减振的，通过压力调制产生的反振动之间的协调比例可以最好取为1，即反振动有与振动相同的频率，或者此比例也可为一个整数，即减振振动每几个链振动才激活一次。
如果用于每个传动单元的测量-和评估-装置具有一个用调整联接压力的压力调节回路和调节滑动的滑动调节回路的级联调节，并且对于两个传动单元在其上叠加一个公共的功率调节器用于负载均衡，例如本申请人所用的传动单元(CST一传动装置)就是此情况，这时上述方法是特别有优点的。这种情况下由减振器给出的控制信号被加到功率调节器的一个或多个输出信号上，以将具有希望的时间性能的调节量或压力调制的变化加入系统中。可以用变型的调节回路结构在系统中识别振动，因为在老的调节回路结构中仅仅两个量值之差—如在滑动调节器中—或两个量值的比值—如在功率均衡调节器中—联接压力调节的调节配合中被变换。在本发明方法中识别信号最好由电机电流或传动转速中滤出，并且还作为调整量以脉冲方式影响滑动。
本发明方法有广泛的应用领域，并且也可以用于矿中链工作机械，它们具有一个电驱动电机—其传动转速和转矩可通过传动单元传送到链轮上—和一个测量-和控制-装置，它用于对主-和辅助-传动单元进行控制，转速监测，过荷保护，负荷均衡调节和运行数据的采集，其中也借助于识别装置由主-和辅助-传动单元的运行数据滤出一个代表链出现的实时振动的识别信号，并且将其送给激活的减振器，它根据识别信号根据减振函数产生时变的控制信号，用此信号在链振动的频率范围内改变至少一个，最好两个传动单元的状态，以通过从链中释放能量或输入能量到链中来减振。此方法也可以用于链传动装置，它没有薄层离合器，而个有电驱动电机，其转速可在最小值和最大值之间任意无级变化。这种驱动电机主要是频率重新复位装置的传动装置，变压器和开关设备，从而减振器的控制信号通过开关装置送去改变一个或多个链轮的转速。
如本说明书开始处所述，本发明还涉及具有各种结构的链抓传送机，其特征在于，它具有一个识别装置—用它可从主-和辅助-传动单元的运行数据中滤出一个代表链出现的实时振动的识别信号—和一个激活的减振器，识别信号被送给它，并且由它根据减振函数产生一个时变的控制信号，用此信号在链振动的频率范围内改变用于至少一个传动单元的薄层离合器的联接压力调整的调整量，以通过从链中释放能量或输入能量到链中来减振。如前所述，链抓传送机最好具有一个使用压力-和滑动-调整回路及功率调节器的测量-和评估-装置，并且由减振器给出的用于改变调节量的控制信号被加到功率调节器的一个或多个输出信号上。如果薄层离合器是湿运行的并且最好是用油浸透的，而且调整量是滑动，其中识别信号由传动装置转速的起伏或电机电流的起伏滤出，则上述链抓传送机是特别有效的。
附图说明
下面借助附图进一步说明本发明的其它优点和方案。附图中
图1以方框图形式示出链抓传送机的一个可能的实施形式，在其中可完成本发明的减振；
图2示出用于对链振动减振的调节回路结构的第一个实施例；
图3示出用于对链振动减振的调节回路结构的第二个实施例；
图4简要示出在一个实施例中从转速滤出识别信号时对于调节量滑动的、由减振器产生的控制信号；
具体实施方式
图1示出用于一个支杆传送机传送机(链抓传送机)的链传动装置，它具有一个无终端，长的，绕行的链1，其中链环节和抓没有被示出。图中示出了用于换向和带动链1的链轮2，它可以通常方式由链转鼓构成。在链抓传送机的两端分别是一个传动单元I和II，用于驱动那里的链轮2，其中在所示实施例中传动单元I是主传动装置，传动单元II构成链抓传送机的辅助传送装置。两个传送单元I和Ⅱ在本实施例中有相同结构。它们分别包含一个电异步电机3，它通过传动齿轮4驱动相应的链轮2，在传动齿轮的输出轴上安装有链轮2。在实施例中示出的一个传动单元仅是一个连接异步电机的传动齿轮。然而一个传动单元中也可有两个包含异步电机的相应传动齿轮，用它可以相应更高的传输效率驱动链或链轮。传动齿轮4涉及申请人所用的CST-传动装置，如DE4316798A1中所述，它由两个传动齿轮级4’，4”两级构成，其中从动轴一侧的传动齿轮级4’由一个行星齿轮构成，其没有示出的空心轮被配置一个可液压加载的，油浸透的薄层离合器6。液压的联接压力调节，即薄层离合器6的圆柱空间的加压和减压通过一个电伺服阀7进行，它以通常方式被设计为快速开关阀，并通过一个电控连线8由一个电测量-和控制-装置9控制或切换。在实施例中示出了单个的控制装置9。然而一般推荐对每个传动单元I和Ⅱ配置一个自己的电测量-和控制-装置9，它通过一个通信线路连接或连接到上一级计算机。
