автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Обоснование и разработка перенастраиваемой защиты шахтных подъемных установок от превышения скорости

ДОНЕЦКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

п и

На правах рукописи

г Г* ! [ г — 1

и ;«<»о

БЕЛОЦЕРКОВСКИЙ Владимир Артемович

1БОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ПЕРЕНАСТРАИВАЕМОЙ ЗАЩИТЫ ШАХТНЫХ ПОДЪЕМНЫХ УСТАНОВОК ОТ ПРЕВЫШЕНИЯ СКОРОСТИ

Специальность 05.05.06 — «Горные машины»

Автореф с р ат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ДОНЕЦК - 1993

Диссертацией является рукопись.

Работа выполнена в Донецком государственном техническом университете. • '

Научный- руководитель:

доктор технических наук, профессор Траубе Евгений Семенович

Официальные оппоненты:

1. Доктор технических наук, профессор" Чермалых Валентш Михайлович;

2. Кандидат технических наук, доцент Яценко Николай Иванович.

Ведущее предприятие:.

Макеевский научно-исследойательский институт по безопасности работ в горной промдаленшстп (МвкНШ, г.Макеевка )

Защита диссертации состоится "17" декабря в 14— часов на- заседании специализированного совета в Донецком государственном техническом университете,

Адрес: 340000, г.Донецк, ул.Артема, 58, ДонГТУ.

С диссертацией молю ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан "15" ноября 1993 г.

Ученый секретарь ' специализированного совета доктор технических наук, профессор

1993 г. Д 068.20.02 ауд.1.201.

сыпля характеристика работы

-'• алмюст ь ]цюомщ. Шахтная подъемная установка СШПУ, является одним из отпотстЕеннейткх комплексов шахты. Система управления, закати и контроля установки должна обеспечивать ее эксплуатацию с максимальным! ггреизводителыюстью и безопасностью. Для обеспечения последней юядяя шпу снабжается аппаратом защиты от превышения скорости и пгфеиодъ»ма (ограничителем скорости). Ограничитель •»•¡ставлячт за0лагояр.-м-'!г':< отдать скорость мяпоны при подходе со--.удсв к коирчтшм иолокняням о тем, чтобы гарантировать безопасную остановку па пути предохроинтелыюго тормоясния. При спуске груза путь предохранительного тормойэ!шя - наибольший, при подъеме - неи-ч'ньеий. Сущэствулпие ограничители имею? неизменную (жесткую) настройку на палхудлиЯ режим - спуск груза, хо.япри подъеме груза моиго было си начинать замедление позке, т.е. имеется противоречие: производительность 1ШТУ п реиме подъема "груза (основном) ограничивается лз-м необходимости обеспечить безопасность в технологически редком рекшз спуска груза. изменения настройся ограничителя скорости пик ' "«нении величины и направления движения груза позволит устранять это противоречие, снять неоправданные ограничения и существенно повысить производительность подъемной установки без за-кзтпого увеличения капиталышх- и эксплуатационных расходов. При отом необходимо сохранить или доже повысить уровень надежности за-¡ПИТЫ я всего подъема. Этого нельзя достичь без совершенствования средств контроля и диагностики. Поэтому, задача разработки зашиты от Нревниения скорости, перенастраиваемой в соответствии с реяимом работа подъемной установки, и создания эффективных средств диагностики имеет практическую актуальность. Поставленная практическая задача из мотет Снть решена без проработки ряда возникающих теоретических пэпрэсов, что определяет научную актуальность проблемы.

Работа проводилась в соответствии с меяотраслевой программой ""Создание и усовершенствование высокопроизводительных технологических комплексов центральных стволов шахт глубиной до 2000 м на 1990 - 1995 г.г." в рамках тега НИР Ж)1900015198 "Разработать и изготовить перенастраиваемую систему автоматической защити и диагностики ШПУ" на базе микропроцессорной техники".

Цель работы - обоснование и разработка системы закаты и диагностики ПШУ, ыигачзвдеЯ подсистему перенастраиваемой защити от превышения скорости, пэреподъема и песткой посадки и подсистему диагностики нею; зачин .

Идея работы состоит в том, что для обеспечения возможности повышения производительности подъема ограничитель скорости, рэализуе-

мый на базе микропроцессорной техники, автоматически перенастраивается в каящом цикле движения в соответствии с величиной и направлением перемещения груза, т.е. в соответствии с режимом работа ШПУ.

Метода исследований. Выполнение работы базируется на анализе известных схем ограничителей скорости, применении математической модели процесса предохранительного торможения,' построенной с использованием обыкновенных дифференциальных уравнений и численных методов их решения, анализе погрешностей адаптивной защиты с использованием методов теории ошибок, оценке достоверности теоретических положений путем экспериментальных исследований разработанной системы и статистической обработки результатов эксперимента.

