автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.05, диссертация на тему:Исследование и разработка мехатронного комплекса станка шарошечного бурения

На правах рукописи

КАРКЛИН Алексей Владимирович

УДК 621.01+621.313

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕХАТРОННОГО КОМПЛЕКСА СТАНКА ШАРОШЕЧНОГО БУРЕНИЯ

Специальность 05.02.05 - роботы, мехагроника и робототехнические системы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Владимир - 2005

Работа выполнена во Владимирском государственном университете

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Малафеев С.И.

Официальные онпоненты:

доктор технических наук, профессор Миновский Ю.П., Испытательная лаборатория центра по сертификации взрывозащищённого и рудничного электрооборудования, г. Москва

кандидат технических наук, доцент

Шахпин В.Л., Владимирский государственный

университет

Ведущая организация:

Национальный научный центр горного производства - Институт горного дела им. A.A. Скочинского

Защита диссертации состоится 23 декабря 2005 г. в 15 час.ЗО мин. в ауд. 211-1 на заседании диссертационного совета Д 212.025.05 во Владимирском государственном университете по адресу: 600000, Владимир, ул. Горького, д. 87.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Владимирского государственного университета

Автореферат разослан 22 ноября 2005 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 600000, Владимир, ул. Горького, д. 87, ВлГУ, Ученому секретарю совета. Тел.(0922) 279-928, факс (0922) 233-342, е-таЯ: sim_vl@nm.ru

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор С.И. Малафеев

£006 А 6&0

Общая характеристика работы

Актуальность темы. В условиях развития добывающей промышленности происходит освоение новых месторождений и совершенствование техники и технологий горных работ. На открытых горных разработках особое место занимают процессы бурения взрывных скважин. Удельный вес буровых работ в общей себестоимости добычи полезных ископаемых составляет более 30% . В связи с этим повышение технологических и эксплуатационных характеристик буровых станков имеет особое значение для развития добывающей промышленности.

Современный буровой станок - сложная высокопроизводительная машина, содержащая множество различных механизмов с электроприводами разных типов. Эффективность функционирования станка определяется уровнем его автоматизации, как в целом, так и его отдельных подсистем. Таким образом, при существующей технологии бурения взрывных скважин основным направлением повышения производительности и эффективности работы буровых станков является совершенствование систем приводов и технических средств управления.

Широкие возможности решения этой задачи открываются в настоящее время в связи с новыми достижениями силовой преобразовательной техники, микроэлектроники и информационных технологий. Переход к технике управления буровым станком нового поколения характеризуется функциональным и конструктивным объединением электромеханических преобразователей с энергетическими и информационными компонентами с высоким уровнем организации процессов управления. Это позволяет рассматривать технологические агрегаты бурового станка как мехатронные модули, объединенные в сложный мехатронный комплекс. Такой буровой станок приобретает свойства робота или подвижной горной машины с гиб-копрограммирусмыми средствами автоматики, обеспечивающими выбор эффективного решения в изменяющейся обстановке. Использование для управления буровым станком технических средств с качественно новыми характеристиками обусловливает актуальность новых теоретических и прикладных задач совершенствования систем управления буровыми станками.

Анализ отечественных и зарубежных литературных источников и патентной документации свидетельствует о том, что в настоящее время отсутствуют как методы анализа и синтеза мехатронных систем буровых станков, так и адекватные современному уровню развития электронной техники управления элементы и устройства автоматики.

Таким образом, существует противоречие между практической потребностью повышения производительности и качества работы буровых станков, с одной стороны, и ограниченными возможностями современных методов исследования и проектирования мехатронных систем и их элементов для буровых станков, с другой стороны.

Цель и задача работы. Цель работы - повышение эффективности работы мехатронных комплексов буровых станков на основе использования новых алгоритмов и технических средств управления. Для достижения указанной цели сформулирована научная задача: провести исследование процессов в мехатронных системах технологических агрегатов буровых станков и разработать методики проектирования, алгоритмы и технические средства автоматического управления, обеспечивающие повышение производительности и эффективности использования бурового оборудования.

Решение этой научной задачи предполагает:

1. Составление и исследование моделей основных электромеханических агрегатов станка (вращателя, подачи, хода, лебедки, компрессора), учитывающих технологические особенности процессов бурения и перемещения станка и ориентированных на синтез микроконтроллерных систем управления.

2. Разработку и анализ рациональных структур мехатронного комплекса бурового станка.

3. Разработку и исследование мехатронных систем основных механизмов станка.

4. Разработку, исследование и реализацию микропроцессорных технических средств управления и обработки информации для мехатронных систем станков шарошечного бурения.

Методы исследования. Для решения сформулированной научной задачи использованы математические методы современной теории автоматического управления, классической электромеханики, автоматизированного электропривода, теории эксперимента и обработки данных. Для исследования процессов в мехатронных системах использовались натурные эксперименты и имитационное моделирование.

Основные положения, защищаемые автором.

1. Математические модели основных технологических агрегатов бурового станка, ориентированные на анализ и синтез мехатронных систем.

2. Структуры мехатронных комплексов станков шарошечного бурения.

3. Методика параметрического синтеза мехатронных систем основных технологических агрегатов бурового станка с двигателями постоянного тока.

4. Структура и методика синтеза электромагнитного привода гидравлического усилителя системы подачи бурового инструмента.

5. Технические средства контроля параметров технологического процесса бурения (глубина скважины, скорость бурения, сопротивление изоляции электрооборудования и др.).

Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие новые научные результаты:

1. Составлена математическая модель процесса шарошечного бурения, ориентированная на синтез мехатронного комплекса бурового станка.

2. Разработаны и исследованы методики настройки регуляторов по критерию эффективного использования энергетического ресурса для меха-тронных систем вращателя и хода бурового станка.

3. Разработаны и исследованы новые алгоритмы управления в меха-тронных системах, обеспечивающие эффективное использование энергетического ресурса.

4. Предложены новые схемотехнические решения мехатронных модулей для буровых станков.

5. Предложен, исследован и реализован новый метод контроля сопротивления изоляции в электрических системах с преобразователями рода тока.

Практическая ценность. Составленные модели мехатронных систем и технологического процесса шарошечного бурения позволяют проводить целенаправленный синтез структур, объектно-ориентированных подсистем и элементов мехатронных комплексов буровых станков, обеспечивающих повышение эффективности вращательного бурения по критерию максимальной проходки за смену и максимально эффективного использования бурового инструмента.

Микроконтроллерные устройства, реализующие новый метод идентификации сопротивления изоляции, обеспечивают повышение надежности контроля, защиты и безопасности в электрических системах с преобразователями рода тока.

Методики параметрического синтеза и разработанные алгоритмы управления по критерию минимума потерь энергии в переходных процессах обеспечивают повышение энергетических характеристик мехатронных систем бурового станка.

Разработанные микроконтроллерные системы управления служат основой создания перспективных электроприводов постоянного и переменного тока для горных машин, автоматизированных агрегатов машиностроительной и других отраслей промышленности.

Реализация результатов работы. Теоретические результаты и практические разработки, в том числе, защищенные патентом Российской Федерации использованы в промышленных системах и устройствах электроприводов для буровых станков. Компания «Объединенная энергия» (г. Москва) освоила серийный выпуск преобразовательных агрегатов, микро-

контроллерных систем управления и специализированных технических средств для буровых станков, выпускаемых отечественными предприятиями. Продукция компании поставляется на российские предприятия, специализирующиеся на выпуске горных машин: ОАО «Рудгормаш» (г. Воронеж), ОАО «Бузулукский завод тяжёлого машиностроения», ОАО «Ижорские заводы», а также на горно-обогатительные комбинаты России и добывающие предприятия Индии.

