Устройство для управления механизмами подъема и тяги драглайна

О П И С А Н И Е 84893ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(53) УДК 622.271. .4(088,8) Опубликовано 23.10,81. Бюллетень39Дата опубликования описания 28.10.81 по деиам нэооретеннй н открытийосковский инженерно-строительный инст инистерства высшего и среднего специал) Заявител ЛЯ УПРАВЛЕНИЯ МЕХАНИЗМАМИ ПОДЪЕМ(54) УСТРОЙСТВО Изобретение относится к одноковшовым экскаваторам, а именно к устройствам для управления механизмами подъема и тяги лраглайна в процессе транспортировки ковша с защитой от растяжки.Известны устройства для управления механизмами подъема и тяги драглайна с зашитой от растяжки ковша, осуществляющие управление в функции сумМы длин подъемного и тягового канатов 111.Однако для, известных устройств характерны недостаточная надежность и конструктивная сложность, вызываемые необходимостью установки механических датчиков дЛин канатов на лебедках.Известно также устройство для управления механизмами подъема н тяги драглайна, содержащее два суммирующих уси- те лителя, выход первого из которых подключен к управляющему входу привода механизма тяги, подключенные ко входу первого сумми. рующего усилителя два датчика моментов нагрузки и подключенные ко входам пер-: вого и второго суммирующих усилителей два 20 датчика скоростей механизмов подъема и тяги, блок деления, блок дифференцирова- ния, нелинейный блок и блок сравнения,причем ко входу первого суммирующего усилителя подключен выход блока сравнения, два входа которого соединены с выходами датчика момента нагрузки механизма польема и нелинейного блока, подключенного к выходу блок деления, входы делимого и делителя которого соединены соответственно с выходами блока дифференцирования, подключенного к выходу датчика момента нагрузки механизма подъема и с выходами второго суммирующего усилителя 12,Недостатками известного устройства являются сложность и недостаточная надежность управления, обусловленная прежде всего сложностью и недостаточной надежностью определения производной момента нагрузки механизма подъема по сумме ллин канатов, различными значениями указанной производной в разных точках границы рабочей зоны, а также возможностью появления ложных сигналов управления в про цессе копания, когда большие значения моментанагрузки механизма тяги н существенные значения производной момента нагрузки подъема по сумме длин канатов могут привести к превышению уставкн защиты, Это снижает надежность управления к производительность драглайна в целом.Цель изобретения - упрощение и по.еышение надежности управления.Эта цель достигается тем, что устройство снабжено двумя управляемыми диодными блоками ограничения, разомкнутым операционным усилителем с двумя входами и включенным в цепь его обратной связи стабили.троном, источником постоянного напряжения и инерционным звеном, причем первый и второй диодные блоки ограничения включены в цепь обратных связей соответственно первого и второго суммирующих усили,телей, а их управляющие входы соединены с выходом разомкнутого усилителя, два входа которого подключены к выходам датчиков моментов нагрузки механизмов подъема и тяги, входы второго суммирующего усилителя соединены с выходами датчика мо.мента нагрузки механизма подьема и источника постоянного напряжения, выход второго суммирующего усилителя подключен к управляющему входу механизма тяги н через инерционное звено - к управляющему . входу механизма подъема, к которому подключен также выход первого суммирующего усилителя.На фиг. 1 при ведены обеспечиваемыепредлагаемым устройством границы приближения ковша к стреле н траектории ковша в процессе управления с защитой от растяжки ковша; на фиг. 2 - схема устройства.В процессе транспортировки ковша 1(фиг. 1) при любом его положении момент Мнагрузки механизма 2 подъема больше момента Мт нагрузки механизма 3 тяги.