Научные положения, выносимые на защиту, и их новизна: I. Впервые показано, что-перенастраиваемый ограничитель скорости с изменяемой защитной тахогранмой обеспечивает возможность повышения производительности подъема: с ростом коэффициента нагрузки должно расти замедление по защитной тахограмме.а точка начала замедления долина приближаться к конечному положению;-эти изменения зависят также от номинального'ускорения свободного выбега установки.

2. Предложен и обоснован новый способ перенастраиваемой защиты ЦПУ от переподъема и препппения скорости, отличанцийся тем, что на участке замедления команда на предохранительное торможение подается, если путь, оставшийся до крайнего положения сосуда в стволе, меньше или равен пути предохранительного торможения, который вычисляется в каждой точке ствола в зависимости от скорости сосуда в этой точке, от параметров ШПУ -и -от режима ее работы.

3. Алгоритм вычисления, пути предохранительного торможения ШПУ может быть представлен в виде рекуррентных соотношений, учитывающих изменения величины и направления движения груза и отличающихся ориентацией на микропроцессорну®"реализацию.

4. Получены аналитические выражения для.относительной погрешности основ;шх импульсных методов измерения 'скорости,' отличающиеся учетом динамической ошибки,, возникающей .при изменении скорости -в процессе измерения. "■-■.■''

Достоверность научшх положений, выводов и рекомендаций обоснована: корректностью использования аппарата алгебры, математического анализа и численных.методов применительно к исследованию процесса предохранительного торможения ШПУ; адекватностью расчетных и оксперименталышх дашшх, расхождение которнх'не превышает 12%; использованием измерительных и регистрирующих прийороь класса точности не пике 1,5; результатами шахтных испытаний экспериментального образца системы адаптивной»защити и диагностики подъёма.

Значение работа. 1{аучное значение работа заключается в получении соотношений, связывающих параметры процесса иредохран тельного тормогепия с характеристиками !ШУ и параметрами ее рабочих ре-жишв; в обосновании способа перенастраиваемой защиты от пере-по.дъема и превышения скорости; в обосновании требований к адаптивным ограничителям скорости; в разработке - цифровой математической модели процесса предохранительного торможения.

Практическое значение работы заключается в следующем: .

- разработан способ перенастраиваемой защиты ШГТУ от опасного превышения скорости, позволяющий существенно повысить производительность 'подъема без заметного увеличения капитальных и эксплуатационных затрат (положительное решение по заявке Л 4814970/03);

- разработаны технические требования к адаптивным ограничителям скорости, введенные в государственный стандарт "Система' стандартов безопасности труда. Ограничители скорости шахтных подъемных установок. Общие технические требования. Метода испытаний";

- разработана микропроцессорная система адаптивного ограничения скорости и диагностики цепи защиты ШПУ, базирующаяся на предложенном способе защита и ряде .новых технических решений (а.с. Л 178Э480, а.с.'№ 1537640).

Реализация результатов работы. Технические требования к адаптивным ограничителям скорости внесены в государственный стандарт Украины "Система стандартов безопасности труда. Ограничители скорости шахтных подъемных установок. Общие технические требования. Метода испытаний", представленной в Госстандарт Украины на утверждение. Результаты диссертационной работы составили основу для соз-дония систем перенастраиваемой защита и" диагностики подъема па базе шкропроцессорной техники, система позволит значительно повысить производительность й облегчить эксплуатацию подъемного комплекса. Экспериментальный образец системы установлен, испытан и внедрен на скиповом угольном подъеме шахты."Октябрьский рудник" шахтоуправления "Октябрьское"-ПО "Донецкуголь". Зависимости, полученные в работе,-использованы при разработке "Методики расчета тормозных режимов подъемных установок угольных шахт", утверздеяной Минугле-прсмом СССР. Методика послукила основой для создания программного модуля расчета тормозных режимов, включенного в состав вычислительной систем "Шахтный подъем", введенной в эксплуатацию институтом "Цептрогипрошахт".

Апробация работы. Основные гголопенил диссертационной работа доложены, обсуждены и получили одобрение на конференции молодых ученых и специалистов, проведенной ИГТМ АН Украины (г.Днепропет-

ровск, 1990г.). на меадуниродном семинаре по •шхнодах'ш шахтдог подъема (Польша, г.Гливице, 19Э0г.), на I международном симпозиум' "Автоматическое управление знергообгектами ограниченной мощности' (г.Ленинград, 1991г.), на II международной конференции по автомат-защш в горном деле 1САМС-92 (г.Екатеринбург, 1992г.), а также на заседаниях кафедр общей электротехники и рудшгчшх подъемных уста новок ДонГТУ (1990 - 1993 г.г.).

