RU2347038C2 - Method of controlling turning of mine excavator using electrical actuation and device to this end - Google Patents

Method of controlling turning of mine excavator using electrical actuation and device to this end Download PDF

Info

Publication number
RU2347038C2
RU2347038C2 RU2007110759/03A RU2007110759A RU2347038C2 RU 2347038 C2 RU2347038 C2 RU 2347038C2 RU 2007110759/03 A RU2007110759/03 A RU 2007110759/03A RU 2007110759 A RU2007110759 A RU 2007110759A RU 2347038 C2 RU2347038 C2 RU 2347038C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
current
drive
sensor
lift
mode
Prior art date
Application number
RU2007110759/03A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2007110759A (en
Inventor
Виктор Алексеевич Оленев (RU)
Виктор Алексеевич Оленев
Евгений Борисович Шарин (RU)
Евгений Борисович Шарин
Алексей Владимирович Ероховец (RU)
Алексей Владимирович Ероховец
Николай Александрович Копысов (RU)
Николай Александрович Копысов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "ОМЗ Горное оборудование и технологии (Группа Уралмаш-Ижора)" ООО "ОМЗ ГОиТ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "ОМЗ Горное оборудование и технологии (Группа Уралмаш-Ижора)" ООО "ОМЗ ГОиТ" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "ОМЗ Горное оборудование и технологии (Группа Уралмаш-Ижора)" ООО "ОМЗ ГОиТ"
Priority to RU2007110759/03A priority Critical patent/RU2347038C2/en
Publication of RU2007110759A publication Critical patent/RU2007110759A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2347038C2 publication Critical patent/RU2347038C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Operation Control Of Excavators (AREA)

Abstract

FIELD: mining.
SUBSTANCE: present invention pertains to equipment used in mining for excavation and earth movement, more specifically to control of mine excavators using electrical actuation. The method involves, in excavation mode, limiting of the current to the turning motor armature to a threshold value of the control signal, equal to 20-30% of the shutoff current value. The state of the excavation mode is established from readings of sensors for length of cables, stroke length of lift arms, and sensor for actuating lift and the current to the turning motor armature is automatically limited. Proposal is also given of a device for implementing this method.
EFFECT: reduction of dynamic lateral loads on the working equipment of the mining excavator, which lead to fatigue accumulation in stress concentration zones in metal and fatigue flaking.
2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к оборудованию, используемому в горной технике для экскавации и перемещения грунтов, конкретнее к управлению электроприводами карьерных экскаваторов.The invention relates to equipment used in mining for excavation and soil movement, and more particularly to the control of electric motors for mining excavators.

Динамические боковые нагрузки на конструкцию рабочего оборудования карьерных экскаваторов возникают по двум причинам: во-первых, при работе в скальных, плохо взорванных забоях в момент скольжения зубьев по наклонному скосу скалы (в половине случаев) и, во-вторых, при включении оператором привода поворота в режиме черпания горной массы. Это приводит к накоплению усталости в зонах концентрации напряжений в металле и появлению усталостных трещин.Dynamic lateral loads on the construction of working equipment for mining excavators arise for two reasons: firstly, when working in rocky, poorly blown faces at the moment of sliding of the teeth along the inclined slope of the rock (in half the cases) and, secondly, when the operator turns on the drive in the mode of scooping rock mass. This leads to the accumulation of fatigue in zones of stress concentration in the metal and the appearance of fatigue cracks.

В режиме черпания, когда ковш погружен в грунт, в нарушение инструкции по эксплуатации машинисты иногда включают привод поворота, тем самым, создавая значительные боковые нагрузки на металлоконструкции рабочего оборудованияIn scooping mode, when the bucket is immersed in soil, in violation of the operating instructions, the drivers sometimes turn on the turning drive, thereby creating significant lateral loads on the metal structures of the working equipment

Известна защита привода поворота (1) в транспортном режиме управляющими сигналами, которые формируют статические механические характеристики, обеспечивающие невозможность получения больших моментов на валах двигателей механизма при подаче задающих сигналов. Факт возможности формирования величины стопорных токов в зависимости от задающих сигналов авторами показан, но проблема защиты рабочего оборудования не решается.Known protection of the rotation drive (1) in the transport mode by control signals that form static mechanical characteristics that make it impossible to obtain large moments on the shafts of the engine motors when the driving signals are supplied. The fact of the possibility of forming the value of the stop currents depending on the driving signals is shown by the authors, but the problem of protecting the working equipment is not solved.

