Снижение динамических нагрузок в электроприводах карьерных экскаваторов

• Автор: Семыкина, Ирина Юрьевна
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Кемерово
• Количество страниц: 125 с. : ил.

1. АНАЛИЗ ПРИЧИН НЕИСПРАВНОСТЕЙ И СПОСОБОВ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ КАРЬЕРНОГО ЭКСКАВАТОРА
1.1. Причины неисправностей карьерных экскаваторов
1.2. Улучшение динамических свойств электроприводов карьерного экскаватора
1.3. Выводы и постановка задач
2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ НАПОРА И ПОДЪЕМА КАРЬЕРНОГО ЭКСКАВАТОРА
2.1. Математическая модель электрической подсистемы электроприводов напора и подъема карьерного экскаватора
2.2. Математическая модель механической подсистемы электроприводов напора и подъема карьерного экскаватора
2.4. Выводы
3. СИНТЕЗ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
3.1. Структура синтезируемой системы управления
3.2. Управление электромагнитным моментом асинхронного двигателя
3.2.1. Градиентное управление
3.2.2. Полеориентированное управление
3.2.3. Управление с использованием скользящего режима
3.2.4. Прямое управление моментом
3.3. Регуляторы упругих сил
3.4. Регулятор скорости
3.5. Идентификация состояния электроприводов напора и подъема
3.6. Выводы
4. ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗРАБОТАННОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ НАПОРА И ПОДЪЕМА
4.1. Исследование работы регуляторов электромагнитного момента
4.2. Исследование работы регуляторов упругих сил
4.3. Исследование работы регуляторов скорости
4.4. Оценка влияния разработанной системы управления на динамические нагрузки в механической подсистеме экскаватора
4.4. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ

Актуальность работы. Открытый способ добычи угля обладает более высокой по сравнению с подземным способом производительностью и более низкой себестоимостью. Доля добычи угля открытым способом в Кузбассе составляет около 53 %. Одним из наиболее значимых элементов в комплексе открытой добычи угля являются карьерные экскаваторы, в связи с чем, задача повышения эффективности их работы является актуальной.
Карьерные экскаваторы работают в условиях высоких динамических нагрузок, вызванных различными факторами, такими как резкопеременный характер нагрузки на режущей кромке ковша, действия машиниста, наличие в механической подсистеме упругих элементов и т.д. В процессе работы суммарное действие данных факторов вызывает механические напряжения в элементах механической подсистемы карьерного экскаватора, существенно превышающие их средние значения.
Эффективным способом снижения динамических нагрузок является использование возможностей систем управления электроприводов экскаватора, обеспечивающих требуемый уровень и характер изменения механических напряжений в элементах трансмиссии.
Электроприводы серийно выпускаемых в России карьерных экскаваторов построены на базе двигателей постоянного тока с системой подчиненного регулирования, где основными регулируемыми переменными являются угловая скорость двигателя и ток в цепи якоря. Такие системы управления в рабочем диапазоне нагрузок поддерживают угловую скорость вала двигателя на заданном уровне, а в случае перегрузок, ток цепи якоря ограничивается допустимым стопорным значением. Однако в этом случае ограничивается только величина электромагнитного момента двигателя, в то время как механические напряжения в элементах трансмиссии, в связи с наличием упругих звеньев, могут существенно превышать значения, соответствующие номинальному режиму работы.

Производительность экскаватора определяется длительностью операции копания, которая зависит от скорости движения ковша. Исходя из этого, при заданной производительности карьерного экскаватора, угловая и линейная скорости ковша должны быть равны заданным величинам. Однако необходимо учесть, что управляющим воздействием механической подсистемы каждого из электроприводов является только электромагнитный момент двигателя. В то же время, имея один канал управления, невозможно поддерживать на однозначно заданной траектории и упругие силы в приводах, и скорость движения ковша. Поскольку, с точки зрения экономической эффективности, производительность зависит от среднего значения скорости, то колебания скорости движения исполнительного органа вокруг заданной траектории практически не окажут на нее влияния. Следовательно, третье требование к электроприводам экскаватора заключается в том, что угловая и линейная скорости ковша должны находиться в пределах некоторого заданного диапазона в окрестностях желаемой траектории, внутри которого возможно их изменение в зависимости от нагрузки.
Исходя из предъявленных выше требований, система управления электроприводов напора и подъема должна обеспечивать качественное управление одновременно несколькими переменными. В то же время наиболее качественное управление сложными нелинейными системами осуществляется на базе их полной математической модели. Учитывая, что полная математическая модель электроприводов напора и подъема, включает в себя модели электрической и механической подсистем, и имеет высокую размерность, процедура синтеза такой системы управления будет достаточно сложна. Если в результате синтеза и будет получена система управления, она будет иметь громоздкое математическое описание. Для упрощения процедуры синтеза такими объектами, необходимо их разделение на части, управляя которыми в комплексе так же обеспечивается высокое качество регулирования, но для каждой из которых значительно проще синтезировать закон управления. С этой позиции, полное математиче-