Микроконтроллерные системы управления, структуры и элементы ме-хатронных систем включены в программы курсов «Электромеханические системы» и «Промышленная автоматика» для студентов Владимирского государственного университета.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 8 научно-технических конференциях, семинарах и совещаниях, в том числе:

1. Научно-технических конференциях Владимирского государственного университета (Владимир, 2001 - 2005).

2. Международной молодежной научной конференции «XXV Гагарин-ские чтения» (Москва, 1999).

3. V Всероссийской научной конференции «Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем» (Чебоксары, 2003).

4. Научно-технических семинарах ООО «Компания «Объединенная энергия» (Москва, 2000 - 2005).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 5 научных работ, в том числе получен патент РФ на изобретение.

Объём работы. Диссертация изложена на 192 с. машинописного текста, содержит введение, четыре главы, заключение, список литературы из 102 наименований, 4 приложения и иллюстрируется 36 рис.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и 4 приложений.

Во введении обоснована актуальность темы, изложены цели диссертационной работы и представлена краткая аннотация.

В первой главе проведен анализ современного состояния и перспектив развития электрооборудования и систем управления для буровых станков. На основе выполненного анализа сформулирована задача и определены методы исследования.

Буровые станки, как и другие горные машины, относятся к техническим системам с длительным сроком эксплуатации (10 - 15 лет и более), который значительно превышает период морального старения современ-

них электронных средств управления. Поэтому во многих случаях технический уровень электрооборудования и, следовательно, самих горных машин, не адекватен современному уровню развития автоматики, силовой преобразовательной техники и микроэлектроники.

Схемотехнические решения и элементная база современных средств управления электрооборудованием претерпевают быстрые изменения, внедрение которых в практику горных машин позволит обеспечить существенное улучшение характеристик оборудования. Поэтому для достижения основных целей совершенствования электрооборудования машин и технологических агрегатов в горной промышленности - повышения надежности, улучшения технических характеристик, в том числе, энергетических показателей, требуются использование новой перспективной элементной базы, в том числе микроконтроллеров, развитие схемотехнических решений, математических методов расчета и проектирования.

Современная автоматизация технологических процессов и производственных комплексов в горной промышленности основывается на широком использовании мехатронных систем различного назначения. Функциональное и конструктивное объединение электромеханических преобразователей с энергетическими и информационными компонентами в мехатронных системах определяет зависимость эффективности и качества их работы как от алгоритмов и технических средств управления, так и от энергетического обеспечения всех процессов.

Таким образом, повышение эффективности работы мехатронных комплексов буровых станков на основе использования новых алгоритмов и технических средств управления представляет собой важную научно-техническую задачу, имеющую большое практическое значение.

Решение актуальной научно-технической задачи создания электрооборудования и систем управления нового поколения для буровых станков, обеспечивающих повышение эффективности и качества их функционирования, в настоящее время сдерживается вследствие:

- отсутствия адекватного подхода к исследованию и проектированию мехатронных систем для буровых станков;

-ограниченных возможностей современных методов классической теории автоматического управления при реализации новых алгоритмов управления на основе современных технических средств, в том числе микроконтроллеров;

-отсутствия эффективных для громышленного применения технических решений мехатронных систем для тяжелых условий эксплуатации.

В настоящее время существует противоречие между практической потребностью повышения производительности и качества работы буровых станков с одной стороны, и ограниченными возможностями современных

методов исследования и проектирования мехатронных систем и их элементов для буровых станков.

Объективными условиями для решения сформулированной проблемы являются современные достижения науки и техники, а именно:

- достижения силовой преобразовательной техники и микроэлектроники: силовые полупроводниковые приборы с высокими техническими характеристиками, в том числе полностью управляемыми, и микроэлектронные многофункциональные устройства управления;

- новые методы теории управления, позволяющие синтезировать алгоритмы регулирования для сложных нелинейных объектов;

- новые информационные технологии, обеспечивающие эффективное решение задач исследования, моделирования и проектирования с помощью ЭВМ.

Во второй главе проведён анализ технологического процесса шарошечного бурения как объекта управления и составлена модель мехатрон-ной системы вращательного агрегата.

Вращательное бурение взрывных скважин осуществляется за счет преобразования электрической энергии в механическую работу в мехатронных системах, которые создают: вращательное движение бурового инструмента; осевое усилие на буровой став; поток воздуха или жидкости, обеспечивающий удаление продуктов бурения из скважины.

Эффективность работы этих систем и успешность выполнения поставленной задачи зависят от множества факторов: горно-геологических условий, крепости разбуриваемых пород, состояния оборудования и др., которые изменяются в процессе работы бурового оборудования. В настоящее время общее управление мехатронным агрегатом бурового станка осуществляется оператором, выполняющим следующие функции: наблюдение и оценивание параметров режима бурения; обработка информации; формирование управляющих воздействий; распознавание аварийных ситуаций и оперативное противоаварийное управление и т.д.

Можно выделить три уровня автоматизации бурового станка.

Первый уровень - это локальные системы контроля и управления отдельными технологическими агрегатами и мехатронными системами.

Второй уровень - комплексные распределенные системы управления, обеспечивающие взаимосвязанное управление во всех подсистемах меха-тронного комплекса на основе автоматизированной обработки потоков информации о состоянии бурового станка и условий бурения.

Третий уровень - гибкие самоорганизующиеся системы управления, обеспечивающие автоматическое управление как отдельными буровыми станками, так и группами станков, с учетом изменяющихся целей, критериев эффективности и условий функционирования оборудования.

При работе бурового станка должны достигаться заданные значения производительности П, себестоимости С, энергоёмкости Е и скорости V бурения. При этом буровой инструмент изнашивается, а оборудование станка может оцениваться надежностью его работы.

На результаты бурения наибольшее влияние оказывают три параметра режима: частота вращения ю бурового инструмента, осевое усилие р на забой скважины, расход сжатого воздуха или воздушно-водяной смеси подаваемых в скважину для удаления буровой мелочи.

Для каждой горной породы с определенными физико-механическими свойствами существует режим работы, при котором достигается наибольшая производительность либо наименьшая себестоимость и т.д.

Проведены исследования динамических характеристик бурового станка. Динамика процесса бурения оказывает существенное влияние на результаты буровых работ. Для линеаризованных моделей основных динамических каналов: частота вращения бурового инструмента (со) - скорость бурения (у), осевая нагрузка на забой (р) - скорость бурения (у), расход воздуха пневмосистемы при эвакуации выбуренной породы (</) - скорость бурения (у) , составлены и исследованы передаточные функции.

Механическая часть системы вращателя бурового станка с двигателем постоянного тока представлена в виде трёхмассовой системы с упругими связями, состоящей из взаимосвязанных элементов бурового става: ротора двигателя, колонны, бурового инструмента - шарошечного долота (рис. 1).

м12

В системе предусмотрено использование алгоритма управления процессом бурения по критерию максимальной проходки за смену при максимальной эффективности использования бурового инструмента.

В третьей главе проведён анализ и синтез мехатронных систем основных технологических агрегатов бурового станка: вращателя, хода, подачи и компрессора. На основе анализа режимов и особенностей работы указанных приводов определены рациональные варианты структур мехатронных систем и типы используемых двигателей. Для приводов вращателя, подачи и хода выбрана система электропривода постоянного тока с обратной связью по напряжению. Для компрессора и хода выбрана система электропривода с асинхронным двигателем.

