Исследование и разработка системы стабилизации нагрузок электропривода резания проходческого комбайна

• Автор: Мещерина, Юлия Альбертовна
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Кемерово
• Количество страниц: 184 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ НАГРУЗОК ЭЛЕКТРОПРИВОДА РЕЗАНИЯ

ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ОРГАНА ПРОХОДЧЕСКОГО

КОМБАЙНА, СРЕДСТВ ИХ СТАБИЛИЗАЦИИИ И

ОГРАНИЧЕНИЯ
1.1 Причины отказов электропривода резания исполнительного органа проходческого комбайна и пути их устранения
1.2 Зависимость угловой скорости подачи исполнительного органа от угла его поворота и скорости линейного перемещения штока гидроцилиндра исполнительного привода

1.3 Зависимость усилия подачи исполнительного органа от угла

поворота стрелы и усилия на штоке гидроцилиндра

1.4 Защита электродвигателя привода резания исполнительного

органа от перегрузок и «опрокидывания»
1.5 Анализ существующих систем автоматического управления режимами работы электропривода резания исполнительного
органа проходческого комбайна
Выводы и постановка задач исследования
2 ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ОРГАНА ПРОХОДЧЕСКОГО КОМБАЙНА И АЛГОРИТМИЧЕСКАЯ КОМПЕНСАЦИЯ НЕЛИНЕЙНОЙ ЗАВИСИМОСТИ СКОРОСТИ И УСИЛИЯ ПОДАЧИ ОТ УГЛА ПОВОРОТА СТРЕЛЫ
2.1 Тангенциальные составляющие усилий подачи в точках соединения штоков гидроцилиндров с турелью в функции угла поворота исполнительного органа и усилий на штоках гидроцилиндров
2.2 Анализ распределения тангенциальных составляющих усилий в точках шарнирного соединения штоков гидроцилиндров с
турелью в функции угла поворота исполнительного органа
2.3 Зависимость скорости поворота турели от угла поворота а и положения плунжера золотникового распределителя ЭГУ
2.4 Анализ зависимости скорости поворота турели в функции угла поворота при неизменном положении золотникового
распределителя
2.5 Разработка алгоритма выравнивания тангенциальных составляющих скоростей поворота турели от усилий левого и
правого гидроцилиндров при изменении угла ее поворота
Выводы
3 МОДЕЛИ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ПРИВОДА ПОДАЧИ И ЭЛЕКТРОПРИВОДА РЕЗАНИЯ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ОРГАНА ПРОХОДЧЕСКОГО КОМБАЙНА
3.1 Особенности системы приводов исполнительного органа
3.2 Передаточные функции, структурные схемы и математическое

описание исполнительного привода подачи
3.3 Эквивалентная однофазная модель с вращающимся магнитным полем трехфазного асинхронного короткозамкнутого электродвигателя привода резания исполнительного органа
3.4 Соответствие электромеханической модели «Асинхронный электродвигатель - исполнительный орган» физической системе
Выводы
4 АНАЛИЗ И СИНТЕЗ МИКРОКОНТРОЛЛЕРНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ РЕЗАНИЯ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ОРГАНА ПРОХОДЧЕСКОГО КОМБАЙНА
4.1 Разработка метода синтеза регуляторов быстродействующих
систем с заданными переходными и установившимися процессами
4.2 Особенности синтеза регуляторов микроконтроллерной системы управления
4.3 Контур управления скоростью подачи исполнительного
органа
4.4 Синтез аналогового прототипа регулятора скорости подачи
4.5 Синтез регулятора контура управления током асинхронного электродвигателя привода резания исполнительного органа
4.6 Дискретизация аналоговых передаточных функций регуляторов с
преобразованием в алгоритм управления
4.7 Модельное исследование системы управления и ограничения выходного сигнала регулятора скорости подачи
4.8 Алгоритм управления с исключением накопления дискретного астатического регулятора в режиме ограничении его выходного
сигнала
4.9 Идентификация крепости горной породы и формирование заданий
регулятору тока
4.10 Микроконтроллерная система стабилизации нагрузок электропривода резания проходческого комбайна
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Приложение А
Приложение Б
Приложение В
Приложение Г
Приложение Д
Приложение Е