传动单元I，II的异步电机3只允许小的转速变化，利用薄层离合器6—其附带的薄层包与行星齿轮的空心轮连接—可通过改变联接状态改变空心轮上推进矩或制动矩，并且从而在0和最大空心轮转速之间调整其转速。行星齿轮4’的从动轴转速间接决定于制动矩，从而可通过联接压力调节受控制。这里对于在无压力连接的薄层离合情况下传动装置I，Ⅱ的软起动，异步电机3自身高速运动，直至达到其最大转速。首先链星进入运动，之后薄层离合器6中的联接压力缓慢提高，并且达到必要的松断矩，在升压和从而加载驱动电机3之后接着进入战略的高速实施。为了实现传动单元I，II之间的负荷均衡，每个电机3的电流-或功率记录被不断地收集。当偏离大于一个规定的值时，在具有较高电流记录的传动装置上的滑动一直增加，直至另一个传动装置接收到更多的功率，并且从而两个传动装置I，II重又达到均衡。软起动，负荷均衡和过荷保护的控制或调整借助于控制装置9实现，如图1中所示，通过电信号连线27例如将异步电机3的电效率或有效电流等运行数据作为实际值送给控制装置。测量-和控制-装置9接着处理作为实际值通过信号连线27，28，29送来的，测得的传动装置I，II的元件运行数据，并且同时通过电信号连线8，根据由计算程序规定的控制薄层离合器。当时需要的液压作用压力或薄层冲挤压力。此外还通过信号连线30将传动装置I，II的例如由转矩传感器测得的测量值和运行数据送给测量-和控制-装置9，由它们求出异步电机3的传动转速，以在过荷情况下关掉异步电机3，或者通过控制线8将薄层离合器6断开。
图2和3中的电路框图示出在传动单元I，II所用的调整电路结构，补充本发明减振方法如下所述。在上面部分示出了对主传动单元I的调整电路结构，在下面部分示出了对辅助传动单元II的调整电路结构，这里对传动单元I，II的调整电路有相同的结构，并且分别具有下面所述的级联结构，最核心的调节电路是一个配置给两个传动单元I，II的每一个的压力调节电路，它具有一个压力调节器31，它调节薄层离合器6的薄层包间的冲挤压力到一个压力额定值Psoll。这里所用的压力调节器31具有相应的性能，并且补偿伺服阀7的非线性和与活塞途径有关的液压流体的压缩性。压力调节电路的压力额定值Psoll由一个重叠的滑动调节器32给出，它调节传动转速nan和偏离转速nab之间的差值。两个传动装置I，II的滑动额定值Psoll由一个公共的功率调节器33相继确定。这里负荷均衡调节的作用是，当时被较重加载的传动单元的滑动额定值Psoll被提高，从而实现主-和辅助-传动单元稳定地，基本相等地被加载。这里作为功率调节器33被测量的是在电机上测得的电机电流Imotor。
在没有图2和3中所示的现有调节电路结构的本发明变型—它具有对于链1中出现的实时振动的识别装置34和减振器35—的情况下，由功率调节器输出的滑动额定值Ssoll在滑动调节器32中仅减去滑行计算36中求出的滑行实际值Sist，并且作为压力额定值Psoll给到压力调节器31进行薄层离合器6的伺服阀7上的调节配合。这可能是以下所述现象的原因；现有调整电路结构本身在系统元件上严重的、自己调节的振动情况下，这些振动不能被识别，因为以比值或差值表示的输入量可能相互同步地振动。
现有调整电路结构的变型由集成到图2和3所示调整电路结构中的识别装置34—识别链出现的振动—和减振器35构成，它根据识别信号Serk形成一个控制信号Stilgung，识别信号借助于识别装置34由传动单元I，Ⅱ的运行数据之一，例如如图2实施例所述由传动转速nan或如图3实施例所示由电机电流Imotor滤出。在激活的减振器35中，根据一个减振函数产生一个时变的控制信号Stilgung，它被加到一个调节量上，这里是加到滑动额定值Ssoll上，以激励薄层离合器的联接压力调节到某个状态，它相对于在链中被激励的振动有一定比例，然而还被移相，以通过导入的激励的反力来减振。这个激励或反力由链轮2转速的非常快速变化-通过薄层离合器6中压力的增加和减小实现—而实现，其中由增压和降压实现的压力变化实现联接压力调节的脉冲方式压力调制。压力调制的每个脉冲循环期以及控制信号Stilgung的每个脉冲循环期有与链振动周期Tschwingung的一定比例，链振动是此前用识别装置34相应滤出的。