Мехатронные системы с двигателями постоянного тока для агрегатов вращателя и хода реализованы по системе тиристорный преобразователь -двигатель постоянного тока с отрицательной обратной связью по напряжению и реверсом по полю (рис. 2, а). Мехатронная система подачи реализована на основе двигателя постоянного тока с реверсивным тиристор-ным преобразователем и стабилизацией тока возбуждения.

Рис. 2. Структурная схема (а) и переходные процессы (б) в электроприводе постоянного тока с обратной связью по напряжению

Составленные математические модели всех систем исследованы с использованием МЛТЬЛВ. Мехатронная система вращателя представлена в виде трёхмассовой динамической системы. Механические подсистемы подачи и хода представлены упрощенными одномассовыми моделями.

Для синтеза микроконтроллерных регулирующих устройств разработана методика, включающая следующие этапы.

1. Редукция многомассовой модели к одномасссовой.

2. Аналитический параметрический синтез регулирующих устройств на основе математической модели одномассовой системы.

3. Имитация полной модели системы с рассчитанными параметрами, а также проверка и уточнения с помощью имитационного моделирования мехатронной системы с учётом упругих связей.

В основу разработанной методики параметрического синтеза мехатронной системы с двигателем постоянного тока и обратной связью по напряжению положен критерий эффективного использования энергетических ресурсов, согласно которому формирование статических характеристик системы должно обеспечивать заданные технологические функции и рациональные режимы работы оборудования.

При использовании пропорционального регулятора напряжения к

И (Л = —ц— и пропорционально-интегрального регулятора тока

где 5 - заданная жёсткость статической нагрузочной характеристики системы; /„ - номинальный ток двигателя; що - напряжение задания, соответствующее номинальному напряжению.

Постоянная времени регулятора напряжения выбирается из условия

Важными свойствами предложенной методики настройки являются, во-первых, корректность формул при любых соотношениях постоянных времени, и, во-вторых, исключение из расчетов малой постоянной времени т. Диаграммы переходных процессов в мехатронной системе вращателя показаны на рис. 2,6.

Для нерегулируемого электропривода компрессора бурового станка с асинхронным двигателем напряжением 0,4 кВ и мощностью до 250 кВА разработана аппаратура управления, обеспечивающая плавный пуск двигателя, минимальные потери при продолжительной работе при номиналь-

-- настроечные параметры определяются по формулам

рт

Т >Т

1 И — ' \

ных напряжении и нагрузке, эффективную защиту при ненормальных режимах. Пуск двигателя производится при плавном увеличении питающего напряжения за счет фазового регулирования переменного напряжения с помощью тиристорного регулятора, который в рабочем режиме шунтируется контактором. Для выбора параметров режима пуска двигателя разработана специальная программа расчета переходных процессов при включении асинхронного двигателя, позволяющая оценивать время пуска и кратность пускового тока, определять потери в двигателе и сравнивать различные алгоритмы управления. Программа составлена на основе модели двигателя в виде полных уравнений в неподвижной системе координат

Для электроприводов хода разработано 2 варианта мехатронных систем: с двигателями постоянного тока (нереверсивный тиристорный преобразователь для регулирования напряжения на якорной обмотке, обратная связь по напряжению, реверс по цепи возбуждения) и асинхронными ко-роткозамкнутыми двигателями с системой плавного пуска и нерегулируемой скоростью.

Мехатронная система электрического привода подачи (мощность до 60 кВт) выполнена с использованием двигателя постоянного тока, реверсивным тиристорным преобразователем и обратной связью по напряжению.

мм

20

г Лг = Змм йР = ЮН с V

--- —1—

X

/X

V

20

40

60

мс

В м/с Н 200 С 1 1

4 я 160 120

2 80

1 40

0 0

-1

Рис. 3. Диаграммы процессов в мехатронной системе управления электрогидравлическим приводом подачи

А 20

16

12

8

4

0

Для управления электрогидравлическим приводом подачи разработана мехатронная система с электромагнитным двигателем поступательного перемещения. Следящая система реализована по принципу подчиненного регулирования координат с линейным регулятором положения, подчиненным контуром регулирования тока и дополнительной нелинейной обратной связью по току, которая имеет коэффициент передачи, пропор-

циональный величине индуктивности катушки с(г>, где г - координата положения сердечника. За счет нелинейного алгоритма управления осуществляется линеаризация естественных нелинейностей электромагнитного двигателя и, следовательно, обеспечение высоких показателей качества регулирования во всем диапазоне изменения положения сердечника. На рис. 3 показаны переходные характеристики системы для перемещения г, тока /, ошибки регулирования в, тягового усилия рт и усилия пружины /■'„ при изменении задания и3 = зВ. На диаграммах показаны также процессы в системе при действии на сердечник возмущающей силы ьр = юн в момент / = 50 мс.

В четвёртой главе рассмотрены специализированные технические средства контроля параметров процессов при бурении и автоматизации управления буровым станком.

В основу разработки человеко-машинного интерфейса бурового станка положены следующие технические решения:

- применение перспективных светодиодных цифровых, шкальных и матричных индикаторных устройств и стрелочных логометрических преобразователей с повышенными техническими характеристиками;

- использование интеллектуальных систем обработки данных и управления устройствами индикации, реализованных на основе высокопроизводительных ШБС-процессоров;

- реализация объектно-ориентированных устройств управления технологическими агрегатами, оснащенных специализированными интерфейсными модулями.

Функциональная схема разработанного блока индикации параметров процесса бурения показана на рис. 4.

Рис. 4. Функциональная схема блока индикации параметров бурения

Для измерения глубины скважины при бурении разработано специальное микроконтроллерное устройство, обеспечивающее непрерывный контроль глубины, сигнализацию о достижении буровым инструментом заданного значения глубины, запоминание текущего значения при отключении питания и проведении вспомогательных операций.

При установке бурового станка в исходную позицию на рабочем участке требуется точное горизонтальное позиционирование. Для этого используются гидравлические домкраты. Разработанная автоматическая система горизонтирования позволяет выполнять данную операцию с использованием микроконтроллерного устройства управления, обрабатывающего сигналы от инклинометров и формирующего команды для управления электромагнитными клапанами домкратов. Функциональная схема системы представлена на рис. 5.

1 г з

Рис. 5. Функциональная схема системы автоматического горизонтирования

Для регистрации параметров процесса бурения разработана система цифровой обработки и запоминания данных, функциональная схема которой показана на рис. 6. Принимая соответствующие сигналы от соответствующих устройств, В устройстве организован сбор информации с датчиков параметров и обработка данных с помощью персонального компьютера. Программное обеспечение, установленное на промышленном компьютере, обеспечивает масштабирование и хранение всех параметров, формирование диаграмм и графиков для визулизации процесса. Программное

обеспечение системы регистрации разработано в среде программирования Delphi.

4

Рис 6. Функциональная схема системы регистрации

При использовании выпрямительных устройств в мехатронных темах бурового станка при электропитании от сети с изолированной нейтралью трансформатора особую актуальность приобретает задача контроля сопротивления изоляции. Опыт эксплуатации и теоретический анализ показывают, что сетям с преобразователями рода тока при наличии гальванической связи между цепями переменного и постоянного токов присущ ряд специфических особенностей. В частности, для них недействительны известные закономерности протекания токов утечки на землю (или корпус автономного объекта), установленные для сетей постоянного и переменного токов. Электрическая сеть с преобразователем рода тока является более опасной, чем сети постоянного и переменного тока. Для обеспечения безопасной эксплуатации таких электрических систем разработано и исследовано специальное устройство контроля сопротивления изоляции, реагирующее как на однофазные, так и на однополюсные утечки токов иа зем-

лю. Принцип действия прибора иллюстрируется упрощенной схемой, покачанной на рис. 7. Тестовый сигнал специальной формы от источника иг через звезду добавочных резисторов гг,, ,п, ;г3 поступает в контролируемую трехфазную сеть. Ток, протекающий в контуре: «источник тестового сигнала и1 - добавочные резисторы гт!, гт2, гт3 - сопротивление изоляции земля» контролируется по величине падения на измерительном резисторе <■„.

