автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Разработка и исследование средств демпфирования упругих колебаний в системе перемещения горных машин с частотно-регулируемым электроприводом

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ГОРНОГО ДЕЛА км. А. А. СКОЧИНСКОГО

ТГЯ-

те

На правах рукописи

Ь'Оп

РЕБЕНКОВ Евгений Степаногеич

УДК 622,232:72

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СРЕДСТВ ДЕМПФИРОВАНИЯ УПРУГИХ КОЛЕБАНИЙ

В СИСТЕМЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ГОРНЫХ МАШИН С ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

Специальность 05.05.06 — «Горные машины»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1996

Работа выполнена в Институте горного дела лм. А. А. Скочинского и Новомосковском институте РХТУ им. Д. И. Менделеева

Научный руководитель —

засл. деятель наукн и техники Российской Федерации Член-кор. АЕН Российской Федерации, докт. техн. наук, проф. СЕРОВ В. И.

Официальные оппоненты:

докт. техн. наук, проф. КРАСНИКОВ 10. Д. канд. техн. наук, с. и. с. СТЕПАНЕНКО В. П.

Ведущее предприятие — АО «ПНИУИ»

Автореферат разослан « ¿//¿0//~£_"1996 г.

Защита диссертации состоится _ 1996 г.

К-135.05.03 по адресу: 140004, г. Люберцы Московской обл., ИГД им. А. А. Скочинского.

С диссертацией можно ознакомиться в секретариате ученого совета ИнстнтуГа горного дела им. А. А. Скочинского.

Отзывы в двух экземплярах просим направлять по адресу: 140004, г. Люберцы Московской обл., ИГД им. А. А. Скочинского. .

па заседании специализированного совета

Ученый секретарь специализированного совета докт. техн. наук, проф.

И. Г. И ЩУК

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Экономическое и социальное развитие горнодобывающих предприятий определяется производительностью вкемочных и транспортных горных машин (Гм). Выемочные и транспортные ГМ включают систем перемещения (СП) всполш:-Тбльного органа (КО), которая в ряде случаев содержит упругое звано з виде тяговой цепи или каната. При этом жесткость рабочего участка упругого звена в СП меняется при работе ГА1.

Наличие упругого звана в СП ГМ приводят к автоколебанл-ям в колебаниям скорости пефэмеяеная ИО ГМ п моментов и усилий в трансмиссиях ИО л системы перемещения. Колебания моментов сникает- надонность и ресурс ГМ, а такта их производительность. Применение натяжения холосто?! вагви цепи., регулируемых дросселей и гидравлических аккумуляторов в привода сникает к.п.д. СП" и дает ограниченный эф&зкт снижения колебаний. Кроме того, в последнее время для привода перемещения ГМ стал применяться частотно-рйгулпруе.-.:ы15 электропривод (ЧРЗП), представлявши сложное динамическое звено.

Однако в настоящее вреш недостаточно исследованы условия возникновения колебаний и автоколебаний в пареходннх процессах СП с ЧРЗП, а такяе катоды демпфирования колебаний средствами автоматического управления электроприводом.

Поэтому разработка средств демпфирования упругих колебаний в системе перемещения ГМ с частотно-регулируемым злект-ро--щ>иводом (сП), обеспечивавших повкаенае эффективности их работы, является актуальной научной задачей.

Актуальность настоящей работы подтверждается тек, что она выполнялась по целевой программе ¡йзнуглэпрока СССР Ц.6.00.П.48 (1936-1ЭЭ2ГГ.) и отраслевой научно-технической программе Иинтопзнарго России "Уголь России" проект Л 0-12 (1993-1994ГГ.)•

Целью работы является установление закономерностей переходных процессов в системе парекесзная ГМ с ЧРЗП в упругий звеном с переменной жесткостью для разработка методов я средств дзшфгрованая упругих колебаний, обеспвчивагштх сня-жсниа яинамякп яагауязнгя ГИ.

Идея работы заключается' В" том, что снижение колебаний в системе перемещения ГМ с ЧРЭП и удрутзи званом с переменной жесткостью моззт быть достигнуто путем выбора рациональных параметров механической часта ГМ или воздействием на ЭП перемещения с помоохью системы .автоматического регулирования (САР) с обратными связями по координатам механической частя ГМ.

