Горбатов П.А., Петрушкин Г.В., Лысенко Н.М. Горные машины и оборудование - В 2-х т. Т.1 - Донецк: РИА ДонНТУ, 2003. - 295 с.С 50 по 55стр.(фрагмент)

---

11 ЗАДАЧИ АВТОМАТИЗАЦИИ ГОРНЫХ МАШИН 11.1 Общие сведения

Автоматизированное управление горными машинами соответствует управлению, при котором запуск структурных единиц рассматриваемых технических объектов осуществляется оператором, а последующая их ра­бота выполняется автоматически на основе выработки управляющих воз­действий подсистемами автоматизации без участия обслуживающего пер­сонала.

Автоматизация обеспечивает улучшение технико-экономических по­казателей и социальной эффективности эксплуатации горных машин по сравнению с дистанционным и, тем более, ручным непосредственным управлением за счет:

- повышения уровня безопасности и снижения энергетических затрат
и утомляемости рабочих;

-  увеличения производительности труда и улучшения параметров
надежности, уменьшения удельных энергозатрат при работе горных ма­
шин.

При использовании эффективных подсистем автоматизации созда­ются условия для вывода персонала в безопасные зоны, что особенно важ­но при отработке массивов, опасных по внезапным выбросам газа, угля и породы.

Кроме того, для ряда горных машин нового поколения автоматиза­ция обязательна, т.к. ручное управление не может обеспечить их работо­способности. В этом случае при проектировании рассматриваемых объек­тов необходим мехатронических подход, т.е. такие машины должны созда­ваться как органически целостные электро-механо-гидро-электронные системы, включающие в качестве изначально одинаково важных, техниче­ски равноправных не только электрические, механические, гидравлические структурные единицы, но и аппаратуру автоматизированного управления. В качестве примеров, иллюстрирующих необходимость указанного меха-тронического подхода, можно привести струговые очистные механизиро­ванные комплексы с агрегатированными крепями, обеспечивающие дози­рованную выемку угля (см. п.3.9.1), и очистные комбайны с электрически­ми регуляторами скорости подачи V_п на основе частотно-регулируемых асинхронных электродвигателей (п.3.6.5).

Можно прогнозировать расширение в дальнейшем области исполь­зования перспективного частотно-регулируемого асинхронного электро­привода для горных машин, прежде всего для подсистем привода испол­нительных органов очистных и проходческих комбайнов, струговых и конвейероструговых установок, бурильных машин, с целью автоматизиро­ванного управления скоростью резания V_р для исполнительных органов этих технических объектов.

193

Трудности создания надежных и эффективных подсистем автомати­зации сложных горных машин заключаются прежде всего:

а)  в необходимости надежной защиты элементов аппаратуры автома­
тизации от вредных воздействий в условиях подъемной добычи полезных
ископаемых (взрывоопасность, ярко выраженный динамический характер
поведения элементов силовых подсистем горных машин, агрессивность
шахтных вод, высокая концентрация токопроводящей пыли и др.) и в ог­
раниченных габаритных возможностях встройки элементов аппаратуры в
узлы машин;

б)  в многообразии характеристик и параметров систем горных мас­
сивов (как совокупности взаимосвязанных природных подсистем - уголь­
ного пласта, кровли и почвы пласта, а также обрушенных горных пород)
при эксплуатации горных машин в различных горно-геологических усло­
виях, что требует приспособленности подсистем автоматизации к соответ­
ствующей гибкой адаптации к указанным характеристикам и параметрам,
которые могут существенно изменяться в пространстве и во времени даже
в пределах одного и того же забоя;

в) в большом количестве секций и исполнительных гидроцилиндров
(гидростоек, гидродомкратов, гидропатронов) механизированных крепей,
в многооперационности при функционировании, рассредоточении и высо­
кой подвижности объектов управления в составе очистных комплексов и
агрегатов.

Задачи подсистем автоматизации горных машин можно условно раз­бить на 5 групп.

I.  Управление режимными параметрами (скоростями подачи V_п и ре­
зания V_р) в процессе работы машин, разрушающих массив рабочим инст­
рументом, с целью обеспечения прежде всего рациональных или требуе­
мых значений соответствующих функций цели энергетического характера.

II.    Обеспечение  качественной отработки  выемочными  машинами
выработок по границам «выработка-вмещающие породы».

III.   Управление  рабочими  операциями  секций  механизированной
крепи и става забойного конвейера или базовой балки в составе очистных
комплексов либо агрегатов в соответствии с принятыми технологическими
схемами их работы.

IV.   Обеспечение необходимых видов защит горных машин и обору­
дования от различного рода технологических перегрузок и нештатных си­
туаций, например, отключение электродвигателей при их опрокидывании
и несостоявшихся пусках, наличии опасной концентрации метана, недо­
пустимом снижении расхода и давления воды в подсистеме орошения и др.

V.   Выполнение функций сервисного характера, улучшающих каче­
ство эксплуатации горных машин и оборудования. В качестве примера
можно указать следующие функции: диагностическое обеспечение кон­
троля технического состояния ответственных узлов; отработка необходи­
мых  временных задержек между подачей предупредительных сигналов и

 

 

 

включением электродвигателей или между последовательными включе­ниями электродвигателей; дистанционное управление электродвигателями и исполнительными гидроцилиндрами; автоматизированное управление наращиванием и разборкой бурового става и т.д.

