Способ защиты драглайна от аварийных режимов при транспортировке ковша и устройство для его осуществления

Союз СоветскихСоциалистическихРеслублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 11744076(61) Дополнительное к авт. свид-ву - (22) Заявлено 23;03.78 (21) 2593789/29-03 с присоединением заявки-1) М.Кл 2 Е 02 ГЗ Государственный комитет СССР по делам изобретенийОпубликовано 30,06.80. Бюллетень 2 Дата опубликования описания 05.07.80 и открыти(72) Автор изобретения каченк Московский ордена Трудового Красного Знамени инженерн строительный институт им. В. В, Куйбышева Министерствавысшего и среднего специального образования СССР 1) Заявитель(54) СПОСОБ ЗАЩИТЫ ДРАГЛАЙНА ОТ АВАРИЙНЫХ РЕЖИМО ПРИ ТРАНСПОРТИРОВКЕ КОВША И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯпорционально алгебраичесстей приводов подъема и тя. егулируютой сумме си. м 15 Изобретение относится к землеройным машинам, точнее к одноковшовым экскаваторам, и может быть использовано для защиты драглайнов от аварийных режимов,Известны способы защиты драглайна от чдара ковша по стреле путем управления приводом тяги в функции суммы длин подь. емного и тягового канатов 1 или в функции суммы углов между осью стрелы и направлениями этих канатов 2.Недостатком этих способов является недостаточная надежность и сложность уст. ройств, связанная с необходимостью установки механических датчиков длин канатов или датчиков между осью стрелы и кана. тами на вершине и у основания стрелы,Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому ре- зультату является способ защиты драглайна от удара ковша по стреле при его транс портировке, заключающийся в том, что определяют отклонение положения ковша от границы рабочей зоны, характеризуемой суммой усилий в подъемном и тяговом канатах.и в функции этого отклонения производят управление приводом, а установку защиты Известно также устройство для осущест. вления указанного способа, содержащее блок привода тяги, датчики усилий в тягово и подъемном канатах, два суммирую. щих усилителя, два подключенных ко входу первого суммирующего усилителя дат. чика скоростей приводов подъема и тяги, блок деления, блок дифференцирования 3.Недостатком этого способа защиты драглайна от аварийных режимов при транспор. тировке ковша и устройства для его осуществления является недостаточная точность и надежность защиты.Цель изобретения - повышение точности и надежности защиты от удара ковша по стреле и обеспечение защиты от само- разгрузки ковша.Эта цель достигается тем, что в спосо. бе защиты драглайна от аварийных режимов при транспортировке ковша, заключающемся в том, что определяют отклонение ковша от границы рабочей зоны, характе. ризуемой величинами усилий в тяговом иУстройство для осуществления способазащиты драглайна от аварийных режимов при транспортировке ковша, содержащее зр блок привода тяги, датчики усилий в тяговом и подъемном канатах, два суммирующих усилителя, датчики скорости приводов тяги и подъема, подключенные ко входу пер. , . вого суммирующего усилителя, блок деления и блок дифференцирования, снабжено источником постоянного напряжения, блоком воздействия в степень, двумя диодами, двумя компараторами, логическим элемен.том И,управляемым ключом, причем выходы датчиков усилий в тяговом и подъемном кана40тах подключены соответственно ко входам делимого и делителя блока деления., выход которого подключен ко входу первого суммирующего усилителя через блок возведения в степень и ко входу второго суммирующего усилителя непосредственно и через блок 4 З дифференцирования, ко входам указанных суммирующих усилителей подключен также выход источника постоянного напряже ния, а выход каждого из них соответственно через первый и второй диоды и через управляемый ключ подключен ко входу блока привода тяги, управляющий вход управляемого ключа соединен с выходом логичес кого элемента И, входы которого соединены с выходами двух компараторов, двавхода первого из которых соединены