Карьерный гусеничный экскаватор ЭКГ - 5. Разработка системы управления приводом подъема

Содержание.docx

Глава 1. Описание экскаватора ЭКГ – 5 и постановка задач исследования 8
Глава 2. Определение исходных данных для исследования
систем управления главными механизмами ..23
1. Характеристики силовых элементов привода напора ..24
2. Характеристики силовых элементов приводов поворота и хода 28
3. Характеристики силовых элементов привода подъёма 35
4. Тиристорный возбудитель ..39
5. Датчики координат ..40
Глава 3. Исследование вариантов системы управления
1. Расчёт пропорционально-интегрального регулятора
тока для напорного механизма .31
2. Расчёт пропорционально-интегрально-
дифференциального регулятора тока для напорного механизма 33
3. Расчёт регулятора напряжения привода напора 33
4. Оценка свойств привода напора при различных
Глава 4. Исследование влияния на приводы поворота и
хода свойств задатчика интенсивности ..36
1. Расчёт регулятора тока 42
2. Расчёт регулятора напряжения при работе
на двигатели поворота (вращения) или хода 43
3. Исследование влияния свойств задатчика интенсивности
на свойства привода 45
Глава 5. Разработка системы управления приводом подъёма ..47
1. Расчёт контура тока привода подъёма традиционным способом..50
2. Расчёт контура тока привода подъёма с учётом наличия
упругого звена с линейной обратной связью по нагрузке в канате .51
3. Расчёт контура тока привода подъёма с мультипликативной
обратной связью по нагрузке в канате 52
4. Синтез регулятора напряжения привода подъёма 53
5. Сравнение вариантов привода подъёма .55
Глава 6. БЖД. Методы и средства защиты от вибраций .59
Глава 7. Оценка экономической эффективности предлагаемых в исследовательской работе решений 69
Список источников .76

Введение.docx

Карьерные гусеничные экскаваторы типа ЭКГ применяются на открытых разработках полезных ископаемых. От их надежности и производительности в значительной степени зависит эффективность добычи руды. Чем меньше затраты на эксплуатацию (плановый и вынужденный ремонт) и вследствие этого меньше простои экскаватора тем больше полезного продукта может выдать экскаватор за отпущенное ему время работы. От свойств электропривода существенно зависят показатели работы экскаватора.
На кафедре «Электропривод и автоматика» в конце 80–х годов велись работы по модернизации карьерных экскаваторов. Изначально принято не изменять механическое и силовое электрическое оборудование. Выяснилось в ходе исследований (теоретических и экспериментальных) что существенно можно повысить качество экскаватора относительно дешевыми способами. Первый из них состоит в замене магнитных усилителей которые применяются в цепях возбуждения генераторов на полупроводниковые (тиристорный или транзисторный). Дело в том что такая замена позволяет повысить быстродействие электрической части привода. За счет повышения быстродействия электрической части привода можно уменьшить перегрузки в механическом оборудовании. Однако само по себе применение полупроводниковых возбудителей не имеет смысла без изменения системы управления приводами.
Итак в дипломной работе предполагается выбрать и исследовать относительно дешевые способы модернизации главных приводов экскаваторов: напора поворота хода и подъема. При этом предпринята попытка учесть особенности упомянутых механизмов. В добывающей промышленности на открытых разработках и на погрузочных площадках применяются сотни экскаваторов типа ЭКГ – 5. По имеющейся у меня информации на заводе «Уралмаш» приступили к изготовлению модернизированных вариантов этого экскаватора. В частности в главных приводах применяются микропроцессорные системы управления и тиристорные возбудители. Но они очень дороги поэтому представляется рациональным подход кафедры ЭА к модернизации уже действующего экскаватора.
Для адекватной оценки разрабатываемых систем управления приводами необходимо как можно более точно знать технические характеристики механического и силового электрического оборудования которые обеспечивают паспортные показатели работы экскаватора.
В первой главе коротко описано и то и другое необходимые рисунки приведены в графической части. К сожалению для поиска упомянутых характеристик пришлось использовать несколько источников как литературных так из интернета. В дальнейшем указаны самые достоверные на мой взгляд сведения о характеристиках. Здесь же рассмотрены особенности механизмов и предъявляемых к ним требованиям.
Во второй главе рассчитаны исходные данные для синтеза систем управления приводами. Здесь определены сопротивления индуктивности моменты инерции передаточные числа редукторов всех механизмов.
В главах с третьей по пятую приведены результаты исследований различных вариантов систем управления главных механизмов. Отдельно рассмотрены структурные схемы главных электроприводов определены их параметры рассчитаны настройки регуляторов. Результаты расчетов проверены моделированием.
В результате модернизации предполагаю что экскаватор как бы работает в забое на две категории меньше по трудности экскавируемости чем с штатным приводом. Это приводит к тому что машинист экскаватора испытывает меньше нагрузок связанных с манипуляциями командо-контроллерами однако нагрузки от вибрации электрических машин остаются. Оценке влияния на человека вибраций и способам уменьшения их влияния посвящена 6-ая глава.
Переход из одной категории забоя в другую означает уменьшение затрат на ремонт следовательно повышается время производительной работы экскаватора. Оценке экономической эффективности в условиях добычи доломита посвящена 7- глава.

Список источников.docx

Справочник по электрическим машинам: В 2 т. Т. 2
Под общ. Ред. И.П. Копылова. – М.: Энергоатомиздат 1989.
Бариев Н.В. Электропривод одноковшовых экскаваторов. ЭКГ – 4 и ЭКГ – 46. – М: Энергия 1975.
Экскаватор ЭКГ – 5А. Электрооборудование. Техническое описание и инструкция по эксплуатации 44.50.700 ТО. – Внешнеторгизад1989.
Справочник по автоматизированному электроприводу под ред. В.А. Елисеева и А.В. Шинянского. – М.: Энергоатомиздат1983.
Сатовский Б.И. и др. Современные карьерные экскаваторы – М.: Недра1974.
Годжиев А.А. Исследование и разработка систем и средств управления электроприводами подъемного – напорного механизма экскаваторов. – автореферат на соискание степени КТН. М: Москва 1995.
Ржевский В.В. Процессы открытых горных работ. – М.: Недра 1978.
Сысоев А.А. Инженерно-экономические расчёты для открытых горных работ. – Кемерово 2004.
Трубецкой К.Н. и др. Открытые горные работы. Справочник. – М.: Горное дело 1994.
Хетагурова Т.Г. Стагниева Ю.И. Методические указания по организационно-экономической части для студентов специальности 140604 – «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов». – Владикавказ 2012.
Годжиев А.А. Проектирование систем управления электроприводами постоянного тока. – Владикавказ 2011.
Волков Д.П. Динамика и прочность одноковшевых экскаваторов. – М.: Машиностроение 1965.
Отчёт о хоздоговорной НИР «Автоматический контроль и управление процессами экскавации погрузки транспорта и подготовки забоя с целью повышения эксплуатационной производительности горнотранспортного оборудования карьера» К.В.Кибизов А.Ч.Хатагов А.А.Годжиев - Владикавказ 1989.
А.с. 1286511 СССР. Датчик сил упругой деформации механизма и устройство для его настройки К.В.Кибизов А.А.Годжиев и др. – Бюллетень изобретений 1987.