Рис 7. Электрическая схема, поясняющая принцип действия устройства контроля сопротивления изоляции

Величина сопротивления изоляции вычисляется в зависимости от измеренного тока и известного тестового напряжения. Тестовое напряжение представляет собой последовательность разнополярных импульсов. В интервале времени о</<т напряжение их =(у, и обеспечивает ускоренный процесс перехода электрической системы в установившееся состояние (форсированный заряд емкостей сф и с„). Для исключения влияния на результаты измерения переменной составляющей, обусловленной протеканием через измерительный резистор г„ токов, вызванных источниками питающих напряжений, измерения токов при иЛ=и2 и иг = -и2 осуществляются в установившемся режиме путем интетрирования падения напряжения на сопротивлении я„ за период сети. Алгоритм формирования сигнала аварийного отключения предусматривает сравнение вычисленного значения эквивалентного сопротивления изоляции с двумя уставками я, и я2 (например, 1 кОм и 10 кОм), и повторные измерения с целью подтверждения полученного результата.

В приложениях содержатся экспериментальные данные, полученные при исследованиях мехатронных систем, краткие описания образцов промышленных изделий и докумешы об использовании результатов работы.

Заключение

Теоретические и экспериментальные исследования, выполненные в настоящей работе, позволили получить следующие результаты:

1. Разработана функциональная схема мехатронного комплекса станка шарошечного бурения, включающего локальные агрегаты вращателя, ходов, напора, компрессора, технических средств автоматизации и контроля процесса бурения, определены рациональные структуры всех нодсисчем, элементная база и алгоритмы управления, основанные на использовании распределённых микроконтроллерных средств управления.

2. Разработаны и исследованы функциональные схемы мехатронных систем основных технологических агрегатов бурового станка с двигателями постоянного и переменного тока и микроконтроллерным управлением.

3. Разработана методика параметрического синтеза мехатронных систем с двигателями постоянного тока по критерию эффективного использования энергетического ресурса. Полученные расчётные формулы для параметров регуляторов тока и напряжения обеспечивают формирование динамики мехатронной системы, адекватной динамическим характеристикам и энергетическим возможностям электромеханических преобразователей.

4. Разработаны и исследованы мехатронные системы управления гидравлическим приводом напора с электромагнитным двигателем поступательного перемещения и возвратной пружиной. Новый способ коррекции нелинейной системы электромагнитного следящего привода обеспечивает устойчивую работу в диапазоне перемещений от 0 до 6 мм, с временем регулирования от 10 мс до 0,1с, при перерегулировании не превышающем 5 %.

5. Исследованы электроэнергетические процессы в мехатронных системах с асинхронными двигателями компрессоров и ходов. Разработаны устройства плавного пуска двигателей обеспечивающие уменьшение пусковых токов, ударов в механических передачах, колебаний напряжения в питающей сети.

6. Разработаны и исследованы устройства контроля технологических параметров процесса бурения:

- устройство измерения глубины разбуриваемой скважины;

- устройство обработки и отображения информации.

- прибор для регистрации технологических параметров при бурении;

7. Разработана микроконтроллерная система автоматического гори-зонтирования бурового станка.

8. Разработано и исследовано устройство контроля сопротивления изоляции электрооборудования бурового станка, обеспечивающее повышенную надежность работы в системе электропитания с преобразователями рода тока.

9. Теоретические результаты и практические разработки, в том числе защищёиные патентом Российской Федерации, исследованы в промышленных мехатронных комплексах буровых станков СБШ-250МНА-32 (ОАО по буровому и транспортному оборудованию «Рудгормаш», г. Воронеж) и ЗСБШ-200-60, 6СБШ-200-32 (Бузулукский завод тяжёлого машиностроения, г. Бузулук), выпускаемых серийно ООО «Компания «Объединённая энергия», г. Москва.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

1. Карклин A.B., Малафеев С.И. Прибор для испытаний автоматических выключателей / XXV Гагаринские чтения. Международная молодежная научная конференция. Тезисы докладов научной конференции. Том 2. -М.: ЛАТМЭС, 1999.

2. Малафеев С.И., Карклин A.B., Серебренников H.A. Электроприводы постоянного тока с микроконтроллерным управлением для вращателей буровых станков / Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем. Материалы V Всероссийской научной конференции. -Чебоксары, Изд-во Чувашского ун-та, 2003. - С. 92 - 94.

3. Малафеев С.И., Серебренников H.A., Карклин A.B. Система управления асинхронным электроприводом компрессора / Проектирование и технология электронных средств. 2003, № 4. - С. 30 - 31.

4. Малафеев С.И., Серебренников H.A., Карклин A.B. Мехатронные комплексы буровых станков / Проектирование и технология электронных средств. 2005, № 3 - С. 67 - 72.

5. Патент по заявке № 2003110492 от 11.04.03, МПК Н02Р 7/62;H01F 7/18. Электромагнитный следящий привод / С.И. Малафеев, A.A. Малафеева, A.B. Карклин, H.A. Серебренников. - Опубл. 2005.

Личное участие автора:

[1] - разработка принципиальной схемы, изготовление и испытания прибора; [2], [3] - разработка принципиальных схем, параметрический синтез, испытания; [4] - сравнительный анализ функциональных схем, обоснование выбора технических решений; [2] - синтез структуры и моделирование.

ЛР №020275. Подписано в печать 17.11.05. Формат 60x84/16. Бумага для множит, техники. Гарнитура Times. Печать на ризографе. Усл. печ. л. 0,93. Уч.-изд. л. 0,97. Тираж 100 экз. Заказ

Издательство Владимирского государственного университета 600000, Владимир, ул. Горького, 87

GGO

06-660

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ МЕХАТРОННЫХ СИСТЕМ АГРЕГАТОВ ШАРОШЕЧНОГО

БУРЕНИЯ.

1.1 Основные технологические процессы бурения взрывных скважин.

1.2 Электрооборудование буровых станков.

1.3 Автоматизация управления процессом бурения.

1.4 Выводы, постановка задачи и определение методов исследования.

2. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ШАРОШЕЧНОГО БУРЕНИЯ КАК ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ И СИНТЕЗ СТРУКТУРЫ И АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ МЕХАТРОННЫМ КОМПЛЕКСОМ.

2.1 Анализ основных закономерностей технологического процесса бурения взрывных скважин.

2.2 Исследование динамических характеристик основных систем бурового станка.

2.3 Исследование и моделирование вращательного агрегата бурового станка.

Выводы.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕХАТРОННЫХ СИСТЕМ ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ АГРЕГАТОВ СТАНКА ШАРОШЕЧНОГО БУРЕНИЯ.

3.1 Основные функциональные схемы мехатронных агрегатов бурового станка.

3.2 Анализ и синтез мехатронных систем с двигателями постоянного тока.

3.3 Разработка мехатронной системы электропривода подачи.

3.4 Исследование и разработка мехатронных систем с двигателями переменного тока.

3.5 Мехатронная система управления электрогидравлическим приводом подачи.

Выводы.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ill

МЕХАТРОННОГО КОМПЛЕКСА БУРОВОГО СТАНКА.

4.1 Измерение и индикация основных параметров технологического процесса бурения.