Научные положения,.разработанные лично соискателем, и новизна!

1„ Математическая модель системы перемещения ГМ о упругим звеном и ЧРЗП, отличающаяся учетом насыщения главной магнитной цзшз, активного сопротивления статорной цепи и глубокого паза ротора асинхронного двигателя (АЦ),. нелинейного характера сил трения ИО, постоянной струхкообразования в приводе резания очистного комбайна (Од) и переменной наст-кости .упругого звена.

2. Мзгод расчета параметров автоколебаний в системе па-ремешевия ГМ с неланейной характеристикой трения и запаздыванием стружкообразования.

Зс Методика выбора параметров системы управления ЧРЭД . системы перемещения ГМ с переменной аеетностью упругом зве- • на, обеспечивающих апериодический переходный процесс испол- . нагельного. органа ГМ при управляющих и возмущающих воздействиях.

4. Зависимости параметров колебаний ИО системы перемещения ГМ от ее механических параметров и параметров системы управления ЭП от переменной кесткости упругого звена.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается конкретным использованием теории электрических маяган и электропривода, теории математического моделирования электромеханических систем, апробированных методов измерения электрических параметров, удовлетворительной сходимостью результатов теоретических а экспериментальных исследований (расхождение результатов не превышает 10-15$ при доверительной вероятности 0,9), положительными результатами стендовых испытаний в опытом эксплуатации в производственных условиях разработанных систем

- г- •

привода.

Значение работы. Научноа значение работа заключается в разработке математической модели системы перемещения Гш с упругим звеном переменной кесткости и ЧРЗП, установлении зависимостей параметров колебаний ИО систем перемещения ГМ от ее механических параметров и параметров систеш управления Ш от яестаости упругого звена, которые развивают теорию переходных процессов в системах пераыешэния ГМ с ЧРШ и переменной жесткостью упругого звена» .

Практическое значение заключается в разработке метода расчета параметров автоколебаний в СП,штодики выбора параметров системы управления Ч?ЭП систем перемедания Tií с переменной касткастьв упругого звена, рекомендаций по рациональным параизтрам системы перамешания ГМ, обеспечивающих снижение ко лебанлп скорости ИО, что позволило создать ЧРЗЯ породной канатной дороги и механизма подачи 0S с тяговой цепью,, создакних пониженные динамические нагтузки в трансмиссиях*'

Реализация выводов и рекомендаций работа. На основа технических решений и рекомендаций, изложенных в диссертации, разработаны ЧРШ йородной канатной дороги, опытный образец которого.испытан а внедрен на шахте "Дубовская" AD •*Тудауголь",а ЧРЗП механизма подача (Ж ЭДИКТУ с тяговой цепью, испытанный вастенда Северо^аайонстого экспериментального завода.

Фактический годовой эконошчвскпй э&як* о* применения ЧРЗЛ породной канатной дороги еоставил I2B клн.руб .в пеке* 1995г*» ожигаемый годовое экономический эффект о? применения ЧРШ механизма подачи СК ШКГУ - 63,28 мпн.Еуб<,8 ценах 1995г. '

Апробация работе. Основные пояоюят работы доклмз-в&шсь на международной кэазузовскоД научво-драктитасной конференции "Созереенствованяа кояструксийо технолога» вз-готспвлзния и зксшуаташа горного оборздазаяяя я средств авгсттазаааи" (Уоеява, I9S2); язучно-пракмчвемш седояа» рв с гаадунарогнгмучастизк "Проблема яоггсенгя надатаоет*, урокяя безаварийности зксслуатазга глагтрогегатсхлж: ere-

те:.-, комплексов и оборудования горных F4 промшлэшшх предприятии" (Москва, 1993); научно-практическом семинаре "Проблемы 2 перспективы развитая горной техники* (Москва,1994); .международном симпозиума "Горная техника на пороге XXI века" . (Ыоскэа, 1995).