现在参考图4进行详细说明。图4说明在图2所示调整电路结构下产生用于减振的控制信号的原理。在没有链振动的情况下，一个传动转速nan被调整，它在图4中用Nsoll理想化，并在此作为常数画出。事实上由于链振动，传动转速以链振动周期振动。如图4中在周期Tschwingung内的一个完整的振动波所示。由识别装置34滤出转速相对于用于功率调节的传动转速nan的被平滑的信号的偏差。如果围绕理想的或被平滑的转速值Ssoll的振动振幅不超过规定的大小，减振器35不参加到调整电路中。在超过一个规定振幅—图4中用ntilgung表示—时，减振器35被激活并且根据周期Tschwingung和链振动的振幅大小起动一个控制信号，在图2和3所示调节电路结构中，它作为调节量Ssoll的变化值，对由压力调节器31调节的联接压力进行脉冲方式改变。为了大致模拟本征振动的周期Tschwingung，在一个测量-计算-和惯性-确定的时延t1之后起动脉冲循环的起动脉冲A，图中用时间期t2中作为常数的较高的滑动S1表示。通过脉冲方式提高滑动到值S1，实现链轮2的脉冲方式的时延和从链1释放能量。为了接着尽可能快地重又调节链轮2的从动转速nab到由功率调节器给出的滑动额定值Ssoll，脉冲循环用一个结束脉冲E—这里它在时间期t3上用较小的滑动S2示出—结束。通过结束脉冲E对 滑动额定值Ssoll更强的振幅偏差，脉冲循环时间上精确地调整到振动的半波翻转点上，并且一个振动激励作为反力被加到链中，此激励具有振动周期Tschwingung。
对于具有用于激活的减振的控制信号的链抓传送机的仿真一控制信号具有图4所示脉冲形状-已表明：链振动本身在具有高梯度的摩擦特性曲线的情况下可减小60％以上。控制信号或减振函数的优化主要决定于扫描率，识别装置34以此扫描率由测量值-例如电机电流或传动转速—滤出反映存在的振动的识别信号Serk。因为振动在直至约20Hz的频率范围内脉冲配合必须在相同的频率范围内被产生并且起作用。这可以在传动单元I，II的薄层离合器6的联接压力调节上良好实现。
Claims (14)
1.用于控制一个具有长的，绕行的链，矿中工作机械，尤其是链抓传送机的链传动装置的方法，链传动装置具有一个主传动单元和一个辅助传动单元，它们分别具有至少一个电驱动电机，其传动转速和转矩通过一个传动单元一它具有至少一个配置有一个空心轮的行星齿轮和一个包含液压联接压力调节的薄层离合器作为过荷保护—可传递给一个链轮，并且链传动装置还具有一个测量-和控制-装置，用于采集运行数据，监测转速，控制主-和辅助-传动装置，以及通过薄层离合器的滑动调节主-和辅助-传动装置的负载均衡，其特征在于，借助于一个识别装置(34)从主-和辅助-传动装置(I，II)的运行数据中滤出一个反映链出现的实时振动(Tschwingung)的识别信号(Serk)，并将其送给一个激活的减振器(35)，它由识别信号根据一个减振函数产生一个时变的控制信号(Stilgung)，用此信号在链振动的频率范围内改变对至少一个传送单元的薄层离合器(6)的联接压力调整的调节量(Ssoll Psoll)，用于通过从链中释放能量或输入能量到链(1)中来减振。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，识别信号(Serk)从被测电机电流(Imotor)，电机转速(nan)，电机转矩，从动轴转矩，传动转速(nan)，链力，张紧圆柱体力或联接压力调节中滤出。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，一个脉冲方式的联接压力调节的压力调制受决定于控制信号(Stilgung)的调节量变化的作用。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，用于联接压力调节的压力调制的控制信号(Stilgung)的每个脉冲循环最好由至少一个起动脉冲(S1)和一个具有相反符号的结束脉冲(S2)组成，其中用于释放-或输入-能量的起始脉冲(S1)比结束脉冲(S2)有更大的脉冲宽度和更小的振幅。
