Устройство для защиты стрелы экскаватора

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН Е 02 Р 9/20 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТ МИТЕТ СССР Й И ОТНРЫТ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ МУ СВИДЕТЕПЬСТ ВТ 03859 8.03, 5;08. осков ститу .Я.Тк 21,87(56) Авторское свидетельство СССРФ 641038, кл. Е 02 Р 3/48,Е 02 Р 9/20, 1974,Авторское свидетельство СССРУ 1364669, кл. Е 02 Е 9/20, 1985.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЦИТЫ СТРЕЛЫЭКСКАВАТОРА(57) Изобретение относится к областиуправления и защиты одноковшовых экскаваторов. Цель - повышение надежности работы устр-ва путем упрощениясхемы и наладки. Для этого оно снабжено блоком перемножения (БП) 21, вторым операционным усилителем (ОУ) 23, сумматором (С) 24 и узлом 26 определения синуса и косинуса угла поворота рукояти 2, Косинусный выход узла 26 подключен к первым входам С 24 и БП 21, а синусный - к входу ОУ 23. К второму входу БП 21 подключен выход датчика 15 вылета рукояти 2. Выход БП 21 соединен с вторым входом С 24, К третьему и четвертому входам С 24 подключены однополярные выходы ОУ 23 Пятый вход С 24 соединен с. источником 20 питания постоянного напряжения. Выходной сигнал С 24, пропорциональный расстоянию от стрелы 1 до ближайших к стреле точек рукояти 2, аФ поступает на первый вход первого ОУ 22. На его второй вход поступает сигнал, пропорциональный скорости приближения к стреле, с выхода блока 25 дифференцирования, связанного с выхо1416624 дом С 24, а на третий - сигнал, пропорциональный скорости электропривода механизма напора, с выхода датчика16 скорости. С однополярного выходаОУ 22 на второй управляющий вход системы 13 управления электроприводом Изобретение относится к управлению и защите одноковшовых экскаваторов и предназначено для зашиты стрел экскаватора с рабочим оборудованием меха 5 нической лопаты от ударов рукоятью.Целью изобретения является повышение надежности работы устройства путем упрощения схемы и наладки.На чертеже приведена схема устрой О ства. На чертеже указаны стрела 1 экскаватора, рукоять 2 с ковшом 3, седловой подшипник 4, Барабан 5 механизма 15 подъема приводится в движение приводом подъема, включающим в себя двигатель подъема 6 с питающим его управляемым преобразователем 7 (генератором или тиристорным преобразова телем), системой управления 8 и источником управляющего сигнала (командоаппаратом) привода подъема 9. Механизм 1 О напора приводится в движение приводом напора, включающий в себя 25 двигатель 11, управляемый преобразователь 12, систему управления 13 и источник управляющего сигнала (командоаппарат) 14.Устройство для защиты стрелы со О держит датчик 15 вылета рукояти, который может быть выполнен в виде сельсина с подключенным к его однофазной обмотке источником переменнонапряжени и с подключенным к выводам его трехфазной обмотки выпрямителем, либо в виде фазовращателя с включенным на его выходе преобразователем сдвига фаз в постоянное напряжение, датчик 16 скорости электро- привода механизма напора, сельсин 17 с подключенным к его однофазной обмотке источником 18 переменного напряжения, выпрямитель 19, источник 20 постоянного напряжения, блок 21 пере множения, первый и второй операционнапора поступает сигнал для упреждения срабатывания устр"ва защиты. Этоисключает заход ближайших к стрелеточек рукояти 2 эа границу допустимо"го приближения к стреле. 1 э,п,ф-лы,1 ил. ные усилители 22 и 23 с двумя однополярными выходами, сумматор 24 (может быть выполнен на базе операционного усилителя), блок 25 дифференци"рования и узел 26 определения синусаи косинуса угла. поворота рукояти 2экскаватора, включающий в себя указанный сельсин 17 с подключенным кего однофазной обмотке источником 18переменного напряжения, выпрямитель19, а также дополнительно введенныефазочувствительный выпрямитель 27 идва резистора 28 и 29, причем два резистора 28 и 29 включены последовательно между выводами двух фаэ трех"фазной обмотки сельсина, средняя точка между этими резисторами соединенас общей точкой выпрямителя 