ГЛАВА 2.docx

Определение исходных данных для исследования систем управления главными механизмами
1. ХАРАКТЕРИСТИКИ СИЛОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Генератор постоянного тока 2ПЭМ400-У2:
- номинальная мощность PГ.Н.НОМ = 50 кВт
- частота вращения n Г.Н.НОМ = 1480 обмин
- номинальное напряжение U Г.Н.НОМ = 375 В
- номинальный ток якоря I Я.Г.Н.НОМ = 133 А
- номинальный ток обмотки возбуждения I В.Г.Н.НОМ = 10 А
- число пар полюсов pП.Г.Н = 2
- сопротивление обмотки якоря при 15 °С rЯ.Г.Н = 00594 Ом
- сопротивление полуобмотки возбуждения при 15 °С rВ.Г.Н = 173 Ом
- сопротивление дополнительных полюсов при 15 °С rД.П.Г.Н = 00203 Ом.
Определим необходимые для дальнейших расчётов параметры генератора напора.
Сопротивление якорной цепи генератора при температуре 75 °С:
RЯ. Г.Н = 124(rЯ.Г.Н + rД.П.Г.Н) = 124(00594+00203) = 01 Ом.
Сопротивление двух последовательно соединённых полуобмоток возбуждения при 75 °С:
RВ. Г.Н = 124·2· rВ.Г.Н = 124·2·173 = 429 Ом.
Напряжение холостого хода генератора:
U Г.Н.Х.Х = U Г.Н.НОМ + I Я.Г.Н.НОМ RЯ. Г.Н = 375 + 133·01 = 388 В.
Такое напряжение соответствующее номинальной ЭДС получается на выходных зажимах якорной цепи генератора при отсутствии нагрузки номинальной скорости вращения якоря и номинальном напряжении на последовательно соединённых полуобмотках возбуждения
U В.Г.Н.НОМ = I В.Г.Н.НОМ· RВ. Г.Н = 10·429 = 429 В.
Следовательно коэффициент передачи генератора k Г.Н = E Г.НU В.Г.Н можно рассчитать по формуле:
k Г.Н = U Г.Н.Х.Х U В.Г.Н.НОМ = 388429 = 905.
Индуктивность якорной цепи генератора:
L Я.Г.Н = 05 U Г.Н.НОМ(0105 pП.Г.Н n Г.Н.НОМ I Я.Г.Н.НОМ) =
= 05·375(0105·2·1480·133) = 000454 Гн.
Постоянная времени генератора по цепи возбуждения:
T Г.Н 103 PГ.Н.НОМ[(2 pП.Г.Н)2· n Г.Н.НОМ]033 =
=103 50[(2·2)2·1480]033 = 13 c
Двигатель постоянного тока ДПЭ-52:
- номинальная мощность PД.Н.НОМ = 54 кВт
- частота вращения n Д.Н.НОМ = 1200 обмин
- номинальное напряжение U Д.Н.НОМ = 395 В
- номинальный ток якоря I Я.Д.Н.НОМ = 150 А
- число пар полюсов pП.Д.Н = 2
- сопротивление обмотки якоря при 15 °С rЯ.Д.Н = 0033 Ом
- сопротивление обмотки возбуждения при 15 °С rВ.Д.Н = 63 Ом
- сопротивление дополнительных полюсов при 15 °С rД.П.Д.Н = 00215 Ом
- момент инерции якоря JД.Н = 19 кг·м2
Определим необходимые для дальнейших расчётов параметры двигателя.
Сопротивление якорной цепи двигателя при температуре 75 °С:
RЯ. Д.Н = 124(rЯ.Д.Н + rД.П.Д.Н) = 124(0033+00215) = 00676 Ом.
Номинальная угловая скорость
Д.Н.НОМ = 0105· n Д.Н.НОМ = 0105·1200 = 126 с-1.
Индуктивность якорной цепи двигателя:
L Я.Д.Н = 05 U Д.Н.НОМ( pП.Д.Н Д.Н.НОМ I Я.Д.Н.НОМ) =
= 05·395(2·126·150) = 000522 Гн.
Постоянная двигателя напора
сД.Н = (U Д.Н.НОМ - I Я.Д.Н.НОМ· RЯ. Д.Н) Д.Н.НОМ =
= (395 - 150·00676) 126 = 305 В·с.
Вращательное движение вала двигателя преобразуется в поступательное движение рукояти с ковшом с помощью двухступенчатого редуктора и кремальерной пары.
Передаточное число первой пары шестерен редуктора (от электродвигателя к промежуточному валу) j1.Н = z2.Н z1.Н = 12222 = 5545 модуль пары 1.Н = 0008 м;
Передаточное число второй пары шестерен редуктора (от промежуточного вала к напорной оси) j2.Н = z4.Н z3.Н = 11016 = 6875 модуль пары 2.Н = 0014 м;
Число зубьев каждой из двух кремальерных шестерен zК.Н = 14 модуль К.Н = 0024 м. Разумеется модуль зубьев рейки рукояти равен модулю кремальерной шестерни.
Назовём коэффициентом передачи механизма напора kМ.Н отношение линейной скорости перемещения рукояти vН к угловой скорости двигателя Д.Н. Этот коэффициент можно выразить через указанные выше параметры передаточного механизма:
kМ.Н = 05· К.Н· zК.Н ( j1.Н· j2.Н ) =
= 05·0024·14(5545·6875) = 00044 мрад.
В частности номинальной скорости двигателя Д.Н.НОМ будет соответствовать номинальная линейная скорость
vН.НОМ = kМ.Н· Д.Н.НОМ = 00044·126 = 0554 мс.
Определим какой момент инерции на валу двигателя напора соответствует массе рабочего органа состоящего из ковша и рукояти:
JР.О.Н = kМ.Н2·(mК + mР) = 000442 (9935+7950) = 0346 кг·м2.
Момент инерции груза в ковше приведенный к валу двигателя напора зависит от степени загрузки и плотности породы. При номинальной загрузке mГ = 10 тонн соответствующий момент инерции:
JГ.Н = kМ.Н2·mГ = 000442·10000 = 0194 кг·м2.
Момент инерции редуктора напора пришлось оценивать ориентировочно по чертежам и массе деталей напорного механизма приведенным в [14] (см. Приложения). Однако в этом каталоге не указаны размеры. Размеры относительно точно можно оценить по приведенным выше характеристикам редуктора. Например радиус напорного колеса (стр. 85) равен 2.Н· z4.Н(2) 0014·110(2·314) = 025 м. Если считать колесо цилиндром с массой 900 кг (стр.86) то его момент инерции приведенный к валу двигателя составит 05·900·0252·(5545·6875)-2 = 0019 кг·м2.
Приведём ещё аналогичный расчёт для колеса промежуточного вала массой 260 кг и радиусом 1.Н· z2.Н(2) 0008·122(2·314) = 015 м. Его момент инерции 05·260·0152·5545-2 = 009 кг·м2.
Диаметры массы и следовательно моменты инерции которые несложно оценить таким способом других вращающихся деталей существенно меньше. Поэтому соответствующие расчёты здесь не приводятся. Укажем получившееся значение момента инерции редуктора напора JР.Н = 017 кг·м2. Это согласуется с известным фактом что момент инерции редуктора примерно в 10 раз меньше момента инерции двигателя.
Итак суммарный момент инерции привода:
J.Н = JД.Н + JР.О.Н + JГ.Н = 19+0346+017+0194 = 261 кг·м2.
Осталось определить показатели внешней характеристики генератора согласно рис. 1.1.
Скорость вала двигателя при заданной линейной 051 мс :
Д.Н = vН kМ.Н = 051 00044 = 116 радс.
Ток стопорения (стр.19) I Я.Д.Н.СТ = 315 А.
Ток отсечки I Я.Д.Н.ОТС = ΔI 1.Н = 09·315 = 280 А.
ΔI 2.Н = 315 – 280 = 25 А.
При одном и том же токе напряжения двигателя и генератора равны следовательно при заданной скорости двигателя и номинальном токе
U Г.Н = Д.Н· сД.Н + I Я.Д.Н.НОМ· RЯ. Д.Н =116·305+150·000676= 354 В.
ΔU 1.Н = ( U Г.Н.Х.Х. - U Г.Н)· I Я.Д.Н.ОТС I Я.Д.Н.НОМ =
= (425 – 354)·280150 = 132 В.
ΔU 2.Н = 425 – 130 = 95 В.
2. ХАРАКТЕРИСТИКИ СИЛОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИВОДОВ ПОВОРОТА И ХОДА
Для того чтобы избежать путаницы в обозначениях параметров и переменных генератора работающего на оба привода применим индексы с элементом «В-Х» двигателей привода поворота – с «В» а хода – «Х».
Генератор постоянного тока 2ГПЭ-13-142-У2:
- номинальная мощность PГ.В-Х.НОМ = 132 кВт
- частота вращения n Г.В-Х.НОМ = 1480 обмин
- номинальное напряжение U Г.В-Х.НОМ = 610 В
- номинальный ток якоря I Я.Г.В-Х.НОМ = 217 А
- номинальный ток обмотки возбуждения I В.Г.В-Х.НОМ = 114 А
- число пар полюсов pП.Г.В-Х = 2
- сопротивление обмотки якоря при 15 °С rЯ.Г.В-Х = 0057 Ом
- сопротивление полуобмотки возбуждения при 15 °С rВ.Г.Н = 172 Ом
- сопротивление дополнительных полюсов при 15 °С rД.П.Г.Н = 00228 Ом.
Определим необходимые для дальнейших расчётов параметры генератора поворота - хода.
RЯ. Г.В-Х = 124(rЯ.Г.В-Х + rД.П.Г.В-Х) = 124(0057+00228) = 01 Ом.
RВ. Г.Н = 124·2· rВ.Г.В-Х = 124·2·172 = 427 Ом.
U Г.В-Х.Х.Х = U Г.В-Х.НОМ + I Я.Г.В-Х.НОМ RЯ. Г.В-Х = 610 + 217·01 = 632 В.
U В.Г.В-Х.НОМ = I В.Г.В-Х.НОМ· RВ. В-Х.Н = 114·427 = 488 В.
Следовательно коэффициент передачи k Г.В-Х = E Г.В-ХU В.Г.В-Х можно рассчитать по формуле:
k Г.В-Х = U Г.В-Х.Х.Х U В.Г.В-Х.НОМ = 632488 = 130.
L Я.Г.В-Х = 05 U Г.В-Х.НОМ(0105 pП.Г.В-Х n Г.В-Х.НОМ I Я.Г.В-Х.НОМ) =
= 05·610(0105·2·1480·217) = 000452 Гн.
T Г.В-Х 103 PГ.В-Х.НОМ[(2 pП.Г.В-Х)2· n Г.В-Х.НОМ]033 =
= 103 132[(2·2)2·1480]033 = 177 c
Данные каждого из двух последовательно соединённых двигателей постоянного тока ДПВ-52:
- номинальная мощность PД.В.НОМ = 60 кВт
- частота вращения n Д.В.НОМ = 1230 обмин
- номинальное напряжение U Д.В.НОМ = 305 В
- номинальный ток якоря I Я.Д.В.НОМ = 220 А
- число пар полюсов pП.Д.В = 2
- сопротивление обмотки якоря при 15 °С rЯ.Д.В = 0019 Ом
- сопротивление обмотки возбуждения при 15 °С rВ.Д.В = 63 Ом
- сопротивление дополнительных полюсов при 15 °С rД.П.Д.В = 00125 Ом
RЯ. Д.В = 124(rЯ.Д.В + rД.П.Д.В) = 124(0019+00125) = 00315 Ом.
Д.В.НОМ = 0105· n Д.В.НОМ = 0105·1230 = 129 с-1.
L Я.Д.В = 05 U Д.В.НОМ( pП.Д.В Д.В.НОМ I Я.Д.В.НОМ) =
= 05·305(2·129·220) = 000269 Гн.
Постоянная двух двигателей поворота
сД.в = 2(U Д.В.НОМ - I Я.Д.В.НОМ· RЯ. Д.В) Д.В.НОМ =
= 2(305 - 220·00315) 129 = 662 В·с.
Характеристики зубчатых передач поворотного механизма получим из кинематической схемы.
Рис. 2.1. Кинематическая схема привода поворота
- от электродвигателя к промежуточному валу 11620= 58
- от промежуточного вала к вертикальному поворотному валу 6711= 61
- от вертикального поворотного вала к зубчатому венцу 12811= 116.
Итого передаточное число редуктора jР.В = 58·61·116 = 410.
Для определения момента инерции привода поворота воспользуемся схематичным его изображением на котором указаны размеры. По ним несложно довольно точно найти радиусы инерции элементов конструкции вращающихся вокруг оси платформы. Данные о массах приведены в первой главе и в приложениях. Правда есть разнобой в данных различных источников принимаем чаще встречающиеся. Кроме того моменты инерции рабочего органа и груза меняются. Составляющие момента инерции будем приводить к валу двигателя по известной формуле JПРИВ = m·RИ2.
Рис. 2.2. Эскиз ЭКГ-5 с указанием размеров
Постоянные составляющие - момент инерции платформы с механизмами и стрелы зависит от постоянной массы платформы со стрелой.
Масса платформы с механизмами составляет 58269 кг58300 кг радиус инерции примем равным 225 м.
Значит момент инерции платформы равен:
JПЛ = 58300·2252·410-2 = 175 кг·м2.
стрелы составляет 17330 кг считаем её равномерно
распределённой длина стрелы 105 м тогда радиус инерции стрелы наклонённой под углом 45 градусов принимаем равным
5 + 05·105·cos 45° = 60 м.
Момент инерции стрелы определяется по формуле:
JСТР = 17330·62·410-2 = 37 кг·м2.
Переменные составляющие – моменты инерции рукояти (масса 7756 кг) и ковша с грузом (9900+10000=19900 кг). Когда ковш полный то рукоять практически полностью выдвинута. С учётом этого принимаем радиус инерции рукояти 9 м ковша – 12 м.
Момент инерции рукояти вычисляем по формуле
JРУК = 7756·92·410-2 = 37 кг·м2.
Момент инерции ковша с грунтом:
JК.Г = 19900·122·410-2 = 17 кг·м2.
Момент инерции двух двигателей:
JДВ = 2·19 = 38 кг·м2.
Заметим даже приблизительный расчёт момента инерции редуктора по массогабаритным параметрам как в случае напорного механизма смысла не имеет. Учтем что при относительно большом передаточном числе редуктора равном 410 его момент инерции обычно составляет 02 от момента инерции двигателя поэтому:
JРЕД = 02JДВ = 02·38 = 038 кг·м2.
Суммарный момент инерции привода поворота определяем по формуле:
JВ = JПЛ + JСТР + JРУК +JДВ +JРЕД +JК.Г=
= 175+37+37+38+038+17 = 133+17 = 30 кг·м2.
Отметим важную особенность – существенное отличие момента инерции при пустом ковше при одном и том же положении рабочего оборудования в плоскости копания (22 кг·м2).
Скорость вращения платформы при номинальной скорости двигателя составит: ПЛ. = Д.В.НОМ jР.В = 129410= 0314 радс. Один оборот (2 радиан) платформа совершает за 20314 = 20 с Что в точности соответствует указанному па странице 20 требованию следовательно для достижения требуемой скорости платформы на последовательно соединённые двигатели надо подать номинальное напряжение то есть U Г.В-Х.НОМ = 610 В. Номинальные токи двигателей и генератора тоже практически равны. В отличие от приводов копающих механизмов ток стопорения всего в 350220 = 16 раза превышает номинальный. Это объясняется тем что ограничение тока в приводе поворота организовано для ограничения ускорения и замедления. Необходимость такого ограничения обусловлена условиями прочности громоздкого механизма.
Ток стопорения (стр.20) I Я.Г.СТ = 350 А.
Ток отсечки I Я.Д.В.ОТС = ΔI 1.В = 09·350 = 315 А.
ΔI 2.В = 350 – 315 = 35 А.
ΔU 1.В = ( U Г.В.Х.Х. - U Г.В)· I Я.Д.В.ОТС I Я.Д..НОМ =
= (680 – 610)·315220 = 100 В.
ΔU 2.В = 680 – 100 = 580 В.
В приводе хода применён точно такой же двигатель как в приводе напора поэтому в дальнейших расчётах применим уже найденные значения параметров заменяя в индексах обозначений букву «В» на букву «Х».
Передаточное устройство привода хода (подобно приводу напора) преобразует вращательное движение вала двигателя в поступательное всего экскаватора. Номинальная скорость перемещения (стр. 20) – 05 кмчас = 05·10003600 = 014 мс. В принципе можно определить передаточный коэффициент механизма хода тем же способом что и для напора то есть рассмотрев подробно редуктор. Но во-первых устройство механизма гораздо сложнее (см. рис. 2.3) во-вторых привод хода работает в кратковременном режиме с ПВ = 45 минут и от его свойств производительность экскаватора практически не зависит. Поэтому применим простейшую методику допустив что двигатель при скорости хода 014 мс вращается с номинальной скоростью 126 радс: kМ.Х = 014126 = 00011 мрад.
Момент инерции на валу двигателя соответствующий рабочей массе экскаватора 196 тонн JЭКС = 196000·000112 = 024 кг·м2.
Момент инерции редуктора JР.Х = 025JД.Х = 025·19 = 048 кг·м2.
Суммарный момент инерции привода хода:
JХ = JЭКС + JР.Х + JД.Х = 024 + 048 + 19 = 262 кг·м2.
Параметры внешней характеристики генератора.
Ток стопорения (стр.19) I Я.Г.СТ = 410 А.
Ток отсечки I Я.Д.Х.ОТС = ΔI 1.Х = 09·410 = 370 А.
ΔI 2.Х = 410 – 370 = 40 А.
ΔU 1.Х = ( U Г..Х.Х. - U Г.Х)· I Я.Д.Х.ОТС I Я.Д.Х.НОМ =
= (480 – 395)·370150 = 210 В.
ΔU 2.Х = 480 – 210 = 270 В.
3. ХАРАКТЕРИСТИКИ СИЛОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Генератор постоянного тока 2ПЭМ2000М-У2:
- номинальная мощность PГ.П.НОМ = 200 кВт
- частота вращения n Г.П.НОМ = 1480 обмин
- номинальное напряжение U Г.П.НОМ = 460 В
- номинальный ток якоря I Я.Г.П.НОМ = 435 А
- номинальный ток обмотки возбуждения I В.Г.П.НОМ = 128 А
- сопротивление обмотки якоря при 15 °С rЯ.Г.П = 00121 Ом
- сопротивление полуобмотки возбуждения при 15 °С rВ.Г.П = 15 Ом
- сопротивление дополнительных полюсов при 15 °С rД.П.Г.П = 0004 Ом.
Определим необходимые для дальнейших расчётов параметры генератора подъёма.
RЯ. Г.П = 124(rЯ.Г.П + rД.П.Г.П) = 124(00121+0004) = 002 Ом.
RВ. Г.П = 124·2· rВ.Г.П = 124·2·15 = 372 Ом.
U Г.П.Х.Х = U Г.П.НОМ + I Я.Г.П.НОМ RЯ. Г.П = 460 + 435·002 = 469 В.
U В.Г.П.НОМ = I В.Г.П.НОМ· RВ. Г.П = 128·372 = 476 В.
Следовательно коэффициент передачи генератора k Г.П = E Г.ПU В.Г.П можно рассчитать по формуле:
k Г.П = U Г.П.Х.Х U В.Г.П.НОМ = 469476 = 985.
L Я.Г.П = 05 U Г.П.НОМ(0105 pП.Г.П n Г.П.НОМ I Я.Г.П.НОМ) =
= 05·460(0105·2·1480·435) = 00017 Гн.
T Г.П 103 PГ.П.НОМ[(2 pП.Г.П)2· n Г.П.НОМ]033 =
= 103 200[(2·2)2·1480]033 = 204 c
Двигатель постоянного тока ДЭ-816:
- номинальная мощность PД.П.НОМ = 200 кВт
- частота вращения n Д.П.НОМ = 750 обмин
- номинальное напряжение U Д.П.НОМ = 440 В
- номинальный ток якоря I Я.Д.П.НОМ = 490 А
- число пар полюсов pП.Д.П = 2
- сопротивление обмотки якоря при 15 °С rЯ.Д.П = 00122 Ом
- сопротивление обмотки возбуждения при 15 °С rВ.Д.П = 35 Ом
- сопротивление дополнительных полюсов при 15 °С rД.П.Д.П = 00088 Ом
- момент инерции якоря JД.П = 16 кг·м2
RЯ. Д.П = 124(rЯ.Д.П + rД.П.Д.П) = 124(00122+00088) = 0026 Ом.
Д.П.НОМ = 0105· n Д.П.НОМ = 0105·750 = 787 с-1.
L Я.Д.П = 05 U Д.П.НОМ( pП.Д.П Д.П.НОМ I Я.Д.П.НОМ) =
= 05·440(2·787·490) = 000285 Гн.
сД.П = (U Д.П.НОМ - I Я.Д.П.НОМ· RЯ. Д.НП) Д.П.НОМ =
= (440 - 490·0026) 787 = 542 В·с.
Вращательное движение вала двигателя подъёма Д.П преобразуется в поступательное движение подъёмного каната vП передаточным механизмом состоящим из:
- редуктора установленным между валом двигателя и ведущим валом с шевронными шестернями (числа зубьев z1.П = 21 z2.П = 142 модуль 1.П = 001 м)
- цилиндрической передачи между ведущим валом и валом барабана (числа зубьев z3.П = 16 z4.П = 109 модуль 2.П = 0018 м)
- барабана на который наматывается подъёмный канат с диаметром dБ.П = 105 м.
По аналогии с приводом напора определяем:
j1.П = z2.П z1.П = 142 21 = 6762
j2.П = z4.П z3.П = 109 16 = 68125
kМ.П = 05·dБ.П ( j1.П· j2.П ) = 05·105(6762·68125) = 00114 мрад.
Момент инерции рабочего органа приведенный к валу двигателя подъёма:
JР.О.П = kМ.П2·(mК + mР) = 001142·(9935+7950) = 232 кг·м2.
При номинальной загрузке ковша mГ = 10 тонн соответствующий момент инерции:
JГ.П = kМ.П2·mГ = 001142·10000 = 13 кг·м2.
Механизм подъёма содержит явно упругое звено – канат следовательно рационально полагать механизм подъёма двухмассовым причём вторая масса переменная:
J2 = JР.О.П + JГ.П = 232 362 кг·м2.
Первая масса состоит из моментов инерции двигателя и редуктора с барабаном (см. приложения стр. 91 100). Методом описанным в пункте 2.1 найдено значение JР.П = 21 кг·м2.
Момент инерции первой массы:
J1 = JД.П + JР.П = 16+22 = 182 кг·м2.
Номинальной скорости вращения двигателя соответствует линейная скорость подъёма:
vП.НОМ = kМ.П· Д.П.НОМ = 00114·787 = 089 мс.
Это практически соответствует требуемой скорости (стр. 19) поэтому выполним расчёт полагая что двигатель работает в номинальном режиме.
Ток стопорения (стр.19) I Я.Г.СТ = 1250 А.
Ток отсечки I Я.Д.П.ОТС = ΔI 1.П = 08·1250 = 1000 А.
ΔI 2.П = 1250 – 1000 = 35 А.
ΔU 1.П = ( U Г.П.Х.Х. - U Г.П)· I Я.Д.П.ОТС I Я.П..НОМ =
= (525 – 440)·1000460 = 180 В.
ΔU 2.В = 525 – 180 = 345 В.
И в завершение этого пункта о параметрах упругого звена между первой и второй массами – каната а именно: жёсткости сК и коэффициенте сил вязкого трения kВ.Т. Их удалось найти во второй главе книги авторитетного учёного Д.П.Волкова изданной в 1965 году [12] правда для экскаватора ЭКГ-4 предшественника ЭКГ-5. Но отличия в механике привода подъёма этих экскаваторов незначительны поэтому принимаем сК = 240000 Нм kВ.Т = 8000 Н·см. Сразу приведём эти значения к двигателю:
с12 = сК·(05·dБ.П)2·сД.П( j1.П· j2.П )2 =
= 240000·(05·105)2·542( 6762·68125)2 = 168 Арад.
k12 = kВ.Т·(05·dБ.П)2·сД.П( j1.П· j2.П )2 = 56 А·срад.
4. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ВОЗБУДИТЕЛЬ
Является важным элементом рассматриваемых в настоящей работе предложений. Предназначен для замены возбудителей генераторов на основе магнитных усилителей. В штатной схеме ЭКГ-5А применяются блоки ПДД-15В мощностью 15 кВт с трёхфазным напряжением питания 220 В [3]. Они обеспечивают примерно двукратную форсировку возбуждения.
Если применить реверсивный тиристорный возбудитель по мостовой схеме с тем же напряжением питания то максимальное выпрямленное напряжение составит 135·220 = 290 В. Это означает например в приводе подъёма форсировку 290 U В.Г.П.НОМ = 290476 = 6 что позволяет до трёх раз повысить быстродействие привода.
Предлагаю применить разработанный на нашей кафедре оптотиристорный возбудитель [13] стоимостью примерно 12000 руб. Он имеет коэффициент kТ.В = 29 и постоянную времени ТТ.В = 001 с.
5. ДАТЧИКИ КООРДИНАТ
Для всех электроприводов необходимы датчики тока якоря датчики напряжения генератора а для привода подъёма ещё и датчик усилия в канате. Максимальное выходное напряжение всех датчиков – 10 В.
Датчики тока состоят из шунтов и блоков гальванической развязки. Можно применить блоки разработанные нашей кафедры [13]. Коэффициенты датчиков тока определяем по номинальным токам шунтов типа 75ШСМ имеющиеся в штатной схеме:
- напора kТ.Н = 10500 = 002 ВА
- поворота – хода kТ.В-Х = 10500 = 002 ВА
- подъёма kТ.П = 101500 = 002 ВА.
Датчики напряжения состоят из делителей напряжения и таких же блоков развязки. Коэффициенты датчиков определяем по значениям напряжения холостого хода указанным в первой главе (стр. 19) с небольшим запасом на возможное перерегулирование:
- напора kН.Н = 10425 = 0024 ВВ
- поворота – хода kН.В-Х = 10700 = 00143 ВВ
- подъёма kН.П = 10525 = 0019 ВВ.
В качестве датчика усилия в подъёмном канате лучше всего применить устройство [15] которое вычисляет сигнал соответствующий составляющей тока якоря пропорциональной усилию в подъёмном канате по выходным сигналам датчиков тока и напряжения подъёма. Поэтому его коэффициент надо принять равным kТ.Н.