Пубш^ации. По результатам проведенных исследований опубликовано 12 печатных работ, из них 2 авторских свидетельства и 1 положительное решение по заийке на изобретение.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти разделов и заключения. Содержаще диссертационной работы изложено на 148 страниц у«" машинописного текста, иллюстрировано 42 рисунками, работа содержит 11 таблиц, список использованных источников из 122 наименований, 2 приложения.'

Автор выракает глубокую- благодарность сотрудникам НИШИ им.М.М. Федорова, НИПКТИ "Углегормаш" ПО "Донецкгормаи" и кафедры общей электротехники"ДонГТУ 'за помощь при выполнении работы.

■ ОСНОВНОЕ СОДЕЩАНМК РАБОТЫ'

Во введении показана актуальность работы, сформулированы ее цель и основная идея,кратко- охарактеризованы научная новизна, практическая ценность и внедрение результатов исследований.

В первой главе дан Краткий "анализ■ состояния вопроса, указан перечень требуемых средств обеспечения безопасности -.и надежности ШПУ. Отмечейо, что наиболее частыми на вертикальных г.одьемах являются ацэрии, связанные. с нерсгтодъёыом (или жесткой посадкой) к с превышением скорости.'Поэтому .особое вшшшше уделяется средствам защиты от подобных аварий. Основнам аппаратом защиты ШПУ от превышения скорости и'переподъема является ограничитель скорости (ОС). Повышение уровня надёжности (ремонтопригодности) ШПУ обеспечивает диагностическая аппаратура. В регламентируемый щдаимум такого рода средств входят устройства, показывандие, какой аппарат защиты сработал. В разработку теории ц аппаратов заняты и диагностики ШПУ значительная вклад внесли В.Б.Умансжий, В.С.Тулин, А;А.Иванов,

A.Е.Трои, В. МЛермалых, Е.С.Траубе, А.Г.Степанов, В.И.Белобров,

B. А.Мург\;щ, А.Н.Шатило, А.А.Еелоцеркавский, В.П.Дворников и другие ученые.

Анализ схем существующих ОС показал, что все эти аппараты имеют едшшй принцип действия, основанный на "кестком задании защитной талограюли из условий наиОалее тяжелого режима - спуска груза. Оче-

видным является противоречие между настройкой ОС на спуск груза и основным режимом работы,ШПУ - подъемомjгруза. Разрешить противоречие может реализация ОС, перенастраиваемого а соответствии с фактической величиной и направлением перемещения.,.груза. Поставленная цель определила основные задачи работы:

- оценить эффективность создания адаптивной система защиты от превышения скорости;

~ обосновать й разработать способ адаптивной защиты от превышения скорости;

- оценить влияние рабочих режимов ШПУ различных типов на путь предохранительного торМогсения;

- оценить влияние колебаний усилий в канатах и погрешностей.в определений параметров ШПУ на настройку адаптивной защиты;

- разработать микропроцессорную систему адаптивной защиты и диагностики ШПУ; • ' •

- внедрить результаты работы. '

Во второй главе оценена эффективность' применения перенастраиваемой в зависимости от загрузки сосуда системы защиты и управления, разработан способ. адаптивной защиты от превышения скорости, указаны пути совершенствования систем автоматического управления электроприводом ШПУ в свете предложенного способа защиты.

Как известно, й режиме спуска номинального груза замедление предохранительного тормокений щшийалько. Поэтому, жесткая настрой- ' ка применяемых ОС лз этот реши неоправданно ограничивает величину рабочего замедления в других режимах^ На основе методики расчета критической, зегштной и рабочей тахогракм, разработанной НИИГМ ш.М.М.Федорова, произведен анализ изменения защитной (а значит, и рабочей) тохограымн уравновешенной двухсосудной ШПУ при учете изменения еэ коэффициента нагрузки tUP-Q/Q,A , где Q - вей полезного груза, Qn - вес номинального полезного, груза (при подъеме груза Q$0, а'при спуске груза Q$0 ).,. При этом использовались известные соотноиепия, связывающие замедление при предохранительном торможении ппт я ycKopeinie свободного выбега aCD уравновешенной двухсосудной '{ОПУ с ее номинальным ускорением свободного выбега асп>н=£?и/ян (где пн - приведенная к радиусу навивки масса движущихся частей ШПУ пря номинальной загрузке), коэффициентом нагрузки йнг и минимальным замедлением предохранительного торможешш апт-й1п=1,5м/с2, опреде-' ляе!,им Прэвилзгля безопасности. Pia рис.1 показаны защитные тахограм--г.м, рассчитанные по условию непереподьема, • для различных режимов. Тахограмш построены в осях V (текущая скорость) и h (текущая координата сосуда относительно крайнего нормального положения). Анализ