19 и фазочувствительного выпрямителя 27, акрайний вывод одного из этих резисторов 28 подключен ко входу фазочувствительного выпрямителя 27, выход которого соединен с синусным выходомуказанного узла 26, вывод третьейфазы сельсина 17 подключен ко входувыпрямителя 19, выход которого соединен с косинусным выходом этого узла26, а ось сельсина 17 соединена с поворачивающимся вместе с рукоятью 2седловым подшипником 4 экскаватора,косинусный выход узла 26 определениясинуса и косинуса угла поворота рукояти экскаватора подключен к первому входу сумматора 24 и к первомувходу блока 21 перемножения, второйвход которого подключен к выходу датчика 15 вылета рукояти, а выход блока 21 перемножения подключен ко второму входу сумматора 24, синусный выход укаэанного узла 26 подключен ковходу второго операционного усилителя 23, первый и второй однополярныевыходы которого подключены соответственно к третьему и четвертому входамсумматора 24, пятый вход которого со,1416 единен с источником 20 постоянного напряжения, а выход сумматора 24 подключен непосредственно и через блок 25 дифференцирования к первому и второму входам первого операционного5 усилителя 22 с двумя однополярными выходами, третий вход которого соединен с выходом датчика 16 скорости электропривода напора, а его первый однополярный выход подключен к второ- му управляющему входу системы управления 13 электропривода напорного механизма экскаватора.В качестве датчика 15 вылета руко яти может использоваться также кодовый датчик угла поворота с включенным на его выходе цифроаналоговым преобразователем.В качестве узла 26 определения си нуса и косинуса угла поворота рукояти экскаватора может использоваться также любой датчик угла (потенциометрический, индукционный, кодовый) с включенными на его выходе двумя функ циональными преобразователями (синусным и косинусным), но предложенное решение проще и надежнее. Для выполнения такого узла может также использоваться синусно-косинусный вращаю щийся трансформатор с выпрямителем и фазочувствительным выпрямителем, однако предложенное выполнение узла с сельсином (бесконтактным) является более надежным для сложных условий работы на экскаваторе в условиях вибраций, запыленности и воздействия атмосферных условий при установке сельсина непосредственно на рабочем оборудовании.Устройство работает следующим образом,При повороте ротора сельсина 17 (вместе с седловым подшипником 4 и рукоятью 2 экскаватора) между выводом .третьей фазы трехфазной обмотки этогосельсина и средней точкой между резисторами 28 н 29 формируется пере-. менное напряжение, пропорциональное косинусу угла поворота рукояти (у50 (начальная ось отсчета этого угла проходит перпендикулярно оси стрелы 1 через ось вращения седлового подшипника 4): Это напряжение в реальных предеилах изменения угла - - сцс - ( не ме 2 2 (выпрямителя 27 достаточно велики, а няет своей фазы, поэтому после его выпрямления с помощью выпрямителя 19 на косинусном выходе узла 26 формируется напряжение одного знака, пропорциональное косинусу угла поворота рукояти.Одновременно с резистора 28 снимается переменное напряжение, пропорциональное синусу указанного угла:.Б11= - Езпу.5 о 2 иЭто напряжение меняет свою фазу на противоположную при изменении знака угла, поэтому после его выпрямления с помощью фазочувствительного выпрямителя 27 на синусном выходе узла 26 формируется постоянное напряжение,величина и знак которого соответствуют синусу угла поворота рукояти. Указанные зависимости получены приусловии, что входные сопротивлениявыпрямителя 19 и фазочувствительного сопротивления резисторов 28 н 29 одинаковы и существенно превышают сопротивленне фаз трехфазной обмоткисельсина 17.С косинусного выхода узла 26 напервый вход сумматора 24 поступаетсигнал, пропорциональный величине(1 сг 1 но )" созч, где 1, - расстояниемежду осью седлового подшипника 4 и границей допустимого приближения рукояти 2 к стреле 1, 1 О- начальный уровень отсчета датчика 15 перемещения электропривода механизма напора ,(требуемые коэффициенты при перемен" ных величинах на всех входах сумматора 24 обеспечиваются выбором масштабов соответствующих сигналов).