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Проходческие комбайны работают в сложных горно-геологических условиях с высокими динамическими нагрузками, превышающими величину, принимаемую в расчётах на прочность, что существенно снижает надежность машины. За базовый объект в работе принят проходческий комбайн 1ГГЖС со стреловидным исполнительным органом и радиальной резцовой коронкой. Комбайн оснащен нерегулируемым главным приводом — электроприводом резания на основе асинхронного короткозамкнутого электродвигателя с ручным управлением нагрузки за счет маломощного исполнительного привода - быстродействующего гидропривода, управляющего скоростью подачи исполнительного органа. Важным требованием к системе регулирования нагрузок проходческого комбайна является необходимость предотвращения длительных перегрузок и «опрокидывания» электродвигателя, которое происходит за время 0,3 - 0,4 с, в зависимости от скорости подачи и жёсткости препятствия при контакте исполнительного органа с твёрдым включением. В настоящее время на действующих и вновь разрабатываемых проходческих комбайнах отсутствуют средства регулирования и ограничения нагрузок электропривода резания, что является сдерживающим фактором повышения производительности, надёжности и долговечности этих машин.
Таким образом, задача исследования и разработки быстродействующей с формированием плавных переходных процессов системы стабилизации нагрузок электродвигателя привода резания исполнительного органа проходческого комбайна является весьма актуальной.
Цель работы. Совершенствование электропривода резания исполнительного органа проходческого комбайна для обеспечения стабилизации и ограничения его нагрузок.
Идея работы заключается в новом подходе к алгоритмическому и программному обеспечению дискретных регуляторов управления током электродвигателя привода резания и скорости подачи исполнительного привода в составе программно-аппаратной микроконтроллерной системы управления, что

Точками Ал и А„ на рисунке 2.1а и 2.16 обозначены места шарнирного крепления опор корпусов левого и правого гидроцилиндров поворота к платформе комбайна, а точками Вло и ВПо — места шарнирного соединения штоков гидроцилиндров с поворотной турелью. Они расположены на окружности радиуса Кт с центром в точке Ог. Исходное положение стрелы исполнительного органа показано на рисунке 2.1а штриховыми линиями, а сплошными линиями отображено положение стрелы, повернутое относительного исходного положения на произвольный угол а поворота стрелы, а < 0 соответствует повороту стрелы влево, а > 0 — повороту стрелы вправо от продольной оси комбайна, атах - максимальный угол горизонтального поворота стрелы.
Точки Вл и Вп, соответствуют положению точек Вло и Вцо после поворота турели на угол а. Штрихпунктирными линиями показаны крайнее левое (линия А„Ог) и крайнее правое (линия АЛВЖ) положения левого гидроцилиндра, а также крайнее правое положение правого гидроцилиндра А„Ог.
Поворот турели, а вместе с ней стрелы исполнительного органа, осуществляется с помощью двух гидроцилиндров исполнительного привода подачи. Схема соединения гидроцилиндров ГЦ и ЗР приведена на рисунке 2.16. Расположение гидроцилиндров на схемах 2.16 и 2.1а показывают линии сечений АА на обоих чертежах.
Исходному положению стрелы соответствует состояние гидроцилиндров и золотникового распределителя, показанное на рисунке 2.16: РГц - давление в напорной гидромагистрали исполнительного привода подачи; Ро= 0 - давление в сливной гидромагистрали исполнительного привода подачи.
Левый и правый гидроцилиндры соединены по перекрестной схеме. Поршневая полость левого гидроцилиндра непосредственно соединена со што-ковой полостью правого гидроцилиндра, а поршневая полость правого - со штоковой полостью левого (рисунок 2.16). Управление обоими гидроцилиндрами осуществляется общим ЭГУ с выходным четырехдроссельным реверсивным золотниковым распределителем ЗР.