Публикации. По теме диссертации опубликовано вобэ'шад-« цатъ печатных работ, в ¡том числе одно авторское свидетельство.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состой вт из введения, пята глав* зшшачения, изложенных на 163 страницах машинописного текста,.содержит 45 рисунков, 6 таблиц, список литературы из 104 наименований я приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Опыт эксплуатации оборудования горней промышленности поаазал»' что в ряде механизмов - породные каяатяне дороги, очистные комбайны с вынесениям механизмом подачи, струги 2 т.д., в механической часта неизбежно.присутствует упругое звено в вт!де каната ила цепи. Наличие упругого звена приводит к колебаниям нагрузок в трансмиссиях в 110 в переходных процессах и .снижению из-за этого надежности и производительности машин.

Большой вклад в исследование колебательных процессов в электромеханических системах (ЭМС) ГМ и машин других ot-* раслей промышленности внесли ученые Борцов Ю.Л., Волков Докукин A.B., Ключев В.И., Красников В.Д., Хургин ЗД4, Пв-реелвгин А.Г., Расоудов JI.H., Рогов АЛ., Саменча ILB.-, Серов В.И., Худи к В.Д., Шестаков В.М., Шмарьян Е. Невыполненный. анализ ГМ, имевших упругие звенья, показал, что они имеют ряд конструктивных особенностей, а получанная для них динамическая расчетная модель механической части монет быть представлена двухмассовой (системы перемещения с встроенным механизмом подачи и тяговой цепью, канатные откатки и дороги), трзхмассовай (системы перемещения с вынесенным механизмом подачи, струтовкэ установка), либо многомассовой (фронтальные агрегаты, конвейеры).

- 4-

В ряде случаев трехмассовкз и многомассовыв расчетные модели механической часта ГА1 приводятся к двухетссовой, которая рассматривается в -данной работе. Анализ работ, посвященных разработке методов в средств демпфирования колебаний з З'.С ГМ показал, что методы демпфирования колебаний путам введения демпфирующая устройств в гидропривод подачи (регулируемый дроссель или гпдроанкузцулягор) и установка устройств натяяенгя холостой ветви тяговой цепи приводят к сникенню к.п.д. системы подачя и поэтов икают ограниченную область применения. Анализ методов дешифрования колебаний путем воздействия на регулируемый электропривод показал,что перспективными являются мзтодн введения в систем управления ЭП специальных корректирующих устройств.

Показано, что си стаж перемещения ГМ имеют ряд особенностей - нелинейный характер момента сопротивления, обусловленный сухам трением и запаздыванием в -струккообразова-ния, изменяющуюся в широких пределах жесткость упругого звана, малый пркваденннй к валу двигателя момент инерции механизма, которые, не учитывались при исследовании и раз- . работке средств демпфирования колебаний. Применение частотно-регулируемого асинхронного ЭП для систем перемещения ГМ -создает условия реализации средств дампирования колебаний #утем воздействия на частоту вращения вала асинхронного двигателя (АД).

Для исследования пароходных процессов разработана математическая модель СП Г,М, включающая механическую часть с упругой связью, АД и преобразователь частоты (ПЧ). "О механической части представлен в модели на примере выемочного комба:"ка я описывается уравнениями в операторной (Тор.'.тз:

д = (^-тг)/р; /У«,-^//^; ЧгЧЪ/Щ™

Зд°сь/^,£,/гр - соответственно силы упругости, резания и трзгг ,2/'(Г), - скорости соответственно пэрг-иепенля 'АО, приводной звездочки и скорости перекззаная ЯО с учете;.; псстояняоЗ бремеза Т запаздывания стругкосбразо-вакля, угловая скорость зрагекгя ротора АД; СЛ,6" - г.:?сткосгь и 'хв$орг.сгцая упругой связи; (П - масса вызиз'ного аЗяа;

— 5 -

Кр - крЕяосгь угольного массива; - радиус приводно:': звездочка; , - передаточное число и к.п.д. редуктора, р - оператор Лапласа.

Векторные уравнения АД, приведенные к система координат, вращавшейся''со скоростью поля статора в виде проекции на освсС вр комплексной плоскости, имеют вид;

+ ; ^ "Ч^ ;

М~(в/г)-а,(V«-ъ*).; М-мс<щ

где: 5 - скольнение АД; } » Ы

- соответственно нотокоспапления» напряжения, токи, актиэ-ные сопротивления и индуктивности статорной и роторной цепей АДг И - вращающий момент АД, 4«- индуктивность главного магнитного потока; р„ - число пар полюсов АДР ^ - момент инерции ротора АД, МС1~ момент сопротивления на ротоне АД.