С помощью блока перемножения 21 перемножаются сигналы, пропорциональные перемещению электропривода меха. низма напора 1 ц (с выхода датчика 15) и косинусу угла поворота рукояти (с косинусного выхода узла 26), в результате на второй вход сумматора 24 поступает сигнал, пропорциональ55 где Е - максимальное значение фаз" ной ЭДС трехфазной обмотки сельсина,Сигнал на. синусном выходе узла 26 определения синуса и косинуса угла поворота рукояти поступает на вход второго операционного усилителя 23 с1416624 двумя однополярными выходами и при одном знаке входного сигнала формирует на одном из однополярных выходов операционного усилителя 23 напряже 5 ние, пропорциональное величине -Ь х х вп ц (на другом выходе этого усилителя напряжение при этом равно нулю),а при другом знаке входного сигнала на втором однополярном выходе этого уси-;1 О лителя появляется сигнал,пропорциональ. ный величине +Ь э в 1.п 9 (на первом однополярном выходе этого усилителя напряжение при этом равно нулю), где Ь и Ь - расстояния от оси седлового подшипника 4 до линий, проходящих вдоль оси рукояти,2 через соответственно верхнюю и нижнюю точки конструкции рукояти 2 и ковша 3, которые при неточном управлении могут ударить 2 О по верхней и нижней частям стрелы 1, Использование второго операционного усилителя 23 с двумя однополярными выходами позволяет достаточно просто и практически без ненужной зоны не- .25 чувствительности (при переходе через нуль входного сигнала) обеспечить изменение коэффициентов при синусном сигнале при изменении направления по" ворота рукояти 2, необходимость кото". 30 рого определяется тем, что в верхней и нижней частях стрелы координаты ближайших к ней точек рабочего оборудования различны, укаэанные сигналы с однополярных выходов операционного усилителя 23 поступают соответственно на третий и четвертый входы сумматора 24, на пятый вход которого с выхода источника 20 постоянного напряжения поступает сигнал, пропорциональный ;40 1 егЬ, при в 1 п(О где Ь = О при в 1.п:0 Ь при в 1 пуО. В результате на выходе сумматора 24 формируется сигнал, пропорциональный расстоянию Х от.стрелы 1 до бли при (х+К - ф К П) О,Йха ЙхКс( Ч Й 2К, - + К 0) при (х+К - +К П)О,Чф Йс где К " коэффициент пропорциональноти между выходным сигналом П и расстоянием х от грасницы приближения к стреле; жайших к стреле точек рукояти 2 в соответствии с выражением: х 1 н совЧ + (1 сг 1 но) сов 1 хх 81 пс 1 сгВыходной сигнал сумматора 24 поступает на первый вход первого операционного усилителя 22 с двумя однопо лярными выходами, на второй и третий входы которого поступают сигналы пропорциональные скорости приближеЙхния к стреле в . (с выхода блока 25ЙСдифФеренцирования) и скорости электропривода механизма напора 7) с выхода датчика 16 скорости, причем последние два сигнала служат для упреждения срабатывания устройства защиты с целью исключения возможности захода ближайших к стреле точек рукояти эа границу допустимого приближения .к стреле, что повышает надежность работы устройства и надежность рабочего оборудования экскаватора (необходимость такого упреждения срабатывания защиты определяется инерционностью электропривода и механизма, которые не могут мгновенно остановиться при появлении сигнала защиты), а также для обеспечения практически неколебательного переходного процесса при действии эащить 1, что также способствует повышению надежности.