Устройство для управления землесосным снарядом

ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Новосибирский филиал Всесоюзного научно-исследовательского института транспортного строительства(56) Попов Ю.А., Рощупкин Д.В., Пенсякин Т.И. Инженерные основы регулирования и оптимизации режимов работы земснарядов, Учебное пособие для студентов строительных вузов. Новосибирск, НИСИ им. В.В, Куйбышева, 1976.Авторское свидетельство СССР В 132036, кл, Е 02 Р 3/16, 1987.Авторское свидетельство СССР М 1258959, кл. Е 02 Р 9/20, 1986.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЗЕМЛЕСОСНЫМ СНАРЯДОМ(57) Изобретение относится к автоматизации эемлесосных снарядов, используемых в транспортном и гидротехническом строительстве. Цель - повышение эффективности работы земснаряда за счет повышения точности и надежности управления. Устройство содержит блок 1 ввода данных, блок 2 определения оптимальных значений, датчики 3-8 разряжения, расхода, плотности пульпы, напора, мощности грунтового насоса, скорости, папильонирования, блоки сравнения (БС) 9, 10, элементы И 11 и 12, исполнительные механизмы (ИМ) 13-16, буферный регистр (БР) 17, элемент ИЛИ 18, дешифратор 19 и сигнальное табло 20. При этом БС 10 содержит компараторы и элементы И, а дешифратор 19 - . элементы И.Сигнальное табло 20 состоит из семи световых транспорантов, входы которых образуют семиразрядный вход табло 20. Каждый разряд входа табло 20 соединен с одноименным разрядом выхода дешифратора 19. С помощью блока 1 в блок 2 записываются исходные данные, он обрабатывает их и определяет оптимальные параметры, которые поступают в БР 17. Затем в процессе работы на выходах датчиков 3-8, появляются сигналы. Сигнал с датчика 3 сравнивается в БС с оптимальным значением разрежения с выхода БР 17. Сигнал рассогласования с выхода БС 9 поступает на вход элемента 11 и на вход ИМ 13, который увеличивает скорость папильонирования. При уменьшении разрежения с выхода датчика 8 поступает сигнал через открытый элемент 11 на ИМ 14, который уменьшает глубину зоны размыва.При нулевой скорости папильонирования сигнал с выхода датчика 8 через открытый элемент И 12 поступает на вход ИМ 15, ко- О тарый включает рыхлитель. Работу устройства и земснаряда контролирует БС 10. При наличии на его входе сигнала рассогласова- а ния с выхода БС 9 через элемент ИЛИ 18 измеренные параметры с датчиков 4-7 сравниваются в БР 17 с.их оптимальными значениями. Результаты сравнения поступают на вход дешифратора 19, которыйфф включает табло 20, отключают ИМ 13 - 15 или, ф включаетдополнительные ИМ 16(предохранительные клапаны, заслонки и др,). 3 з,п.ф-лы, 7 ил, 1677196Изобретение относится к гидромеханизации, а именно к устройствам для автоматизации землесосных снарядов, используемых в транспортном и гидротехническом строительстве.Цель изобретения - повышение эффективности работы земснаряда за счет повышения точности и надежности управления,На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг,2 - семействакривых, показывающие зависимость разрежения во всасывающем наконечнике расхода мощности напора, в напорномтрубопроводе, плотности пульпы; на фиг, 3 - функциональная схема блока сравнения 10; на фиг. 4 - функциональные схемы дешифратора 19 и сигнального табло 20; на фиг. 5 - схема разрабатываемого забоя; на фиг, 6 - таблица контрольных сигналов; на фиг, 7 - блок-схема алгоритма вычислений.Устойство содержит блок 1 ввода данных, блок 2 определения оптимальных зна чений, датчики разрежения 3, расхода 4 плотности пульпы 5, напора 6, мощности 7 грунтового насоса, скорости 8 папильонирования, блоки сравнения 9 и 10, элементы И 11 и 12, исполнительные механизмы 13.14, 15 и 16, буферный регистр 17, элемент ИЛИ 18, дешифратор 19, сигнальное табло 20. Датчики расхода 4, плотности 5, напора 6 и мощности 7 грунтового насоса подключены к второй группе входов блока сравнения 10, первая группа входов которогосоединена с группой выходов буферного регистра 17, вход которого соединен с выхо дом блока 2 определения оптимальныхзначений, к которому подключен блок 1 ввода данных. Выход буферного регистра соединен с первым входом блока сравнения 9, к второму входу