Уравнения ПЧ в операторной форме имеют вид:

* ТТ4 Р)/ Ттг р I и6 - ¿¿ртКй/(Тьр*-£); }й> и^ил-ия ~ир ; 4 ; СР1 ¿>¿>4'.

где- соответственно напряжения на индуктивности, активном сопротивлении и емкости фильтра; ¿,,4 » 4 " соответственно токи инвертора, выпрямителя и емкости; Тга«

~ соответственно постоянные времени изодромных регуляторов э.д.Со И тока систеын управления ПЧ;

- соответстванно коэффициент передачи и сигнал датчиков э.д.с. и тока; Та- соответственно налрякенив, коэффициент усиления а постоянная времени управляемого выпрямителя ПЧ, и^- напряжение задания системы управления ПЧ, I „ С - индуктивность и емкость фильтра ПЧ,

Решение дифференциальных уравнений (I),(2),СЗ) осуществлялось на ЭВМ по разработанному автором алгоритму я

- 6 .

срограама. Для аналитического исследования процессов в ии ТЫ уразнения (2) я (3) ланеарэзовквались а были приняты дополнительные допущения: потокосцеплоние АЗ постоянно, сопротивление статора АД равно нулю, В этом случае операторное уравнение частоты зрашеняя КО СЯ имеет вид:

-Ч: (Р) = Г- 'Р) к ~ -Мсг (р)(И0р+

- р*+ ^ я')]/(< + ¿р+ <*лр- + 4 А 4 А4 А ^

где ;

здесь С,.- угловая жесткость упругого звана; коэффициент усиления АД, критическому моменту Д4 которого соответствует критическое скольжение ^ при номинальной частоте ; 0{,Зг- .моменты инерции соответственно АЛ и ИО; 6_)„ - частота вращения механизма; К^^/М - передаточный коэффициент, связывающий вращающий момент л ток инвертора ПЧ;'Т^ - электромагнитная постоянная АД? К0- коэффициент» связыа$шай частоту поля статора а напряжение двигателя при .постоянном потокосцаплзнии; АТС1 аМ^ моменты сопротивления на роторе АД и КО; Тт - постоянная вредна Ш, представленного звеном первого порядка.

При исследовании условий возникновения автоколебаний в механической часта СП получено уравнение динамика двагекия ИО СП комбайна:

[тгуПг+мгрУг (Хр?+слт/г)р+с^1г*

*(ту/±г+гр1/г +р)Р^Пг) = ^(слтгр1Л*+слтр/.г +ел). {$)

Уравнение (5) является нелинейным и в результате его решения методом гармонической линеаризация получено уравнение для определения частоты автоколебаний скорости пэреиезеяая комбайна: ,-----з

и *У(кРт+ сАт/г + р)/(мт/2 Св)

где: ^ - коэфТацкент гарьяпЕческой лияаарззают. Амплитуда колебанаЗ скорости перэькпэйия ко?гЗа5яа опредз-ляется по двум уравнениям: з функции параметров ивдгаайюЗ

?

характеристики трения и' средней скорости перемете кия

комбайна , равной : . ■

$ = [3/7Г ai i -ura-%)V аГХЪ/К + +{0,5 - (í/ю <í ÍCSLil [(щ - v„)/a\]/vH ] , (7)

и в с&ункцза параметров комбайна и аесткостя упругой свйзй?

ф+рак+ЧЪр + с&'О, (Ю

где: CL^f = ГKt + 0,$ТСл + 5/л/Г ;

4/. "Л Q + 4 /п А> + + с/Г V¿2 - Í2 мV гА ;

iréKp/7 - Л ттк£ -/tiTKp сл .

Из уравнений (7) й (8) получены зависимости коэффициента неравномерности К^й/Ц от скорости перемещения KouáaS-на при различных аесткоетях упругого звена (рис.1).Анализ зависимостей показывает, что с увеличением скорости % KKf снижается, причем существуют-критические значения скорости , при которых автоколебания скорости перемещения комбайна (Kjgi) переходят в гармонические колебания$^< 1) . На рис.2 показаны зависимости/^ от жесткости упругой связи при различных крепостях угольного массива Кр . Результаты теоретического исследования показали, что в СП ГМ автоколебания и колебания могут быть устранены путем увеличения несткости тяговой цещ; „ше критической, которая равна 2*ЮЗВ/м и уменьшена путем увеличения сродней скорости перемещения ОК. Экспериментальные исследования перемещения Olí КШШУ в производственных условиях шахты "Козельская" АО "Тулаугояь" подтвердили правильность теоретических данных.