Наззи222.dwg

К сварочному трансформатору
Технические характеристики
Экскаватор ЭКГ-5А Общий вид и технические характеристики
Емкость основного ковша лопаты
Емкость сменных ковшей
Напряжение питающей сети
Мощность асинхронного сетевого двигателя
Схема электрическая однолинейная экскаватора ЭКГ-5А
Механизм открытия ковша
Поворотные механизмы
Высоковольтный электродвигатель
Блок стабилизациции токов возбужд.
Обмотка возбуждения шунтовая
Трансформатор собственных нужд
Токоприемник кольцевой
Узел автоматического копания
Реле токовой защиты привода подъема
Обмотка гибкой отрицательной связи по току главной цепи
Кулачковый командоконтроллер
Раскрывающее устройство

Титульный лист.docx

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
Факультет Электромеханический
Кафедра Электропривод и автоматика
Специальность 140604.65 «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов»
на тему: «Способы и средства модернизации электроприводов карьерного экскаватора ЭКГ – 5»
Студентки Перминовой Екатерины Владимировны
Руководитель работы доцент Годжиев А.А.
по БЖД проф. Кондратьев Ю.И.
по экономике к.т.н. Хетагурова Т.Г.
Работа рассмотрена кафедрой и допущена к защите в ГАК
Заведующий кафедрой проф. Кибизов К.В.