которого г 1 одключен датчик 3 разрежения. Первый выход блока 9 соединен с первыми входами элемента ИЛИ 18, исполнительного механизма 13 и элемента И 11, выход которого соединен с первым входом исполнительного механизма 14, а второй вход - с первым входом датчика 8 скорости папильонирования, второй выход которого соединен с первым входом элемента И 12, выход которого соединен с первым входом исполнительного механизма 15, а второй вход - с вторыми выходами блока 9, исполнительного механизма 13 и элемента ИЛИ 18, выход которого соединен с входом блока сравнения 10, выход которого соединен с входом дешифратора 19, выход которого соединен с входом сигнального табло 20, входом исполнительных механизмов 16, вторыми входами исполнительных механизмов 14 и 15, а также 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 с третьим входом исполнительного механизма 13,Блок сравнения 10 содержит компараторы 21, 22, 23 и 24 и элементы И 25, 26, 27 и 28, Первые входы каждого компаратора являются второй группой из четырех входов блока сравнения, к которым подключаются датчики расхода, плотности, напора и потребляемой мощности, Вторые входы каждого ксмпаратора соединены с выходами соответствующих элементов И, первые входы которых соединены вместе и образуют управляющий вход блока сравнения. Вторые входы элементов И являются первой группой из четырех входов блока сравнения 10 и соединяются с группой из четырех выходов буферного регистра 17. Этот регистр состоит из пяти секций, в которые записываются результаты вычислений соответстВенно Мопт, Мопт, уотп Оопт и Нопт поступающие из блока 2 определения оптимальных значений, Выходы первых четырех секций образуют группу из четырех выходов буферного регистра, а выход пятой секции соединяется с входом блока сравнения 9. Первые выходы компараторов 21, 22,23 и 24 являются выходами положительного результата сравнения поступающих на вход чисел, т,е. М+, М+, у+ и О+, а вторые выходы компараторов являются выходами отрицательного результата сравнения, т.е. И-, М-, у-, О-, Все восемь указанных выходов компараторов объединены в восьмиразрядный выход блока сравнения 10.Дешифратор 19 содержит элементы И 29, 30, 31, 32 и 33, Вход дешифратора содержит восемь разрядов: М+, М-, М+, М-, у+, у-, О+, О-, являющихся входами указанных элементов И. Вход М+ соединен с первыми входами элементов И 29, 30. 32 и 33, вход йявляется вторым разрядом выхода дешифратора, вход М+ соединен с вторым входом элемента И 30, первым входом элемента И 31 и третьим входом элемента И 32, вход М- соединен с третьим входом элемента И 29 и является четвертым разрядом выхода дешифратора, вход у+ соединен с четвертым входом элемента И 30 и вторым входом элемента И 31, вход у - соединен со вторыми входами элементов И 29.и И 32, вход О+ соединен с четвертым входом элемента И 29 и третьим входом элемента И 30, вход О- соединен с четвертым входом элемента И 32 и вторым входом элемента И 33. Выходы элементов И 29, 30, 31, 32 и 33 являются первым, третьим, пятым, шестым и седьмым разрядами семиразрядного выхода дешифратора.(2) яемая грунторубопроводе; рубопроводе сос-трубопро вод Сигнальное табло 20 содержит семь световых транспарантов 34, 35, 36, 37, 38, 39 и 40, входы которых образуют семиразрядн ы й вход сигнал ьно го табло. Каждый разряд входа табло соединен с одноименным разрядом выхода дешифратора, Номера транспарантов соответствуют номерам контрольных сигналов на фиг. 6.На фиг. 2 а, б, в, г соответственно представлены семейства кривых, показывающие зависимость разрежения во всасывающем наконечнике от расхода Ч(т)=б(0(т, мощности, потребляемой грунтовым насосом Ч(т)=т 2(М(т, напора Ч(т)=тз(М(т в напорном трубопроводе и плотности пульпы Ч(т)=т 4(у (с от конкретных условий:О, ИФ), МФ), у 1(1)02(т), гч 2(т), М 2(1), у 2(т) (1) Оп(т), йп(т), Мп, уп(т)Эти условия зависят от конструктивных особенностей грунтозаборных устройств, типов разрабатываемых грунтов, глубины забоя, высоты намываемого сооружения и дрНа фиг. 2 д представлено семейство результирующих кривых параметров регулирования, построенных по формуле+гЗв где гч(т) - мощность, потребл вым насосом:0(т) - расход в напорном у(т) - плотность пульпы М(1) - напор в напорному - КПД гидросистемы н Ян, Яв - площадь поперечного сечения напорного и всасывающего трубопроводов, Расчетное значение Ч(1) затем сравнивается с измеренным разрежением Чизлг(т).