Другим аналогом может служить устройство (2), принцип действия которого основан на измерении текущего значения тока и напряжения якоря двигателя. Устройство содержит задатчик, последовательно соединенные регулятор напряжения, регулятор тока и датчики тока и напряжения. Устройство по этому изобретению предназначено для обеспечения плавного разгона и торможения платформы (выбора кинематических зазоров в механизме поворота) в транспортном режиме. При этом величина стопорного момента на валу двигателя пропорциональна величине задающего сигнала (положению рычага командоконтроллера привода), выбираемого машинистом.Another analogue may be device (2), the principle of which is based on measuring the current value of the current and voltage of the motor armature. The device comprises a master, voltage regulator connected in series, current regulator, and current and voltage sensors. The device according to this invention is intended to provide smooth acceleration and braking of the platform (selection of kinematic gaps in the rotation mechanism) in transport mode. At the same time, the value of the stopping torque on the motor shaft is proportional to the value of the driving signal (the position of the lever of the drive controller) selected by the driver.

Указанное устройство может быть использовано для удержания платформы от разворота в режиме копания и транспортном режиме при соответствующем изменении задающего сигнала машинистом.The specified device can be used to keep the platform from turning in the digging mode and transport mode with a corresponding change in the driving signal by the driver.

Недостаток такого технического решения в том, что в режиме копания длительность воздействия машинистом на привод поворота значительно превосходит время для выбора зазоров. Если же это время увеличить, то возрастет время транспортной операции, а следовательно, снизится производительность экскаватора.The disadvantage of this technical solution is that in the digging mode, the duration of the machinist’s exposure to the rotation drive significantly exceeds the time for choosing gaps. If this time is increased, then the time of the transport operation will increase, and therefore, the productivity of the excavator will decrease.

В качестве прототипа рассмотрим способ управления электроприводом поворота экскаватора и устройство для его осуществления (3), основанные на измерении текущего значения тока и напряжения якоря двигателя поворота. Заранее задается пороговое значение статической составляющей тока якоря двигателя, вычисляется производная по текущему значению напряжения якоря и сравнивают ее с текущим значением тока якоря. В случае, если результирующая величина сравниваемых значений тока якоря и производной по напряжению якоря выше пороговой, формируют управляющий сигнал, приводящий к снижению максимального стопорного тока привода поворота.As a prototype, we consider a method for controlling an electric drive of turning an excavator and a device for its implementation (3), based on measuring the current value of the current and voltage of the armature of the turning engine. The threshold value of the static component of the armature current of the motor is set in advance, the derivative of the current value of the armature voltage is calculated, and it is compared with the current value of the armature current. In the event that the resulting value of the compared values of the armature current and the derivative with respect to the armature voltage is higher than the threshold, a control signal is generated, leading to a decrease in the maximum stop current of the rotation drive.

