Журнал "Горные машины и автоматизация", № 1, 2004, стр. 17-19

Автоматизация привода подачи угольных комбайнов

Я.П.Гринберг, канд. техн. наук, доц., В.С.Соловьев, канд. техн. наук, доц., СПГГИ (ТУ)

В угольных комбайнах К-300, К-500 и К-800, имеющих электрический привод механизма подачи, в качестве защиты двигателей резания при перегрузке используется разовое ступенчатое снижение скорости подачи на 10 % от заданной без восстановления ее первоначального значения при снижении нагрузки. В немецких и польских комбайнах это снижение скорости подачи производится на величину до 30 % от заданного значения. Такой способ защиты не является элементом автоматизации.
Нагрузка двигателей резания угольных комбайнов, как известно, носит случайный характер, довольно близко описываемый нормальным законом распределения. В этом случае схемой автоматизации привода подачи должны быть реализованы с использованием статистических характеристик нагрузки двигателя резания. При этом во всех случаях учитываемым параметром является величина тока, потребляемого двигателем резания. Величина потребляемого тока, имея случайный характер может быть описана следующими соотношениями:

где - дисперсия потребляемого тока,
- среднеквадратичное значение тока,
- среднее значение тока,
- коэффициент формы графика тока,
- среднее квадратичное отклонение,
- коэффициент вариации графика тока.

Максимальное отклонение потребляемого тока может быть определено по известному соотношению:

Таким образом при случайном характере изменения тока потребляемого двигателем резания величина его может быть оценена среднеквадратичным значением.
Допустимая величина среднеквадратичного тока по отношению к номинальному току двигателя может быть выбрана таким образом чтобы исключить режимы опрокидывания и недопустимого нагрева двигателя, так как нагрев двигателя пропорционален величине показателя .
Учитывая вышеприведенные соотношения, была разработана схема автоматизации привода подачи угольного комбайнa.
Исследование разработанной схемы автоматизации производилось на ЦВМ в среде МАТLАВ.
На рис. 1 представлена автоматизированная система управления приводом подачи. Ввиду отсутствия параметров схемы замещения существующих двигателей резания угольных комбайнов моделировался двигатель общепромышленной серии 4А. Задание скорости подачи устанавливалось в виде напряжения задающего сигнала. Моделировалось также запаздывание стружкообразования, имеющее место при работе комбайна. Нагрузка устанавливалась тремя датчиками случайных сигналов, распределенных по нормальному закону, с разными частотами следования. Таким образом, моделировался в определенном диапазоне спектр частот нагрузки. Результаты моделирования приведены на рис. 2-4.

Рисунок 1 - Схема автоматизации привода подачи угольных комбайнов

На рис. 2 представлена отработка предложенной схемой заданного среднеквадратичного тока.

Рисунок 2 - Поддержание схемой автоматизации установленной величины среднеквадратичного тока резания

При пуске среднеквадратичный ток резания. определяемый его пусковым значением как регулирующий параметр, снижает скорость подачи до нуля (рис. 3), а затем фактически величина среднеквадратичного тока поддерживается с достаточно высокой точностью на уровне заданного значения. При этом выбран самый тяжелый случай - одновременный пуск двигателя резания и подачи, и в этом режиме скорость подачи соответствует фактическому среднеквадратичному току. Переменная сопротивляемость резанию приводит к снижению скорости подачи относительно заданной. Колебания скорости подачи оказываются несущественными и находятся в пределах ±5 %.

Рисунок 3 - Поддержание схемой автоматизации заданной величины скорости подачи

На рис. 4 представлены числовые характеристики графика потребляемого двигателем резания тока. На графике показано зафиксированное значение максимального тока, - дисперсия тока, которая на графике составляет 5 % от фактической. Коэффициент 0,05 принят для того, чтобы не увеличивать масштаб графиков. и - среднеквадратичный и средний токи, - среднеквадратичное отклонение тока.

Рисунок 4 - Числовые характеристики графика потребляемого тока двигателем резания

Из графиков видно, что после начала движения комбайна и достижения установившейся скорости подачи числовые характеристики графика тока резания остаются практически постоянными. Действительно, достигнутое однократно значение не превышает и остается ниже тока опрокидывания двигателя. Это подтверждается тем, что остается практически постоянным. Можно определить вероятность превышения зафиксированного значения

где - относительное уклонение определяющее числовое значение вероятности того что случайная величина не превысит зафиксированного максимального значения.

При . Таким образом превышение зафиксированного значения максимального тока маловероятно, .

Следует отметить что при современном оснащении угольных комбайнов микропроцессорами применение рассмотренного способа управления и автоматизации не представляет технических трудностей и может быть реализовано программным путем.