RU1788161C - Устройство дл ограничени динамических усилий механизмов экскаватора - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени : п ть сумматоров 1-5, источник сигнала задани  6, регул тор напр жени  7, регул тор тока двигател  8, двигатель 9, датчик напр жени  10, датчик тока двигател  11, датчик упругого момента 12, регул тор и задатчик абсолютного значени  упругого момента 13, 14, регул тор и задатчик производной упругого момента 15, 16, блок определени  модул  упругого момента 18, блок определени  производной упругого момента 19. 2 ил.

Description

--&--

(pt/.i

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в электроприводах механизмов экскаваторов, буровых установок, а также прокатных станов и других машин.

Известно устройство дл  ограничени  динамических нагрузок в механизме экскаватора , В устройстве используетс  посто нно действующа  обратна  св зь по производной крут щего (упругого) момента, заведенна  на вход контура тока, с неизмен емой посто нной времени. Недостатком устройства  вл етс  то, что при настройке величины посто нной времени на работу в режиме стопорени  зат гиваютс  процессы по скорости исполнительного механизма в пуско-тормоз ных режимах и следовательно, снижаетс  производительность, в то же врем  при настройке этой величины на работу в пуско-тормозных режимах не обеспечиваетс  достаточного демпфировани  упругих колебаний в механических передачах , возникающих в режиме стопорени  и следовательно, не обеспечиваетс  требуемое ограничение динамических усилий. Кроме того, отсутствие обратной св зи по абсолютной величине упругого момента может приводить к недопустимым динамическим усили м.

Здесь и далее под пуско-тормозными режимами работы понимаютс  режимы разгона , копани  с моментом нагрузки не превышающим стопорного, замедлени , реверса и т.п.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  устройство, представл ющее собой двухконтурную систему подчиненного регулировани  координат электропривода посто нного тока с внутренним контуром тока  кор  и внешним контуром напр жени , в котором дл  ограничени  динамических нагрузок в механизме вводитс  гибка  обратна  св зь по упругому моменту. Обратна  св зь вводитс  на,вход контура регулировани  тока через нелинейное звено с однозначной характеристикой зоны нечувствительности. Эта св зь начинает действовать при превышении упругим моментом стопорного значени .

Известное устройство обладает следующими недостатками. Сигнал гибкой обратной св зи по упругому моменту имеет пропорциональную и дифференциальную составл ющую, т.е. зависит как от амплитуды , так и от скорости изменени  момента. Введение обеих составл ющих через одну и ту же зону нечувствительности не может одновременно обеспечить требуемое ограничение упругого момента по модулю и требуемую динамику переходного процесса

(апериодическую или близкую к ней форму кривой момента). При соблюдении одного из требований может нарушатьс  второе и наоборот. Кроме того, включение и отключение демпфирующей обратной св зи по упругости моменту производитс  через звено с однозначной характеристикой зоны нечувствительности при переходе моментом через стопорное значение. В стопорных и

0 близких к ним режимах момент может колебатьс  около стопорного значени , следовательно , за врем  отработки возмущающего воздействи  контур регулировани  упругого момента будет многократно замыкатьс 

5 и размыкатьс , причем этот процесс становитс  колебательным и будет зависеть от начальных значений координат электропривода , при которых произошел наброс стопорной нагрузки. В пуско-тормозных

0 режимах, когда упругий момент не превышает стопорного значени , гибка  обратна  св зь по моменту отключена. Следовательно , отсутствует возможность использовани  ее дл  улучшени  качества работы

5 электропривода в таких режимах.

Целью данного изобретени   вл етс  снижение динамических усилий и улучшение степени демпфировани  упругих электромеханических колебаний.

0 При этом достигаетс  следующий эффект:

уменьшение максимальных значений усилий в рабочем оборудовании экскаватора увеличивает надежность и долговечность

5 оборудовани  и, следовательно, снижает простои и эксплуатационные затраты;

улучшение демпфирующей способности электропривода кроме того ведет к уменьшению длительности переходных

0 процессов, т.е. к сокращению времени рабочего цикла и увеличению производительности .

Указанна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  ограничени  динамических

5 усилий в механизме экскаватора, включающее датчик напр жени , подключенный к одному входу первого сумматора, к другому входу которого подсоединен выход источника сигнала задани , выход первого суммато0 ра подключен через регул тор напр жени  к первому входу второго сумматора, ко второму входу которого подключен датчик тока, датчик упругого момента, введены задатчик абсолютного значени  упругого момента,

5 задатчик производной упругого момента, задатчик минимального значени  производной упругого момента, регул торы абсолютного значени  упругого момента и производной упругого момента, блоки опре- делени  модул  упругого момента и производной модул  упругого момента, третий, четвертый и п тый сумматоры, при этом, выход задатчика абсолютного значени  упругого момента подключен к одному входу четвертого сумматора, выход которого через регул тор абсолютного значени  упругого момента соединен с первым входом третьего сумматора, выход которого подключен к третьему входу второго сумматора , выход задатчика производной упругого момента подключен через п тый сумматор к первому входу регул тора упругого момента , выход датчика упругого момента соединен с другим входом четвертого сумматора и через последовательно соединенные блок определени  модул  упругого момента и блок определени  производной упругого момента к другому входу п того сумматора и второму входу регул тора упругого момента, к третьему и четвертому входам которого подключены соответственно выходы задатчика минимального значени  упругого момента и источника сигнала задани , а выход регул тора упругого момента подключен к другому входу третьего сумматора .