Устройство для осуществления способа управления поворота содержит задатчик, последовательно соединенные регулятор напряжения и регулятор тока, подключенные к электроприводу экскаватора, а также датчики тока и напряжения, дополнительно снабженные суммирующим усилителем, дифференцирующим блоком, пороговым элементом и ключом. Один их выходов датчика тока подключен к суммирующему усилителю, выход датчика напряжения подключен через дифференцирующий блок к этому же суммирующему усилителю, выход суммирующего усилителя подключен через пороговый элемент и ключ к входу регулятора тока. Характер режима работы привода поворота может быть установлен исходя из определенной величины момента статического сопротивления повороту платформы. Если этот момент не превосходит 4-8% от максимального стопорного паспортного значения, значит режим транспортирования. Если статический момент сопротивления повороту платформы более 8% - режим копания.The device for implementing the rotation control method comprises a master, a voltage regulator and a current regulator connected in series to the excavator electric drive, as well as current and voltage sensors, additionally equipped with a summing amplifier, a differentiating unit, a threshold element and a key. One of the outputs of the current sensor is connected to a summing amplifier, the output of the voltage sensor is connected through a differentiating unit to the same summing amplifier, the output of the summing amplifier is connected through a threshold element and a key to the input of the current regulator. The nature of the operating mode of the rotation drive can be set based on a certain value of the moment of static resistance to rotation of the platform. If this moment does not exceed 4-8% of the maximum lock passport value, then the mode of transportation. If the static moment of resistance to rotation of the platform is more than 8% - digging mode.

Технической задачей предлагаемого способа и устройства для его осуществления, является снижение динамических боковых нагрузок на рабочее оборудование карьерного экскаватора, приводящих к накоплению усталости в зонах концентрации напряжений в металле и появлению усталостных трещин.The technical task of the proposed method and device for its implementation is to reduce the dynamic lateral loads on the working equipment of a career excavator, leading to the accumulation of fatigue in areas of stress concentration in the metal and the appearance of fatigue cracks.

Задача решается ограничением тока якоря двигателя поворота пороговым значением управляющего сигнала в режиме черпания. Величину тока якоря двигателя поворота в режиме черпания ограничивают значением, равным 20-30% стопорного значения тока. Режим черпания устанавливают по показаниям датчиков длины канатов, длины рукояти, датчика привода подъема, датчика привода напора и ограничивают величину тока якоря двигателя поворота автоматически.The problem is solved by limiting the current of the armature motor of the turning threshold value of the control signal in the scooping mode. The current value of the armature motor of the turning motor in the scooping mode is limited to a value equal to 20-30% of the current lock value. The scooping mode is set according to the readings of the rope length sensors, the length of the handle, the lift drive sensor, the pressure drive sensor and limit the value of the armature current of the turning motor automatically.

Устройство для осуществления способа управления приводом поворота, позволяющее ограничить боковые нагрузки на рабочее оборудование, содержит приводы поворота, подъема, напора и задатчик команды на поворот, подключенные к блоку управления. Устройство также содержит блок анализа сигналов, с которым соединены датчик длины канатов, датчик длины хода рукояти, датчик привода подъема, а блок анализа сигналов соединен с блоком управления.A device for implementing a method of controlling a rotation drive, which allows to limit lateral loads on the working equipment, comprises rotation, lifting, pressure and rotational drive drives connected to the control unit. The device also contains a signal analysis unit, to which a rope length sensor, a handle stroke length sensor, a lift drive sensor are connected, and a signal analysis unit is connected to a control unit.

Признаком режима черпания горной массы является совпадение следующих условий:A sign of the regime of scooping rock is the coincidence of the following conditions:

- рукоять ковша расположена в зоне, ограниченной вертикальным расположением рукояти и перпендикулярным положением к стреле;- the bucket handle is located in an area limited by the vertical location of the handle and perpendicular to the boom;

- движение должно быть в направлении выдвижения рукояти или на подъем ковша;- the movement should be in the direction of extension of the handle or on the rise of the bucket;

- величина тока привода подъема (Iп) должна соответствовать условию Iп≥0,6 Iстопорного.- lifting drive current value (I n) has to meet the condition I n ≥0,6 I stopper.

По показаниям датчиков длины канатов и длины хода рукояти определяется факт нахождения ковша в зоне черпания. Зона черпания для экскаваторов типа ЭКГ, фиг.1, между вертикальным (I) и горизонтальным (II) положением рукояти при определенном интервале выдвижения рукояти. От режима транспортировки режим черпания отличается, кроме положения ковша, наличием определенных усилий в приводе подъема и направлением его движения.According to the readings of the sensors of the length of the ropes and the length of the stroke of the handle, the fact of the bucket being in the digging zone is determined. The digging zone for excavators of the ECG type, Fig. 1, between the vertical (I) and horizontal (II) position of the handle at a certain interval of extension of the handle. From the transportation mode, the scooping mode differs, except for the position of the bucket, by the presence of certain forces in the lifting drive and the direction of its movement.