ГЛАВА7.docx

Оценка экономической эффективности предлагаемых в исследовательской работе решений.
В настоящей главе не ставится задача тщательного расчёта экономического эффекта от внедрения результатов в условиях конкретного предприятия так как работа носит скорее теоретический характер. Здесь лишь предпринята попытка оценить возможный эффект доказывающий актуальность работы.
В работе рассмотрены способы и средства модернизации электроприводов главных механизмов карьерного экскаватора типа ЭКГ-5. В настоящее время на заводе «Уралмаш» (г.Екатеринбург) приступают к выпуску экскаваторов с модернизированной системой управления главными электроприводами. Эта система предусматривает применение полупроводниковых возбудителей для возбуждения генераторов подъема напора поворота – хода. Регуляторы системы управления реализуются на микроконтроллерах.
Однако в условиях ограниченности финансовых ресурсов предприятий горной промышленности приобретение новой модели экскаватора весьма проблематично. В настоящее время в эксплуатации находятся сотни экскаваторов ЭКГ – 5 выпущенных за последние 20 30 лет. Вместо того чтобы покупать новый экскаватор (надо учесть еще и затраты на транспортировку сборку монтаж и наладку для большинства предприятий неподъемных) лучше модернизировать существующий на предприятии экскаватор.
В моей дипломной работе предлагаются следующие средства модернизации:
- полупроводниковый возбудитель – 3 шт;
- система управления приводом подъема с мультипликативной обратной связью по усилию в канате способствующей гашению колебаний нагрузок в электромеханической системе подъема как в режиме перемещения груза так и при стопорении ковша;
- система управления приводами напора с повышенной способностью ограничения нагрузок;
- система управления приводом поворота с возможностью ограничения ускорений в начале поворота или хода и при реверсе что способствует относительно мягкому режиму работы этих механизмов.
В моей работе не ставилась задача разработки принципиальных схем однако оценить затраты на приобретение элементов можно по функциональным схемам с учётом опыта работы сотрудников кафедры над изготовлением макетного образца аналогичного устройства для ЭКГ-8И и его испытаний в 80-е годы. В отчёте по госбюджетной НИР [13] приведены соответствующие принципиальные схемы. Разумеется ниже цены приводятся теперешние.
Итак на один привод требуются полупроводниковый возбудитель по цене 12000 руб. около 200 резисторов конденсаторов и диодов по средней цене 5 руб. и 10 операционных усилителей по цене 40 руб. Следовательно затраты на приобретение элементов составят 3×12000 + 200×5 + 10×40 = 37400 руб.. Затраты на изготовление устройств их монтаж и наладку на экскаваторе как правило в пять раз больше стоимости комплектующих. Получим ориентировочное значение стоимости модернизации
М = 5×37400 = 187000 руб.
Экономический эффект от предлагаемых нововведений связан с уменьшением износа механического и электрического оборудования следствием которого является снижение количества поломок времени на вынужденное (вследствие поломок) восстановление времени простоев под плановым ремонтом. Следствие – рост эксплуатационной производительности экскаватора. Износ оборудования при прочих равных условиях тем меньше чем ниже категория забоя по трудности экскавируемости. Предлагаемые способы модернизации позволяют уменьшить коэффициент динамичности в приводах напрямую связанный с износом с 15 16 до 11 12 что эквивалентно снижению категории забоя на две единицы [12 стр. 302]
Оценим возможный экономический эффект от этого в условиях предприятия «Кавдоломит» на погрузочной площадке которого я наблюдала за работой экскаватора. Добываемая им руда (доломит) позволяет отнести забой к третьей категории экскавируемости при работе экскаватора со штатной системой управления (базовый вариант) [7 стр. 145 154]. Следовательно в новом (модернизированном) варианте забой относится к первой категории.
В [8] и [9] приведены следующие сведения о нормативных и вынужденных затратах на ремонт в забоях различной категории.
Удельные затраты времени на плановый ремонт
- в забое 1 – ой категории 113 ч млн. т.
- в забое 3 – ей категории 151 ч млн. т.
. Удельные затраты времени на вынужденное восстановление
- в забое 1 – ой категории – 23 ч млн. т
- в забое 3 – ей категории – 41 ч млн. т.
В результате за счет модернизации затраты времени на ремонтные работы на единицу продукции уменьшаются на величину:
= (151 – 113) + (41 – 23) = 38 + 18 = 56 ч млн. т.
Стало быть столько часов дополнительно экскаватор может выдавать продукцию. Из этих соображений и оценим возможный годовой экономический эффект по формуле:
Э = (ЗР.Б – ЗР.Н)·АР.Н
где ЗР.Б ЗР.Н АР.Н –соответственно приведенные затраты на единицу руды в базовом и новом вариантах и годовой объём добычи руды.
В свою очередь приведенные затраты [10 стр. 16]:
где С ЕН К – себестоимость единицы руды нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений (015) удельные капитальные вложения.
В настоящее время предприятие «Кавдоломит» работает в одну смену с двумя выходными в неделю следовательно средний годовой фонд времени
СР.Г.Ф. = (365 – 104) × 8 = 2088 часов.
Годовая добыча доломита составляет в настоящее время около АР.Б = 650000 тонн себестоимость добычи СБ = 280 руб.т
Таким образом время исправной работы в базовом и новом вариантах:
Р.Б = 2088 – (151+41)×06 = 1973 ч.
Р.Н = 2088 – (113+23)×06 = 2006 ч.
Годовая добыча в новом варианте:
АР.Н = АР.Б ( Р.Н Р.Б) = 650000 ( 20061973) = 650000×1017 = 660800 т.
В [8] указано что доля условно-переменной зависящей от производительности составляющей себестоимости добычи руды экскаваторами составляет 90%. В базовом варианте это 280×09 = 252 руб.т. Остальные 28 руб.т остаются постоянными.
В новом варианте переменная составляющая уменьшится в 1017 раза тогда себестоимость составит
СН = 28 + 2521017 = 275 руб.т.
Удельные капитальные затраты в базовом варианте при сегодняшней цене экскаватора 15000000 руб.:
КБ = 15000000650000 = 2308 руб.т
При расчёте удельных капитальных затрат в новом варианте учтём затраты на модернизацию:
КН = (15000000+187000)650000 = 23.36 руб.т
Удельные затраты в базовом и новом вариантах:
ЗБ = 280 + 015×2308 = 28346
ЗН = 275 + 015×2336 = 27805
Наконец ожидаемый годовой экономический эффект:
Э = (28346 – 27805)×660800 = 3575000 руб.

ГЛАВА 4.docx

Исследование влияния на приводы поворота и хода свойств задатчика интенсивности
Для приводов вращения предусмотрены два двигателя. В приводе хода 1 двигатель причем напряжение на двух последовательно соединенных якорях двигателей вращений 610 В а на двигателе привода хода 395 В.
Поэтому необходимо изменить задание на входе в системе управления при переходе от привода вращения на привод хода горазда реже включается чем привод поворота. Поэтому при расчете системы управления приводами вращения и хода основное внимание уделим приводу поворота.
Приводы поворота и хода в отличие от приводов подъема и напора имеют большие моменты инерции. Следовательно основное назначение этих приводов – преодоление момента инерции который припятствует ускорению момента инерции. Поскольку момент инерции механизмов вращения и хода существенны то и математическое описание ТП отличается.
Передаточные числа редуктора отражены в таблице.
Расчет и выбор электродвигателей.
Передаточное число редуктора составит :
Jред.= (11020)х(6711)х(12811) = 389
Рассчитаем момент инерции привода поворота экскаватора ЭКГ-5
)Момент инерции платформы зависит от постоянной массы платформы со стрелой.платформы с механизмами составляет 58269 кг58300 кг радиус инерции составляет 225м.
Значит момент инерции платформы равен:
)Масса стрелы составляет 17330 кг радиус инерции стрелы – (225+1052Cos450) м.
Значит момент инерции стрелы определяется по формуле:
)Масса рукояти равна 7756 кг радиус инерции рукояти – 9м.
Момент инерции рукояти вычисляем по формуле:
)Масса ковша составляет 9916 кг масса груза который может поместиться в ковш – 10000 кг радиус инерции ковша – 1265 м отсюда находим что момент инерции ковша равен:
Суммарный момент инерции механизма поворота будет равен:
)Момент инерции двигателей ( 2 штуки ) ДПВ-52 составляет:
)Учтем что при относительно большом передаточном числе редуктора равном Jред.= 389 и при том что у нас их два получим что момент инерции редукторов равен:
Суммарный момент инерции привода поворота определяем по формуле:
Выбираем для привода поворота двигатели ДПВ-52
Номинальные данные двигателя ДПВ-52
Номинальная мощность Рн кВт
Номинальное напряжение Uн В
Номинальная сила тока Iн А
Номинальная скорость вращения nн обмин
Номинальная частота определяется по формуле:
Двигатели отвечающие за поворот соединены последовательно поэтому расмотривая их совместно получаем следующие номинальные параметры:
В справочнике не указано активное сопротивление якоря двигателя ДПВ-52 поэтому определим его самостоятельно для двух последовательно соединенных двигателей.
Найдем полную мощность двух двигателей :
Из этой полной мощности полезная мощность составляет Рполез.= 260= =120 кВт. Отсюда тогда находим потери мощности двух двигателей которые составляют:
Полагаем что половина потерь мощности т.е. 7100 Вт теряется в якорной цепи двигателя т.е. получаем что
Мощность генератора должна соответствовать суммарной мощности двух двигателей при напряжении 610 В и силе тока 220 А. Два последовательно соединенных двигателя получают питание от одного генератора.
Выбираем генератор типа ПЭМ-1000.
Номинальная скорость вращения генератора 1480 обмин. Эта скорость вращения соответствует скорости вращения асинхронного двигателя. Сопротивление обмотки возбуждения при 15 составляет 172 Ом сопротивление обмотки якоря при 15 равно Rя = 0057 Ом.
Функциональная схема.
Uз.с. – сигнал пропорциональности заданной скорости поворота.
Он задается с помощью командо-контроллера установленного в ногах машиниста экскаватора.
ЗИ – задатчик интенсивности который ограничивает ускорение механизма поворота.
РН – регулятор напряжения; он обеспечивает оптимальный закон регулирования напряжения на выходе генератора. Для получения сигнала обратной связи по напряжению параллельно обмотке якоря генератора подключено сопротивление RP и датчик напряжения ДН.
РТ – регулятор тока; обратная связь для этогорегулятора получается с шунта RS и датчика тока якоря ДТЯ.
В штатной схеме для возбуждения генератора применяются магнитные усилители. В современном варианте применяются тиристорные возбудители. У них есть два преимущества по сравнению с магнитными усилителями:
- повышенное быстродействие по сравнению с магнитным усилителем
- уменьшение потерь в цепи возбуждения генераторов за счет исключения добавочных сопротивлен
Структурная схема показана на одном из листов графической части.
Определим параметры структурной схемы необходимые для расчетов регуляторов. Тиристорный возбудитель обеспечивает форсирование (с запасов) на напряжения на обмотки возбуждения генератора. На кафедре ЭА разработан тиристорный возбудитель позволяющий при трехфазной мостовой реверсивной схеме получить Ктв = 30 Ттв = 002 с.
Генератор представлен инерционным звеном. Принимаем Uв. = 68 В (на двух оюмотках). При этом ЭДС генератора должна составить :
Тг – постоянная времени обмотки возбуждения генератора. Её нужно определить по формуле с учеом того что разработчики электропривода экскаватора допустили что для придания механизму поворота нужного ускорения достаточно генератора на 80кВт.
Датчик тока выбираю по максимальному значению тока якоря
Коэффициент обратной связи по напряжению выбираем с запасом на 20% на перерегулирование:
1. Расчёт регулятора тока
Wpt – передаточная функция регулятора тока якоря которую надо в результате расчетов найти.
В этой расчетной схеме Kтв = 30010 = 30 Ттв = 002с (ТВ разработан на нашей кафедре Кибизовым К.В. и Годжиевым А.А.)
В контуре три постоянных времени: Ттв. = 002с Тг = 15с ; Тэ = 0058с.
Две из них на 2 порядка меньше чем Тг. Поэтому расчет регулятора можно выполнить по эквивалентной структурной схеме.
Применим модульный оптимум (т.к. в контуре отсутствует возмущающее воздействие )
Принимаем малую постоянную контура тока
Тогда передаточную функцию регулятора тока Wрт находим из уравнения:
Получился пропорционально-интегральный регулятор с Крт=03
2. Расчёт регулятора напряжения
Т.к допускается для реализации экскаваторной характеристики статическая ошибка то можно применить модульный оптимум.
В контуре две постоянных времени 2Тмт = 2 0078 = 0156 с
Поэтому принимаем Тмм = 2Тмт = 0156 с
получился пропорциональный регулятор с коэффициентом Крн = 205
3. Исследование влияния свойств задатчика интенсивности на модели.
Задатчик интенсивности разработан на операционных усилителях DA1 и DA2
Выбираем R1=R4=10кОм тогда R2 = R3 = Kзи R1 = 100 10 = 1000 = =1МОм
Стабилитроны VD1 и VD2 выбираем по напряжению 10В ( КС 210 Б )
Резистор R5 обеспечивает оптимальный ток через стабилитроны который примерно равен 10мА.
При напряжении питания ±15В сопротивление R5 = (15-10) 001 = =500 Ом
С1 = Тзи R6 = 12 1 = 12 мФ
Регулятор напряжения реализован на DA3 выбираем R7 и R8 - R7 = R8 = 10 кОм тогда R9 = Kрн R7 = 328 10 = 328 кОм.
Для формирования экскаваторной характеристики в обратной связи DA3 предусмотрены диодами VD3 и VD4.
Выбираем резисторы R10 = R11 = 1кОм тогда R12 = R13 = 15 67 1кОм = 223 кОм.
Регулятор тока реализован на DA4.
Выбираем R14 = R15 = 01 МОм тогда R16 = Крт R14 = 069 01 = =0069МОм
С2 = Трт R14 = 1449 01 = 1449 мФ
Тиристорный возбудитель UL датчик тока UA и датчик напряжения UV разработана на кафедре ЭА схемы приведены в отчете.
Шунт RS выбираем по максимальному току якоря т.е.стопорения.с запасом поэтому выбираем шунт 75 ШСМ – 2000А – 05 переменный резистор РП1 обеспечивает приведение номинального напряжения генератора к уровню 10В на входе датчика напряжения. Выбираем ПЭВР – 100Вт – 27 кОм.