с выходами датчиков усилий в тяговом и подьемном канатах, а два входа второго компаратора соединены с выходами датчика усиподъемном канатах, и в функции этого отклонения производят управление приводом, при этом установку защиты регулируют пропорционально алгебраической сумме скоростей приводов подъема и тяги, определяют отношение усилий в тяговом и подъемном канатах, сравнивают его со значениями, лежащими в допустимом диапазоне значений этого отношения, соответствующем положению ковша в рабочей зоне, и при отклонении отношения усилий от указанного диапазона его значений подают на привод тяги сигнал защиты. При этом границы допустимого диапазона значений отношения усилий в тяговом и подъемном канатах, соответствующего положению ковша в рабочей зоне, выбирают равными с одной стороны - косинусу угла между горизонтальной линией и линией, соединяющей точки схода канатов с тяговых и подъемных блоков, с другой стороны - минимальному отношению усилия в тяговом канате к весу ковша, при котором исключается опрокидывание ковша, определяют знаки разности между усилиями в подъемном и в тяговом канатах и разности между усилием в подъемном канате и постоянным сигналом, соответствующим весу порожнего ковша, и при положительных знаках обеих разностей включают защиту. 5 16 13 20 23 лия в подъемном канате и источника постоянного напряжения.На фиг. 1 приведена блок-схема устройства, реализующего способ; на фиг, 2 - обеспечиваемые предложенные способом границы рабочей зоны транспортировки ковша относительно стрелы и траектории движения ковша; на фиг. 3 - графики зависимостей отношения усилий в тяговом и подь. емном канатах, квадрата указанного отношения и крутизны изменения этих величин в зависимости от отношения расстояния ковша от стрелы к длине стрелы у ее середины. Устройства для осуществления способа содержит источник 1 постоянного напряжения, датчики 2 и 3 усилий Гт и Гп в тяговом и подъемном канатах, два суммирующих усилителя 4 и 5, датчик 6 скорости привода тяги и датчик 7 скорости привода подъема, блок 8 деления, блок 9 дифферен- цирования, блок 10 возведения в степень, два диода 11 и"12, два компаратора 13 и 14, логический элемент 15 И, управляемый ключ 16, блок 17 привода тяги, причем выходы датчиков 2 и 3 усилий в тяговом и в подъеМ- ном канатах подключены ко входам соответственно делимого и делителя блока 8 деления, выход которого подключен ко входу первого суммирующего усилителя 4 через блок 10 возведения в степень и ко входу второго суммирующего усилителя 5 непосредственно и через блок 9 дифференцирования, ко входам указанных суммирующих усилителей 4 и 5 подключен также выход источника 1 постоянного напряжения, а вы. ход каждого из них через первый 11 и вто. рой 12 диоды и через управляемый ключ 16 соответственно подключен ко входу блока 17 привода тяги, управляющий вход управляемого ключа 16 соединен с выходом логического элемента 15 И, входы которого соединены с выходами двух компараторов 13 и 14. Два входа первого компаратора 13 соединены с выходами датчиков 2 и 3 усилий в тяговом и подъемном канатах, а два входа второго компаратора 14 соединены с выходами датчика 3 усилия в подъемном канате и источника 1 постоянного напряжения.Устройство работает следующим образом.Выходные сигналы датчиков 2 и 3 усилий Гти Гв тяговом и подъемном канатах подают на выходы делимого и делителя блока 8 деления, выходной сигнал которогопропорциональный отношению -этих усичВдлии, подают на вход первого суммирующего усилителя 14 через блок 10 возведения в степень и на вход второго суммирующего усилителя 5 непосредственно через блок 9 дифференцирования.