DE3801931A1 - Verfahren und schaltung zum betreiben eines von streckenwinden gezogenen walzenladers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltung zum Regeln der Fahrbewegung eines Walzenladers, dessen Schneidwalzen elektrisch angetrieben werden und der über ein endloses Zugorgan von an den Enden seines Fahrweges befindlichen elektrisch regelbaren Winden über die Streblänge hin- und hergezogen wird.

Es gehört zum vorbekannten Stand der Technik, die Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeit von Walzenschrämmaschinen des Untertagebergbaues stufenlos zu regeln (DE-PS 24 26 815). Sowohl der die Schneidwalzen antreibende Elektromotor als auch der die Winde der Walzenschrämmaschine antreibende Elektromotor sind regelbar, und es wird ihnen die einem Drehstromnetz entnommene Antriebsenergie über steuerbare Gleichrichter, beispielsweise Siliziumzellen, zugeführt. Eine Führungsgröße bestimmt die Schnittgeschwindigkeit und damit die Drehzahl der beiden Schneidwalzen. Sie entspricht dem aus dem Differential der Schrämwalzenleistung und dem Differential der Windengeschwindigkeit gebildeten Differentialquotienten und verändert die Schnittgeschwindigkeit der Schneidwalzen im Sinne einer Verminderung dieses Differentialquotienten, um das Verhältnis von Schnittiefe der Schrämmeißel zu ihrem Schnittbahnabstand zu optimieren.

Es ist bekannt, einen Walzenlader mit Hilfe zweier Winden über die Streblänge hin- und herzuziehen, die sich beide in der Strecke befinden und mit dem Walzenlader über ein endloses Zugorgan verbunden sind. Mittels Thyristoren sind beide Winden regelbar und passen die Vorschubgeschwindigkeit des Walzenladers automatisch der Belastung seines Schrämmotors an (Technische Information TZ 1 der Fa. Ostroy 1980).

Weiterhin ist es nicht mehr neu, wie die DE-OS 35 02 664 zeigt, Hobelanlagen für den untertägigen Steinkohlenbergbau mit einer Regelvorrichtung auszustatten. Die Kette dient als Geber. Sie ist an mehreren Meßstellen mit induktiven Sensoren ausgerüstet, die über eine Verarbeitungseinrichtung mit den beiden Antrieben verbunden sind und regelnd auf die die Kette spannenden Stellzylinder sowie auf die steuerbar ausgebildeten Kupplungen der beiden Winden einwirken. Ziel und Zweck dieser Anordnung soll es sein, über die Stellzylinder die Kettenvorspannung und über die Kupplungen beider Winden die Kettenbelastung zu beeinflussen, um Belastungsspitzen zu unterdrücken.

Walzenlader bewegen sich, wenn sie mit Hilfe eines endlosen Zugorganes von in den Strecken aufgestellten Winden gezogen werden, ungleichmäßig. Ursache der in relativ kurzen Zeitabständen auftretenden Schwankungen der Vorschubgeschwindigkeit sind die sich der Vorschubbewegung des Walzenladers widersetzenden unterschiedlichen Fahrwiderstände. Sie rufen Änderungen der von ihrer Größe und der jeweiligen Kettenlänge abhängenden Dehnung des Zugorganes hervor. Bei den heute üblichen Streblängen nehmen solche Dehnungen, selbst bei Verwendung schwerer Ketten als Zugorgan, erhebliche Ausmaße an und speichern einen nicht unwesentlichen Anteil der Windenzugkraft, den sie in einem Rhythmus freigeben, der der Frequenz der Längsschwingungen des Zugorganes entspricht. Die Laufruhe des Walzenladers leidet darunter und mit ihr, in nicht unerheblichem Maße, die Standzeit der Schrämmeißel beider Schneidwalzen. Durch die ständig schwankende Eindringtiefe der Meißel in das zu lösende Mineral unterliegen die Antriebsmotoren sowie die Untersetzungsgetriebe beider Schneidwalzen und der Winden außerdem starken dynamischen Beanspruchungen, die die Regelung der Vorschubgeschwindigkeit des Walzenladers erschweren.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Schwankungen der Fahrgeschwindigkeit eines Walzenladers auszugleichen.