ГЛАВА 6.docx

Безопасность жизнедеятельности
Методы и средства защиты от вибрации.
Для защиты от вибрации применяют следующие методы: снижение виброактивности машин; отстройка от резонансных частот; вибродемпфирование; виброизоляция; виброгашение а также индивидуальные средства защиты.
Снижение виброактивности машин достигается изменением технологического процесса применением машин с такими кинематическими схемами при которых динамические процессы вызываемые ударами ускорениями и т. п. были бы исключены или предельно снижены например заменой клепки сваркой; хорошей динамической и статической балансировкой механизмов смазкой и чистотой обработки взаимодействующих поверхностей; применением кинематических зацеплений пониженной виброактивности например шевронных и косозубых зубчатых колес вместо прямозубых; заменой подшипников качения на подшипники скольжения; применением конструкционных материалов с повышенным внутренним трением.
Отстройка от резонансных частот заключается в изменении режимов работы машины и соответственно частоты возмущающей вибросилы; собственной частоты колебаний машины путем изменения жесткости системы с например установкой ребер жесткости или изменения массы системы (например путем закрепления на машине дополнительных масс).
Вибродемпфирование - это метод снижения вибрации путем усиления в конструкции процессов трения рассеивающих колебательную энергию в результате необратимого преобразования ее в теплоту при деформациях возникающих в материалах из которых изготовлена конструкция. Вибродемпфирование осуществляется нанесением на вибрирующие поверхности слоя упруговязких материалов обладающих большими потерями на внутреннее трение- мягких покрытий (резина пенопласт ПХВ-9 мастика ВД17-59 мастика «Анти-вибрит») и жестких (листовые пластмассы стеклоизол гидроизол листы алюминия); применением поверхностного трения (например прилегающих друг к другу пластин как у рессор); установкой специальных демпферов.
Виброгашение (увеличение массы системы) осуществляют путем установки агрегатов на массивный фундамент. Виброгашение наиболее эффективно при средних и высоких частотах вибрации. Этот способ нашел широкое применение при установке тяжелого оборудования (молотов прессов вентиляторов насосов и т. п.).
Повышение жесткости системы например путем установки ребер жесткости. Этот способ эффективен только при низких частотах вибрации.
Виброизоляция заключается в уменьшении передачи колебаний от источника к защищаемому объекту при помощи устройств помещаемых между ними. Для виброизоляции чаще всего применяют виброизолирующие опоры типа упругих прокладок пружин или их сочетания. Эффективность виброизоляторов оценивают коэффициентом передачи КП равным отношению амплитуды виброперемещения виброскорости виброускорения защищаемого объекта или действующей на него силы к соответствующему параметру источника вибрации. Виброизоляция только в том случае снижает вибрацию когда КП 1. Чем меньше КП тем эффективнее виброизоляция.
Профилактические меры по защите от вибраций заключаются в уменьшении их в источнике образования и на пути распространения а также в применении индивидуальных средств защиты проведении санитарных и организационных мероприятий.
Уменьшения вибрации в источнике возникновения достигают изменением технологического процесса с изготовлением деталей из капрона резины текстолита своевременным проведением профилактических мероприятий и смазочных операций; центрированием и балансировкой деталей; уменьшением зазоров в сочленениях. Передачу колебаний на основание агрегата или конструкцию здания ослабляют посредством экранирования что является одновременно средством борьбы и с шумом.
В качестве вибропоглощающих покрытий обычно используют мастики № 579 580 типа БД-17 и простейшие конструкции (слои рубероида проклеенные битумом или синтетическим клеем).
Если методы коллективной защиты не дают результата или их нерационально применять то используют средства индивидуальной защиты. В качестве средств защиты от вибрации при работе с механизированным инструментом применяют антивибрационные рукавицы и специальную обувь. Антивибрационные полусапоги имеют многослойную резиновую подошву.
Длительность работы с вибрирующим инструментом не должна превышать 23 рабочей смены. Операции распределяют между работниками так чтобы продолжительность непрерывного действия вибрации включая микропаузы не превышала 15 20 мин. Рекомендуется делать перерывы на 20 мин через 1 2ч после начала смены и на 30 мин через 2 ч после обеда.
Во время перерывов следует выполнять специальный комплекс гимнастических упражнений и гидропроцедуры - ванночки при температуре воды 38 °С а также самомассаж конечностей.
Если вибрация машины превышает допустимое значение то время контакта работающего с этой машиной ограничивают.
Для повышения защитных свойств организма работоспособности и трудовой активности следует использовать специальные комплексы производственной гимнастики витаминную профилактику (два раза в год комплекс витаминов С В никотиновую кислоту) спецпитание.
Защита от воздействия шума и вибрации Методы борьбы с шумом и вибрацией
При разработке мероприятий для защиты от шума и вибрации следует руководствоваться ГОСТ 12.1.029-80 "Средства и методы защиты от шума и вибрации".
Снижения шума и вибрации можно достичь следующими методами:
– уменьшение шума и вибрации в источнике их образования;
– изоляция источников шума и вибрации средствами звуко- и виброизоляции звуко- и вибропоглощения;
– архитектурно-планировочные решения предусматривающие рациональное размещение технологического оборудования машин механизмов акустическая обработка помещений;
– применение средств индивидуальной защиты.
Наиболее эффективна защита от шума и вибрации в источнике их образования. Поэтому при проектировании и конструировании оборудования и технологических процессов необходимо (где это возможно) заменять ударные взаимодействия деталей безударными возвратно-поступательное движение – вращательным подшипники качения – подшипниками скольжения металлические детали – деталями из пластмасс или других материалов шумные технологические процессы – бесшумными или малошумными и т.д.
При изготовлении оборудования необходимо соблюдать минимальные допуски в сочленениях и тщательную балансировку движущихся деталей демпфировать (поглощать) вибрации соударяющихся деталей путем покрытия их материалами имеющими большое внутреннее трение (резиной) а также применением прокладок из пробки битумного картона войлока асбеста и т.п.
Защита от аэродинамического шума возникающего при работе вентиляционных установок кондиционеров компрессоров при обдувке деталей сжатым воздухом для их очистки сушки и при других технологических операциях требует больших усилий и часто является недостаточной. Основное снижение шума достигается в основном звукоизоляцией источника или применением глушителей которые устанавливают на воздуховодах всасывающих трактах магистралях выброса и перепуска воздуха.
Звукоизоляция – это специальные устройства – преграды (в виде стен перегородок кожухов экранов и т.д.) препятствующие распространению шума из одного помещения в другое или в одном и том же помещении. Физическая сущность звукоизоляции состоит в том что наибольшая часть звуковой энергии отражается от ограждающих конструкций.
Звукоизолирующая способность преград возрастает с увеличением их массы и частоты звука. В ряде случаев многослойные конструкции состоящие из разных материалов обладают более высокой звукоизоляцией чем однослойные конструкции такой же массы. Воздушная прослойка между слоями увеличивает звукоизолирующую способность преграды.
В производственных условиях часто вместе со звукоизоляцией применяют звукопоглощение. Наиболее эффективно поглощают звук пористые материалы. Это объясняется переходом энергии колеблющихся частиц воздуха в теплоту образующуюся в результате их трения в порах материала. В качестве звукопоглощающего материала применяют капроновое волокно поролон минеральную вату стекловолокно пористый поливинилхлорид асбест пористую штукатурку вату и др.
Очень часто для защиты от шума используют специальные кожухи устанавливаемые на агрегатах. Их обычно изготавливают из тонких алюминиевых стальных или пластмассовых листов. Внутренняя поверхность кожуха обязательно облицовывается звукопоглощающим материалом. При установке кожуха на пол должны использоваться резиновые прокладки. Кожух может обеспечить снижение шума на 15-20 дБ.
Для защиты работающих от непосредственного (прямого) воздействия шума используют экраны устанавливаемые между источником шума и рабочим местом. Акустический эффект экрана основан на образовании за ним области тени куда звуковые волны проникают лишь частично. Экраны облицовывают звукопоглощающим материалом толщиной не менее 50-60 мм. Снижение шума в местах защищенных экранами составляет 5-8 дБ.
В шумных цехах ряд рабочих мест например операторов пультов управления размещают в звукоизолированных каби-нах внутренние поверхности которых облицовывают звукопоглощающими материалами.
В больших производственных помещениях хороший эффект в снижении шума дают объемные звукопоглотители в виде перфорированных кубов шаров или конусов. Их подвешивают над шумными агрегатами или размещают в определенном порядке вдоль ограждающих конструкций.
Большое значение для снижения шума и вибрации имеет правильная планировка территории и производственных помещений а также использование естественных и искусственных преград препятствующих распространению шума.
Для защиты от вибрации широко используют также вибропоглощающие и виброизолирующие материалы и конструкции.
Виброизоляция – это снижение уровня вибрации защищаемого объекта достигаемое уменьшением передачи колебаний от их источника. Виброизоляция представляет собой упругие элементы размещенные между вибрирующей машиной и ее основанием. Амортизаторы вибраций изготавливают из стальных пружин или резиновых прокладок.
Фундаменты под тяжелое оборудование вызывающее значительные вибрации делают заглубленными и изолируют со всех сторон пробкой войлоком шлаком асбестом и другими демпфирующими вибрации материалами.
Для уменьшения вибрации кожухов ограждений и других деталей выполненных из стальных листов на них наносят слой резин пластиков битума вибропоглощающих мастик которые рассеивают энергию колебаний.
В тех случаях когда техническими и другими мерами не удается снизить уровень шума и вибрации до допустимых пределов применяют индивидуальные средства защиты. В качестве индивидуальных средств защиты от шума в соответствии с ГОСТ 12.1.029-80 используют мягкие противошумные вкладыши вставляемые в уши тампоны из ультратонкого волокна или жесткие из эбонита или резины эффективные при L = 5-20 дБ. При звуковом давлении L>120 дБ рекомендуются наушники типа ВЦНИИОТ предназначенные для защиты от высокочастотного шума; шлемы каски и специальные противошумные костюмы.
Для защиты рук от воздействия локальной вибрации согласно ГОСТ 12.4.002-74 применяют рукавицы или перчатки следующих видов: со специальными виброзащитными упруго-демпфирующими вкладышами полностью изготовленные из виброзащитного материала (литьем формованием и т.п.) а также виброзащитные прокладки или пластины которые снабжены креплениями к руке (ГОСТ 12.4.046-78).
Для защиты от вибрации передаваемой человеку через ноги рекомендуется носить обувь на войлочной или толстой резиновой подошве.
Для исключения контакта с источником ультразвука необходимо применять дистанционное управление оборудованием; автоблокировку т.е. автоматическое отключение оборудования при выполнении вспомогательных операций (загрузка и выгрузка продукции нанесение контактных смазок и т.д.); приспособления для удержания источника ультразвука или обрабатываемой детали.
В качестве СИЗ работающих от вредного воздействия ультразвука распространяющегося в воздушной среде следует применять противошумы по ГОСТ 12.4.051.
Для защиты рук от воздействия контактного ультразвука необходимо применять две пары перчаток – резиновые (наружные) и хлопчатобумажные (внутренние) или только хлопчатобумажные.
К работе с ультразвуковым оборудованием не допускаются лица моложе 18 лет. Лица обслуживающие ультразвуковое оборудование должны проходить предварительный и периодический медосмотры.
(как пример борьбы с вибрацией)
Кузова экскаваторов с лестницами и площадками
Кабины экскаваторов двух исполнений - без комплектующего электрооборудования и с комплектующим электрооборудованием
Поворотные платформы и нижние рамы экскаваторов
Секции стрелы нижние и верхние ЭКГ-8И ЭКГ-10
При этом в процессе капитального ремонта экскаваторов дополнительно предлагаем применение инновационных разработок:
Установка альтернативных дополнительных источников питания экскаваторов от дизель-генераторных установок наряду с применением обычной схемы электропитания:
стационарной [на экскаваторе]
передвижной [прицепной]
Изготовление и установка новых кабин экскаваторов с системой управления приводами подъема-напора поворот-хода экскаваторов ЭКГ-8И ЭКГ-5А ручными манипуляторами> [джойстиками] совмещаемыми с альтернативными источниками питания. Новая кабина имеет ряд преимуществ - улучшен обзор машиниста экскаватора улучшены жесткость и износостойкость металлоконструкций за счет использования комбинаций металлов усилены места угловых соединений. Это и целый ряд других инноваций позволяют достичь снижения уровня вибраций и увеличить срок службы кабины. Дизайн кабины экскаватора выполнен из современных экологически чистых материалов.
Устройство централизованной автоматической режимной смазки.
По заявке заказчика переоборудование экскаваторов под увеличение емкости ковшей с 8 на 10-16 куб.м.
В системе управления электроприводами предусмотрен узел полуавтоматического управления процессом копания. Автоматизация копания кроме облегчения труда машиниста позволяет снизить удельный расход электроэнергии. Кабина машиниста создана с учетом требований эргономики. Стены её с тепло и звукоизоляцией отделаны внутри декоративным пластиком. Кресло с виброизоляцией может быть установлено в любом удобном для машиниста положении. Небьющиеся стекла кабины с противосолнечным фильтром создают хороший обзор во время работы. Дополняют комфорт вентилятор и электрические печки.