На входы из суммирующих усилителей с выхода источника 1 постоянного напря5жения поступают сигналы, соответствующие верхней и нижней границам указанного диапазона значений отношения усилий. Суммирующие усилители 4 и 5 осуществляю 1 сравнение отношения усилий в канатах с диапазоном его значений, соответствующим наложению ковша в рабочей зоне. При появлении положительного отклонения от этого диапазона с выхода первого суммирующего усилителя 4 через первый диод 11 и через управляемый ключ 16, который всегда открыт в процессе транспортировки ковша на вход блока 17 привода тяги поступает сигнал защиты, прекращающий приближение ковша к стреле и тем самым исключающий возможность удара по стреле.Аналогично при появлении отрицательного отклонения отношений усилий от указанного диапазона его значений с выхода второго суммирующего усилителя 5 через второй диод 12 и через управляемый ключ 16 на вход блока 17 привода тяги поступает сигнал защиты противоположного знака, прекращающий удаление ковша от стрелы и исключающий его выход в зону само- разгрузки.Поступающие на вход первого суммирующего усилителя 4 сигналы с выходов датчиков 6 и 7 скоростей приводов подъема и тяги обеспечивают регулирование установки защиты от удара ковша по стреле пропорционально алгебраической сумме скоростей приводов, что исключает перерегулирование и колебательность переходного процесса.Аналогичную задачу для режима защиты от саморазгрузки выполняет введение на вход второго суммирующего усилителя 5 сигнала производной - Ю, поступающего с выхода блока 9 дифференцирования.Включение блока 10 возведения в степень между выходом блока 8 деления и входом первого суммирующего усилителя 4 обеспечивает увеличение надежности защиты от ударов ковша по стреле за счет увеличения крутизны изменения входного сигнала первого суммирующего усилителя 4 с уменьшением расстояния ковша от стрелы.На фиг. 2 показаны границы рабочей зоны транспортировки ковша относительно стрелы и траектории движения ковша при действии защиты, обеспечиваемые предложенным способом.Поскольку при транспортировке ковша 18 усилие Гт в тяговом канате 19 и усилие Г в подъемном канате 20 пропорциональны весу Р ковша при любом положении относительно стрелы 21, отношение этих усилий - не зависит от веса ковша и определяется только координатами положения ковша.При этом диапазону значений этого отношенияФсов а .- )(-р) ионгде а в угол между горизонтальной линией и линией 22, соединяющей 6точки схода канатов с тяговых 23 и подъемных 24 блоков;() - минимальное отношение усилия в тяговом канате к весу ковша, при котором исклю.чается опрокидывание ковша, соответствует положение ковша в зоне между граничными кривыми 25 и 26.Выбор верхней границы диапазона отношений усилий, равной сов а, определяет.1 ф ся тем, что соответствующая ей граничнаякривая 25 проходит вдоль всей стрелы 21 от тягового 23 до подъемного 24 блоков на расстоянии, достаточном для обеспече.ния защиты от удара ковша ко стреле, и в то же время не ограничивает рабочей зоны отраектории ковша, что обеспечивает высокую маневренность и производительность дра гла йна.Выбор нижней границы диапазона отношений.усилий, равной (ф) , обеспечи. о вает ограничение рабочей зоны траекторийковша граничной кривой 26, которая прак.тически совпадает с границей зоны само- разгрузки.В процессе транспортировки ковша определяют фактическое отношение усилий в тяговом и подъемном канатеи сравни-Упвают его с указанным диапазоном его отношения.Если отношение усилий -т находится вРппределах указанного диапазона; ковш находится в рабочей зоне между граничными кривыми 25 и 26, и опасность возникновения аварийных режимов (удара ковша по стре ле или его саморазгрузки) отсутствует.Если в результате неправильных действий машиниста или системы автоматичесЗю кого управления ковш приближается к граничной кривой 25 (например, по траектории 27) и возникает опасность удара ковша по стреле, отношение усилий приближается к верхней границе указанного диапазона 40его значений. При этом с упреждением опУределяемым регулированием уставки защиты пропорционально алгебраической сумме скоростей приводов подъема и тяги и исключающим перерегули рова ние, на привод тяги подают сигнал защиты, прекращаю.4 щий приближение ковша к стреле. При возникновении такого режима в процессе подьема ковша возрастает скорость увеличения длины тягового каната 19 до скорости уменьшения длины подъемного каната 20 и ковш продолжает подниматься вдоль граничной кривой 25.