Рабочий режим гидротранспортной системы должен ограничиваться площадью фигуры АВСО, где координата А соответствует допустимым значениям Огпп=гп 1 п(СП(т Мгп;и= гп п(Ц (г, Мгпп=гп п(М (т и угтв=пт и( у(т при 0 :т гт", а координата В соответствует допустимым значениям Огпах=а ах(СЬ(1) ), М гпах= тп а х ( Щт) ), М гпах= =вах(М;(т и угпах= вах(у;(т при 0 т -;Прямые АО и ВС характеризуют изменения разрезания Ч(т) при изменении конкретных условий работы земснаряда и поддержании параметров регулирования на уровне минимальных и максимальных значений соответствен но. Кривая АС ха ра ктеризует оптимальный режил 1 работы системц, для которогоЧопт- у 7(0 опт, гчопт, Мопт у опт),(3) Устройство работает следующим образом.Перед началом технологического процесса определяются исходные данные (1) и с помощью блока ввода данных 1 записываются в блок опредлеения оптимальных значений 2. Блок 2 обрабатывает полученные данные по заданной программе и определяет оптимальные параметры Чопт, Копт, Оопт, Мопт и у опт, которые поступают в буферный регистр 17, Затем опускается рама грунтозаборного устройства земснаряда, система заполняется водой, включается устройство для управления земснарядом и грунтовой насос. Начинается процесс всасывания и транспортирования пульпы по напорному трубопроводу. На выходах датчиков разрежения 3, расхода 4, плотности 5, напора 6, мощности 7 и скорости 8 папильонирования появляются сигналы; Сигнал с выхода датчика 3 разрежения Чизгг(т) поступает на первый вход блока сравнения 9. На второй вход этого блока поступает сигнал Чопт(с) с выхода буферного регистра 17, Измеренное и рассчитанное значения разряжения сравниваются между собой.При работе устройства возможны следующие 5 ситуаций:1) Чизм=Чопт,2) Чизгг Чопт, чп одоп (т,е. 0 НпНдоп);3) Чизгг Чопт, Нп=Чдоп,4) НизмЧопт, Нп одоп,5) Низм Нопт, Чп=О.Если Чизм=Чопт, то на выходе блока сравнения 9 сигнала нет и процесс гидродобычи продолжается беэ изменения при заданной скорости папильонирования. Земснаряд работает в оптимальном режиме с учетол кавитационного запаса (на фиг, 5 отрезок времени от то до т 1). При ЧизггЧопт, чп чдоп сигнал с первого выхода блока сравнения 9 поступает на вход элемента И 11 и на вход исполнительного механизма 13, который увеличивает скорость папильонирования. Это приводит к увеличению разрежения во всасывающем наконечнике и увеличению количества поступающего грунта. В результате такого регулирования устанавливаетсяравенство Чизгг=ЧоптПри увеличении глубины забоя или перехода на более слабый для разработки грунт(на фиг. 5 отрезок от т 1 до с 2) скорость папильонирования достигает максимально дОПуСтИМОГО ЭНаЧЕНИя (Чп=чдоп) И ЕСЛИ СООтношение Чизг,Чот при этом сохраняется, 1677196то сигнал с выхода датчика 8 скорости папильонирования через открытый элемент И11 поступает на вход исполнительного механизма 14, который уменьшает глубину зоны размцва п(т) передустьем всасывающего 5наконечника путем выдвих(ения телескопическос 1 стрелы, ПосколекуГ тткЩгде го - радиус устья всасывающего нако 10нечника;. ч(т) - скорость движения пульпы во всасывающем трубопроводе,Чр - скорость размыва грунта;й(т) - расстояние отустья всасывающегонаконечника до грунта,и абьем размываемого грунта, поступаащий ва всасывающий наконечник, равенОф)=Ои(т)= й" го. чЫ=2 л Чф) Ь (5),то эта приводит к уменьшению расхода Оф) 20и увеличению разрежения Чим(т) в соответствии с (5) и (2), Изменение глубины размывапроисходит до тех пор, пока не будет обеспечена равенство Чи,м=Чопт, При этом значении 1(т) и данных условиях земснарядработает в оптимальном режиме. Если условия работы изменюотся, например, уменьшается глубина забоя, то изменяетсяразрежение во всасе, т.е. Чизм Чорт, и исполнительный механизм 13 уменьшает скорость папильонирования, Сигнал на выходедатчика 8 папидьониравания исчезает, т,к.Чп одоп и исполнительный механизм 14увеличивает глубину зоны размыва, задвигая стрелу обратно, Таким образом, регулируется глубина зоны размыва.