Заключение.docx

В дипломной работе решены практически все поставленные задачи исследования а именно:
- подробно рассмотрена кинематическая схема экскаватора ЭКГ – 5
- в результате анализа доступных источников как литературных так и из интернета определены адекватные (на мой взгляд) оценки параметров главных механизмов
- сформулированы особенности различных механизмов и предъявляемые в связи с этим к этим механизмам требования
- в результате анализа напорного механизма электрическая часть которого выполнена по системе ТВ – Г – Д установлено что основное значение для качества регулирования координат в приводе напора имеет закон регулирования тока якоря причем ПИД – регулятор тока лучше чем ПИ регулятор.
- регуляторы для приводов вращения (поворота) и хода могут быть одинаковыми за исключением того что задание на регулятор напряжения при работе генератора на привод поворота получает в качестве задающего воздействия большее напряжение чем при работе на привод хода уменьшение ускорения при напряжениях генератора близких к нулю способствует плавному выбору зазоров в многосупенчатых редукторах.
- выявлено что самым сложным объектом управления является привод подъема основные причины этого: наличие упругого звена (каната) изменение жесткости каната при работе подъемного механизма выявлено что наилучшее соотношение между двумя существенно различными режимами работы (перемещение груза стопорение) обеспечивает мультипликативная обратная связь по нагрузке в канате.
Полагаю что представлены графики переходных процессов во всех приводах свидетельствуют о том что экскаватор работает при переходе на новую систему управления в облегченном режиме: во - первых нагрузки в механизме и в электрических машинах уменьшаются при сохранении производительности и во – вторых машинисту приходится меньше манипулировать командо-контроллером.
Значительная часть вредных воздействий для машиниста при переходе на работу в забое меньшей категории экскавируемости исключается из -за того что экскаватор меньше трясет из-за того что машинисту надо реже манипулировать контроллерами. Однако сохраняется такое не приятное воздействие как вибрация связанная с тем что электрические машины вращаются с определенной скоростью. Поэтому в работе привела способы защиты машиниста экскаватора от вибраций.
За счет перехода из одной категории забоя в другую (из третьей в первую) уменьшили затраты на ремонт следовательно увеличивается возможное время непрерывной работы экскаватора в течение года.
При оценке экономического эффекта я исходила из того что экскаватор на погрузочной площадке предприятия «КАВДОЛОМИТ» работают 8 часов с понедельника по пятницу каждую неделю.
При указанном в экономической части уменьшении расхода времени на ремонт и при непрерывной работе в течение 8 часов оценка экономического эффекта составляет около 3 млн. рублей в год. Конечно здесь не учтены простои экскаватора из-за отсутствия транспорта которые сказываются на времени работы.

ГЛАВА 1.docx

Описание экскаватора ЭКГ – 5 и постановка задач исследования
Экскаватор ЭКГ – 5 - это карьерный гусеничный экскаватор с ковшом вместимостью 5 м3. Он предназначен для выемки полезных ископаемых из забоя или отвала и погрузки в транспортные средства полезных ископаемых вскрышных пород. Конструкция экскаватора предусматривает возможность работы в забоях различной категории экскавируемости в том числе тяжелых скальных предварительно разрыхленных взрывом в угольной отрасли промышленности строительных материалов а также для выполнения погрузочных работ в различные транспортные средства (самосвалы железнодорожные вагоны).
Конструкторам экскаваторов серии ЭКГ в основном удалось добиться простоты управления главными электроприводами и их обслуживания. Аббревиатура «ЭКГ» расшифровывается следующим образом: Э – экскаватор; К – карьерный; Г – гусеничный ход. Следующая за этим цифра (число) (например ЭКГ – 5) обозначает вместимость ковша в кубических метрах. Следующим идет за цифрой буквенный индекс показывающий вариант модели (например У – экскаватор с удлиненным рабочим оборудованием такое оборудование позволяет разгружать ковш выше уровня забоя) а также может обозначать код производителя (например буква «И» означает что экскаватор изготовлен Ижорским заводом). Данный экскаватор - это модификация старых моделей «Уралмашзавода» ЭКГ – 46 ЭКГ – 46Б ЭКГ – 46А.
Для экскаватора конкретной модели как и для любого другого технического устройства задаются условия эксплуатации при соблюдении которых гарантируется его бесперебойная работа в течение гарантийного срока. Разрабатываемые породы с удельной массой более 2тм3 перед экскавацией должны быть предварительно разрыхлены. Заявленные изготовителем технические характеристики гарантируются на высоте до 1000 метров над уровнем моря. Экскаватор может работать в условиях умеренного климата (от – 40 до + 40 C) а также тропического ( от -10 до 45 °С). Эти данные содержатся в [3 стр3].
Карьерный гусеничный экскаватор ЭКГ – 5А (базовая модель ряда) состоит из рабочих частей и узлов подробный перечень которых представлен в каталоге [14]. Часть сведений из этого каталога использованная при расчётах приведена в графической части работы и в приложении.
Кровля кузова оборудована съемными панелями. Они необходимы для удобства ремонта и монтажа механизмов на платформе. Расположение узлов экскаватора и основных агрегатов гарантирует свободный доступ к ним для проведения монтажных ремонтных и демонтажных работ. Практически все механизмы и составные части ЭКГ – 5 А обладают блочной конструкцией и взаимно-заменяемы что дает возможность применить при ремонте агрегатно - узловой метод.
Экскаватор ЭКГ – 5В создан на базе серийного ЭКГ – 5А. Его ковш оснащен пневмоударными зубьями которые сами включаются в работу при увеличении сопротивления при копании гарантирующие разрушение горной массы в процессе черпания и дает возможность разработать трещиноватые породы и угли небольшой и средней крепости без предварительного их рыхления. Использование этой машины необходимо в тех случаях когда невозможно осуществить буровзрывные работы по экологическим или другим причинам. Расход электроэнергии не больше расхода энергии при работе машины с обычным ковшом. Экскаватор оснащен пневмосистемой для питания молотов сжатым воздухом.
Основой для экскаватора ЭКГ – 5Д служит серийный экскаватор ЭКГ – 5А оснащенный дизель-электрическим приводом который позволяет машине работать в отсутствии линий электропередачи. Первичными двигателями экскаватора являются дизели которые приводят в движение генераторы постоянного тока подпитывающие двигатели основных механизмов. Объем топливного бака – 3800 литров. Он рассчитан на 24 часа работы без перерыва. Дистанционный контроль позволяет следить за работой дизелей из кабины машиниста.
Конструктивные особенности экскаватора ЭКГ – 5А – УС следующие. Это экскаватор со среднеудлиненными линейными параметрами рабочего оборудования предназначен для выемки уширенных заходок обладает возможностью погрузки породы в большегрузные автосамосвалы грузоподъемностью 75-100 тонн либо в железнодорожные вагоны расположенные на параллельных путях и на уровне стоянки экскаватора.
Ниже приведены главные технические характеристики модификаций ЭКГ-5. В разных источниках (например [3] [5] [7] приведены несколько отличающиеся значения в таблицах указаны усреднённые.
Технические характеристики ЭКГ-5A ЭКГ-5В ЭКГ-5Д ЭКГ-5А-УС
Вместимость ковша м³
Радиус черпания наибольший м
Радиус черпания на уровне стояния м
Высота черпания наибольшая м
Радиус выгрузки наибольший м
Радиус хвостовой части м
Высота выгрузки наибольшая м
Просвет под поворотной платформой м
Среднее удельное давление на грунт при передвижении кгссм²
Среднее удельное давление на грунт при передвижении кПа
Расчетная продолжительность цикла (при угле поворота 90°) с
Напряжение питающей сети кВ
Дизель-электрический
Мощность сетевого двигателя кВт
Габаритные размеры и масса основных узлов и агрегатов
Наименование узла (агрегата)
Стрела с головными блоками
Преобразовательный агрегат
Редуктор подъемной лебедки
Поворотная платформа
Характеристика канатов
Разрывное усилие каната кгс
Открывание днища ковша
Особенности электроприводов экскаватора ЭКГ – 5А и предъявляемые к ним требования.
Электропривод подъемного механизма предназначен для управления скоростью и направлением перемещения ковша в вертикальной плоскости. Основные технические функции: подъем ковша в процессе копания в забое подъем или опускание ковша для разгрузки в транспорт или отвал и опускание ковша при возвращении в забой.
Механизм состоит из подъемной лебедки и канатов. Реверсивная лебедка приводится в движение индивидуальными ДТП через редуктор. Режим работы двигателей интенсивный поворотно-кратковременный. Двигатель продуваемого типа с вентиляторами. Возбуждение независимое. Конструктивное исполнение двигателей – горизонтальное с двумя концами вала для соединения с муфтой редуктора и установки тормозного шкива.
Регулирование скорости двигателей ведется изменением напряжения якоря при питании от индивидуального генератора электропривода. Для ускоренного опускания ковша к подошве забоя после разгрузки применяется ослабление потока возбуждения.
В группе главных электроприводов электропривод подъема является основным в соответствии с заданным значением нагрузки скоростью подъема ковша и производительностью экскаватора.
Электропривод напорного механизма обеспечивает управление скоростью и направлением поступательного перемещения рукояти с ковшом в горизонтальной плоскости. Предназначен для управления положением ковша при копании в забое выводе из забоя перемещении к транспорту или отвалу и возвращении в забой. С помощью электропривода оператор задает необходимое напорное усиление на забой выбирает степень заглубления ковш и трассу копания. Существенная роль электропривода при коррекции положения ковша во время разгрузки в кузове транспортного средства и иных маневрах требующих точного управления.
Механизм состоит из зубчатой плоской передачи – в реечном варианте. Реечная передача приводится в движение индивидуальными ДПТ через редуктор Режим работы двигателя и конструктивное исполнение аналогичны электроприводу подъема. Двигатели независимого возбуждения управляются индивидуальными генераторами постоянного тока. Для защиты механизма от чрезмерных динамических нагрузок привод оборудован муфтой предельного момента.
Ограничение рабочего хода рукояти обеспечивается механическими упорами а для смягчения ударов при неправильном маневрировании ковшом дополнительно используется интенсивное торможение по сигналу концевых командоаппаратов.
Электропривод поворотного механизма обеспечивает управление скоростью и направлением вращательного движения полноповоротной платформы экскаватора с установленным на ней рабочим оборудованием. Электропривод предназначен для вывода ковша из забоя путем вращения платформы перемещения к месту разгрузки и обратно. При точной разгрузке ковша в транспорт необходима полная остановка платформы при разгрузке в отвал последняя выполняется «на ходу» т.е. процессе реверса платформы. Особенность механизма состоит в изменении момента инерции в зависимости от положения рабочего органа и от загрузки ковша.
Механизм состоит из редуктора с большим передаточным отношением и выходных валов-шестерен которые вращаются по неподвижному зубчатому венцу расположенному на ходовой тележке лопат или опорных базах драглайнов. Привод на ЭКГ – 5А он двухдвигательный. Реверсивный режим работы с плавным нарастанием ускорения и управляемой скоростью обеспечивается индивидуальными ДПТ независимого возбуждения управляемыми от индивидуального генератора.
Подобно другим приводам на валах электродвигателей поворотного механизма установлены стояночные колодочные тормоза с дистанционным электропневматическим или электромагнитным управлением. Конструктивное исполнение двигателей – вертикальное с двумя концами вала.
Электроприводы механизма хода отличаются большим разнообразием определяемым конструктивным исполнением механизмов. Наиболее распространен электропривод постоянного тока с индивидуальными двигателями. Питание двигателей совмещенное от одного или двух главных генераторов. Переключение осуществляется контакторами постоянного тока. Механизм состоит из редуктора тормоза и бортовых передач гусеничного хода.На экскаваторе ЭКГ-5 установлен один двигатель хода вращение от которого передаётся к гусеницам через муфты благодаря чему обе гусеницы могут двигаться синхронно (при прямолинейном передвижении) или в противоположные стороны (при повороте). Напряжение на якорь подаётся от того же генератора от которого питаются двигатели хода (ход и поворот одновременно не работают
Электрооборудование экскаватора получает питание от высоковольтного переключательного пункта. Качество электроснабжения должно обеспечиваться потребителем по нормам действующих нормативно-технической документации. Потребляющая мощность экскаватора в получасовом режиме составляет 250-275 кВт при среднезвешенном коэффициенте мощности 06. Для питания экскаватора от переключательного пункта рекомендуется высоковольтный кабель КШВГ-3*16+1*6 для условий тропического климата. Для управления высоковольтным электродвигателем пятимашинного преобразовательного агрегата и силовым трансформатором собственных нужд применено малогабаритное высоковольтное комплектное распределительное устройство РУ с общим разъединителем масляным выключателем на ток отключения 125 кА имеющими ручной привод и предохранительными на 8 А или 16 А при напряжении питающей сети 6 кВ или 3 кВ соответственно.
Приведём численные значения из которых следует исходить при разработке электроприводов. Они почерпнуты из различных источников ([3] [4] [2]).
Основные требования к приводу подъема:
- наибольшая скорость подъема – 081 м с
- наибольшее усилие – 600 кН
- диапазон регулирования по цепи якоря 10:1
- диапазон регулирования по цепи возбуждения 15:1
- напряжение генератора при холостом ходе – 525 В
- стопорный ток – 1250 А
Основные требования к приводу напора:
- максимальная скорость 051 м с
- наибольшее усилие 350 к Н
- диапазон регулирования по цепи якоря 10:1
- напряжение генератора при холостом ходе – 410 В
- стопорный ток – 315 А
Основные требования к приводу хода:
- номинальная скорость 05 км ч
- напряжение генератора при холостом ходе – 480 В
- стопорной ток – 410 А
Основные требования к приводу поворота:
- напряжение генератора при холостом ходе – 680 В
- стопорной ток 350А
- максимальная скорость должна обеспечивать заданную продолжительность цикла при повороте на 90 градусов за время 25 секунд
- при вращении с номинальной установившейся скоростью платформа совершает 3 полных оборота за минуту
Внешние характеристики генераторов всех приводов должны обеспечивать так называемую экскаваторную характеристику. На этой характеристике напряжение холостого хода должно соответствовать указанным выше значениям ток стопорения тоже должен соответствовать указанным значениям. Ток отсечки и наклон характеристики в рабочей зоне определяется в результате синтеза системы управления.
При разработке системы управления приводом напора надо учесть что механизм напора жесткий так как в экскаваторе ЭКГ – 5 применен реечный напор. Целью исследования является выявление структуры регулятора тока.
При разработке системы управления приводами поворота и хода надо учесть что для привода поворота требуется напряжение холостого хода – 680 В а для привода хода – 480 В. Соответствующим образом надо менять ток стопорения. Важной особенностью этих приводов является большой момент инерции механизма с многоступенчатым редуктором. При разгоне или реверсе этих приводов желательно ограничить ускорение для уменьшения износа редуктора. Эту особенность необходимо учесть при формировании сигнала задания на регулятор напряжения.
Привод подъема существенно отличается тем что в его кинематической схеме присутствует явно упругое звено – канат. В системе управления необходимо учесть что структурная схема привода подъема двухмассовая. Для таких схем разработано несколько вариантов систем управления. Самый удачный из них те которые разработаны на кафедре ЭА однако исследования до сих пор проводились на экскаваторах ЭКГ – 8. Целью исследования в моей работе является оценка предложенных кафедрой систем применительно к экскаватору ЭКГ – 5.
В заключение приведём в несколько упрощённом виде внешнюю характеристику генераторов.
Рис. 1.1. Внешняя характеристика генератора
На этом рисунке приняты следующие обозначения: UГ.Х.Х – напряжение холостого хода IСТ – ток стопорения (указаны на стр. 19 и 20) IСТ - ток отсечки (принимают равным 08 09 отстопорного0.
Пара значений ΔU1 и ΔI1 характеризует наклон характеристики на рабочем участке а ΔU2 и ΔI2 – на участке стопорения.
И несколько слов о штатной электрической схеме представленной в упрощённом виде на рис. 1.2. Из показанных на ней элементов в следующей главе подробно рассматриваются генераторы подъёма Г1 напора Г2 поворота – хода двигатели подъёма М1 напора М2 поворота М3 и М4 хода М5.
Рис. 1.2. Электрическая схема