При исследовании автоколебаний в разомкнутой системе "ЕИ-АЦ" получена формула для определения критического значения LC звена постоянного тока Ш, при котором имеет место апериодический переходный процесс скорости подачи:

V2.fi'.¡ifjj/p - электромеханическая постоянная АД.

Предложено демпфировать колебания в система перемещения ГМ с упругим звеном переменной жесткости средствами автоматического управления ЧРЭЛ.Рассмотрена система автоматического регулирования (САР) скорость® электропривода (рис.3) с пропорционально-интегральным (Ш1) регулятором (Кы - коэффициент усиления,"^- время изодромаУ и пропорционально-дифференциальной (ПД) обратной связью по скорости первой массы

- 8 -

* ~ зьсгерямемт

г н

3 а

2-Й?

Рис. I. Зависимости Уц^ст средней Рке.Е. Зависимости жест

скорости перемещения комбайна % при различны* хест-___кастех^__!______

САР __ ■

7" 5-т

«осги С„ при различных скоростях 24 и !срепоегя2с угольного хаесива Кр.

I Г

>,Л

ЛИ . 1

Л-

/1 \

I ! I

1 1й5-т

I I

I !

I т

2н£.-Т

I I

5*2.-7

^АРЧАНТЫ КОРРЕКЦШ СА^

Рме.З. Структурное схемы г~?*з*гев 'САР пркгсда. гор»»*,

как*«.

А! а параглвтраш ХЫ1 и TUl . Исследовано ееыь вариантов параллельной коррекции в САР: 1-й в 4-и варианты - ДЕ-коррек-щ!я по скорости второй массы соответственно на вхо£ а выход ПИ-регулягора ); 2-й и 5-2 варшш/-"*ПЗЙсар-рекпая по юменту упругости в упругом звй'к-ё оЪ'о^еЙтвевно на вход к выход ffií-регулятора (зГ^ЬУ )» 3-й и 6-й варианты - ОД-корршщая по деформации' упругого звана илв разности скоростей соответственно на вход и выход Ш-регуля-тора С Í/Ch ¡r 0) вариант - ШЩ-коррекцпя по скорости второй массы на выход ПИ-регулятора скорости в дополнительная й-яоррвкцяя по скорости первой шеек на выход регулятора скорее sí с

Для обееяе-чввзк неколебательного переходного процесса ггоеддокеш; перестраивать параметры САР в зависимости от величины хеозкоохэ упругого звена,. Для получения аналитических. квьйСйшотбЙ» по которым необходимо перестраивать параметры САР ь функции жесткости упругого звена, применен т-тод стзддадешс переходных характеристик«.

д;*-сяров&ана1 передаточная функция (Ш>) при вводе ар-гуманта §-~f>/S¿c СП ГМ имеет ввд:

г-да: А(ф~Ае+А$+.,?Аехарактеристическое уравнение Н#,

™ обобщенная характеристику ноаанош при операторных выраяениях напряжения уиравленл^ момен-

тах сопротивления на роторе ÁRHJjh ИО fyq): B(<¡p~ I

М(У = М,+ tij +Mtf+Msf; Щ) - Л;Д |

О учетом введения коэффициента соотношения масс

постоянной временл упругах колебаний даухмасео-вой системы обозначав произведение постоянных

времени через R-7¡:T.7¡ прв заданных значениях Ав... Ае получены завйсишстг параметров САР от пар&чатров привода для 2-6 вариантов СЯ1 (Таблица I). Для 1-го варианта САР аналэз совместно решаемых уравнений показал, что они на имеют общего решения. Варианты 2-6 САР обеспечивают апериодический reponeos upa управляющем воздействий, но при возмушаюшх воздействиях за счет наличия нулей в Ш? возможен колебательный процесс скорости ИО* В ряда электроприводов имеющих нединеЗ-