регоне, порожу, сосудов (2онг=0)и при спуске груза (&нг=-1)

показал, что при подъеме груза замедление а3 по защитной тахограмме больше, чем при спуске. Следовательно, большим может быть и рабочее замедление ар; связанное . с' а3 известным соотношением.Чем большим будет ар> тем короче будет цикл работы .ШПУ при неизменной величине максимальной скорости Ут. Тогда, при той'же грузоподъемности машин, возрас.-эт ее производительность. Произведена оценка повышения произвцдительности уравновешенной двухсосудной грузовой .ШПУ, имеющей адаптивную систему "управления и зашиты, по отношении к ШПУ, у которой защитная и .рабочая тахогр&'лмы рассчитаны жестко на рекам спуска, номинального груза и не меняются. Расчет выполнен для четы-рехпериодной рабочей тахограммы, содержащей участки разгона, равномерного хода, замедления и дотягивания. На рис.2,показаны зависимости относительного 'увеличения часовой производительности ■ 6.Л от номинального ускорения своОодаого выбега асв-н, полученные при условии равенства рабочих ускорения и замедления, для фиксированных скорости Ую=15м/с' (о) и высоты подъема #=600м (б) для варианта защиты .от. жесткой посадки. Анализ показал, что повышение производительности достигает ЗОЖ. Относительный рост часовой производительности тем выше, чем больше номинальное ускорение свободного выбега асв.н (меньше массивность), выше скорость '„,, меньше высота й.

Указанное повышение щюизводителыюоти за счет -роста рабочего

О)

№

о/г

/5

''О 11/

/

Н*6 ЭОму Г

/ /

> • А / у X

А/-, ЦООм

> 1,0ас§нм/с О 0,5 /,0 ас&нм/с

Рис.2. Зависимости'увеличения часовой производительности ШПУ от номинального ускорения свободного внбега при максимальной скорости 15 м/с (а) и при высоте подъема 600 м (б)

замедления (и ускорения) при постоянных значениях И й 7Я- ведет, очевидно, к уменьшению времени Г движения, т.е. к снижению степени неполноты тахогр'аммы Х=УтТ/Н (одного из основных критериев- динамического подобия ВШУ). Поэтому, на основании работ Г.М.Ёланчика и В.Б.Умзнского, сделан вывод о том, что повышение производительности ШПУ за счет роста рабочего замедления (ускорения) при постоянстве Я и Ут не приводит в большинстве случаев к уменьшению общего к.п.д. установки,т.е. к росту удельных затрат электроэнергии,з в некоторых случаях (при наличии асинхронного реостатного электропривода)'имеется '-дата снижение этих затрат (за счет позшешш общего к.п.д.).

Произведена оценка влияния предлагаемого изменения рабочей тахографа на выбор электродвигателя ШПУ. Расчеты и анализ эквивалентного усилия, приведенного к радиусу навивки, й'перегрузочной способности, выполненные для реальных ШПУ с симметричной трапецеидальной рабочей тахогракмой, показали, что не возникает необходимость' применения более мощного злектродвигателя.

Для реализации возможности повышения производительности 1ШУ предложен новый способ адаптивной защита от превышения скорости;и

, перенодьема, отличающийся от известных тем, что ра участке замэдле-■ ния команда на предохранительное торможение подается, если в результате сравнения оказывается, что путь, оставшийся до крайнего положения сосуда в стволе, меньйе или равен пути предохранительного торможения, взятому с некоторым зр'часом, определяемым точностью работы ограничителя. Путь предохранительного торможения вычисляется в каждой точке ствола и зависит от текущей скорости сосуда в а.той точке, от параметров ИЩУ, а также от режима работы (подъем или спуск груза), определяемого значением коэффициента -нагрузки Аиг. Последнее. отражав'.; возмоасность адаптации защиты к изменениям величины и направления перемещения груза. .