Zur Lösung dieses Problems geht die Erfindung von einem Walzenlader aus wie er eingangs erläutert wurde und schlägt vor, die über einen Grenzwert hinausgehende Beschleunigung der Fahrbewegung des Walzenladers zu erfassen und ein ihr entsprechendes elektrisches Signal zur Drehzahlregelung des Antriebsmotors der jeweils ziehenden Streckenwinde und des Antriebsmotors der Schneidwalzen des Walzenladers in einem die Beschleunigung der Fahrbewegung des Walzenladers reduzierenden Sinn zu nutzen. Bei der vorgeschlagenen Regelung wirken sowohl der Winden- als auch der Schneidwalzenmotor jedem unzulässigen Anstieg der Fahrgeschwindigkeit durch entsprechende Änderung ihrer Drehzahl entgegen und gleichen dadurch Geschwindigkeitsunterschiede weitgehend aus.

Dabei löst nach einem weiteren Erfindungsmerkmal die über einen Grenzwert hinausgehende Beschleunigung der Fahrgeschwindigkeit des Walzenladers stets eine Abnahme der Schneidwalzendrehzahl aus, während eine über einen vorgegebenen Wert hinausgehende Verzögerung der Fahrgeschwindigkeit eine Zunahme der Schneidwalzendrehzahl zur Folge hat. Da eine abnehmende Walzendrehzahl stets mit einer größeren Eindringtiefe des Schrämmeißels verbunden ist, führt sie augenblicklich zu einer dem Beschleunigungsanstieg entgegenwirkenden Zunahme des Fahrwiderstandes. Andererseits bringt jede Drehzahlerhöhung der Schneidwalze eine Verringerung der Eindringtiefe der einzelnen Schrämmeißel und damit eine Reduzierung des Fahrwiderstandes der Maschine mit sich. Derart feinstufige Regelvorgänge lassen sich mit Hilfe steuerbarer Gleichrichter, beispielsweise mittels Thyristoren, ausführen. Letztere zeichnen sich durch sofortige Einschaltbereitschaft aus und besitzen extrem kurze Schaltzeiten. Aus diesem Grunde sind sie für den Einsatz bei schnellen Regelvorgängen und somit für die Drehzahlregelung von Drehstrommotoren, wie sie bei Walzenladern und auch bei Winden benutzt werden, besonders geeignet.

Auch empfiehlt es sich, in Abhängigkeit von der Frequenz der Längsschwingungen des Zugorganes ständig eine Korrektur der Drehzahlbeschleunigung oder der Drehzahlverzögerung der Antriebsmotoren der Winden und der Schneidwalzen vorzunehmen. Ziel und Zweck dieser Maßnahme ist es, die Wirksamkeit der vorgeschlagenen Regelung zu beeinflussen, um stärkere Beschleunigungsanstiege intensiver als schwache Beschleunigungsanstiege dämpfen zu können.

Beide Winden und der Walzenlader sind zur Ausübung des Verfahrens mit je einem Drehzahlregler und mit Beschleunigungsaufnehmern ausgerüstet, von denen der einer Winde zugeordnete Beschleunigungsaufnehmer einerseits mit dem Tachogenerator des Windenmotors und andererseits mit dem Drehzahlregler des Windenmotors und dem Drehzahlregler des Walzenladers verbunden ist, während die Beschleunigungsaufnehmer des Walzenladers einerseits mit je einem der beiden am Maschinenkörper angreifenden Enden des Zugorganes und andererseits mit dem Drehzahlregler beider Winden verbunden sind. Beim Schrämbetrieb wirkt neben der Schaltung des Walzenladers nur die Schaltung der jeweils ziehenden Winde in der vorbeschriebenen Weise regelnd auf die Antriebsmotoren von Walzenlader und Winde ein und verändert deren Drehzahl in einem der Beschleunigung des Maschinenkörpers entgegenwirkenden Sinn. Längsschwingungen des Zugorganes werden durch diese Maßnahme gedämpft und die mit derartigen Schwingungen durch das schlagende Zugorgantrum hervorgerufene Unfallgefahr reduziert, und es werden die dynamischen Beanspruchungen von Winde und Walzenlader verringert.