Блок анализа по сигналам датчика длины канатов и датчика длины хода рукояти определяет положение ковша в пространстве и направление его движения. Дополнительно этот блок анализа фиксирует значение тока привода подъема. Таким образом, определяется расположение ковша экскаватора в зоне черпания, т.е. якорный ток привода подъема превышает значение 60% от стопорного тока при соответствующих показаниях датчиков длины канатов и длины хода рукояти. Совпадение этих условий определяется как начало режима черпания.The analysis unit according to the signals of the rope length sensor and the handle stroke sensor determines the position of the bucket in space and the direction of its movement. Additionally, this analysis unit captures the value of the lift drive current. Thus, the location of the excavator bucket in the digging zone is determined, i.e. the anchor current of the lift drive exceeds 60% of the stop current with the corresponding readings of the rope length and handle stroke sensors. The coincidence of these conditions is defined as the beginning of the scooping mode.

При выполнении данных условий в течение времени T1 (T1 - выдержка времени достоверности признака режима черпания) автоматически происходит ограничение стопорного тока привода поворота до величины 20-30% от стопорного паспортного значения, которое обеспечивает ограничение крутящего момента двигателей поворота, не смотря на включение двигателя поворота оператором.When these conditions are met during the time T1 (T1 is the time delay of the reliability of the sign of the digging mode), the turn-off current of the turn drive is automatically limited to a value of 20-30% of the stop passport value, which provides a limitation of the torque of the turn engines, despite the turning motor turning the operator.

Отключение режима автоматического ограничения сигнала электропривода поворота происходит при выполнении любого из следующих условий:Deactivation of the automatic limitation of the electric drive signal of rotation occurs when any of the following conditions is met:

- рукоять ковша расположена в пространстве, выходящим за пределы зоны ограниченной вертикальным расположением рукояти и ее перпендикулярным расположением к стреле;- the bucket handle is located in a space that extends beyond the zone limited by the vertical location of the handle and its perpendicular arrangement to the boom;

- движение ковша в направлении втягивания рукояти в течение времени Т2 (примерно 1,5±2,0 с);- the movement of the bucket in the direction of retraction of the handle during the time T2 (approximately 1.5 ± 2.0 s);

- величина тока привода подъема при движении на подъем ковша соответствует условию Iп<0,6 Iстопорного в течение времени Т3 (примерно 1,5±2,0 с).- the magnitude of the current drive lift when moving to lift the bucket corresponds to the condition I p <0.6 I stop for a time T3 (approximately 1.5 ± 2.0 s).

На фиг.2 представлена блок-схема устройства, позволяющего осуществить способ управления приводом поворота экскаватора.Figure 2 presents a block diagram of a device that allows you to implement a method of controlling the drive rotation of the excavator.

Устройство содержит привод поворота 1, привод подъема 2, привод напора 3, задатчик команды на поворот 4, блок управления 5, блок анализа сигналов 6, датчик длины канатов 7 и датчик длины хода рукоятки 8.The device comprises a turn drive 1, a lift drive 2, a pressure drive 3, a turn command switch 4, a control unit 5, a signal analysis unit 6, a rope length sensor 7 and a handle length sensor 8.