Применение ОС, реализующего описаний способ, может повысить производительность цодъема, только если одновременно. с применением нового ограничителя усовершенствовать (или применить новую) систему автоматического управления (САУ) "электроприводом "ШПУ, сделав' ее способной изменять рабочую тахограмму в зависимости от величины и знака жонцев-ой дагрузки №нг)-

Третья глава посвящена обоснованию математической модели ШПУ, ориентированной• На микропроцессорную реализацию. Модель позволяет вычислить' путь предохранительного торможения 7гпт, что необходимо для ре.ализаоди'предлоафшюго способа адаптивной защиты. За основу принята одномассовая расчетная , схема ИЩУ. Величина • 1гВ7 может , быть определена с домощьр обыкновенного ди®&ере1щиального уравнешш второго 'порядка ' •

- а\тЩг = - апт(i) = - (C.,ÄT(t) + С2) , (I)

где 1 - время, отсчитываемое от начала предохранительного тормоке-ния (от момента разрыва цепи защита); апт(1)'- замедление при предохраните льном торможещш в функции времени; fcT(i) - кратность тормозного усилия JT С k7(t) = -Рт/0ц - для двухсосудных и k7(t) = FT./(0,5QH) - для одаососудных с противовесом ШПУ); C1 ,Cg - постоян-ше в каждом .цикле работы ШПУ коэффициенты. Уравнение (I) имеет начальные условия: hnr(0)=Ö, У(0)=70, где 7(1) - скорость в процессе щзедохранительногсз. торможения, - скорость в начальный момент торможения' (т.е., действительная скорость-ШПУ в той точке ствола, для которой вычисляется 7iUT). Интегрирование уравнения (I) методом трапеций с'шагом % дает систему рекуррентных соотношений, определяющих значения искомых функций на. (t+1)-u глго. по значениям, на ¿-том

шге:

7i+1 = 7i - °'5tC1 [i:t.i + &r.(i+l)) - to2 • лпт.(1+1) = Лпт.1 + + °.^2[c1fct.i + c2] •

4+1 = h + T •

Интегрирование следует вести до момента ín окончания процесса гредохренительпого торможения, этот момент определяется-граничными ■слоЕия'гл: если ОС должен предотвратить кесткую посадку, то п = ^ ^под" Гда 7под ~ Допустимая скорость подхода; если ОС

[олкен предотвратить опасный переподъем, то 7n ^ 0.

Получены выражения, позволяющие определить коэффициенты С1 и ¡2- Для двухконцевых ШПУ:

С1 = асв.н / << - d - IVI>acBVS> ■ С2 = С1 (Йнг + б), (3)

'де 6 = (U-Zhoor) (q-p)/<2„ - коэффициент неуравновешенности ШПУ; 'ост ~ оставшийся путь, равный расстоянию от точки, я которой вычисляется /1пт , до крайнего положения сосуда в стволе; q,p - погошшй ;éc соответственно хвостовых и головных канатов. Очевидно, для ста-ически уравновешенного (д=р) подъема 5=0. Несколько упростить ш-исления, незначительно увеличивая погрешность расчета /in„ в сторожу запаса, мозшю, если положить: для ггэреуракновеаешшх (q>p) ШПУ ¡=0 , для недоуравновешешшх (q<p) ШПУ e=SK=ff(q-p)/Q„, гда бк -¡татическая характеристика подъемней системы (по Г.Н. Планчику).

Для однососудных подъемных установок с противовесом, вес кото-юго равен сумме мертвого веса сосуда и половины веса номинального РУза QH:

= асв.н / (1 - (1 t |йнр1'|30В.Н/«) - а2 = °1<йнг + в). W)

де асв_н = 0,5QH/n„ ; kHV = ±|Q - 0,5QH|/(0,5QH) (¿НГЖ) в режиме одъема и в.регкме спуска груза); S=(//-2ftOCT)(q-p)/(0,5Qn);

нак "+" соответствует условию: 0 < Q $ 0,5QH, знак соответ-твует условию: p,5QH S (J í (¡H. lí в этом случае применимы допуще-ия, упрощающие вычисления (см. выше). Необходимо лшь учесть, что K=fl(q-p)/(0,5аи). Получены выражения, аналогичные выражениям (4), дя случая, когда вес противовеса отличен от суммы мертвого веса и ;еса половины номинального i-руза.

Рассмотрен' процесс нарастания тормозного усилия при предохра-ителыюм торможении. функция í:,(t) характеризуется: временем холо-

стого хода, постоянной времени нарастания тормозного усилия (есл£ считать,что тормозное усилие нарастает экспоненциально), наибольшие значением кратности тормозного усилия. Эти параметры следует определять на основе нормативов: максимального допустимого времени холостого хода, максимального'допустимого времени срабатывания предохранительного тормоза, минимального допустимого замедления ШПУ при предохранительном торможении.

Указаны методы определения коэффициента нагрузки ШНУ йнг.

В четвертой главе решен ряд задач, связанных с выбором устают срабатывания адаптивного ограничителя скорости.

Уточнено понятие "путь, оставшийся до крайнего положения сосуда в стволе" (Лоох). Это - расстояние от точки ствола, в которой находится сосуд в данный момент, до точки, удаленной от ближайшего крайнего нормального положения на величину пути допустимого пере-подьёма, причем, нормальное крайнее положение находится между этим:: точкаш.