Um einen stärkeren Beschleunigungsanstieg intensiver als einen schwächeren Beschleunigungsanstieg dämpfen zu können, wird vorgeschlagen, in der Windenschaltung ein RC-Glied vorzusehen, das eingangsseitig mit den Beschleunigungsaufnehmern des Walzenladers und mit dem durch den Drehzahlregler der Winde gesteuerten Windenstromregler, ausgangsseitig aber mit dem Drehzahlregler der Winde in Verbindung steht. Mit Hilfe eines solchen RC-Gliedes ist eine schnellere Ausregelung der Beschleunigung des Maschinenkörpers möglich, und damit nicht nur eine Verkürzung oder Verlängerung des eigentlichen Regelungsvorganges erreichbar, sondern es lassen sich mit diesem Glied auch Verzerrungen verringern, die durch Signalverstärkungen des Drehzahlreglers verursacht worden sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden Beschreibungsteil anhand eines Schaltplanes näher erläutert.

Der Walzenlader ist mit (1) bezeichnet. Er ist mit zwei an Tragarmen (2) gelagerten heb- und senkbaren Schneidwalzen (3) ausgerüstet, die das anstehende Mineral lösen. Beide Walzen (3) sind mit einem gemeinsamen oder mit je einem eigenen Antriebsmotor (4) getrieblich verbunden, der ein Gleichstrom- oder Drehstrommotor sein kann. Die Antriebsmotoren (4) sind in ihrer Drehzahl regelbar und mit einem Tachogenerator (5) gekuppelt. Ferner ist an beiden Enden des Maschinenkörpers je ein Beschleunigungsaufnehmer (6) vorgesehen, an denen das von einer Rundgliederkette gebildete Zugorgan (7) angreift und den Walzenlader (1) über die Länge seines Fahrweges hin- und her­ zieht. An beiden Enden des Maschinenfahrweges umläuft die Rundgliederkette (7) das Antriebskettenrad (8) je einer Streckenwinde (9), das mit dem Antriebsmotor (10) der Winde (9) getrieblich verbunden ist. Auch dieser Antriebsmotor (10) besitzt einen Tachogenerator (11) und ist als drehzahlregelbarer Gleichstrom- oder Drehstrommotor ausgebildet.

Über die Leitung (12) erhält der Antriebsmotor (4) des Walzenladers (1) seine Antriebsenergie. Beim Anfahren der Winde (9) wird zunächst das jeweils ziehende Trum (7 a) der Rundgliederkette (7) gespannt und gedehnt, wobei die Kettendehnung der Zugspannung in dem ziehenden Kettentrum (7 a) und der Länge dieses Kettentrums (7 a) proportional ist. Diese Kettendehnung, die bis zu 2 m und mehr betragen kann, hat die Wirkung einer Feder. Sie beschleunigt - vor allem wegen der ständigen Größenänderung des sich der Maschinenbewegung widersetzenden Fahrwiderstandes - die Fahrbewegung des Walzenladers (1) und nimmt mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit ab. Dieser Vorgang tritt nicht nur beim Anfahren des Walzenladers (1) auf. Er wiederholt sich vielmehr in einem durch die Frequenz der Längsschwingungen des ziehenden Rundgliederkettentrums (7 a) bestimmten Rhythmus während der ganzen Gewinnungsfahrt des Walzenladers (1). Mit abnehmender Länge des ziehenden Kettentrums (7 a) vergrößert sich einerseits die Frequenz der Längsschwingungen, andererseits werden diese Schwingungen durch die nicht dargestellte Kettenführung, in der die Rundgliederkette (7 a) wegen ihres Durchhanges aufliegt, gedämpft. Jedoch sind die Kettenschwingungen ständig wirksam und beeinträchtigen die Laufruhe des Walzenladers (1) und die seiner Schneidwalzen (3) erheblich.