Устройство работает следующим образом, фиг.2:The device operates as follows, figure 2:

- блок анализа сигналов 6, используя сигналы датчика длины канатов 7, датчика длины хода рукояти 8 и значение тока привода подъема 2, определяет положение ковша в пространстве и направление его движения, то есть режим работы экскаватора. Дополнительно блок анализа сигналов 6 непрерывно фиксирует значение тока привода подъема 2. Как только блок анализа сигналов 6 определяет, что ковш экскаватора находится в зоне черпания (положение в зоне I-II фиг.1), а якорный ток привода подъема 3 превышает значение 60% от стопорного, то совпадение этих условий означает начало режима черпания. Тогда с блока анализа сигналов 6 на блок управления 5 поступает сигнал задания на уменьшение стопорного тока привода поворота 1 и с помощью задатчика команды на поворот 4 автоматически ограничивается величина тока якоря двигателя привода поворота 1, значением 20-30% стопорного значения тока.- the signal analysis unit 6, using the signals of the rope length sensor 7, the handle 8 stroke length sensor and the lift drive current value 2, determines the position of the bucket in space and the direction of its movement, that is, the operation mode of the excavator. Additionally, the signal analysis unit 6 continuously records the value of the current of the lift drive 2. As soon as the signal analysis unit 6 determines that the excavator bucket is in the digging zone (position in zone I-II of FIG. 1), and the anchor current of the lift drive 3 exceeds 60% from locking, the coincidence of these conditions means the beginning of the scooping mode. Then, from the signal analysis unit 6, the control signal 5 receives a task signal to reduce the lock current of the turn drive 1 and, using the turn command knob 4, the armature current of the turn drive motor 1 is automatically limited to 20-30% of the lock current value.

В предлагаемых способе и устройстве:In the proposed method and device:

- определение режима черпания производится по наличию и направлению усилий в подъеме и напоре, что делает возможным обеспечить необходимую точность работы автозащит;- determination of the mode of scooping is made by the presence and direction of efforts in the rise and pressure, which makes it possible to provide the necessary accuracy of the auto-protection;

- заданное ограничение величины тока привода поворота происходит при совпадении стабильных условий, определяющих режим черпания и зону действия автозащиты.- a predetermined limitation of the value of the drive current of the rotation occurs when the stable conditions that determine the mode of digging and the range of protection are coincided.

Известные технические решения управление электроприводом поворота осуществляют на основе анализа одной величины - тока привода поворота и его сравнении с контрольной величиной. Измеряются ток и напряжение привода поворота и при этом не учитывается изменение момента инерции и нагрузки привода подъема при черпании. Таким образом, предлагаемый способ и устройство для его осуществления обладает «существенными отличиями» в сравнении с прототипом.Known technical solutions for controlling the electric drive of rotation are carried out on the basis of the analysis of one value - the current of the drive of rotation and its comparison with a control value. The current and voltage of the rotation drive are measured and the change in the moment of inertia and the load of the lift drive during scooping are not taken into account. Thus, the proposed method and device for its implementation has "significant differences" in comparison with the prototype.

Способ управления электроприводом поворота карьерного экскаватора и устройство для его осуществления, позволят автоматически ввести ограничение в действия оператора во время режима черпания с высокой степенью достоверности. Это приведет к повышению надежности рабочего оборудования карьерного экскаватора (ковш, рукоять, стрела) и увеличит его срок службы.The method for controlling the electric drive of turning a quarry excavator and the device for its implementation will automatically introduce a restriction in the operator’s actions during the mode of scooping with a high degree of reliability. This will increase the reliability of the working equipment of a career excavator (bucket, stick, boom) and increase its service life.

Источники информацииInformation sources

1. Садовников Е.М. Выбор рациональных форм статических и механических характеристик приводов поворота карьерных экскаваторов. Труды НИИтяжмаш, Свердловск, 1990, вып. Повышение ресурса и надежности узлов мощных экскаваторов. С.35-39.1. Sadovnikov EM The choice of rational forms of static and mechanical characteristics of turning drives for mining excavators. Proceedings of the NIItyazhmash, Sverdlovsk, 1990, no. Increasing the resource and reliability of nodes of powerful excavators. S.35-39.