-10 ~

2-äl дариштЛ 3-ий. ёариант

Но -ÁaStáfij&T^Tuz

Ну - fyCig Ту ~ G& Cíz

Hg - Gfi U = Gt

r¿ - m' - + Ti)rt¡, - (т9

■AiSàRVÎ^ * (AjgR-li-т** к* ю'£ G, = (T¿m&} (До - (/bstfx *r¿)lL!h -'-(Гх*Тн)*

Ok - tóa)"^ </?Bp¿r,3¿'n*)-&

(tifíy'j-Ш^гшуЧГн (п*Ю*

¿¡'Ыи.$й/шшт 'S'-iàiïa.fnw ''M-ûùJftpyyitfr

Hu> - йТщ Uai-OJoUx)"1 . TUI^DíúTHÍHOHI)"1

%,r У-Шх)

-i

,, й^Лi, -í

Тм = L-ô+fb^Tacfaa)1

■ X-.A^l'fiñR-p. T^T¿-cTUThsTi ■ £

~Ti%!~Tie,

у - fb 9£TäR№-a ф - m - 5

^ ~faffiáRf-aTui-c-i

Таблиц i

7-оИ S^mm,

(^JzWpTztirAtZßfhtr^y;^

l Тш * ЪгЪгШЮЛ&Ы* râ %ßf-nrx

H Si ЙГз tâj

% - {ш >

ную характеристику момента на валу ИО от скорости й)& , например типа "сухое трение", это приводит к автоколебаниям. ИО (второй массы). Для влияния на нули ПФ в САР предложено ввести дополнительные обратные связи» параметры которых подстраиваются независимо от заданных коэффициентов А обеспечивающих апериодический переходный процесс по управ-яяшвщ воздействии. Таким требованиям соответствует 7-й вариант САР, э котором обеспечивается апериодически 1 переходный процесс скорости ИО как при управляющем, так и при возадушаших воздействиях. ■ ,

Рассмотренные выше варианты САР реализованы в устройствах демпфирования колебаний в ЧРЗП с переменной .жесткостью упругого звана породной канатной дороги (третий вариант) (рис.4а) и приводе механизма подачи очистного комбайна КИШУ (седьмой вариант).. В соответствии с разработанной методикой расчета адаптивной параметрической САР ЭП с упругим звеном с переменной жесткостью для данных приводов определены зависимости, по которым необходимо изменять параметры регулятора скорости и корректирующих связей от жесткости звена, чтобы иметь предельный апериодический переходный процесс скорости ИО.» рис.46, Ва.

На рис.5а, 56, 66 приведены осциллограммы переходных процессов в ЧРЗП породной канатной дороги и ОК с тяговой цепь® подученные на модели -(решение уравнений (I),(2),(3) на ЭВМ) и экспериментально,. Сопоставление расчетных и экспериментальных осциллограмм показало, что их разница. составляет 10-18% при доверительной вероятности 0,9.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задача разработки средств демпфирования упругих колебаний в система перемещения горных машин с ЧРЗП, что обеспечивает повышение их производительности и надежности за счат снижения уровня динамической нагруквнноств трансмиссии* .

Выполненные теоретические в экспериментальные несла- - 12™

Структурная схема электропривода породной канатной дороги (а) и зависимости параметров САР от жесткости упругого звена (б).

Рис.5 Ссциллограккн скоростей перемещения сосудов канатной дороги и ротора АД по управляют,ему воздействию: (а! - без САР:(б) - с САР.

Рис.6 Зависимости параметров САР от жесткости упругого звена для электропривода комбайна (а); осциллограммы пуска электропривода комбайна я реакция аризсда на зозыуца-вщее воздействие: на НО (б).

давания позволила сделать следукша выводы:

I. Разработанная математическая модель системы перемещения горных маиин с ЧРЗП отличается учетом глубокого паза а нелинейности цепи намагничивания асинхронного двигателя, нелинейного характера сил трения опор комбайна о надравля-шве конвейера, переменно® жесткости упругого звана механической части привода и запаздывания струакообразования на исполнительном органа.

20 Коэффициент неравномерности скорости подаче выемочной дащавы уменьшается о увеличением жесткости упругого звана? причем для жесткостей упругого звена больших 2*10%/м амплитуда колебаний скорости подачи ¿фактически равна нулю доз шес комбайна в пределах -б,,., 24 тонны.