Die dem Walzenlader (1) zugeordneten Beschleunigungsaufnehmer (6) erfassen die im Rhythmus der Kettenlängsschwingungen auftretenden Beschleunigungen des Maschinenkörpers. Sie bilden ein der Größe der Beschleunigung proportionales Signal, das über die Leitung (13) dem RC-Glied (14) der in der Strecke befindlichen Winde (9) zugeht. Das RC-Glied (14) ist mit dem Drehzahlregler (15) verbunden und dieser wiederum mit einem Sollwertgeber (16), einem Beschleunigungsaufnehmer (17) und dem Tachogenerator (11) des Windenmotors (10). Über eine Umschaltlogik (18) wirkt der Drehzahlregler (15) auf den mit dem Ankerstromwandler (19) verbundenen Stromregler (20) ein und steuert über einen nachgeschalteten Impulsformer (21) zwei Impulsübertrager (22) an. Denen ist eingangsseitig je eine Transistorstufe (23) zugeordnet und ausgangsseitig - in je einem eigenen Leitungszweig (24) - je ein Thyristor (25) über die der Antriebsmotor (10) der Winde (9) mit Antriebsenergie versorgt wird. Ein Netzteil (26) stellt die Verbindung zwischen den genannten Elektronikbausteinen und dem elektrischen Streckennetz (27) her. Überlastungsschutz, Transformator, Gleichrichter, Glättungseinrichtung und eine Stabilisierungseinrichtung bilden das Netzteil (26).

Mit (28) ist die Feldwicklung des Windenmotors (10) bezeichnet. Sie wird über den vom Impulsbildner (29) gesteuerten und auf den Thyristor (30) einwirkende Impulsübertrager (31) mit der zu ihrem Betrieb notwendigen Spannung versorgt. Weiterhin ist ein Ankerstromwandler (32) innerhalb der Windenschaltung vorgesehen, der der Stärke des Ankerstroms entsprechende Ausgangssignale dem Impulsbildner (29) zuleitet.

Prinzipiell stimmt der Aufbau der Schaltung des Walzenladers (1) mit dem der Winde (9) überein. Da die beiden Schneidwalzen (3) in beiden Fahrtrichtungen mit gleicher Drehrichtung umlaufen, wird hier nur eine Transistorstufe (33) und ein Impulsübertrager (34) sowie ein Thyristor (35) benötigt, der dem Antriebsmotor (4) die Antriebsleistung gezielt zur Verfügung stellt. In gleicher Weise läßt sich auch die Drehzahl dieses Antriebsmotors (4) mittels der Feldwicklung (36) durch Änderung der Feldspannung regeln. Dazu dient der Impulsbildner (37), der über den Impulsübertrager (38) den Thyristor (39) bedient. Auch dem Impulsbildner (37) werden der Stärke des Ankerstromes entsprechende Signale, die vom Ankerspannungswandler (40) ausgehen, zugeführt.

Bei der Gewinnungsfahrt des Walzenladers (1) wird der Antriebsmotor (4), der die beiden Schneidwalzen (3) antreibt, über die Leitung (12) und dem als Stromventil wirkenden und die Drehzahl beider Schneidwalzen (3) bestimmenden Thyristor (35) mit elektrischer Energie versorgt. In der Darstellung legt der sich in Pfeilrichtung bewegende Walzenlader (1) mit seiner vorlaufenden Schneidwalze (3) das Hangende und mit seiner nachlaufenden Schneidwalze (3) das Liegende frei. Bei dieser Fahrbewegung wird er von der Winde (9) über das Kettentrum (7 a) gezogen, das über den Beschleunigungsaufnehmer (6) am Maschinenkörper des Walzenladers (1) angreift. Das rücklaufende Kettentrum (7 b) umläuft das Kettenrad der am anderen Stebende befindlichen, aber nicht dargestellten Winde und greift am entgegengesetzten Ende des Maschinenkörpers gleichfalls an einem Beschleunigungsaufnehmer (6) an. Vor dem Drehzahlregler (41) des Walzenladers (1) steht dabei das vom Sollwertgeber (42) stammende und vom Maschinenfahrer vorgegebene Sollwertsignal, das vom Tachogenerator (5) ausgehende Istwertsignal des Antriebsmotors (4) der beiden Schneidwalzen (3) sowie das Ausgangssignal des Beschleunigungsaufnehmers (6) des Walzenladers (1), aber auch das Ausgangssignal des Beschleunigungsaufnehmers (17) der Winde (9) an. Aus diesen Informationen bildet der Drehzahlregler (41) ein Ausgangssignal für die nachgeschaltete Umschaltlogik (43), die einerseits mit der Transistorstufe (33) und andererseits mit dem nachgeschalteten Stromregler (44) verbunden ist, dem ständig ein dem Ankerstromwert proportionales Istwertsignal vom Ankerstromwandler (45) aus zugeht. Der Stromregler (44) bedient den auf den Thyristor (35) einwirkenden Impulsbildner (46), der auf den Impulsübertrager (34) des Antriebsmotors (4) einwirkt und über ihn die Drehzahl der beiden Schneidwalzen (3) bestimmt.