Если при задвинутой стреле сохраняется соотношение Чизм Чодт, а скорость папильонирования уменьшилась до нуля, т,е,ЧггеО, чта вбзмажно при засорении всасаиз-за завала в забое или переходе наиболеетяжелый тип грунта (на фиг, 5 отрезок ат 2до тз), та сигнал с выхода датчика 8 скоростипапильанирования поступает через открытый элемент И 12 на вход, исполнительногомеханизма 15, который включает рыхлитель(или эжектор). Разрыхленный завал размывается, разрежение во всасе уменьшается искорость папильонирования уведичивается.Работу устройства и земснаряда контралируют блок сравнения 10. По сигналу%ям 7 Фопт, поступающему с выхода элемента ИЛИ 18 измеренные параметры Кизм,Оимь у изм и Мизм сравниваются с вычисленными Копт, Ооп, уод и Мо соответст 55ванно, Результаты сравнения поступают навход дешифратара 19, который включаетсигнальное табло 20, отключает исполнительные механизмы 14, 13 и 15 или включает дополнительные исполнительные механизмы 16, например, предохранительные клапаны, заслонки или др, в зависимости от конкретной ситуации. Например, если в результате сравнения параметров Кизм Копт, ОизмОопт, уиэмуолт и МимМопт на выходе элемента И 32 дешифратара появляется сигнал, то включается пятый транспарант с надписью "Неисправен датчик М", а если сигнал появляется на выходе элемента И 31, то включается второй транспарант "Заиление трубопровода" и исполнительный механизм 16 поднимает раму, в результате чего трубопровод промывается водой и дрДля системы из пяти датчиков при данной схеме их включения и работы теоретически возможноК=/2"+2 х 4+ 2 х 6+ 2 х 4+ 2 /х 2=162 различных комбинаций, т,е, кроме оптимального режима устройство может идентифицировать 30 ситуаций в регулировочном режиме и 132 диагностических ситуаций. На практике часть этих ситуаций является невозможными по физической природе. В табл. на фиг. 6 приведены в качестве примера некоторые возможные ситуации, Здесь знаком о+" обозначено превышение, "-" - уменьшение измеренного параметра над допустимым, а "О" - соответствие этих параметров. В данном устройстве дешифратор и табло идентифицирую семь различных ситуаций, однако их количество можно увеличить, внеся изменения в схему дешифратора,На фиг, 7 представлена блок-схема алгоритма вычисления параметров Копт, Мопт, уопт и Оопт Блок 1 выполняет ввод исходных данных, блок 3 устанавливает постоянные значения параметров, блок 4 совместно с блоками 7, 8, 9, 10 и 11 выполняет вычисления функций: Ч 1(т)=11(О(т при Щт), М(1) и фт)=со пзт; Ч 2(а)=12(К(т и ри Ой(т), Мз(т) и р(т)=сапзс; Чз(т)=1 з( )ф при Щт), М;(т) и Щт)=сопзт; Ча(1)=14(М(т при О(1), Щ 1) и рф)=сож, а также функции Чф)=1(О(1, К (т), М(т), фе) при установленных постоянных и различных значениях т и. Блоки 5 и 6 выбираат точки максимума функций Ч(с), т.е. Иопг=тах(Ч (т и запоминают вычисленные значения Оопт, Колт, уолт и Мопт, соответствующие этим тачкам, Программа, реализующая данный алгоритм, выполнена на Фортране в операционной системе ОС 1800.Таким образом, устройство, реализованное по приведенным схемам, ведет непрерывное регулирование режима работы путем изменения скорости папильанирава5 10 15 20 ния, глубины разработки и управления механизмом рыхления. При этом разрежение во всасывающем наконечнике. а также расход, плотность пульпы, мощность грунтового насоса и напор в напорном трубопроводе поддерживается на оптимальном уровне, что позволяет повысить производительность земснаряда, а устранение кавитационных режимов повышает срок службы грунтового насоса и проточной части конструкции,Формула изобретения 1, Устройство для управления землесосным снарядом, содержащее датчики расхода, плотности пульпы, напора, мощности грунтового насоса и датчик разрежения, выход которого соединен с входом блока сравнения, выход которого соединен с входом исполнительного механизма, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности работы земснаряда эа счет повышения точности и надежности управления, устройство снабжено датчиком скорости папильонирования, вторым блоком сравнения, вторым, третьим и четвертым исполнительными механизмами, элементом ИЛИ, первым и вторым элементами