4.2 Разработка системы контроля глубины скважины при бурении. ф 4.3 Исследование и разработка автоматической системы контроля сопротивления изоляции электрооборудования бурового станка.

4.4 Разработка автоматической системы управления горизонтированием.

4.5 Разработка и исследование системы сбора и регистрации ф основных параметров процесса бурения.

Выводы.

Современная экономика России характеризуется значительной долей добывающих отраслей промышленности, с одной стороны, и возрастанием стоимости энергоносителей, с другой стороны. В этих условиях развитие добывающей промышленности происходит как за счёт освоения новых месторождений, так и совершенствования техники и технологий горных работ [1]. На открытых горных разработках особое место занимают процессы бурения взрывных скважин. Удельный вес буровых работ в общей себестоимости добычи полезных ископаемых составляет более 30% [2].

В связи с этим повышение технологических и эксплуатационных характеристик буровых станков имеет особое значение для развития добывающей промышленности [3].

Современный буровой станок - сложная высокопроизводительная машина, содержащая множество различных механизмов с электроприводами разных типов [4]. Эффективность функционирования станка определяется как уровнем его автоматизации в целом, так и отдельных его подсистем.

Анализ современного состояния проектирования и производства буровой техники дает основание отметить следующие обстоятельства.

1. Разработано и используется несколько основных способов бурения взрывных скважин, из которых наиболее эффективным считается шарошечный. Это объясняется тем, что станки шарошечного бурения являются более универсальными по отношению к крепости разбуриваемых пород и имеют повышенную надёжность при эксплуатации в тяжёлых условиях [5, 6].

2. Эксплуатация буровых станков осуществляется в разных климатических зонах, в тяжелых условиях, характеризующихся большими перепадами температуры, высоким уровнем вибраций, наличием пыли различного содержания, повышенной влажностью и др. Эти факторы обусловливают повышенные требования к эксплуатационным характеристикам электрооборудования и систем управления [7, 8].

3. Современные станки шарошечного бурения относятся к объектам техники длительного срока эксплуатации (10 - 15 лет и более). Период обновления технических средств управления в настоящее время не превышает 2 лет, из этого очевидно значительное отставание технического уровня действующего и производимого бурового оборудования.

4. Производительность и эффективность использования ресурса буровых станков определяется главным образом техническими характеристиками приводных агрегатов. В настоящее время в системах электроприводов основных и вспомогательных агрегатов используются традиционные двигатели постоянного и переменного тока с различными типами преобразовательных устройств [6,

9].

5. Работа бурового станка происходит при переменных случайных нагрузках, зависящих от характеристик разбуриваемых пород, горногеологических условий и особенностей работы операторов [10].

6. Бурение скважины является не только производственным, но также и научно-исследовательским процессом, обеспечивающим получение информации о строении земных недр. При этом существует противоречие между производственным и научно-исследовательским характером процесса бурения: при подготовке к бурению скважины этот процесс рассматривается как детерминированный, а в ходе бурения он приобретает характер стохастического, научно-исследовательского, информационного процесса.

7. Технологическая и эксплуатационная сложность процесса бурения обусловлена большим количеством переменных, значения которых в той или иной степени определяют эффективность этого процесса, и множеством взаимодействий между ними, что требует приложения не всегда очевидных управляющих воздействий.

8. С точки зрения методики автоматического управления процесс бурения практически не исследован. Анализ диаграммы записи параметров режимов бурения, записанный с максимально допустимой частотой, показывает практически непрерывные изменения, как параметров, так и показателей процесса бурения.

Таким образом, при существующей технологии бурения взрывных скважин основным направлением повышения производительности и эффективности работы буровых станков является совершенствование систем приводов и технических средств управления [11].

Широкие возможности решения этой задачи открываются в настоящее время в связи с новыми достижениями силовой преобразовательной техники, микроэлектроники и информационных технологий. Переход к технике управления буровым станком нового поколения характеризуется функциональным и конструктивным объединением электромеханических преобразователей с энергетическими и информационными компонентами с высоким уровнем организации процессов управления [12 - 14]. Это позволяет рассматривать технологические агрегаты бурового станка как мехатронные модули, объединенные в сложный мехатронный комплекс. Такой буровой станок приобретает свойства робота или подвижной горной машины с гибкопрограммируемыми средствами автоматики, обеспечивающими выбор эффективного решения в изменяющейся обстановке [15]. Использование для управления буровым станком технических средств с качественно новыми характеристиками обуславливает актуальность новых теоретических и прикладных задач совершенствования систем управления буровыми станками. К важнейшим задачам можно отнести следующие:

1. Создание мехатронного комплекса буровых станков с качественно новыми характеристиками на основе синергетического объединения различных подсистем с компьютерным управлением возможно только при высоком уровне конструктивной, информационной и электромагнитной совместимости механических, электронных и информационно-управляющих элементов. Это обусловливает актуальность задачи совершенствования всех технических средств меха-тронного комплекса для обеспечения их эффективного взаимодействия.

2. Реализация мехатронного комплекса бурового станка предполагает использование объектно-ориентированных технических средств управления, учитывающих специфические особенности работы бурового станка и условий его эксплуатации [11].

3. Современный буровой станок - эргатическая мехатронная система [16]. Увеличение объемов буровых работ приводит к возрастанию психологической нагрузки и ответственности за решения, принимаемые бурильщиком в процессе работы. Время простоев из-за неправильных технологических решений в процессе бурения составляет 5 - 7% от общего баланса рабочего времени.

Это обусловливает повышение требований к человеко-машинному интерфейсу.

4. Работа бурового станка как технологического агрегата оценивается различными показателями, учитывающими производительность, затраты, износ инструмента, ресурс оборудования и др. [2]. Это усложняет формализацию критерия оптимальности. Следовательно, при создании мехатронной системы требуется синтез рационального алгоритма управления, имеющего простую реализацию и высокую степень универсальности.

5. Создание мехатронной системы предусматривает разработку и использование новых систем контроля параметров технологических процессов, нагрузок и состояние электрооборудования [17]. Анализ отечественных и зарубежных литературных источников и патентной документации свидетельствует о том, что в настоящее время отсутствуют как методы анализа и синтеза меха-тронных систем буровых станков, так и адекватные современному уровню развития электронной техники управления элементы и устройства автоматики.

Таким образом, существует противоречие между практической потребностью повышения производительности и качества работы буровых станков с одной стороны, и ограниченными возможностями современных методов исследования и проектирования мехатронных систем и их элементов для буровых станков.

В связи с этим цель настоящей работы определена как повышение эффективности работы мехатронных комплексов буровых станков на основе использования новых алгоритмов и технических средств управления.

В диссертации на защиту выносятся следующие научные положения.

1. Математическое описание технологического процесса шарошечного бурения.

2. Методика параметрического синтеза мехатронных систем основных технологических агрегатов бурового станка с двигателями постоянного тока.

3. Структура и методика синтеза электромагнитного привода гидравлического усилителя системы подачи.

4. Алгоритмы и технические средства автоматического управления сбором и регистрацией основных параметров процесса шарошечного бурения, таких как ток и напряжение вращательного агрегата, давление осевого усилия и т.д.

5. Технические средства контроля вспомогательных параметров при бурении (глубина скважины, сопротивление изоляции электрооборудования и др.).

6. Схемотехнические решения промышленных мехатронных систем для буровых станков.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем.

1. Составлена математические модели работы основных мехатронных систем бурового станка шарошечного бурения, ориентированные на синтез ме-хатронного комплекса бурового станка.

2. Разработаны и исследованы методики настройки регуляторов по критерию эффективного использования энергетического ресурса для мехатронных систем вращателя и хода бурового станка.

