СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ ОСНОВНЫХ МЕХАНИЗМОВ

ОДНОКОВШОВОГО ЭКСКАВАТОРА

 

Основными механизмами одноковшовых экскаваторов являются механизмы подъёма, напора (у драглайна – тяги) и поворота, обеспечивающие в рабочем процессе перемещение ковша по требуемым пространственным траекториям. Механизмы хода экскаватора-лопаты и шагания экскаватора- драглайна в рабочем цикле не участвуют, а предназначаются для передвижения машины в новое положение после выработки забоя в пределах, определяемых размерами рабочего оборудования. При передвижении электроприводы основных механизмов отключаются и затормаживаются механическими тормозами. Механизмы хода и шагания играют важную, но для рабочего процесса вспомогательную роль.

Системы автоматического управления электроприводами основных механизмов одноковшового эскаватора решают следующие задачи: обеспечение требуемого качества переходных поцессов при пуске, торможении и стопорении электроприводов; формирование заданных статических характеристик электропривода; ограничение статических и динамических нагрузок в электроприводе и механизмах экскаватора; демпфирование механических колебаний; плавный выбор люфтов передач.

В настоящее время в производстве и эксплуатации находятся два вида электропривода:

– электропривод по системе генератор – электродвигатель постоянного тока (система Г-Д);

– электропривод постоянного тока с тиристорными преобразователями (система ТП-Д постоянного тока).

Преобладающим видом электропривода на ближайшие годы остаётся система Г-Д постоянного тока, которая эксплуатируется на большинстве отечественных экскаваторах. Система ТП-Д постоянного тока применяется на экскаваторах ЭКГ-20.

Электроприводы главных механизмов экскаватора должны обеспечивать его высокопроизводительную работу при одновременном ограничении нагрузок механического и электрического оборудования. Одним из условий, которые позволяют удовлетворить указанным требованиям, является формирование механической характеристики электропривода, которую называют “экскаваторной” (рис. 9.1)

 

Рис. 9.1. Экскаваторная механическая характеристика электропривода

 

Применительно к копающим механизмам такая характеристика, при умеренном росте момента на валу, обеспечивает незначительное снижение скорости двигателя по сравнению со скоростью холостого хода. Тем самым достигается высокая производительность механизма. Если же момент двигателя достигает значения момента отсечки М_отс, величина которого близка к предельно допустимому моменту по условию прочности механизма и перегрузочной способности двигателя, скорость двигателя резко снижается вплоть до его остановки.

Момент, развиваемый двигателем при его полной остановке, называют стопорным моментом М_ст. Участок характеристики, на котором величина момента меньше М_отс, называют рабочим участком, а участок, на котором величина момента больше М_отс – участком ограничения момента.

Производительность и надёжность экскаватора в значительной степени определяется свойствами систем автоматического регулирования его электроприводов. Системы автоматического регулирования приводов должны обеспечивать минимальное время разгона и замедления механизмов с одновременным ограничением усилий в передачах и металлоконструкциях.

Ввиду наличия в кинематической цепи экскаваторных механизмов упругих моментов, при переходных процессах в системе возникают колебания. Кроме упругих колебаний возникают колебания другой природы, обусловленные наличием зубчатых передач и неточностью их изготовления. Если частоты этих колебаний совпадут, то может наступить резонанс с существенным ростом динамических усилий. Динамические характеристики электропривода должны способствовать уменьшению этих колебаний.

Электропривод основных механизмов экскаватора должен обеспечивать экономичное регулирование скорости в диапазоне от 6:1 до 10:1 и возвращение энергии в электрическую сеть, освобождающейся при торможении механима поворота или при опускании ковша. Жёсткость рабочего участка механической характеристики, соответствующей нулевому положению командоконтроллера (задание скорости холостого хода электропривода равной нулю), должна обеспечивать достаточно малую скорость спуска ковша при удержании его путём электрического торможения.

Экскаваторный электропривод по системе генератор – электродвигатель. Система Г-Д постоянного тока эксплуатируется на большинстве отечественных экскаваторах. Электромашинный преобразовательный агрегат системы Г-Д на экскаваторах, как правило, состоит из трёх генераторов постоянного тока и одного приводного двигателя, обычно синхронного электродвигателя. Для экскаваторов относительно малой мощности применяется асинхронный электродвигатель.

Важнейшей составной частью электропривода системы Г-Д является система возбуждения генератора. На первых серийных экскаваторах для возбуждения генератора использовался электромашинный усилитель поперечного тока (ЭМУ). Однако ЭМУ представляет собой сравнительно сложную в наладке и эксплуатации электрическую машину, а также имеет недостаточно высокую надёжность.

С начала 1960-х годов для питания обмотки возбуждения генератора стали применяться силовые магнитые усилители (СМУ). Такая система возбуждения оказалась исключительно надёжной и использовалась много лет на всех типах экскаваторов. Недостатками СМУ являются значительные габариты и масса, а также ограниченное быстродействие.

Для повышения быстродействия в системах возбуждения с ЭМУ или СМУ используется маломощный промежуточный магнитный усилитель (ПМУ).

При питании обмотки возбуждения генератора от ЭМУ или СМУ реализуется система регулирования электропривода с общим усилителем. В этом случае сигналы обратных связей по скорости и току подаются на обмотки управления ЭМУ или СМУ вместе с сигналом задания скорости, где алгебраически суммируются. При наличии промежуточного магнитного усилителя указанные сигналы подаются на обмотки управления ПМУ.

В связи с появлением тиристоров, в начале 1970-х годов были созданы и в дальнейшем получили широкое распространение тиристорные возбудители (ТВ), обладающие при значительной требуемой мощности (десятки киловатт) лучшими массогабаритными показателями, более высоким коэффициентом усиления и быстродействием, чем силовые магнитные усилители.

Одновременно произошёл переход к системам подчинённого регулирования координат электропривода.

Схема системы подчинённого регулирования для электропривода системы Г-Д с тиристорным возбудителем генератора ТВГ, разработанная ВНИИЭлектропривод, показана на рис. 9.2.

 

 

Рис. 9.2. Схема подчинённого регулирования для системы Г-Д с тиристорным