2. SU, авторское свидетельство 1461839, E02F 9/20, 15.07.86.2. SU, copyright certificate 1461839, E02F 9/20, 07.15.86.

3. RU, патент 2107778, E02F 9/20, 1998.03.27.3. RU, patent 2107778, E02F 9/20, 1998.03.27.

Claims (2)

1. Способ управления электроприводом поворота карьерного экскаватора в режиме черпания путем ограничения тока якоря двигателя поворота пороговым значением управляющего сигнала, равным 20-30% стопорного значения тока, отличающийся тем, что состояние режима черпания устанавливают по показаниям датчиков длины канатов, длины хода рукояти, датчика привода подъема и ограничивают величину тока якоря двигателя поворота автоматически.1. A method of controlling an electric drive turning a quarry excavator in scooping mode by limiting the current of the armature motor of the turning motor to a threshold value of the control signal equal to 20-30% of the stopping current value, characterized in that the state of the scooping mode is set according to the readings of the rope length sensors, handle stroke length, sensor drive lift and limit the amount of current armature motor turning automatically. 2. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее приводы поворота, подъема, напора и задатчик команды на поворот, подключенные к блоку управления, отличающееся тем, что оно содержит блок анализа сигналов, с которым соединены датчик длины канатов, датчик длины хода рукояти, датчик якорного тока привода подъема, а блок анализа сигналов соединен с блоком управления. 2. The device for implementing the method according to claim 1, containing rotation, lift, pressure and a rotation command gear connected to a control unit, characterized in that it contains a signal analysis unit to which a rope length sensor, a handle length sensor are connected , the anchor current sensor of the lift drive, and the signal analysis unit is connected to the control unit.
RU2007110759/03A 2007-03-15 2007-03-15 Method of controlling turning of mine excavator using electrical actuation and device to this end RU2347038C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007110759/03A RU2347038C2 (en) 2007-03-15 2007-03-15 Method of controlling turning of mine excavator using electrical actuation and device to this end

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007110759/03A RU2347038C2 (en) 2007-03-15 2007-03-15 Method of controlling turning of mine excavator using electrical actuation and device to this end

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007110759A RU2007110759A (en) 2008-09-20
RU2347038C2 true RU2347038C2 (en) 2009-02-20

Family

ID=39867760

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007110759/03A RU2347038C2 (en) 2007-03-15 2007-03-15 Method of controlling turning of mine excavator using electrical actuation and device to this end

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2347038C2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2007110759A (en) 2008-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102353868B1 (en) shovel
EP2667059B1 (en) Wheel loader and method for controlling wheel loader
US8935061B2 (en) Controlling a digging operation of an industrial machine
CN105350590B (en) For limiting the system contacted between scraper bowl and excavator crane arm
US9506221B2 (en) System and method of vector drive control for a mining machine
JP3535300B2 (en) Hydraulic excavator control device
AU2016202732B2 (en) Controlling a digging operation of an industrial machine
EP3415693B1 (en) Work vehicle
EP2657492A2 (en) Low idle control system of construction equipment and automatic control method thereof
RU2347038C2 (en) Method of controlling turning of mine excavator using electrical actuation and device to this end
CN108699813A (en) Work machine
US9863118B2 (en) Control system for mining machine
RU2278219C1 (en) Device to control working equipment of drag-line excavator
RU67121U1 (en) CAREER EXCAVATOR ARROW ARRANGEMENT DEVICE
RU2326212C1 (en) Dragline bucket excavation movement control device
KR102516655B1 (en) Control system for construction machinery
RU2107778C1 (en) Method and device for control of electric drive of swinging mechanism in power shovel
RU2457295C1 (en) Device to control motion of dragline excavator bucket
RU2332542C1 (en) Device for control of dragline excavator implement
RU152922U1 (en) EXCAVATOR DRAGLINE TRACTION WINCH CONTROL DEVICE
CN104477804B (en) A kind of rotary drilling rig rocker operation switching control and method
CN112144591A (en) Digging machine
RU2543837C1 (en) Method of control of dragline excavator bucket movement and device for its implementation
US20170121931A1 (en) Control System for Mining Machine
RU2211292C2 (en) Single-bucket excavator digging mechanism control method

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20120718

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140316