3; Увеличение тас^еты ^ашедия -^адущоЕ звездочки системы первмеиения :;мапш-нн (или средней скорости перемещения) приводит-к ^елэходу,автоколебаний скорости ;хгеремашэнйя ИО в ■гарг.рт^дае,

4. Критическое .ан^шенаа -произведенЕЯ индуктивности в емкости фильтра ;звеяа постоянного тока, обеспечивающее отсутствие колебательных процессов в силовой схема разомкнутой системы ПЧ-АЦ» следует определять по минимальному значению жесткости упругого звена, причем с уменьшением электромагнитной я механической постоянных ЭП а увеличением момента инерграи исполнительного органа критическое значение произведения индуктивности и емкости фильтра увеличивается.

5. В торных маешнах с постоянным или плавно изменяющимся мошытом сопротивления на ИО в изменяющейся жесткость® упругого звана для обеспечения предельного апериодического пароходного процесса при управлявшем воздействии необходимо применять электропривод с Ш регулятором скорости с основной обратной связьа по частоте врашзнш асинхронного двигателя в ИД коррекцией на вход или выход регулятора скорости по моменту упругости или Ш коррекцией по разности частот гранения асинхронного двигателя и исполнительного органа с изменением параметров регулятора скорости и коррзк-тиругних обратных связей в эависзмоста от величины кэсткос-та упругого звана.

....-■ - 14 -

6. В механизмах с моментом сопротивления на ИО, имении составляющую типа характеристики "сухое трение" и пе->еменноЗ жесткостью упругого звена для устранения автоколе->аний з обеспечения предельного апериодического переходного гроцасса при управлявшем а возадушашем воздействиях» неебхо-щмо применять электропривод с ПИ регулятором скороста а ПД >сновнон обратной связью по частоте вращения АД и дво корректирующие цепи на виход регулятора скорости - Ц2И по частоте вращения ИО и И ив частоте вращения АД, с изменением параметров регулятора скорости и корректирующих обратных связай в зависимости от величины жесткости упругого звена«,

7. Разработан метод расчета параметров автоколебаний в механической.части систем перемещения выемочных мапшв и методика выбора параметров адаптивных параштричасках САР.частотно-регулируемого электропривода с' переменной жест-костью упругого звена8 позволяющие получить предельный апериодический переходный процесс исполнительного органа при управляющих и возмущающих воздействиях независимо от зелачинн жесткости упругого звена»

8. Разработанные на основе теоретических и экспериментальных исследований структуры САР частотно-регуларуешго электропривода с упругим звеном, с переменной жесткость» ■ . испытаны в электроприводе породной дорога, внедренной на шахте "Дубовская" АО "Тудауголь" и электроприводе ОН НЗХКГУ с ЧРЭП: механизма подачи с тяговой ..цепью на стенда. Саверо-Бадонского экспериментального завода» Установленное рациональное значение емкости фильтра, звена постоянного тока 1Й принято в преобразовательных станциях ПС-1 и ПС-2 ЧРЗП механизмов подача -¿оггбайнов ЩКГУ п КЮПМ» / У

Годовой экономический эффект от внедрения частотно-регулируемого электропривода породной канатной дорога составил 122 млн.руб. в ценах июня 19£5г. Ожидаемый годовой экономический экйект от внёдрэйля ЧР5П очистного комбайна ВЕШУ с тяговой цепью и системой дешфировайвя колебаний скорости подачи составляет 63,18 шн.руб, в ценах июня 1995г.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих

работах: "

1. Бабокин ГЛ., Ребенков Е„С„ Синтез оптимальной системы регулирования скорости подачи выемочного комбайна //Динамака и-функционирование электромеханических систем.-Тула, 1980,-0.62-66.

2. БабокинТ.Н., Максимов С.А,, Ребенков Е.С. Математическая

. модель электромеханической системы выемочного комбайна//

Механизация горных, работ на угольных шахтах.-Тула, 1982» -C.IQS-II3.

3. Бабокин Т.И., Ребенков Е.С. Исследование демпфирования автоколебаний в электромеханической системе подачи выемочной .машины' средствами .автоматического управления электроприводом //Да и. рук.-в ЖНИТИ.-М.:-1983.-йЗ,-5 с.