С приближением ковша к оси стрелы 4 относительная разность между ними уменьшается, а ка кривой 5 произведение момента М нагрузки механизма тяги на постоянный коэффициент Й (здесь Ь = 1,22) равно моменту Мп нагрузки механизма подъема, т. е. ЕМ = М.При этом указанное равенство сохраняется на кривой 5 кезависимо от загрузки ковша. Поэтому если сравнивать произведение момента нагрузки механизма тяги на постоянный коэффициент с моментом нагрузки механизма . подъема и при достижении положительного значения результата этого сравнения подавать на механизм подъема к тяги сигнал, препятствующий приближению ковша к стреле, будет предотвращено одно из последствий растяжки ковша - удар ковша по стреле.В случае неправильных действий машиниста, если ковш приближается к стреле, например, по траектории 6, указанный сигнал защиты прекращает приближение ковша к стреле с упреждением, пропорциональным алгебраической сумме скоростей механизмов подъема и тяги и, в зависимости от величины начальных скоростей этих механизмов, либо остакавливает ковш на граничной кривой 5 по траектории 7, либо переводитего ка траектории вдоль граничной кривой 5 к вершине стрелы 8 илк к основанию стрелы 9, в зависимости от того, осуществлялся ли при этом подъем ковца или его опускание.Ограничение приближения ковша к стреле границей 5 обеспечивается независимо от загрузки ковша, однако поскольку моменты нагрузки механизмов подъема Ми тяги М, пропорциональны загрузке ковша, с уменьшением загрузки ковша различие между величинами 1 М, и Муменьшается и достигает значений, при которых благодаря регулированию в функции алгебраической суммы скоростей механизмов появляется сигнал зашиты на большем расстоя.нии от оси стрелы. Поскольку опасность удара ковша по стреле возрастает именно при умекьшеник загрузки ковша, обеспечиваемое предлагаемым способом увеличение упреждения срабатывания защиты с умень.шеиием загрузки ковша увеличивает надежность защиты:Управление механизмами подъема и тяги в функции резальтата сравнения произведекия момента нагрузки механизма тяги 25 на постоянный коэффициент с моментомнагрузки механизма подъема обеспечивает защиту от одного из последствий режима растяжки - удара ковша по стреле, однако прк этом не обеспечивается зашита от другого последствия режима растяжки - от превышения момента нагрузки механизма подъема,а вместе с тем н нагрузок в рабочем оборудовании, над допустимой .величиной, которое возникает при полностью загруженном ковше после пересечения им граничной кривой 10, т. е, раньше, чем ковш достигает границу 5. Это может привести к разрушению рабочего оборудования и при исключении удара ковша по стреле.Поэтому сравнивают момент нагрузки 40механизма подъема с его допустимым значением и при достижении положительного значения результата этого сравнения (например, при приближении груженого ковша к стреле по тракторни 11) подают на механизмы подъема и тяги сигналы, препятству 45 ющие приближению ковша к стреле, а вместе с тем ограничивающие нагрузки допустимыми значениями. Однако с уменьшением.загрузки ковша граничная кривая, соответствующая допустимой величине момента нагрузки, приближается к оси стрелы и при 5 о порожнем ковше занимает положение 2,п ри котором возрастает опасность удара ковша по стреле, В этом случае осуществляется описанное выше воздействие на ме,- ханизмы подъема и тяги в функции результата сравнения велицни КМт к М, вследствие чего приближение ковша к стреле ограничивается границей 5. Только совместное одновременное управление механизмами подъема и тяги в функции результатовсравнения произведения момента нагрузки механизма тяги на постоянный коэффициент с моментом нагрузки механизма подьема, а также момента нагрузки механизма подьема с его допустимым значением обеспечнвает защиту от растяжки ковша, полностью исключая возможность разрушення рабочего оборудования как вследствие удара ковша по стреле, так н вследствие возннкновення недопустимых нагрузок, в то время как отдельное управление в функции каждой нз этих величин не обеспечивает защиты от аварий.