И, дешифратором, сигнальным табло, блоком определения оптимальных значений, буферным регистром и блоком ввода дан ных, выход которого соединен с входом блока определения оптимальных значений, выход которого соединен с входом буферного регистра, группа из четырех выходов которого соединена с первой группой из четырех входов второго блока сравнения, а последний выход буферного регистра соединен с вторым входом первого блока сравнения, второй выход которого соединен со вторым входом первого исполнительного механизма, первым входом элемента ИЛИ и первым входом первого элемента И, выход которого соединен с первым входом второго исполнительного механизма, а второй вход соединен с первым выходом датчика скорости папильонирования, второй выход которого соединен с первым входом второго элемента И, выход которого соединен с первым входом третьего исполнительного механизма, а второй вход - с первым выходом первого блока сравнения и вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом второго блока сравнения, вторая группа иэ четырех входов которого соединена с выходами датчиков расхода, плотности пульпы, напора в напорном трубопроводе и мощности грунтового 25 30 35 40 45 50 55 насоса, а выход соединен с входом дешифратора, выход которого соединенс входами сигнального табло и четвертого исполнительного механизма, а также с вторыми входами второго и третьего исполнительных механизмов и третьим входом первого исполнительного механизма,2, Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что второй блок сравнения содержит четыре элемента И и четыре компаратора, первые входы которых образуют вторую группу из четырех входов блока сравнения, а вторые входы соединены с выходами соответствующих элементов И, первые входы которых соединены вместе и образу от вход блока сравнения, а вторые входы являются первой группой из четырех входов блока сравнения, первые и вторые выходы компараторов образуют в совокупности восьмиразрядный выход блока сравнения,3, Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что дешифратор содержит пять элементов И, причем первый вход первого элемента И соединен с первыми входами второго, четвертого и пятого элементов И, второй вход первого элемента И соединен с вторым входом четвертого элемента И, четвертый вход первого элемента И соединен с третьим входом второго элемента И, второй вход второго элемента И соединен с первым входом третьего элемента И и с третьим входом четвертого элемента И, четвертый вход второго элемента И соединен с вторым входом третьего элемента И, а четвертый вход четвертого элемента И соединен с вторым входом пятого элемента И, при этом первый вход первого, второй вход второго, третий вход первого, четвертый вход второго, второй вход четвертого, третий вход второго и второй вход пятого элементов И являются первым, третьим, четвертым, пятым, шестым, седьмым и восьмым разрядами соответственно восьмиразрядного входа дешифратора, выходы первого, второго, третьего, четвертого и пятого элементов И являются первым, третьим, пятым, шестым и седьмым разрядами семиразрядного выхода дешифратора, а второй и четвертый разряды ьасьмиразрядного входа являются вторым и четвертым разрядами семиразрядного выхода дешифратора.4, Устройство по и. 1, о тл и ч а ю щ е ес я тем, что сигнальное табло содержит семь транспарантов, каждый из которых имеет один вход, которые в совокупности образуют семиразрядный вход сигнального табло.1677196 Параметры О О О Фиг.б Контрольныйсигнал Разрыв магистрального трубопровода Заиление трубопровода Недостаточная мощность грунтовогонасоса Закупорка всасываюд 1 его наконечника Неисправен датчик М Неисправен датчик О Неисправен датчик Управляющийсигнал Останов земснаряда,т.е. исполнительных механизмов э13,14,15, грунтового насоса Поднять раму Увеличить количество оборотов асинхронного двигателя,а при синхронномдвигателе отрегулировать дроссель внапорном трубопроводе Останов земснаряда Подключить резервный датчик1677196 аг. 7 Составитель М.КитайскаяРедактор В.Ковтун Техред М.Моргентал ректор А,Осаулен Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 1 Заказ 3090 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5