3. Разработаны и исследованы новые алгоритмы управления в мехатронных системах, обеспечивающие эффективное использование энергетического ресурса.

4. Предложены новые схемотехнические решения мехатронных модулей для буровых станков.

Практическая ценность работы. Составленные модели систем станка шарошечного бурения позволяет проводить синтез мехатронных комплексов вращательного бурения по критерию максимальной проходки за смену и максимально-эффективного использования бурового инструмента.

Разработанные методики и алгоритмы управления обеспечивают повышение технических характеристик мехатронных систем бурового станка.

Реализация результатов работы. Теоретические результаты и практические разработки, в том числе, защищенные патентами Российской Федерации использованы в промышленных системах и устройствах электроприводов для буровых станков. Компания «Объединенная Энергия» (г. Москва) освоила серийный выпуск преобразовательных агрегатов, микроконтроллерных систем управления и специализированных технических средств для буровых станков, выпускаемых отечественными предприятиями. Продукция компании поставляется на российские предприятия, специализирующиеся на выпуске горных машин: ОАО «Рудгормаш» (г. Воронеж), ОАО «Бузулукский завод тяжёлого машиностроения», ОАО «Ижорские заводы», а также на горно-обогатительные комбинаты: ОАО «Апатит» (г. Кировск), ОАО «Лебединский ГОК» (г. Губкин), ОАО «Оленегорский ГОК» (г. Оленегорск), ОАО «Стойленсий ГОК» (г. Старый Оскол), ОАО «Карельский Окатыш», угольные разрезы Кузбасса, Саха-Якутии, Тувы, Приморского и Красноярского края, Казахстана, а также добывающие предприятия Индии.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений.

Выводы

Исследования, выполненные в настоящей главе, позволяют сделать следующие выводы.

1. Повышение технического уровня и эффективности функционирования электрооборудования буровых станков может быть достигнуто при соответствующих технических средствах управления и обработки информации, которые должны обеспечивать реализацию требуемых алгоритмов управления, как с точки зрения выполняемых функций, так и обеспечения необходимого быстродействия; ускоренную адаптацию к конкретным условиям использования, включая конструктивные, технологические, эргономические и психофизиологические факторы применения новой техники; возможность применения новейших средств автоматики и электроники

2. В основу разработки новых элементов и средств управления, удовлетворяющих сформулированным требованиям, положены следующие технические решения:

- применение перспективных микроконтроллеров, в первую очередь, с RISC-архитектурой;

- объектная ориентация схемотехнических решений;

- рациональное сочетание аналоговых и цифровых устройств управления;

-синтез специальных алгоритмов аналогового и цифрового преобразования информации.

3. Разработанные приборы и системы для контроля параметров процесса бурения обеспечивают оперативное измерение и позволяют повысить эргономические характеристики человеко-машинной системы.

4. Реализованный способ контроля изоляции, использующий тестовое напряжение специальной формы, обеспечивает измерение активного сопротивления изоляции в системах с преобразователями рода тока при времени измерения 40.140 мс.

5. Достоверность полученных результатов и количественных оценок подтверждена результатами экспериментальных исследований разработанных устройств и систем в лабораторных и промышленных условиях.

6. Разработанные устройства использованы в серийно выпускаемом Компанией «Объединенная энергия» электрооборудовании и системах управления для буровых станков [102].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Теоретические и экспериментальные исследования, выполненные в настоящей работе, позволили получить следующие результаты:

1. Разработана функциональная схема мехатронного комплекса станка шарошечного бурения, включающего локальные агрегаты вращателя, ходов, напора, компрессора, технических средств автоматизации и контроля процесса бурения, определены рациональные структуры всех подсистем, элементная база и алгоритмы управления, основанные на использовании распределённых микроконтроллерных средств управления.

2. Разработаны и исследованы функциональные схемы мехатронных систем основных технологических агрегатов бурового станка с двигателями постоянного и переменного тока и микроконтроллерным управлением.

3. Разработана методика параметрического синтеза мехатронных систем с двигателями постоянного тока по критерию эффективного использования энергетического ресурса. Полученные расчётные формулы для параметров регулятора тока и напряжения обеспечивают формирование динамики мехатронной системы, адекватной динамическим характеристикам и энергетическим возможностям электромеханических преобразователей.

4. Разработаны и исследованы мехатронные системы управления гидравлическим приводом напора с электромагнитным двигателем поступательного перемещения и возвратной пружиной. Новый способ коррекции нелинейной системы электромагнитного следящего привода обеспечивает устойчивую работу в диапазоне перемещений от 0 до 6 мм, с временем регулирования от 10о мс до 1с, при перерегулировании не превышающем 5 %.

5. Исследованы электроэнергетические процессы в мехатронных системах с асинхронными двигателями компрессоров и ходов. Разработаны устройства плавного пуска двигателей обеспечивающие уменьшение пусковых токов, ударов в механических передачах, колебаний напряжения в питающей сети.

6. Разработаны и исследованы устройства контроля технологических параметров процесса бурения:

- устройство измерения глубины разбуриваемой скважины;

- устройство контроля сопротивления изоляции в электрооборудовании, оснащённом тиристорными преобразователями;

- устройство обработки и отображения информации.

7. Разработана микроконтроллерная система автоматического горизон-тирования бурового станка

8. Разработано и исследовано устройство контроля сопротивления изоляции электрооборудования бурового станка, обеспечивающее повышенную надежность работы в системе электропитания с преобразователями рода тока.

9.Теоретические результаты и практические разработки, в том числе защищенные патентом Российской Федерации, исследованы в промышленных мехатронных комплексах буровых станков СБШ-250МНА-32 (ОАО по буровому и транспортному оборудованию «Рудгормаш», г.Воронеж) и ЗСБШ-200-60, 6СБШ-200-32 (Бузулукский завод тяжёлого машиностроения, г.Бузулук), выпускаемых серийно ООО «Компанией Объединённая Энергия», г.Москва.

Выполненные исследования и полученные в работе результаты позволяют сформулировать основные направления дальнейших исследований.

1 .Исследовать и разрабатывать технологические комплексы буровых станков на основе новых мехатронных систем с бесколлекторными, в том числе индукторными двигателями.

2. Разрабатывать микроконтроллерные системы регистрации и автоматизированного анализа параметров технологического процесса бурения.

3. Разрабатывать и исследовать методы и средства диагностики состояния и остаточного ресурса оборудования и инструмента бурового станка.

1. Жуковский А.А., Нанкин Ю.А., Сушинский В.А. Привод и системы управления буровых станков для карьеров. М.: Недра, 1990. - 223с.

2. Горному машиностроению государственную поддержку / Горная промышленность, 2005, № 4. - С. 43-45.

3. Буткин В.Д., Жуковский А.А., Автоматизация буровых станков прогрессивное развитие технологии бурения на карьерах / Горный журнал, 1981, « 9.-С. 41 -44.

4. Горное дело. Энциклопедический справочник. Том 10. Разработка угольных месторождений открытым способом. М.: Госгортехиздат, 1960. - с.

5. Подэрни Р.Ю. Механическое оборудование карьеров. М., Издательство МГГУ, 2003. - 600 с.

6. Волотковский С.А., Щуцкий В.И., Чеботаев Н.И. Электрификация открытых горных работ. М.: Недра. 1987. - 332 с.

7. Симонянц Л. Е. Разрушение горных пород, и рациональная характеристика двигателей для бурения. М.: Недра, 1966. 288 с

8. Гайдукевич В.И., Титов B.C. Случайные нагрузки силовых электроприводов. М., Энергоатомиздат, 1983. - 160 с.