Устройство содержит два суммнрующнх усилителя 13 н 14 (фиг. 2), выход первого нз которых подключен к управляющему вхо. ду механизма тяги, подключенные ко входу первого суммирующего усилителя 13 два датчика 15 н 16 моментов нагрузки н подключенные ко входам первого 13 н второго 14 суммирующих усилителей два датчика 17 и 18 скоростей механизмов подъема н тяги, а также снабжено двумя управляемыми диоднымн блоками 19 н 20 ограннчения, разомкнутым операционным усилителем 21 с двумя входами н включенным в цепь его обратной связи стабнлнтроном 22, источником 23 постоянного напряжения н инерционным звеном 24, причем первый 9 н второй 20 днодные блоки ограничения включены в цепи обратных связей соответственно первого 13 н второго 14 суммирующих усилителей, а их управляющие входы соединены с выходами разомкнутого операционного усилителя 21, два входа которого подключены к выходам датчиков 15 н 16 моментов на грузок меха низ мов подъема н тяги, входы второго суммирующего уснлнтеля 14 соединены с выходамн датчика 15 момента нагрузки механизма подъема н источника 23 постоянного напряжения, выход второго суммирующего усилителя4 подключен к управляющему входу механизма 25 тяги н через инерционное звено 24- к управляющему входу механизма 26 подьема, к которому подключен также выход первого суммирующего усилителя 13.Каждый нз двух управляемых диодных блоков 19 н 20 ограничения содержит пер. вый диод 27 (нли 28), включенный непо- средственно между выходом н входом суммирующего усилителя 13 (нлн 14) и второй диод 29 (нлн ЗО), включенный в цепь обратной связи суммирующего уснлнтеля 13 (нлн 14) через потенцнометр 31 (нлн 32), который подключен к управляющему входу соответствующего управляемого диод- ного блока 19 ограниченн) (илн 20), соеднненного с выходом разомкнутого операционного усилителя 21.Инерционное звено 24 может быть выполнено в виде КС-цепочкн, состоящей нз резистора 33 н конденсатора 34. Устройство работает следующим образом, Выходные сигналы датчика 5 моментанагрузки механизма подъема н датчика 6 момента нагрузки механизма тяги подают с противоположными знаками на входы первого суммнрующего усилителя 13, где происходит, сравнение величин ЬМ, и М (умноженне величины Мт на постоянный коэффициент Й обеспечивается выбором соот.ветствующего значения входного резистора 1 ф первого суммирующего усилителя 13). При4 Мт С М, КОГда КОВШ НаХОдвтея ННжЕ Граничной кривой 5 и отсутствует опасность удара ковша по стреле, диод 27 первого управляемого днодного блока 19 ограничения открыт и обеспечивает нулевое значение выходного напряжения первого суммирующего усилителя 13, что нсключает влияние защиты на нормальные режнмы управления в процессе транспортировки ковпака в рабочей зоне, обеспечивая высокую манев ренность н производительность драглайна.При 1 сМ,.) М, когда ковш приближается к граничной кривой 5, диод 27 заперт, а с выхода первого суммирующего усилителя 13 на управляющне входы мехйннзмов 25 тягн н 26 подъема поступает сигнал, препятиствующии приближению ковша к стреле, Поступающие на входы первого суммирующего усилителя 13 выходные сигналы датчнков 7 н 18 скоростей механизмов подъема и тяги обеспечивают упреждение подачи З 4 сигнала защиты на управляющие входы механизмов подъема н тяги пропорционально алгебраической сумме скоростей этих механнзмов, исключая перерегулнрования н колебания в процессе защиты.