Поскольку выходной сигнал первого операционного усилителя 22 снимается с одного из однополярных выходов, величина этого сигнала определяется выражением: К К - коэффициенты упреждения сра" батывания защиты по скоростным сигнапам.1416624 При большем вылете рукояти, когдаотсутствует опасность удара по стреле, выходной сигнал первого операционного усилителя 22 равен нулю и неоказывает влияния на работу электроприводов, движение которых определяется при этом величинами сигнала навыходах источников задающих сигналов(командоаппаратов) 14 и 9. При приближении к границе допустимого приближения к стреле (уменьшается величинах) сумма входных сигналов первогооперационного усилителя 22 меняетзнак и на его выходе проявляется сигнал такого знака, который, поступаяна вход системы управления 13 элект"ропривода напора, компенсирует сигнал с выхода источника 14 задающегосигнала и останавливает этот электропривод и механизм напора, исключаяпри этом удар по стреле из-за уменьшения вылета рукояти. Если при работающем приводе подъема продолжается приближение к стреле в результате поворота рукояти вокруг оси седлово-. го подшипника, подъемный канат наматывается на барабан 5 в верхней части стрелы или сматывается с барабана 5 в нижней части стрелы, то увеличивающийся в соответствии с приведенной зависимостью выходной сигнал первого операционного усилителя 22 обеспечивает,реверсирование электропривода напора и перемещение ближайших к стре ле точек рукояти вдоль границы допустимого приближения (вверх в верхней части стрелы и вниз в нижней части стрелы), исключая тем самым возможность удара по стреле из-за пере мещения механизма подъема.Благодаря наличию упреждающих скоростных сигналов защита срабатывает тем раньше, чем больше скорость приближения к стреле ближайших точек ру кояти (сумма входных сигналов первого операционного усилителя 22 меняет свой знак при тгм большем расстоянии от граничной линии, чем больше абсолютные значения скорости уменьшения 50 этого расстояния), что обеспечивает надежность работы устройства и надежность рабочего оборудования экскаватора.формула и э обретения 1. Устройство для защиты стрелыэкскаватора, содержащее источники уп-,равляющих сигналов, системы управления и управляемые преобразователиэлектродвигателей подъема и напора,датчик скорости электродвигателя напора, датчик вылета рукояти, источникпостоянного напряжения, блок дифференцирования, первый операционный усилитель, выход которого подключен квторому входу системы управления электродвигателя напсра, о т л и ч а ю -щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности работы путемупрощения схемы и наладки, оно снабжено блоком перемножения, вторым операционным усилителем, сумматором иузлом определения синуса и косинусаугла поворота рукояти, косинусныйвыход которого подключен к первомувходу сумматора и к первому входу блока перемножения, второй вход которогоподключен к выходу датчика вылета рукояти, а выход к второму входу сумматора, синусный выход узла определениясинуса и косинуса угла поворота рукояти подключен к входу второго операционного усилителя, первый и второйвыходы которого подключены соответственно к третьему и четвертому входамсумматора, пятый выход соединен систочником постоянного напряжения,а выход сумматора подключен непосредственно и через блок дифференцирования соответственно к первому и второ" му входам первого операционного усилителя, третий выход которого соединен с выходом датчика скорости электродвигателя напора.(2. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что узел определения синуса и косинуса угла поворота рукояти содержит источник переменного напряжения, соединенный своей осью с поворачивающимся вместе с рукоятью седловым подшипником экскаватора, сельсин, выпрямитель, фазочувствительный выпрямитель и два резистора, причем источник переменного напряже" ния подключен к однофазной обмотке сельсина, два резистора включены последовательно между выводами двух фаэ трехфаэной обмотки сельсинасредняя точка между этими резисторами соединена с общей точкой выпрямителя и фазочувствительного выпрямителя, акрайний вывод одного из этих резисторов подключены к входу фазочувствительного выпрямителя, выход которого сое,динен с синусным выходом указанного141 Г 624 узла, вывод третьей Фазь сельсцнаподключен к входу выпрямителя, выход которого соединен с косннусным выходом этого узла,Составитель В.ЧупринТехред Л.олийнык Корректор М.Шароши Редактор Н.Горват Заказ 4040/28 Тираж 637ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Подписное 1 роизвсд.тчено-п 1 лиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4