9. Малафеев С.И. Объектно-ориентированные технические средства управления для электроприводов горных машин // Управление в технических системах. Материалы научно-технической конференции. Ковров: КГТА, 1998. -С. 270-273.

10. Подураев Ю.В., Кулешов B.C. Принципы построения и современные тенденции развития мехатронных систем / Мехатроника, 2000, №1. С. 5 - 10.

11. Илюхин Ю.В. Синергетический мехатронный подход к проектированию систем управления технологических роботов / Мехатроника, 2000, №2. С. 7-12.

12. Слесарев М.Ю. Мехатроника и развитие техносферы. Часть 1 / Мехатроника, 2000, №1. С. 11 - 16.

13. Конюх B.JI. Робототехника в горном деле. Кемерово, Кемеровский областной совет НТО, 1986. - 58 с.

14. Ющенко А.С. К теории деятельности мехатронных систем / Мехатроника, 2000, № 3. С. 2-11.

15. Молчанов А. А. Измерение геофизических и технологических параметров в процессе бурения скважин. М.: Недра, 1983. 189 с.

16. Чулков Н.Н. Электрификация карьеров. М.: Недра, 1974. - 344 с.

17. Современное и перспективное электрооборудование установок для бурения скважин глубиной до 3900 м / Б.И. Абрамов, Е.Н. Авдийский, А.И. Коган и др. Электротехника, 2001, № 1. - С. 11 - 18.

18. Сушков А.В., Фролов Ю.М., Романов А.В. Электропривод вращателя бурового станка с частотным управлением / Промышленная информатика. Сборник научных трудов. Воронеж: ВГТУ, 2003. - С. 127 - 131.

19. Электрооборудование АО «Электросила» для самоходных буровых станков / Горный журнал, 2002, №2. С. 90 - 91.

20. Временная инструкция по применению автоматических станций контроля параметров бурения (АСПБ) в условиях Западной Сибири / Э.Е. Лукьянов, В.И. Саулей, Л.Я. Цыглеев. Тюмень, 1974. - 78 с.

21. Малафеев С.И., Мамай B.C., Орлов В.А. Контроль глубины скважины при бурении / Приборы и системы, 1998, №2. С. 41 - 42.

22. Исаченко В.Х. Инклинометрия скважин. — М., Недра, 1987. 216 с.

23. Пустовойтенко И.П. Предупреждение и ликвидация аварий в бурении. -М, Недра, 1988.-279 с.

24. Грачев Ю.В., Варламов В.П. Автоматический контроль в скважинах при бурении и эксплуатации. М. Недра, 1968. - 178 с.

25. Контроль сопротивления изоляции в электрических сетях с преобразователями рода тока С.И. Малафеев, B.C. Мамай С.В. Кононов, Н.А. Серебренников // Проектирование и технология электронных средств. 2001. № 2. С. 59 -64.

26. А.с. № 1162952 (СССР), МКИ Е 21 В 44/00. Регулятор подачи буровой машины / B.C. Поздняков. Опубл. 23.06.85, Бюл. № 23.

27. А.с. № 1252480 (СССР), МКИ Е 21 В 44/00. Способ регулирования процесса вращательного бурения / А.А. Тукенов, В.В. Михненко, И.Т. Туган-баев. Опубл. 23.08.86, Бюл. № 31.

28. А.с. № 901478 (СССР), МКИ Е 21 В 44/00. Устройство для автоматического управления процессом шарошечного бурения / Л.И. Балагуров, Д.Н. Ша-паренко, А.Г. Афанасьев, И.М. Хошмухаммедов. Опубл. 30.01.82. Бюл. № 4.

29. А.с. № 1548416 (СССР), МКИ Е 21 В 44/00. Способ управления процессом бурения / А.А. Жуковский, Ю.А. Нанкин, И.В. Герасимов, В.В. Авдеев. -Опубл. В БИ, 1990, №9.

30. А.с. № 1613592 (СССР), МКИ Е 21 В 44/00. Способ регулирования процесса вращательного бурения горных пород / Г.А. Воробьев, С.А. Вареца, Б.А. Новожилов и др. Опубл. В БИ, 1900, № 46.

31. А.с. № 1479632 (СССР), МКИ Е 21 В 44/00. Система автоматического управления процессом бурения / Е.В. Калыгин, Г.Н. Глухов, Г.А. Багаутинов, Т.Н. Кравцова. Опубл. в БИ, 1989, № 18.

32. А.с. № 1286748 (СССР), МКИ Е 21 В 44/00. Устройство для автоматического управления процессом шарошечного бурения / Д.Н. Шапаренко, Л.И. Балагуров, А.Г. Афанасьев.- Опубл. в БИ, 1987. Бюл. № 4.

33. А.с. № 1245688 (СССР), МКИ Е 21 В 44/00. Способ регулирования процесса вращательного бурения горных пород / В.Н. Алексеев, В.П. Красов-ский, Н.Н. Михеев. Опубл. в БИ, 1986, Бюл. № 27.

34. Пивняк Г.Г., Пешта А.С., Хилов B.C. Управление приводом вращения става шарошечного бурения на основе асимптотического идентификатора состояния / Электротехника, 2004, № 6. С. 42 - 45.

35. Буткин В.Д., Чигинцев В.Ф., Жуковский А.А. Методика инженерного расчета оптимальных параметров шарошечного бурения взрывных скважин / Уголь, 1975, № 11. С. 42 - 44.

36. Железняков В. Г. Оценка влияния дифференциального давления и скоростей вращения долота на механическую скорость проходки / РНТС ВНИИОЭНГ. Сер.: Бурение. 1974. № 6. С. 13 - 17.

37. Балицкий П. В. Взаимодействие бурильной колонны с забоем скважины. М.г Недра, 1975. 293 с.

38. Дозоров Т. А., Кутузов Б. Н. Исследование спектров колебаний, возникающих в процессе шарошечного бурения // Автоматизация и телемеханизация нефтяной промышленности, 1975. № 7. С. 19-23.

39. Егоров В.Н., Шестаков В.М. Динамика систем электропривода. JL: Энергоатомиздат, 1983. - 216 с.

40. Белов Н.П., Новиков В.А., Рассудов Л.Н., Сушников А.А. Автоматизированный электропривод современная основа автоматизации технологических процессов / Электротехника, 2003, № 5. - С. 12-17.

41. Розанов Ю.К. Основные этапы и современное состояние силовой электроники / Электричество, 2005, №7. С. 52 - 61.

42. Малафеев С.И., Серебренников Н.А., Кар клин А.В. Мехатронные комплексы станков шарошечного бурения / Проектирование и технология электронных средств. 2005, № 3. С. 67 - 71.

43. Перельмутер В.М., Сидоренко В.А. Системы управления тиристорны-ми электроприводами постоянного тока. М.: Энергоатомиздат, 1988. - 304 с.

44. Система электроприводов хода бурового станка / С.И. Малафеев, B.C. Мамай, П.М. Афанасьев и др.//Промышленная энергетика. 1999. № 1.-С. 36 -38.

45. Шаварин Н.И., Токмаков Д.А., Турханов К.В. Расчет параметров пуско-регулирующих устройств типа УПР-1 / Электротехника, 2001, №11. С. 9 - 12.

46. Малафеев С.И., Серебренников Н.А., Карклин А.В. Система управления асинхронным электроприводом компрессора / Проектирование и технология электронных средств. 2003, № 4. С. 30 - 31.

47. Микроконтроллеры PIC16C84X. Архитектура, программирование и применение / С.И. Малафеев, А.А. Малафеева, B.C. Мамай и др. Владимир: ВлГУ, 1999.- 180 с.