На фиг.1 представлена структурна  схема предлагаемого устройства; на фиг,2 - нелинейна  характеристика регул тора абсолютного значени  упругого момента; на фиг.З - нелинейна  характеристика регул тора производной упругого момента; на фиг.4, 5 - варианты.

Устройство состоит из сумматоров 1-5, источника сигнала задани  6, регул тора напр жени  7, регул тора тока двигател  8, двигател  9 с механизмом и вентильным преобразователем, датчиков напр жени  10, тока двигател  11 и упругого момента 12, регул тора 13 и задатчика 14 абсолютного значени  упругого момента (ту), регул тора 15 и задатчика 16 производной упругого момента (ту ), задатчика 17 минимального значени  производной упругого момента, блока определени  модул  упругого момента 18 и блока определени  производной упругого момента 19. Источник сигнала задани  6, сумматор 1, регул тор 7 напр жени , сумматор 2, регул тор 8 тока двигател  и двигатель 9 образуют последовательное соединение. Выходы датчиков 10 напр жени  и 11 тока двигател  соединены со вторыми входами сумматоров 1 и 2 соответственно. На третий вход сумматора 2 подключен выход сумматора 3, на входы которого заведены выходы регул торов абсолютного значени  13 и производной 15 упругого момента. Вход регул тора 13 соединен с выходом сумматора 4, на входы которого подключены выходы задатчика 14

абсолютного значени  производной ту и выход датчика 12 упругого момента. На входы регул тора 14 производной ту подключены выходы сумматора 5, блока

определени  производной ту 19, задатчика 17 минимального значени  производной ту и второй выход источника сигнала задани  6. На входы сумматора 5 включены выходы задатчика 16 производной ту и блока

определени  производной 19, который с блоком определени  модул  ту 17 и датчиком 12 упругого момента образует последовательное соединение.

Сумматоры 1-5 имеют единичный коэффициент передачи во всем диапазоне изменени  управл ющих воздействий.

Источник сигнала задани  6 формирует сигнал задани  на скорость требуемой формы , определ   темп разгона электродвигател , а также выдает сигнал г при поступлении команды на реверс.

Регул тор напр жени  7. например, пропорционально-интегральный, служит дл  регулировани  скорости электропривода.

Регул тор 8 служит дл  регулировани  тока (или электромагнитного момента) электродвигател  9 посто нного или переменного тока.

Датчики 10 и 11 образуют контуры обратных св зей, выходные сигналы их пропорциональны ,соответственно, напр жению и току двигател .

Датчик 12 упругого момента формирует на выходе сигнал, пропорциональный моменту (ту) в упругом элементе между двигателем и исполнительным механизмом,

Звень  регул тора 13 и задатчика 14 абсолютного значени  упругого момента реализуют требуемый закон регулировани 

соответствующей величины, Нелинейна  характеристика регул тора 13 приведена на фиг.2. Коэффициент передачи регул тора равен нулю, если ту находитс  в пределах ±туз(туз const). В остальном диапазоне

изменени  ту коэффициент передачи К имеет заранее установленное значение, которое определ етс  при конкретных значени х параметров экскаватора методами математического моделировани .

Звень  регул тора 15 и задатчика 16 производной упругого момента, а также задатчика 17 минимального значени  производной реализуют закон регулировани  производной упругого момента. Нелинейна  характеристика регул тора 15 приведена на фиг.З. Коэффициент передачи регул тора может принимать два значени : Ki -дл  пуско-тормозных режимов (пр ма  da) и К2 - дл  стопорных режимов (пр ма 

cb). При этом переключение Ki - К2 происходит при переходе рабочей точки через точку е в направлении от а к с. Обратное переключение (К2 - Ki) происходит в следующих случа х:

1. При поступлении на четвертый вход регул тора 15 сигнала команды на реверс от источника сигнала задани  6.

2. При выполнении неравенства Imyl1 гпу mm . При этом сигнал Irriyl1 посту- пает с выхода блока определени  производной ту на 19 на второй вход регул тора 15, а сигнал-my min1 с выхода задатчика 17 минимального значени  производной на третий вход регул тора. Величины Ki, «2, туз , туз, my min1 определ ютс  методом математического моделировани  или экспериментально . Блок 18 выдел ет модуль упругого момента lmyl.

Звено 19 служит дл  формировани  производной модул  упругого момента lmyl и обеспечивает высокую надежность работы в услови х помех, что достигаетс , в частности, использованием известного оптимального дифференцирующего фильтра Ланцоша.