Сигнал защиты осуществляет одннакоевое изменение скоростен механизмов подьема н тяги до нх выравнивания с противоположнымн знаками, вследствие чего ковш либо останавливается на границе 5 (траектория 7) при одинаковых начальных ско.4 в ростях механизмов в сторону уменьшениядлин канатов (заведомо неверные действия машиниста), либо продолжает режим подьема по траектории 8 вдоль границы 5 (скорость механизма тяги в сторону увеличения длины каната выбрана машинистом меньше.45 скорости привода подъема), либо продолжает режим опускания по траектории 9 вдоль границы 5 (скорость механизма подьема прн опускании ковша выбрана машинистом меньше скорости механизма тяги).Выходной сигнал датчика 15 момента М нагрузки механизма подъема н выходной снг нал источника 23 постоянного напряжения, пропорциональный допустимому значению Мддоп момента нагрузки механизма подь.ема, подают с противоположными знаками 55 на входы второго суммирующего усилите.ля 14, где осуществляется нх сравнение.Прн Мн ( Мд, когда ковш нахо.днтся в рабочей зоне н отсутствует опас.ность превышения нагрузкой допустимого.значения, диод 28 второго управляемого диодного блока 20 ограничения открыт а выходной сигнал второго суммирующего усилителя 14 отсутствует, При приближении груженого ковша к граничной кривой О результат сравнения величий Ми М, становится положительным, диод 28 заперт, а выходной сигнал второго суммирующего усилителя 14 поступает на управляющий вход механизма 25 тяги и через инерционное звено 24 - иа управляющий вход механизма 26 подъема, прекращая нриближение ковша к стреле. Поступающие на входы второго суммирующего усилителя 14 выходные сигналы датчиков 17 и 18 скоростей механизмов подъема и тяги обеспечивает упреждение появления сигнала защиты пропорционально алгебраической сум. ме скоростей механизмов подъема и тяги, исключая перерегулироваиии и колебания в процессе защнтй.Благодаря введению инерционного звена 24 между выходом второго суммирующего усилителя 14 и управляющим входом механизма 26 подъема более интенсивное воздействие сигнала защиты обеспечивается на управляющий вход механизма 25 тяги, что при неточных действиях машиниста переводит груженый ковш на траекторию 11 вдоль границы 1 О для продолжения подьема ковша, Только в случае, если за время действия защиты машинист не внесет коррективы в свои неточные действия, будет осуществлено также воздействие на механизм подъема, обеспечивая надежную защиту от превышения нагрузкой допустимой величины. Такое построение. устройства, обеспечивая высокую надежность защиты, способствует сохранению высокой производительности драглайна.При транспортировке груженого ковша защита от растяжки обеспечивается вторым суммирующим усилителем. 14, ограничиваюоего приближение ковша к стреле граничной кривой 10, а первый операционный усилитель 13 выполняет при этом роль вспомогательной защиты, которая сработает в. случае отказа защиты, обеспечиваемой вторым суммирующим усилителем 14, что повышает надежность защиты.С понижением загрузки ковша умень,шается момент нагрузки механизма подьема, а потому граничная кривая, ограничивающая с помощью второго суммирующего усилителя 14 приближение ковша к стреле в функции момента нагрузки механизма под. ема, перемещается от кривой 10 до кривой 12, в то время как граничная кривая 5, ограничивающая с помощью первого суммирующего усилителя 13 приближение ковша к стреле на основе сравнения величин ЬМ и М, не меняет свое положение изменением загрузки ковша. При порожнем ковше ограничение приближения ковша к стреле обеспечивается с помощью первого суммирующего усилителя 3 граничной кривой 5 (причем с повышенным упреждением пропорционально алгебраической сумме скоростей механизмов подъема и тяги благодаря уменьшению значений нагрузок этих механизмов), что обеспечивает защи-,у как от удара ковша по стреле, так и отпревышения нагрузкой 10 допустимой величины, которая при этомдостигается лишь на кривой 2, расположенной ближе к стреле. В процессе транспортировки ковша мо 1 б мент нагрузки механизма подъема большемомента нагрузки механизма тяги, поэтомуразность пропорциональных этим моментамсигналовпоступающих