Аналогично, в случае приближения ковша к граничной кривой 26 (например, по траектории 28), отношение усилия " приближается к нижней границе указанного диапазона значений этого отношения, При этом на привод тяги подают сигнал защиты, исключающий выход ковша в зону саморазгрузки. Если при этом осуществляется подь744076 51 о хо 25 зо 35 40 45 Формула изобретения 7ем ковша (длина подъемного каната 20 уменьшилась), то скорость увеличения длины тягового каната9 снижается и поддерживается такой, что ковш продолжает подниматься вдоль граничной кривой 26,Рассмотренные аварийные режимы мо-,гут возникать только в случае, если ковшподнят над грунтом и удерживается тяговыми подъемным канатами. В этом случае усилие в подъемном канате всегда превышаетусилие в тяговом канате и вес порожнегоковша. Поэтому определяют знакиразностимежду усилиями в подъемном канате и втяговом канате и разности между усилиемв подъемном канате и постоянным сигналом, соответствующим весу порожнего ков.ша, и при положительных знаках обеих ука/занных разностей включают защиту. В режиме копания усилие в подъемном канате меньше усилия в тяговом канате, "т: е: их разность отрицательна и защита не включена, что исключает ее ложные срабатывания, повышает надежность и произ. водительность драглайна.При опущенном на грунт ковше усилие в подъемном канате всегда меньше веса порожнего ковша, т, е. их разница отрицательна, поэтому независимо от знака разности усилия в подъемном канате и усилия в тяговом канате, защита отключена.На фиг. 3 показаны графики, поясняющие работу предложенного устройства.Кривые 29 и 30 характеризуют изменение соответственно величин -иЯа Рп а кривые 31 и 32 - крутизну изменения этих величин в функции изменения расстоя.ния Х от стрелы: 0(Рт/Ри) и сЯт/Яи)а (х,ь) д (хд.)Как видно из фиг. 3, в зоне малых расстояний ковша от стрелы, т. е, в зоне защиты от удара ковша по стреле, крутизна изменения величины (Гт/Г)с уменьшением расстояния ковша от стрелы (кривые 30 и 32) значительно выше,. чем крутизна изменения величины Г/Г(кривые 29 и 31). что увеличивает надежность защиты"от удара ковша по стреле. Чем больше показатель степени и, тем больше крутизна изменения величины (Рт/Ь)" и надежность защиты.В то же время в зоне больших расстоянии ковша от стрелы, т, е, в зоне защиты саморазгрузки ковша, крутизна изменения величины Гт/Г больше, чем крутизна из менения величины (Г/Г) 2, поэтому для 5 о защиты от саморазгрузки используют первую степень этой величины, и выход блока 8 деления подключен ко входу второго суммирующего усилителя 5 непосредственно, Именно такое включение обеспечивает " высокую надежность защиты от саморазгрузкй а также увеличивает точность определения с помощью блока 9 дифференци 8рования производной, вводимой для регулирования уставки защиты от саморазгрузки в функции скорости приближения ковша к граничной кривой 26 и исключающей перерегулирование и колебания во время переходного процесса.На входы первого 13 и второго 14 компараторов поступают сигналы, пропорциональные соответственно разности усилий в подъемном и тяговом канатах, с выходов датчиков 3 и 2 и разности усилий в подъемном канате с выхода датчика 3 и веса порожнего ковша с выхода источника 1 постоянного напряжения. При положительных знаках указанных разностей на выходах обоих компараторов появляются сигналы, которые поступают на входы логического элемента 15 И, а появляющийся при этом на его выходе сигнал открывает управляющий ключ 16, т. е. включает защиту, которая в случае возникновения опасности удара ковша по стреле или его саморазгрузки исключает эти аварийные режимы в соответст. вии с описанным выше принципом.