Предлагаемый способ адаптивной защиты определяет переход 01 уставки по скорости к уставке по пути. Поэтому, необходимо перейп: от запаса по скорости (как в применяема 00) к запасу по пути Д7г. Получены условия срабатывания адаптивного ОС для различных вариантов защиты: для случая защиты от опасного переподьема

Пост ^ Лпт + АЛ , (5)

для случая защиты от жесткой посадки на кулаки (брусья)

'1ост - ^пер < + Л?> • <-6'

для случая защиты от жесткого входа в разгрузочные кривые Лосг" Лпер ' V ^ ппт + № •

где 7гпер - путь допустимого переподъема; П?г - путь разгрузки.

Погрешность применяемых ОС по скорости в соответствии с ОС] 12.24.189-80 . не должна превышать по абсолютной величине (0,037+0,07) м/с. Современные технические средства измерений позволяют определять коэффициент нагрузки й„г 1ШУ с приведенной точностью не хуже 5%. При таких погрешностях по скорости и по нагрузи был оценен запас ИЛ по пути, обеспечивающий надежную работу адаптивного ОС. Для варианта защиты от жесткого входа в разгрузочные

кривые

Aft = (0,03/1ост) , м ; (8)

для варианта защиты от опасного переподъема

Ah = (0,03Лост + 0,07) , и ; (9)

для варианта защиты от жесткой посадки на кулаки (брусья)

Ah = (0,08ПОСТ + 1) . м . (10)

^последнем случае абсолютная добавка (1м) определена с учетом ди-¡амики предохранительного тормокения ШПУ, а такке с учетом стати-шского удлинения канатов под действием полезного груза.

Указаны способы определешм положения сосуда в стволе иахтн, геализуеше с помощью промышленник' датчиков путевых импульсов. Рас-¡мотренн три основных способа импульсного измерешгя скорости: file тод (определение скорости подсчетом числа путевых импульсов за таксированный промежуток времени), Т-метод (определение, с помощью мпульсов эталонной частоты периода следования путевых импульсов, юторый обратно пропорционален скорости), М/Т-метод (комбиншйя даух'первых). Получены выражения для относительной'погрешности йтйх ¡етодов, учитывающие динамическую ошибку, возникающую при кзмзнеккя ¡корости в процессе измерения. Для м-кетода

= ((6ft/At3)2 (0,5а [Ai3 + t00])2] / V , (II)

1ля Т-метода

= (TsV/eh)2 I (Lt00 + fih/Vl o/27)2 , (12)

[ля Н/Т-метода

О О

EVMT = + <[0-5toc + 6h/vmin] • (I3>

■де 6h - путевой квант; Atg - длительность эталонного промежутка ремени; a - ускорение (скорость изменения измеряемой скорости); ос - время срабатывания ОС; Гэ - период импульсов эталонной чвсто-■ы; Уш1п - наименьшее достоверно измеряемое значение скорости. Приеденные выражения позволяют выбрать метод, обеспечивающий необходимую точность измерения скорости.

Пятая глава посвящена разработке и экспериментальной провер-:е микропроцессорной системы адаптивной защити и диагностики ШПУ,

6 цепь запре-та пуска

цепь ши$иты

Рпс.З. Структурная схема п схема внешних связей системы АОСД

а таюке внедрении результатов работы.

Анализ - существующих ОС и проведенные теоретические исследования позволили выдвинуть технические требования к адаптивным ОС. й основе этих требований разработана микропроцессорная система адаптивного ограничения скорости и диагностики (АОСД) ВЯГ/. 11а рис.: приведена структурная схема систеш АОСД с внешними связями. Система включает ле подсистемы: подсистему адаптивной загдлтц я подсистему диагностики состояния контактов цепи защити. Подсистема вааит! имеет два независимых канала, кааднй из которых содержит микроконтроллер (МК1, ЫК2), связошшй с соответствующим каналом блока интерфейсов внешних устройств БИВУ. Кидай из каналов ЕИБУ связан о датчиком путевых импульсов (№U 'MS), установленным на 1Ш.У, концевым:

гволошми выключателями (ВКС1.1, ВКС1.2, ВКС2.1, ВКС2.2), накетяы-и переключателями режимов работы "люди-груз" (ОТ?) и "ревизия" Ш2). Через блок аналоговых сигналов и реле БЛСР блок БИВУ связан датчиками концевой нагрузки (ДКН1, ДКН2). В блоке БАСР находятся сполнителыше реле обоих каналов ОС, контакты которых включаются в епъ защиты и в цепь запрета пуска. К подсистеме диагностики отно-ится микроконтроллер ИК1, однострочный газоразрядный дисплей ГД, асть субблоков ввода дискретных сигналов блока БИВУ,- блок опроса оптантов БОК, содержащий оригинальные датчики состояния контакта ели защиты. Блок БОК связан с цепью защиты (т.е. с цепью контакто-з предохранительного торможения ТП). Через блок БИВУ в систему по-ается сигнал ТП включения .предохранительного тормоза. Разработаны лгоритмЫ функционирования системы.