5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，利用压力调制在一个链轮或两个链轮(2)上产生转速-和/或转矩-变化，其中变化的时间过程相对于振动有确定关系，相对于振动移相并且被叠加到振动上。
6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，每个传动单元(I，II)的测量-和评估-装置(9)具有一个由调节联接压力的压力调节器(31)和调节滑动的滑动调节器(32)组成的级联调节以及叠加在其上的两个传动单元公用的，用于负载均衡的功率调节器，其中由减振器(35)给出的控制信号(Stilgung)被加到功率调节器(33)的一个输出信号(Ssoll)或多个输出信号(Ssoll)上。
7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，识别信号(Serk)从电机电流(Imotor)或传动转速(nan)滤出，并且被用作滑动的调节量(Ssoll)。
8.用于控制一个具有长的，绕行的链，矿中工作机械，尤其是链抓传送机的链传动装置的方法，链传动装置具有一个主传动单元和一个辅助传动单元，它们分别具有至少一个电驱动电机，其传动转速和转矩可通过一个传动单元传递给一个链轮，并且链传动装置还具有一个测量-和控制-装置，用于主-和辅助-传动单元的控制，转速监测，过荷保护，负载均衡调节和运行数据采集，其特征在于，借助于一个识别装置从主-和辅助-传动装置的运行数据中滤出一个反映链出现的实时振动的识别信号，并将其送给一个激活的减振器，它由识别信号根据一个减振函数产生一个时变的控制信号，用此信号在链振动的频率范围内通过从链中释放能量或输入能量到链中实现至少一个传动单元的状态改变来减振。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，驱动电机是一个具有频率调整装置，变压器和开关设备的传动设备。
10.具有主传动单元(I)和辅助传动单元(II)的链抓传送机，它们分别具有一个电驱动电机(3)，其传动转速(nan)和转矩通过一个传动单元(4)—它具有至少配置有一个空心轮的行星齿轮(4’)和一个包含液压联接压力调节的薄层离合器(6)作为过荷保护—可传递给一个链轮，并且链传动装置还具有一个测量-和控制-装置(9)，用于采集运行数据，监测转速，控制主-和辅助-传动装置，以及通过薄层离合器(6)的可调节的滑动(S)调节主-和辅助-传动装置的负载均衡，其特征在于，测量-和控制-装置(9)具有一个识别装置(34)，用它由主-和辅助传动装置(I，II)的运行数据可滤出一个反映链(1)出现的实时振动的识别信号(Serk)，测量-和控制-装置还具有一个激活的减振器(35)，识别信号(Serk)可被馈送给它，并且在其中根据一个减振函数求出一个时变的控制信号(Stilgung)，用它在链振动的频率范围内，通过从链中释放能量或输入能量到链(1)中可改变对于至少一个传动单元(I，II)的薄层离合器(6)的联接压力调节的调节量来减振。
11.如权利要求10所述的链抓传送机，其特征在于，每一个传动单元(I，II)的测量-和评估-装置(9)具有一个由调节联接压力的压力调节器(31)和调节滑动的滑动调节器(32)组成的级联调节和叠加在其上的，两个传动单元公用的，用于负载均衡的功率调节器(33)，其中由减振器(35)给出的控制信号(Stilgung)被加到功率调节器(33)的一个或多个输出信号上。
12.如权利要求10或11所述的链抓传送器，其特征在于，滑动的调节量和识别信号(Serk)从传动转速(nan)的振动中滤出。
13.如权利要求10至12中任一项所述的链抓传送器，其特征在于，滑动的调节量和识别信号(Serk)从电机电流(Imotor)的振动中滤出。
14.如权利要求10至12中任一项所述的链抓传送器，其特征在于，薄层离合器(6)是湿运行的，并且是油浸透的。
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