с выхода датчиков15 и 16 иа входы разомкнутого операционного усилителя 21, обеспечивает на его вы 2 О ходе конечное значение напряжения, ограничиваемого стабилитроном 22, котороепоступает на управляющие входы первого19 и второго 20 управляемых диодных ограничителей и запирает диоды 29 и 30. Приэтом обеспечивается возможность появления на выходах первого 13 и второго 4суммирующих усилителей сигналов защитыв описанных выше режимах приближенияковша к стреле, а величина этих сигналовограничивается с помощью потенциомет 36 ров 31 и 32 значениями, допустимыми длямеханизмов 25 тяги и 26 подъема,В режиме копания, когда отсутствуетопасность возникновения режима растяжки,момент нагрузки механизма подъема меньше момента нагрузки механизма тяги, стаЗ билитрон 22 работает в режиме диода изакорачивает цень обратной связи разомкнутого операционного усилителя 21, выходное напряжение которого при этом равнонулю. Поскольку при этом равно нулю на 4 О пряжение на управляющих входах управляемых диодных блоков 19 и 20 ограничения, исключается возможность появлениясигналов на выходах первого 13 и второго14 суммирующих усилителей при любыхсигналах на их входах, что исключает воз 45 можность ложного срабатывания защитыи этим повышает надежность управления.Таким образом, изобретение позволяетупростить и повысить надежность управления за счет выполнения более простых операций (например, сравнение сигналов вместо операции определения производной момента нагрузки механизма подъема по сумме длин канатов), с большей точностью инадежностью характеризующих контроли.руемые в процессе управления параметры,у а потому повышающих надежность управления, а также за счет осуществления защиты воздействием на механизмы тяги иподъема и исключения ложных срабатываний защиты в режимах, в которых отсут874893 0 Формула изобретения Составитель ий Техред Л. Бой Тираж б 9 б. ПИ Государственного делам изобретений Москва, Ж - 35, Рау П сПатеитэ, г. УжгоЕ ка Редак Заказ орректор М. КостаодиисиоеСССР И. Юрковецб/50ВНИ комитета и открыт шская на род, ул. 11 ЗОЭЗ,филиал Пд. 4/5роектная ствует опасность возникновения аварий, Прн этом упро 1 цается работа машнниста, уменьшается его утомляемость, что также повышает надежность управления н способствует повцшенню производительности драглайна,Устройство для управления механизмами подъема н тяги драглайна с защитой от растяжки ковша, содержащее два суммирующих усилителя, выход первого нз ко орых подключен к управляющему входу привода механизма тяги, два датчика моментов нагрузки, подключенные ко входу первого суммирую 1 цеГо усилителя, и подключенные ко входам первого и второго суммирующих усилителей датчики скоростей механизмов подъема тяги, отличаюи 4 ееся тем, что, с целью упрощения н повышения надежности, оно снабжено двумя управляемыми дноднцмн блоками ограничения, разомкнутым операционным усилителем с двумя входами н включенным в цепь его обратной связи стабнлнтроном, источником постоянного напряжения н ннерционнцм звеном, причем первый н второй управляемые днодные блоки ограничения включены в цепи обратных связей соответственно первого н второго суммирующих уснлителей, а нх управляющие входы соединены с выходом -разомкнутого операционного уснлнтеля, два входа которого подключены к выходам датчиков моментов нагрузки ме О ханнзмов подъема н тяги, входы вторбгосуммнруюшего усилителя соединены с выходами датчика момента нагрузки механизма подъема н источника постоянного напряжения, выход второго суммирующего усилителя подключен к управляющему входу механизма тяги н через инерционное звено - к управляющему входу механизма подъема, к которому подключен также выход первого суммирующего усилителя.Источники информации,2 в принятые во внимание при экспертизе. Авторское свидетельство СССРпо заявке2593712/03.2. Авторское свидетельство СССР20228, кл. Н 02 Р 5/00, 1966 (прототип).