Подсистемы автоматизации горных машин и оборудования должны формироваться на основе приспособленных к работе в подземных услови­ях компьютеров, эффективно работающих датчиков разных типов и со­временных средств отображения информации о состоянии управляемых технических объектов.

При создании рассматриваемых подсистем должна сохраняться воз­можность непосредственного управления горными машинами для прове­дения пусконаладочных и ремонтных работ.

11.2       Основные   задачи   автоматизации   выемочных   и   бурильных машин

Рассмотрим особенности решения приведенных в подразделе 11.1 задач автоматизации I и II групп применительно к выемочным и буриль­ным машинам.

Основными управляемыми режимными параметрами при отсутствии

регулирования скорости резания V_р являются:

а)  для очистных комбайнов - скорость перемещения (подачи) V_n
корпусной подсистемы вдоль забоя, изменяемая с помощью регуляторов
скорости в составе подсистем перемещения;

б)  для проходческих комбайнов стреловидного типа, имеющих в со­
ставе подсистем подвески и перемещения исполнительных органов (ИО)
регулируемые объемные гидропередачи «насосы - гидродомкраты», - ско­
рость перемещения V_п ИО при последовательной обработке забоя;

в)  для бурильных машин вращательного бурения при наличии в со­
ставе подсистем подвески и перемещения ИО гидроцилиндровых податчи-
ков с регулируемыми объемными гидропередачами - скорость перемеще­
ния (подачи) V_n органа со связанными с ним корпусными узлами на забой;

г)  для конвейероструговых установок в составе очистных агрегатов,
имеющих в составе системы гидропривода регулируемые объемные гид­
ропередачи «насосы - гидродомкраты», - скорость перемещения V_n ИО на
забой при выполнении операций зарубки и отбойки.

При этом, как показано в разделе 6, указанные в пункте г) переме­щения в зависимости от конкретного построения очистных агрегатов мо­гут осуществляться с помощью подсистем перемещения крепи и конвейе-роструговой установки (операция зарубки у агрегатов АМ1Ц и АФК) и подсистем подвески и перемещения ИО (например, операция отбойки у агрегата АМЩ).

 

 

 

195

Автоматизированное управление рассматриваемыми режимными параметрами для этих машин осуществляется регуляторами режимов ра­боты (в литературе их называют также регуляторами нагрузки или регуля­торами нагрузки и скорости), которые обеспечивают реализацию соответ­ствующих алгоритмов управления скоростью V_п при изменении свойств разрушаемых горных массивов.

В качестве примера можно привести следующие алгоритмы управ­ления скоростью подачи V_n очистных комбайнов, оснащенных приводны­ми асинхронными электродвигателями с короткозамкнутыми роторами:

1)      стабилизация заданного значения скорости V_n (а, следовательно, и
средней толщины стружки h_ср и теоретической производительности О),
если средние уровни мощностей наиболее нагруженного двигателя под­
систем привода ИО и наиболее нагруженного двигателя подсистем пере­
мещения комбайна, а также суммарный ток электропривода машины не
превышают заданных соответствующими токовыми уставками значений;

2)  стабилизация на заданном уровне среднего значения мощности
наиболее нагруженного электродвигателя в составе комбайна путем соот­
ветствующего изменения скорости V_n При таком режимном варианте,
часто в литературе называемом минимальным, h_ср=V_аr, Q=V_аr.

При невыполнении условий реализации первого режима регуляторы должны обеспечивать переход к реализации второго режима с последую­щим возвратом к первому при отсутствии вышеуказанных превышений.

При этом для очистных комбайнов с двумя вынесенными подсисте­мами перемещения с цепным тяговым органом одновременно должна обеспечиваться координация текущих значений угла расположения звез­дочки, подтягивающей холостую ветвь цепи, по отношению к звездочке, перемещающей рабочую ветвь тягового органа, Эта координация необхо­дима для реализации заданного среднего уровня тягового усилия в холо­стой ветви цепи и минимизации амплитуд колебательных составляющих нагрузок в тяговом органе, обусловленных характером работы зацеплений «звездочка - круглозвенная цепь». Указанная задача должна решаться с помощью подсистем автоматизации также применительно к струговым и конвейероструговым установкам с двумя подсистемами привода ИО.

При использовании частотно - регулируемых асинхронных электро­двигателей с короткозамкнутым ротором для подсистем приводов ИО очи­стных и проходческих комбайнов, бурильных машин, струговых и конвей­ероструговых установок в качестве управляемого режимного параметра будет выступать также скорость резания V_р. В этом случае для современ­ных очистных комбайнов, проходческих комбайнов стреловидного типа при выемке породных забоев, бурильных машин вращательного бурения, конвейероструговых установок в составе очистных агрегатов (прежде все­го реализующих фронтальную схему разрушения массива) регуляторы ре­жимов работы должны обеспечивать автоматизированное управление дву-