Экспериментальный образец системы АОСД бил смонтирован, испн-ан в промышленных условиях и Еыёдрен на двухскиповом угольном эдъеме шахты "Октябрьский рудник" шахтоуправления "Октябрьское" ПО Цонецкуголь". Экспериментальные исследования подтвердили работо-пособность разработанной системы. С помощью критерия Фишера Р-критерия) подтвервдепа адекватность предложенной математической эдели .процесса предохранительного торможешы экспериментальному втериалу. Расхождение значений пути предохранительного торможения, злучённых в ходе опытов и расчетов, не превышает 12%. Погрешность асчета значений ?гпт не превышает запаса .по пути, обоснованного разе Все это подтверждает достоверность используемых методов иссле--званий и полученных аналитических зависимостей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертационная работа содержит новое-решение актуальной изучай задачи обоснования способа адаптивной защиты шахтной подъемной зтановки от перепод-ь-ма и опасного превышения скорости и обосновали требований к адаптивным ограничителям скорости, что предостави-з возможность разработать микропроцессорную систему поренастраива->юй защита и диагностики, позволяющую повысить эффективность и ре~ лтдаригодаость' азвг.

Основные научные и практические результаты работы закльлаются следующем:

I. Часовая производительность подъемней установки, сяаСззнной гренастраиваемой в зависимости от режима работы, т.е. от величины направления перемещения груза, системой зашиты и управления, мо** повыситься на 30% (при некотором соотношении ее параметров), голь существенный рост производительности достигается, прэктичес--

ки, без увеличения капитальных затрат и эксплуатационных издержек.

2. Перенастраиваемый ограничитель скорости с изменяемой защит ной тахограммой обеспечивает возможность повышения производитель гости подъема: с ростом коэффициента нагрузки должно расти замедле пие по защитной тахограмме.а точка начала замедления должна прибли каться к конечному положению: эти изменения зависят также от коми налыюго ускорения'свободного выбега установки.

3. Разработан новый способ адаптивной защиты ШПУ от провышени скорости и переподъема, отличающийся от известных тем, что н

.участке замедления команда на предохранительное торможение подает ся, если путь, оставшийся до крайнего положения сосуда в стволе меньше или равен пути предохранительного торможения, взятому с за пасом. Путь предохранительного торможения вычисляется в кандой точ ке ствола в зависимости от скорости сосуда в.этой точке, от пара метров ШЦУ, а также'от режима работы (подъем или спуск - груза), т.е от величины и направления движения груза.

4. Алгоритм вычисления пути предохранительного тормсзкеиия ШП может быть представлен в виде рекуррентных соотношений, учитывавши изменения величины и направления движения груза, отличающихся ори ентацией на микропроцессорную реализацию, найденных с помощью чис ленного интегрирования методом трапеций уравнения движения ШПУ ка одномассовой системы и обеспечивающих достаточную для реализаци нового способа защиты степень точности вычислений.

Б. Предлагаемый способ защиты ШПУ определяет необходимость пе рехода от уставки срабатывания ОС по скорости к уставке по пути Сформулированы условия' срабатывания адаптивного ОС, учитывавши различия вариантов защиты: от переподьема, от жесткого входа в раз грузочные кривые или от жесткой посадки. Для какдого варианта пай дена величина запаса по пути, обеспечивающая надежность защиты учитывающая погрешности в работе адаптивного.ОС и динамику ШПУ.'

6. Указаны основные метода определения положения подъемног сосуда в стволе и цифрового измерения скорости. Для последних полу чет соотношения для оценки погрешности измерений с учетом статиче ской и динамической составляющих. Анализ этих соотношений позволи разработать рекомендации по выбору необходимого метода импульсног измерения скс роста.

7. Выдвинуты обоснованные технические требования к адаптивны ОС. На основе требований разработаны структурные схемы и алгоритм функционирования перенастраиваемой защиты от переподьема и превыше шя скорости. Разработан,.испытан в условиях шахты и внедрен экспе риментальный образец системы адаптивной защиты и диагностики ШПУ

(ДтвервденьГ. адекватность разработанной математической модели ;сперименталйюму материалу и работоспособность системы.