48. Справочник по наладке электрооборудования промышленных предприятий / Под ред. М.Г. Зименкова, Г.В. Розенберга, Е.М. Феськова. М.: Энергоатомиздат, 1983. - 480 с.

49. Михайлов О.П. Динамика электромеханического привода металлорежущих станков. М.: Машиностроение, 1989. - 224 с.

50. Ключев В.И. Теория электропривода. М.: Энергоатомиздат, 1985. -560 с.

51. Залаляев С.Р. О применении метода полиномиальных уравнений для синтеза непрерывных систем электропривода // Электротехника. 1988. № 2. С. 22 -31.

52. Полещук В.И. Инвариантное подчиненное регулирование тока в электроприводе постоянного тока с последовательно-параллельной коррекцией // Электричество. 1994. № 9. С. 51 - 56.

53. Гуль А.И. Балансировка добротности и запаса устойчивости электромеханических систем / Электротехника, 2003, № 4. С. 55 - 62.

54. Воинов В.В. Повышение эффективности переходных режимов в электромеханических и электротермических системах путем формирования желаемых экспоненциальных переходных характеристик / Электротехника, 2004, №6. -С. 54-58.

55. Малафеев С.И. Управление по критерию эффективного использования энергетических ресурсов в мехатронных системах. Дисс. докт. техн. наук. -М., 2002.-439 с.

56. Малафеев С.И. Параметрический синтез мехатронной системы с двигателем постоянного тока и обратной связью по напряжению Проектирование и технология электронных средств. 2004, № 1. С. 54 - 57.

57. Решмин Б.И., Ямпольский Д.С. Проектирование и наладка систем подчиненного регулирования электроприводов. М., Энергия, 1975. - 184 с.

58. Малафеев С.И. Аналого-цифровые устройства управления тиристорами // Электротехника. 1995. № 1, С. 50 - 53.

59. Патент 1494167 РФ, МКИ Н02 М 1/08. Формирователь импульсов управления тиристором / С.И. Малафеев, B.C. Мамай. Опубл. 15.07.89. Бюл. №26.

60. Патент 2065660 РФ. Автоматизированный электропривод постоянного тока / С.И. Малафеев // Открытия. Изобретения. 1996. № 23.

61. Серебренников Н.А. «Объединенная энергия» на старте нового века / Проектирование и технология электронных средств, 2001, № 3. С.

62. Хрисанов В.И., Бржезинский Р. Вопросы адекватности математических моделей асинхронных двигателей при анализе переходных процессов пуска / Электротехника, 2003, № 10. С. 20-25.

63. Ковач К.П., Рац И. Переходные процессы в машинах переменного тока. М.: Госэнергоиздат. 1963. -233 с.

64. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин. М.: Высшая школа, 2001. 327 с.

65. Епифанов А.П. Электромеханические преобразователи энергии. СПб. - М. - Краснодар. - Лань, 2004. - 208 с.

66. Войнова Т. В. Математическая модель для исследования трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором как объекта регулирования и для прямого процессорного управления / Электротехника. № 6. 1998. С. 51-60.

67. Малафеев С.И., Малафеева А.А. Моделирование и расчет автоматических систем. Владимир, Издательство ПОСАД, 2003. - 200 с.

68. Электропривод с линейными электромагнитными двигателями / Под 7ред. Н.П. Ряшенцева. Новосибирск: Наука, 1981. - 151 с.

69. Лагранж Ж. Аналитическая механика. Т. 1 / Пер. с франц. Под ред. Л.Г. Лойцянского, А.И. Лурье. М.-Л., Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1950. - 594 с.

70. Евстигнеева А.А. Следящий электромагнитный привод для исполнительных устройств автоматических систем. Дисс. канд. техн. наук, Владимир, 1985. - 178 с.

71. Шевченко С.М. Движение и удары в электрических аппаратах автоматического управления. М., Энергия, 1979. - 142 с.

72. Попович Н.Г., Пересада С.М., Райчук А.И. Быстродействующий электромагнитный привод / Вестник Киевского политехнического института. Электроэнергетика, 1981. Вып. 18. С. 53 - 56.

73. Сосновский Л.А., Махутов Н.А., Шуринов В.А. Фрикционно-механическая усталость: основные закономерности / Заводская лаборатория, 1992, №9. -С. 46-63.

74. Malafeev S.I., Malafeeva A.A.Chaotic movements in nonlinear servomecha-nisms// 16th International Conference «Hydraulics and pneumatics'98». The Conference Proceding. Brno, 1998. P. 203 - 207.

75. Патент по заявке № 2003110492 от 11.04.03, МПК H02P 7/62;H01F 7/18. Электромагнитный следящий привод / С.И. Малафеев, А.А. Малафеева, А.В. Карклин, Н.А. Серебренников. Опубл. 2005.

76. Тиристорные агрегаты для возбуждения синхронных двигателей и электропитания аппаратуры управления одноковшовых экскаваторов / С.И. Малафеев, B.C. Мамай, А.Г. Павлович, Н.А. Серебренников // Промышленная энергетика. 1993. № 2. С. 26 - 29.

77. Венда Н.Ф. Фундаментальные проблемы, законы и методы оптимизации систем «человек-машина-среда» // Системный подход в инженерной психологии и психологии труда. М.: Наука, 1992. - С. 16 - 32.

78. Юркевич Е.В. Современные проблемы создания унифицированных средств и систем управления технологическими процессами / Приборы и сис-темыуправления, 1998, № 8. С. 4 - 7.

79. Малафеев С.И., Бахирев А.В., Жебрун М.Н. Показывающий и сигнализирующий прибор для АСУ ТП / Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2002, №12, с. 32 33

80. Романова Е.В., Кадышев Е.Н. Щитовые электроизмерительные приборы / Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика, 2003, №3. С. 46 -50.

81. Патент 2135764 РФ, МКИ Е21 В 47/00. Устройство для измерения глубины скважины при бурении / С.И. Малафеев, B.C. Мамай, О.Б. Баев, Н.А. Серебренников. Опубл. 27.08.29. Бюл. № 24.

82. Иванов Е.А., Дудник В.Д., Китаенко Г.И. Особенности функционирования устройств контроля и защиты в сетях переменного тока, связанных с цепями постоянного тока // Электричество, 1983, № 10, с. 11 — 18.

83. Малафеев С.И., Серебренников Н.А., Фролкин В.Г. Анализ электрической сети с преобразователем рода тока при нарушениях сопротивления изоляции / Электротехника, 2004, № 12. С. 11 - 14.

84. Малафеев С.И., Серебренников Н.А., Фролкин В.Г. Электробезопасность в системах электропитания с изолированной нейтралью трансформатора при использовании выпрямительных устройств / Проектирование и технология электронных средств, 2004, № 4. С . 51 - 55

85. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. М., Высшая школа, 1991. - 496 с.

86. Патент РФ № 2144679. Способ контроля сопротивления изоляции и защиты электрической сети / С.И. Малафеев, B.C. Мамай, Н.А. Серебренников, В.Г. Фролкин. Опубл. в БИ, 2000, № 2.

87. Любимцев А.И. Инклинометры на основе неподвижных датчиков (аппаратное и математическое обеспечение). Автореферат дис. канд. техн. наук, Уфа, 2004.- 16 с.

88. Малафеев С.И., Анучин А.В. Автоматизация контроля длины при производстве изделий из пластмасс методом экструзии Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2004, № 1. С. 28 -29

89. Компания «Объединенная энергия». Разработка объектно-ориентированного электрооборудования для горной промышленности. Каталог. -М., 2005-80 с.