ГЛАВА 3.docx

Глава 3. Исследование вариантов системы управления приводом напора.
Особенностью привода напора экскаватора ЭКГ-5 является реечный механизм обладающий по сравнению с другими приводами более высокой жёсткостью. С одной стороны это хорошо так как напорный механизм быстро реагирует на команды машиниста. Но по этой же причине при неверных командах машиниста велика вероятность жёсткого стопорения которое приводит к повышенному износу вплоть до поломки рукояти.
Следовательно для повышения способности ограничения нагрузок в приводе надо повысить быстродействие его электрической части. При сохранении традиционной системы привода «генератор-двигатель» для повышения быстродействия привода самым дешёвым способом представляется замена магнитного усилителя в цепи возбуждения генератора на полупроводниковый. Такая тенденция прослеживается в последних разработках завода «Уралмаш». Однако сама по себе такая замена не может дать желаемого результата без верно построенной системы управления приводом.
В приводе напора достаточно применить двухконтурную систему с внутренним контуром тока якоря и внешним напряжения генератора. Так как внешний контур напряжения должен обеспечивать заданную по условиям механиков паспортную внешнюю характеристику генератора то основная возможность - оптимизировать контур тока.
И здесь возникает проблема учёта трёх постоянных времени (возбудителя генератора и электромагнитной якоря). В моей работе исследовано влияние двух вариантов.
Функциональная схема привода напора представлена на листе графической части.
Привод напора экскаватора ЭКГ-5 самый простой. Это связано с тем что механизм напора - жесткая система: вал электродвигателя (М) связан с ковшом через рукоять.
Сигнал задания на привод напора подается машинистом экскаватора с помощью командо-контроллера. У него нейтральное положение и по три положения при выдвижении рукояти и втягивании. Им соответствуют напряжения UЗСН.
Задатчик интенсивности ЗИ обеспечивает оптимальное время реагирования ЭП на команды машиниста экскаватора которое соответствует его возможности реагировать на изменения скорости подъёма при отработке заданного перемещения ковша. Из опыта известно что это время может составить (05 – 1) секунд на разгон от нуля до номинальной скорости при резком перемещении рукоятки командоконтроллера в крайнее положение. Чем опытнее машинист тем меньше это время; оно также зависит свойств забоя; в худшем случае можно принять это время равным 1 секунде.
Регулятор напряжения РН должен обеспечить так называемую экскаваторную характеристику. Ее особенности: пока ток якоря не превышает допустимого значения ток отсечки электромеханическая характеристика представляет собой прямую линию с небольшим наклоном. Поэтому можно применить на этом участке пропорциональный регулятор напряжения. Если ток превышает значение тока отсечки то надо резко уменьшить скорость вращения двигателя так чтобы при остановке двигателя ток не превышал допустимого стопорного значения. Для этого в схеме регулятора напряжения предусмотрено звено ограничения.
Т.к. механизм напора можно считать одномассовым и в цепи регулирования тока присутствуют тиристорный возбудитель ТВ генератор и якорь двигателя то в контуре три постоянных времени. Одна из них (генератора) на порядок больше двух других. Поэтому напрашивается решение – компенсировать эту большую постоянную времени а сумму двух других принять за малую некомпенсируемую постоянную времени контура. Тогда можно применить ПИ-регулятор показанный на схеме. Однако рост коэффициента форсировки возбуждения (благодаря применению ТВ) уже сам по себе позволяет как бы отчасти компенсировать постоянную генератора. Тогда её остаток становится сопоставим с другими постоянными времени. В этом случае получится ПИД-регулятор тока.
Для измерения напряжения на якоре двигателя параллельно якорю включен переменный резистор RP с помощью которого сигнал обратной связи по напряжению приводится к стандартному уровню ± 10 В.
Для обеспечения безопасности при наладке системы управления которое построено на операционных усилителях в схему включен датчик напряжения UV который обеспечивает отсутствие гальванической связи между силовой частью и цепью управления. Для измерения тока якоря применяется шунт RS уже имеющийся в схеме экскаватора. Для гальванической развязки сигнала снимаемого с шунта (75 мл Вт) и для приведения этого сигнала к уровню ± 10 В применяется датчик тока UA.
Структурная схема привода напора представлена на рис. 3.1.
Эта же схема представлена на листе графической части она полностью соответствует описанной выше функциональной схеме. Отличие состоит в том что элементы привода представлены передаточными функциями.
Рис 3.1. Структурная схема привода напора
1. РАСЧЕТ ПРОПОРЦИОНАЛЬНО-ИНТЕГРАЛЬНОГО РЕГУЛЯТОРА ТОКА ДЛЯ НАПОРНОГО МЕХАНИЗМА
Соответствующая расчётная структурная схема представлена на рис. 3.2.
2. РАСЧЕТ ПРОПОРЦИОНАЛЬНО-ИНТЕГРАЛЬНО-ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО РЕГУЛЯТОРА ТОКА
ДЛЯ НАПОРНОГО МЕХАНИЗМА
3. РАСЧЁТ РЕГУЛЯТОРА НАПРЯЖЕНИЯ ПРИВОДА НАПОРА
Такой регулятор должен обеспечить внешнюю электрическую характеристику генератора вид которой задан в паспортных данных экскаватора.
Электрическая характеристика на максимальной скорости:
Эта характеристика называется экскаваторной ее особенности следующие. На участке от тока идеального холостого тока (Iх.х.=0) до тока отсечки IОТС. наклон характеристики обеспечивает копание (черпание) причём в паспортных данных привод подъёма задан наклон характеристики.
Когда при копании ток якоря достигает значения соответствующего отсечке надо резко уменьшить скорость двигателя т.е. надо резко уменьшить ЕГ с тем чтобы при полной остановке двигателя ток якоря в динамике как можно меньше превысил стопорное значение. В этом случае гарантируется сохранность механического и электрического оборудования так как нагрузки в том и другом не превышают допустимых уровней.
4. ОЦЕНКА СВОЙСТВ ПРИВОДА
ПРИ РАЗЛИЧНЫХ РЕГУЛЯТОРАХ ТОКА
Эта оценка выполнялась путем моделирования привода напора результаты которого отражены в графической части работы. Оказалось что благодаря повышенному быстродействию ПИД – регулятора ограничение нагрузок в приводе напора более эффективно. Результаты моделирования отражены в графической части.