8. Результаты работы использованы при разработке государственно стандарта'Украины "Система стандартов безопасности труда. Ог-|Нйчители скорости шахтных подъемных установок. Общие технические «бования. Метода испытаний", при разработке утвержденной методики счета' тормозных режимов ИЩУ, при создании' программного модуля счета тормозных режимов, введетого в эксплуатацию.

9., Поставлены задачи дальнейших исследований: разработать ал-ритмы для реализации самонастраивающейся адаптивной защиты от евышейия скорости, расширить круг диагностируемых' параметров ШПУ, зработать систему управления электроприводом ШПУ, адаптивную к личине и знаку концевой нагрузки.

Основные положения диссертации опубликована в работах:

1. Алистратова U.E., Шапочка С.Н., Белоцерковский В.А. Об эф-ктийности адаптивной системы управления и-защити шахтной подъем-й установки // Уголь Украины,- 1991.- JS 12.- С.36-39.

2. Еелоцерковский В.А., Шапочка С.Н., Сарафапова Е.В. О повы-!ши производительности подъемных установок шахт за счет адаптив-го управления// Автоматическое управление энергообъектами ограни-зной мощности: Тез.докл.I международного.симпозиума.- Л.,1991.-77-78. •

3. Способ адаптивного•ограничения скорости шахтных подъемни-з / Ковалевский И.П., Алистратова И.В., Шапочка С.Н., Белоцерков-*й В.А. // Известия ВУЗов. Горный журнал.- 1992.- JSlo;-'C.66-69.

4. Шапочка С.Н., Белоцерковский В.А., Лунина В.А. Особенности Зора режима предохранительного торможения шахтных подъемных уста-зок с противовесом // Горная электромеханика и автоматика: Респ. шед. науч.-техн.сб.- Киев: Тэхншса,. 1991.- Вып. 58.т С.85-89.

5. Система автоматизированного проектирования тормозных режи-з шахтных--подъемных машин / Е.С.Траубе,-С.Н.Шапочка, '.Е.А.Лунина,

I. Белоцерковский и др. //Zecz. nauk. PSI : Corn. -1990. -JSI92. -S. 231-237.

6. Шапочка С.!г., Белоцерковский ß.A. Микропроцессорная система [троля, защити и диагностики подъемных установок и другого стаци-ipnorö оборудования шаХт: Информ. листок M 70-92,- Донецк-: ДЦНТИ, >2,- 2 с.' ' ' ' ' • -

7. Белоцерковский В.А. Микропроцессорная-система защиты'и диа-ютики шахтной подъёмной установки// Техника и технология горного пзьодства :Тез. докл .кснф. молод.учен. - Днепропетровск', Т990. -С. 53-54. ■ 8. Белоцерковский В.А., Шппочкц <'!.Н.., Гнирилонко Г.А. Микро-цессорная••система диагностики ц^И'й защити вшхчиих ииды-мшлс ус-

тановок // Автоматическое управление энергообъектами ограниченно! мощности: Тез;Докл.1 международного симпозиума.- Л.,1991.- С.68-69.

9. Комплекс автоматизированного контроля и диагностику шахтнш подъемных установок / Е.С.Траубе, С.Н.Шапочка, А.П.Листопад, Б.А.Белоцерковскиа // World Mining Congress ICAIÄO 1992: Тез. докл.-Россия, Екатеринбург, 1992.- C.IOO-IOI.

10. Способ защиты шахтной подъёмной установки от преваизни! скорости подъема / В.А.Белоцерковский, С.Н.Шашчка.- Полозжтельно! решеше по заявке J» 4814970/03 от 16.01.92; Заявлено 11.03.90.

11. A.c. 1537640 СССР, ШШ В 66 В 3/02. Устройство для опрсде легшя положения подъемного сосуда в стволе шахты / С.В.Григорьев В.А.Белоцерковский (СССР). - # 4328546/24-03; Заявлено 16.37.8? Опубл. 23.01.90, Бюл. £ 3.- 6 с.

12. A.c. 1789480 СССР, МКМ В 65 В 3/00. Устройство для диатаос тики состояния выходной цепи аппарата защиты шахтной водъс-гяюй ус тановки/ С. К. Шапочка, В.А.Белоцерковский(СССРJ, meZdSlO/O?., Саяъ лено 28,05.90; Опубл. 23.01.93, Bm.JtÖ.- 6'с.

Лодп.в печать 10,II.93.Формат 60x84 1/16. Бумага типографская. Офсетная печать. Усл.леч.л.0,93.Усл.кр.-отт.1,16.Уч.-изд.л.1,07. Тираж 110 экз. Заказ & 4-217.

Донецкий государственный технический университет, 340000, Донецк, ул.Артема, Е8

^¿АПП, ¿40060, Донецк, ул.Артема,96