В режиме копания или при опущенном на грунт ковше, когда отсутствует опасностьвозникновения аварийных режимов, отсутствует сигнал на выходе логического элемента 15 И вследствие отсутствия выходно. го сигнала первого 13 или второго 14 ком паратора. При этом заперт управлйемый ключ 16, что исключает ложные срабатывания защиты.Таким образом, предлагаемое изобретение повышает точность и надежность защиты от ударов ковша по стреле и обеспечивает защиту от саморазгрузки ковша, что повышает также надежность и производительность драглайна, облегчает работу машиниста и уменьшает его утомляемость. 1. Способ защиты драглайна от аварийных режймов при транспортировке ковша, заключающийся в том, что определяют отклонение положения ковша от границы ра. бочей зоны, характеризуемой величинами усилий в тяговом и подъемном канатах, и в функции этого отклонения производят управление приводом, а уставку защиты регулируют пропорционально алгебраической сумме скоростей приводов подъема и тяги, отличающийся темчто, с целью повышения точности и надежности защиты от удара ковша по стреле и обеспечения защиты о 1 саморазгрузки ковша, определяют отношение усилий в тяговом и подъемном канатах, сравнивают его со значениями, лежащими в допустимом диапазоне, соответствующем положению ковша в рабочей зоне, и при отклонении этого отношения от допустимо. го значения подают на привод сигнал за щиты.2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что границы допустимого диапазона значений отношения усилий в тяговом и подъемном канатах, соответствующего положе-нию ковша в рабочей зоне, выбирают равным с Ьдной стороны - косинусу угла меж 5 ду горизонтальной линией и линией, соединяющей точки схода канатов с тяговых и подъемных блоков, а с другой стороны - минимальному отношению усилия в тяго вом канате к весу ковша, при котором исключается опрокидывание ковша. МО3, Способ по п, 1, отличающийся тем, что определяют знак разности между усилиями в подъемном и в тяговом канатах и знак разности между сигналом, соответствующим усилию в подъемном канате и пбс тоянным сигналом, . соответствующим весу порожнего ковша, а при положительных знаках обеих разностей включают защиту.4. Устройство для осуществления способа по пп. 1 - 3, содержащее блок привода тяги, датчики усилий в тяговом и подъемном канатах, два суммирующих усилителя, датчик скорости привода тяги и датчик скорости привода подъема подключенные ко входу первого суммирующего усилителя, блок деления и блок дифференцирования, отличающееся тем, что оно снабжено блоком возведения в степень, двумя диодами, двумя компараторами, источником постоянного напряжения, логическим элементом И, управляемым ключом, причем выходы датчиков усилий в тяговом и подъемном" канатах подключены соответСтвенно ко"входам делимого и делителя блока деления, выход которого подключен кб входу первого суммирующего усилителя через блок воз.ведения в степень и ко входу второго сумм и рующего усилителя непосредственно и через блок дифференцирования, ко входам указанных суммирующих усилителей подключен также выход источника постоянного напряжения, а выход каждого из них со-ответственно через первый и второй диоды и через управляемый ключ подключен ко входу блока привода тяги, управляющий вход управляемого ключа соединен с выходом логического элемента И, входы которого соединены с выходами двух компараторов, два входа первого из которых соединены с выходами датчиковусилий в тяговом и подъемном канатах, а два входа второго компаратора соединены с выходами датчика усилия в подъемном канате и источника постоянного напряжения. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР186551, кл, Е 02 Г 3/48, 1965.2 Авторское свидетельство СССР504855, кл. Е 02 Г 3/48, 1969,3. Авторское свидетельство СССР202281, кл. Е 02 Г 3/48, 1966 (прототип).,6 Редактор Л. ВеселовскаяЗаказ 3774/6ЦНИИПИ Государспо делам изоб113035, Москва, Ж -Филиал ППП Патент,Составитель Е. ЕлизаровТехред К.Шуфрич Корректор Н, СтецТираж 713 Подписноевенного комитета СССРретений и открытий35, Раушская наб., д. 4/5Ужгород, ул. Проектная, 4