ГЛАВА 5.docx

Разработка системы управления приводом подъема.
Функциональная схема представлена в графической частию
На входе привода подъема установлен задатчик интенсивности. Задатчик интенсивности обеспечивает адекватную реакцию привода на команды оператора. Мой руководитель А.А. Годжиев неоднократно спрашивал разных машинистов какое время требуется на то чтобы привод среагировал за заданное время. Оказалось что это время примерно равно одной секунде. Как раз задатчик интенсивности обеспечивает время разгона за одну секунду.
В электроприводе подъема не обязательна жесткая характеристика (зависимость скорости от нагрузки). Поэтому на функциональной схеме при подъема показан регулятор напряжения с пропорциональной зависимостью выходного сигнала от входного. Ограничение регулятора напряжения соответствует максимально допустимому току якоря двигателя.
Особенность механизма подъема экскаватора ЭКГ-5 заключается в том что между барабаном и ковшом – канат. Следовательно механизм подъема в отличие от привода напора – двухмассовый. При анализе схемы оказалось что в ЭП подъема две массы причем при копании длина каната уменьшается т.е. увеличивается жесткость каната.
В контуре тока две постоянные времени которые соответствуют постоянной якорной цепи и постоянной времени упругого звена. Кроме того в контуре присутствует тиристорный возбудитель с апериодической передаточной функцией. Поскольку в контуре три постоянных ТТВ которая меньше чем остальные постоянные времени то для компенсации двух других постоянных времени применяются ПИД – регулятор тока. Выходной сигнал регулятора поступает на вход тиристорного возбудителя который представлен инерционным звеном. Выходное напряжение тиристорного возбудителя поступает на обмотку возбуждения генератора подъема. Якорь двигателя подъема (М) подключен к якорю генератора подъема (G). Для измерения тока якоря в приводе подъема предусмотрен шунт (RS) рассчитанный на максимальный ток при котором на нем возникает падение напряжения 75 мВ. Для гальванической развязки сигнала снимаемого с шунта соответствующего максимальному току якоря двигателя при котором падение напряжения составляет ± 75 В предназначен датчик тока (ДТ) . Кроме того этот датчик преобразует сигнал ± 75 В в сигнал обратной связи по току якоря стандартного уровня ± 10 В
Напряжение с тиристорного возбудителя UТВ подается на обмотку возбуждения генератора. При изменении напряжения на обмотке возбуждения генератора. При изменении напряжения на обмотке возбуждения генератора (G) изменяется напряжение на его якоре. Это напряжение подается на якорь двигателя (М). Поэтому для измерения напряжения на якорях двигателя и генератора при необходим делитель напряжения RP в 100 раз уменьшающий сигнал который подается на вход датчика напряжения (ДН). ДН – для приведения сигнала обратной связи по напряжению UДН к стандартному уровню ± 10 В при изменении напряжения на якорях генератора и двигателя. Для того чтобы компенсировать вес рабочего оборудования в нейтральном положении командоконтроллера подъема подается сигнал UЗС0.
Рис. 1. Структурная схема задатчика интенсивности
Рис. 2. Структурная схема модального регулятора скорости
Структурные схемы системы ТП – ДПТ с одномассовым и двухмассовым механизмами (объектов регулирования) представлены на рисунках 3 и 4 соответственно.
Рис. 3. Структурная схема одномассового объекта регулирования
Рис. 4. Структурная схема двухмассового объекта регулирования
Перед синтезом регуляторов надо определить параметры объекта регулирования. Расчет удобно вести в следующей последовательности.
Коэффициент при максимальном напряжении управления 10 В и постоянная времени ТП:
kТ.П = 01Ed0 ; TТ.П = TФ +
где TФ = (1 2) (2fС) – постоянная времени фильтра на входе системы импульсно-фазового управления ТП = (2mfС)-1 – среднестатистическое запаздывание. Для трехфазных схем выпрямления без существенной погрешности можно принять TТ.П = 001 с.
Эквивалентное сопротивление якорной цепи Ом:
RЭ = RЯ.Д + RТ.П + RДР.
Электромагнитная постоянная времени якорной цепи с:
TЭ = (LЯ.Д + LТ.П + LДР) RЭ-1.
Постоянная двигателя Вс:
с = (UН – IЯ.Н RЭ) Н-1.
Электромеханическая постоянная времени одномассовой системы с:
Электромеханические постоянные времени двухмассовой системы с:
TМ.1 = J1 RЭ c-2 ; TМ.2 = J2 RЭ c-2
где J2 = (γ – 1)J1 – момент инерции механизма кгм2.
Жёсткость упругого звена приведенная к двигателю Арад:
с12 = =J2 122 (c γ)-1.
Коэффициент сил вязкого трения приведенный к двигателю Асрад:
Далее выполняется расчет регуляторов. Перед синтезом каждого из них необходимо привести соответствующую расчетную схему контура регулирования и обосновать метод расчета (вид желаемой передаточной функции разомкнутого контура или вид настроечного оптимума выбор величины малой некомпенсируемой постоянной времени и т.п.).
1. Расчёт контура тока привода подъёма традиционным методом
Контур регулирования тока якоря для систем регулирования положения одномассовых систем регулирования скорости и систем регулирования скорости с МРС можно синтезировать без учёта обратной связи по ЭДС двигателя применив к контуру модульный оптимум (МО). Это объясняется тем что контур тока в этих системах является внутренним других обратных связей кроме связи по току якоря на РТ не поступает. Настройка на МО обеспечивает оптимальные динамические показатели качества контура а небольшая статическая ошибка вызванная неучетом ЭДС двигателя допустима так как ошибка регулирования главной координаты (положения или скорости) определяется в основном настройкой соответствующего регулятора. Расчетная структурная схема приведена на рис. 5.
Рис. 5. Расчетная структурная схема контура регулирования тока.
2. Расчёт контура тока с учётом наличия упругого звена
В контуре две известные постоянные времени а именно: TТ.П и TЭ. За малую некомпенсируемую постоянную времени контура TТ принимают меньшую из них (как правило TТ.П TЭ поэтому TТ = TТ.П). Согласно принципу подчиненного регулирования произведение передаточных функций всех звеньев контура принимают равным желаемой передаточной функции разомкнутого контура. По модульному оптимуму:
WР.Т(p) ——— ——— kТ = —————— .
TТ.П p+1 TЭ p+1 2TТ p(TТ p+1)
Обычно TТ.П TЭ поэтому принимаем TТ = TТ.П. Тогда:
WР.Т(p) = ——————— = k Р.Т + —— .
kТ.П RЭ-1 kТ 2TТ p TР.Т p
Получается пропорционально – интегральный регулятор (ПИ – РТ).
При синтезе регулятора тока с гибкой обратной связью по упругому току добиваются заданного качества регулирования не только тока якоря но и упругого тока (усилия в упругом звене) поэтому методика синтеза отличается от стандартной методики подчиненного регулирования. Суть её заключается в том что сначала определяют постоянную времени TТ и коэффициент затухания Т замкнутого контура регулирования тока якоря а также параметр цепи отрицательной гибкой обратной связи обеспечивающие заданное качество регулирования упругого тока а затем – настройки регулятора. Схема такого контура представлена на рис. 6. Параметр связан с постоянной времени TУ.Т цепи соотношением:
где Т – статическая ошибка контура тока якоря вызванная обратной связью по ЭДС двигателя.
3. Расчёт контура тока привода подъёма с мультипликативной ОС
Рис. 6. Расчетная структурная схема контура регулирования тока
с гибкой обратной связью по упругому току.
Сначала выбирают коэффициент затухания колебаний в упругом звене = 1 соответствующий полному гашению колебаний или = 0707 соответствующий качеству модульного оптимума и расчет ведут в следующей последовательности.
). Определяют вспомогательный параметр:
= (1 + 212 + 2)05 - .
). Определяют требуемые величины постоянной времени контура тока
его коэффициента затухания
и параметра цепи гибкой обратной связи по упругому току
= 2γ[( – 2 Т) – 12] (γ – 1)-1 12-1.
). Вычисляют статическую ошибку контура тока якоря:
Т = TТ (2Т TТ.П - TТ) TТ.П-2.
При неблагоприятном соотношении входящих в формулу величин она может оказаться больше допустимой: Т > Т.ДОП = 0.05 0.1. Тогда надо принять Т = Т.ДОП. Физически это означает что надо увеличить постоянную времени ТП. Техническое решение задачи очень простое: достаточно увеличить постоянную времени фильтра (ёмкость конденсатора) на входе преобразователя. Новое значение TТ.П.1 можно найти приравняв правую часть выражения для статической ошибки к Т.ДОП. Получится квадратное уравнение из двух решений которого надо выбрать ближайшее большее к TТ.П.
). Находят настройки пропорционально – интегрально - дифференциального регулятора тока (ПИД – РТ)позволяющего получить любые наперед заданные параметры контура тока с учетом ЭДС двигателя:
WР.П( p) = [kП + (TИ p)-1 + TД p] (TС p + 1)-1
где kП TИ TД TС – соответственно коэффициент пропорциональной части и постоянные времени интегрирования дифференцирования и сглаживания.
Настройки вычисляют по формулам:
TИ = Т kТ.П kТ TМ.1(1 – Т)-1 RЭ-1;
TС = TТ.П TТ(2Т TТ.П – TТ)-1;
TД = TЭ TМ.1 TИ-1; kП = TМ.1 TИ-1.
Постоянная времени цепи гибкой обратной связи по упругому току:
Конечно если при выполнении третьего пункта выяснилось что Т > Т.ДОП в выражения для настроек ПИД – РТ надо подставлять Т.ДОП и TТ.П.1.
4. Синтез регулятора напряжения привода подъёма.
РС для двухконтурных систем регулирования скорости и систем регулирования положения определяется по традиционной методике подчинённого регулирования. Расчетная структурная схема представлена на рис. 7. На ней TТ.З - постоянная времени замкнутого контура тока равная 2TТ при обычном РТ и 2Т TТ для контура с гибкой обратной связью по упругому току. В случае двухмассового механизма TМ = TМ.1 + TМ.2. Таким образом в контуре две известные постоянные времени (TТ.З и TМ). Некомпенсируемая постоянная времени контура TС принимается равной меньшей из них (как правило TТ.З).
Рис. 7. Расчетная структурная схема контура скорости.
Перед синтезом РС двухконтурной САР скорости надо определить можно ли его выполнить по МО. Для этого необходимо сопоставить допустимую статическую ошибку регулирования скорости
ΔС.ДОП = 001ΔС Н D-1
с фактической при настройке контура на МО
ΔС. МО = 2TСRЭ IС (c TМ)-1
где IС = MС c-1 – статический ток.
Если ΔС.ДОП ≥ ΔС. МО то можно применить МО:
WР.С(p) ——— —— kС = —————— .
TТ.З p+1 сTМ p 2TСp(TСp+1)
Получается пропорциональный регулятор (П – РС):
WР.С(p) = kТ сTМ(2TС RЭ kС)-1 = kР.С.
Если ΔС.ДОП ΔС. МО то надо применить симметричный оптимум (СО) исключающий статическую ошибку:
WР.С(p) ——— —— kС = ————————— .
TТ.З p+1 сTМ p 4TСp 2TСp(TСp+1)
При этом получится ПИ – РС:
WР.С(p) = ————————— = kР.С + —— .
TС2 RЭ kС(сTМ kТ)-1p TР.С p
Известно что в трехконтурной СПР положения с пропорциональным РП - при настройке контура скорости на МО - статическая ошибка регулирования положения механизма измеренная в радианах составляет:
ΔφС. МО = 8TС MС (J jР)-1
а при настройке РС на СО – отсутствует. Поэтому перед синтезом контура скорости САР положения надо пересчитать заданное в угловых минутах допустимое значение статической ошибки по углу поворота механизма ΔС по формуле:
Если условие ΔφС.ДОП ≥ ΔφС. МО выполняется то синтез РС можно выполнить по МО если нет – по СО.
5. Сравнение вариантов привода пдъёма
Для систем с МРС проверка по статической ошибке не требуется так как он содержит интегратор (см. рис. 2) статическую ошибку регулирования скорости исключающий. Модальный регулятор на расчетной схеме контура (рис. 8) показан прямоугольником его содержимое в развернутом виде показано на рис. 2.
Рис. 8. Расчетная схема контура с МРС для двухмассовой системы.
Задача синтеза – найти настройки МРС T k1 k2 k3 k4. При расчете систем с модальными регуляторами обычно пользуются их описанием в пространстве состояний с применением в качестве математического аппарата матричного исчисления [1 с. 16 157 161]. Можно обойтись и без матриц. По расчетной схеме можно составить систему уравнений описывающую контур:
kТ(2TТ p+1)IЯ = (UЗ.И - kС1)(T p)-1 - k1 kТ IЯ –
- k2kС 1 – k3 kТ IУ – k4 kС 2;
= (b12 p + c12)-1 p IУ + 2;
IЯ = IУ + c TМ.1 RЭ-1 p1.
Исключая из этой системы все переменные кроме UЗ.И и 2 находят полином в знаменателе передаточной функции W(p) = 2(p)UЗ.И(p) в виде:
a5 p5 + a4 p4 + a3 p3 + a2 p2 + a1 p +1
где коэффициенты полинома являются функциями искомых настроек МРС:
ai = ai(T k1 k2 k3 k4) i = 1 5. (*)
Согласно принципу модального управления подбором настроек МРС этот полином сводят к желаемому виду:
TЖ5p5 + 4TЖ4p4 + 3TЖ3p3 + 2TЖ2p2 + 1TЖp + 1.
Если выбрать 1 = 4 = 4 2 = 3 = 8 5 =1 то контур будет настроен на модульный оптимум с перерегулированием около 82 % и временем регулирования примерно 8TЖ. Поэтому с некоторым запасом желаемую величину постоянной времени принимают TЖ = 005tП.
Настройки МРС определяют из системы уравнений
ai(T k1 k2 k3 k4) = i TЖi i = 1 5. (**)
Решить эту систему уравнений можно любым доступным способом например численным сразу подставив в исходную систему уравнений значения известных параметров найти зависимости (*) и подставить их в (**).
Ниже приведен другой хотя и несколько громоздкий и не вполне наглядный вариант решения не требующий особых навыков.
Определяем для удобства расчетов эквивалентные коэффициент и постоянные времени двухмассовой системы:
K =kТc(kСRЭ)-1; T1 = c (RЭc12)-1; T2 = b12 c12-1.
Постоянная времени интегратора МРС:
T = TЖ5 (2TТK T1 TМ.1 TМ.2)-1.
Вспомогательный параметр X1:
X1 = 2 TТ[4 TЖ-1 – T2 T1-1(TМ.1-1 + TМ.2-1)].
Вспомогательный параметр X4:
X4 = (1 TЖ - T2)T-1.
Вспомогательный параметр X3:
X3 = (2 TЖ2 TМ.2-1 – T1)T-1 K-1 – (TМ.1X1 + T2 X4 K-1) TМ.2-1.
Вспомогательный параметр X2:
X2 = 3 TЖ3 - KT[2TТ(TМ.1+TМ.2) + T2(TМ.1 X1+TМ.2 X3)](T1 TМ.2 T)-1.
k1 = X1 – 1 k2 = X2 k3 = X3 – X1 k4 = X4 – X2.
Для одномассовых систем расчётная схема контура регулирования скорости с МРС проще так как в ней отсутствует упругое звено и следовательно обратные связи по IУ и 2. Соответствующая схема приведена на рис. 9.
Рис. 9. Расчетная схема контура с МРС для одномассовой системы.
Уравнения описывающие контур тоже проще:
kТ(2TТ p+1)IЯ = (UЗ. И - kС)(T p)-1 - k1 kТ IЯ – k2kС ;
Подставив второе из этих выражений в первое несложно найти полином знаменателя передаточной функции W(p) = (p)UЗ.И(p) в виде:
a3 p3 + a2 p2 + a1 p +1.
Коэффициенты полинома являются функциями параметров МРС.
Далее выбирают желаемый полином:
TЖ3p3 + 2TЖ2p2 + 1TЖp + 1.
Приняв 1 = 2 = 2 3 = 1 и TЖ = 01tП определяют настройки МРС которые являются корнями системы уравнений
ai(T k1 k2) = i TЖi i = 1 3.
Впрочем и в общем виде решение выглядит просто:
T = TЖ3 kС RЭ (2TТ kТ c TМ)-1;
k1 = 2TТ 2 TЖ -1 – 1;
И обычный РС и МРС помимо заданного качества регулирования скорости обеспечивают ограничение тока якоря на допустимом уровне (для двигателей 2ПН – это 2IЯ.Н). Достигается это ограничением выходного напряжения регулятора скорости (в реверсивном варианте ограничение должно быть двухполярным) на соответствующем уровне:
UР.С.МАКС = 2IЯ.Н kТ.
В системах управления скоростью задающее воздействие UЗ.С подается через задатчик интенсивности ЗИ. Его коэффициент принимают: kЗ.И = 100 напряжение ограничения – 10В. Тогда постоянную времени ЗИ определяют по заданному времени разгона до номинальной скорости:
TЗ.И = 10tП (kС С)-1.