Ähnliches gilt für die Winde (9), da auch der Drehzahlregler (15) die Motordrehzahl und damit die Drehzahl des die Rundgliederkette (7) antreibenden Kettenrades (8) zurücknimmt, wenn der Ankerstrom des Antriebsmotors (10) mit wachsender Last ansteigt. Auch hier wird die Drehzahl des Kettenrades (8) durch den Sollwert zwar von Hand vorgegeben, dieser Wert aber, wie beim Drehzahlregler (41) des Walzenladers (1), durch die Beschleunigungssignale der Beschleunigungsaufnehmer (17) und (6) von Winde (9) und Walzenlader (1) und auch durch das vom Ankerstromwandler (45) des Walzenladers (1) stammende Ausgangssignal beeinflußt. Immer dann, wenn die Kettendehnung einen Wert annimmt, der Beschleunigungskräfte im Walzenlader (1) freisetzt und dessen Fahrgeschwindigkeit schlagartig erhöht, steht daher augenblicklich ein der Größe dieser Beschleunigung entsprechendes Signal sowohl vor dem Drehzahlregler (15) der Winde (9) als auch vor dem Drehzahlregler (41) des Walzenladers (1) an und reduziert augenblicklich die Drehzahl des Windenkettenrades (8) und die der beiden Schneidwalzen (3) so stark, daß sie der Beschleunigung der Fahrgeschwindigkeit des Walzenladers (1) entgegenwirken. Demzufolge nimmt die Drehzahl des Windenkettenrades (8) augenblicklich ab, wenn ein Geschwindigkeitsanstieg des Walzenladers (1) zu verzeichnen ist, und es verringert sich in diesem Fall auch die Drehzahl der beiden Schneidwalzen (3), um den mit der Drehzahlabnahme verbundenen, der Beschleunigung entgegenwirkenden Fahrwiderstand des Walzenladers (1) zu vergrößern. Die dabei auftretenden Regelvorgänge laufen in Zeitabschnitten ab, die unterhalb der Dauer einer Längsschwingung des Kettentrums (7 a) liegen. Sie beeinflussen daher die Maschinengeschwindigkeit innerhalb jeder einzelnen Kettenschwingung, dämpfen sie und verbessern so die Laufruhe des Walzenladers (1).