Устройство работает следующим образом:

В пуско-тормозных режимах, в том числе в режиме копани , темп и направление изменени  скорости задаютс  источником сигнала задани  6. Задание на ток двигател  формируетс  как сумма выходных сигналов регул тора скорости и регул торов упругого момента. Регул тор производной упругого момента 15 работает на ветви еа характеристики (с коэффициентом Ki), поскольку значение lmyl не превышает сигнала туз на выходе задатчика 16. Регул тор абсолютного значени  упругого момента 13 в пуско-тормозных режимах имеет нулевой коэффициент усилени . Его коэффициент принимает значение равное К в режиме на- броса нагрузки близкой к туз. При этом процесс изменени  упругого момента имеет перерегулирование (30-40%) и гпу превышает груз. Следовательно, замыкаетс  отрицательна  обратна  св зь по абсолютному значению упругого момента и за счет этого происходит ограничение динамических уси- лий в механизме экскаватора.

В режиме стопорени  при превышении значением производной модул  упругого момента значени  туз рабочей становитс  пр ма  cb характеристики регул тора 14. Коэффициент измен етс  скачком (Ki- K2) при переходе рабочей точки из точки е в точку п. При этом регул тор напр жени  привода находитс  на ограничении. Обратна  св зь по абсолютному значению упругого момента вступает в действие при превышении ту величины туз и имеет в стопорном режиме вспомогательное значение.

При переходе от режима стопорени  к пуско-тормозному режиму измен етс  коэффициент усилени  регул тора производной гпу с Ка на Ki. Это происходит при переключении регул тора производной ту с пр мой cb на пр мую da при сбросе стопорной нагрузки, когда упругий момент резко падает и его производна  становитс  меньше отрицательной величины my min , определ емой задатчиком 13 минимального значени  производной ту, а также при поступлении команды на реверс скорости от источника сигнала задани  6.

Предлагаема  структура устройства позвол ет обеспечить как необходимое условие работоспособности экскаватора - ограничение абсолютного значени  упругого момента, так и требуемую динамику переходных процессов изменени  упругого момента и скоростей в технологических режимах за счет независимой настройки вы- ходных сигналов задатчиков 1.4 абсолютного значени  и 16 производной упругого момента. При этом изменение коэффициента передачи регул тора 13 абсолютного значени  упругого момента происходит в функции величины упругого момента, а регул тора 15 производной - в функции производной модул  упругого момента . Кроме того, при переходе от пуско- тормозных режимов к стопорным соответствующее переключение регул тора 15 производной происходит при превышении значени  производной упругого момента величины, задаваемой задатчиком 15 производной, обратное же переключение настройки произойдет только при уменьшении величины производной до минимальной (отрицательной) величины, определ емой задатчиком 17 минимального значени  производной. Таким образом, во врем  отработки стопорного воздействи  исключаютс  переключени  настройки регул тора , что позвол ет сформировать требуемую форму переходной кривой упругого момента и избежать колебательности, возникающие в известном устройстве из-за использовани  в регул торе однозначной характеристики зоны нечувствительности. Св зь между источником сигнала задани  6 и регул тором 15 производной упругого момента позвол ет сменить настройку регул тора , соответствующую режиму стопорени , на настройку, соответствующую пуско-тормозным режимам, сразу же после получени  команды на реверс вне зависимости от величины производной упругого момента в это врем  и от настроек задатчика 16 производной и задатчика 17 минимального значени  производной. Сохранение стопорной настройки замедлило бы процесс реверса и снизило производительность работы экскаватора.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  ограничени  динамиче- ских усилий механизмов экскаватора, включающее датчик напр жени , подключенный к одному входу первого сумматора, к другому входу которого подсоединен выход источника сигнала задани , выход первого сумматора подключен через регул тор напр жени  к первому входу второго сумматора, к второму входу которого подключен датчик тока, датчик упругого момента, отличающеес  тем, что, с целью снижени  динамических усилий и улучшени  степени демпфировани  упругих колебаний, оно снабжено задатчиком абсолютного значени  упругого момента, задатчиком производной упругого момента, задатчиком минимального значени  производной упругого момента, регул тором абсолютного значени  упругого момента и

   производной упругого момента, блоками определени  модул  упругого момента и производной модул  упругого момента, третьим, четвертым и п тым сумматорами, при этом выход задатчика абсолютного значени  упругого момента подключен к одному входу четвертого сумматора, выход которого через регул тор абсолютного значени  упругого момента соединен с первым входом третьего сумматора, выход которого подключен к третьему входу второго сумматора , выход задатчика производной упругого момента подключен через п тый сумматор к первому входу регул тора упругого момента, выход датчика упругого момента соединен с другим входом четвертого сумматора и через последовательно соединенные блок определени  модул  упругого момента и блок определени  производной модул  упругого момента подключен к другому входу п того сумматора и второму входу регул тора упругого момента , к третьему и четвертому входам которого подключены соответственно выходы задатчика минимального значени  упругого момента и источника сигнала задани , а выход регул тора упругого момента подключен к другому входу третьего сумматора.

   Фиг. J

   Фиг. 4.

   Фиг. 5.