Die Frequenz der Längsschwingungen des ziehenden Kettentrums (7 a) wird durch die Kettenlänge erheblich beeinflußt und nimmt mit abnehmender Kettenlänge zu. Naturgemäß verringert sich dabei die Dehnung des ziehenden Kettentrums (7 a), die bei vorgegebener Kettenzugkraft unter anderem von der vorhandenen Kettenlänge abhängt. Infolgedessen verkürzen sich die Beschleunigungsintervalle des Maschinenkörpers und es nimmt ihre Häufigkeit zu. Das dem Drehzahlregler (15) der Winde (9) vorgeschaltete RC-Glied (14) bildet aus den ihm vom Stromregler (20) der Winde (9) und vom Beschleunigungsaufnehmer (6) des Walzenladers (1) stammenden Eingangssignalen ein Ausgangssignal, das die auf die Kettenschwingungen ansprechende Regelung erst dann wirksam werden läßt, wenn der Beschleunigungsanstieg einen gewissen Grenzwert überschritten hat. Der danach einsetzende Ablauf des Regelungsvorganges, der vom Zeitverhalten der Glieder des Regelkreises abhängt, muß, um eine schnelle Ausregelung der Störgröße, in diesem Fall der Beschleunigung des Maschinenkörpers, zu erreichen, mal kürzer, mal länger, also optimal sein, um über einen Grenzwert hinausgehende Beschleunigungen schon bei ihrer Entstehung zu erfassen und zu unterdrücken. Darüber hinaus wird mit Hilfe des RC-Gliedes (14) die Charakteristik der Regelung beeinflußt und ein stärkerer Beschleunigungsanstieg entsprechend stärker gedämpft als ein den vorgegebenen Grenzwert überschreitender schwacher Anstieg der Beschleunigung und damit der Fahrgeschwindigkeit des Walzenladers (1). Bei der dargestellten Schaltungsanordnung geht über die Leitung (47) ein Ausgangssignal des vom Drehzahlregler (15) beeinflußten Stromreglers (20) als Eingangssignal an das RC-Glied (14) zurück, um Verzerrungen, die auf eine Verstärkung durch den Drehzahlregler (15) zurückzuführen sind, zu verringern.

Claims (5)

1. Verfahren zum Regeln der Fahrbewegung eines Walzenladers, dessen Schneidwalzen elektrisch angetrieben werden und der über ein endloses Zugorgan von an den Enden seines Fahrweges befindlichen elektrisch regelbaren Winden über die Streblänge hin und her gezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die über einen Grenzwert hinausgehende Beschleunigung der Fahrbewegung des Walzenladers (1) erfaßt und ein ihr entsprechendes elektrisches Signal zur Drehzahlregelung des Antriebsmotors (10) der jeweils ziehenden Streckenwinde (9) und des Antriebsmotors (4) der Schneidwalzen (3) des Walzenladers (1) in einem die Beschleunigung der Fahrbewegung des Walzenladers (1) reduzierenden Sinn genutzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die über einen Grenzwert hinausgehende Beschleunigung der Fahrgeschwindigkeit des Walzenladers (1) eine Abnahme der Schneidwalzendrehzahl und eine über einen vorgegebenen Wert hinausgehende Verzögerung der Fahrgeschwindigkeit des Walzenladers (1) eine Zunahme der Schneidwalzendrehzahl auslöst.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von der Frequenz der Längsschwingungen des Zugorganes (7) ständig eine Korrektur der Drehzahlbeschleunigung oder Drehzahlverzögerung der Antriebsmotoren (10,4) der Winden (9) und der Schneidwalzen (3) erfolgt.

4. Schaltung zur Ausübung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Winden (9) und der Walzenlader (1) mit je einem Drehzahlregler (15) bzw. (41) und mit Beschleunigungsaufnehmern (17) bzw. (6) ausgerüstet sind, von denen der der Winde (9) zugeordnete Beschleunigungsaufnehmer (17) einerseits mit dem Tachogenerator (11) des Windenmotors (10) und andererseits mit dem Drehzahlregler (15) des Windenmotors (10) und dem Drehzahlregler (41) des Walzenladers (1) verbunden ist, während die Beschleunigungsaufnehmer (6) des Walzenladers (1) einerseits mit je einem der beiden am Maschinenkörper angreifenden Enden des Zugorganes (7) und andererseits mit dem Drehzahlregler (15) der Winde (9) verbunden sind.

5. Schaltung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein RC-Glied (14), das eingangsseitig mit den Beschleunigungsaufnehmern (6) des Walzenladers (1) und dem durch den Drehzahlregler (15) der Winde (9) gesteuerten Stromregler (20) der Winde (9) verbunden ist und ausgangsseitig mit dem Drehzahlregler (15) der Winde (9) in Verbindung steht.