4. Бабокин Г.И., Ребенков Исследование влияния параметров электропривода на автоколебательные процессы б электромеханической системе подачи выемочного комбайна"// Деп. рук.в ШНЙТИ.-М.: -1983..-6с. .

5. Ребенков Е.С. Результаты испытания частотно-регулируемого электропривода; шахтной породной канатной дороги // Повышение эффективности электроснабжения, горных предприятий.-Люберцы,1985.-С.48-53.

6. Бабокин Г.И., Богатиков В.Н., Ребенков Е.С. Математическое моделирование электромагнитных процессов при частотном пуске асинхронного.двигателя // Двна\тка и функционирование электромеханических систем.-Тула,1986.-С.64-66.

7. Ребенков Е.С. Математическая модель асинхронного двигателя с учетом насыщения и вытеснения тока в роторе //Динамика и функционирование электромеханических систем.-' Тула,ISS7.-С.66-68.

8. Ребенков Е.С. Цифровая математическая модель системы "преобразователь частоты - асинхронный двигатель"//Деп. рук.в ВИНИТИ.-И. :-IS8?.-!S5.-8c.

9. Ребенков Е.С., Артамонова Л.А. Исследование на ЦВМ Дйнагх-ка частотно-регулируемого электропривода с подчиненной скстзшй управления //Динамика и- Зуикц:юш:рованзе элэкт-ро^йхашзчоскгзс сзстеаи-Тула £?i-C.7e-S3.

10. Бабокин Г .И., Ребеиков E.G. Влияние парапет ¿,ов звена постоянного тока на демпфирующие свойства частотно-регулируемого электропривода выегязчного комбайна с упругой связью // Деп.рук.в ВИНИТИ.-?Л.:-1983.-}56г-7с.

11. Бабокин Г.И. , Ребенков E.G. Управление, подачи выемочной машины с упругой связью // Деп.рук.в ВЙЕЙТЙв~М<,:-1988*-№6.-5с,

.2* Ребенков E.G. Цифровая математическая модель электропривода выемочной машины с упругой связью // Деп.рул. в ВИНИТИ „-Мв: -IÖ88,-J£6«-7c.

.3, Ребенков B.C., Бабокин Г.И. Синтез параметров системы автоматического регулирования электропривода -с перамвн-ябсткостьзэ упругой связи // Изв.вузов. Элэктрскзха-SJ%gu~I989«-$5.-С.99-106. •

"4# Isöökb'h Г.И.. Колесников Е.Б., Ребенков S.O. Исследование реяима частотного пуска асинхронного электропривода гс-рных маиин //Изв.вузов. глектром8ханяка.-1993.-£2.-0.92-97,

5* Ребенков E.G., Бабокин Г.И. Анализ колебаний в электроприводе "инвертор напряжения - асинхронный двигатель -упругое звено - механизм"// "Проблем повышения надеяошс-

. ти, уровня безаварийности эксплуатация электромеханических и электротехнических систем, комплексов и оборудования горных и промышленных прздпрвятий"-М.: МГТУД993.- . С.35-38.

□ „ Ребенков B.C., Бабокин Г.И. Исследование параметров автоколебаний в системе перемещения выемочных машин //Изв. вузоа. Горный журнал.-1994.-№1.-С.95-99;

7„ Ребежов B.C.« Бабокин Г.И. Синтез структур и определение sapsbtefpos системы автоматического управления элект-ройр0®ода с переменной жесткостью упругого звена // Зл8КЮТ§СТВ0.-М.: -IS95. -J56 .-С. 48-54.

3. A.c. & I4I3696 СССР, ЖИ4 Н 02 Р 5/06. Электропривод с демпфированием колебаний в упругой сеязи меаду механизмом и электродвигателем,/Г„И.Бабокик, В.И.Сэроз8 Е.С.Ре-банков .-4с.:ил.I.

ротапринт Новошсковского инстда Российского ж г^овошсковек Тульской обл. 0 ул Jipysou.

Введение.

Глава I.Анализ состояния вопроса и обоснование задачи исследования.

1.1. Обзорный анализ технических систем горных машин имею«* упругие звенья. 1 % „

1.2. Обзорный анализ привода систем перемещения

ГОРЙ^К МАШИ И . . . . . Ш

1.2.1. Анализ привода систем перемещения очистных комбайнов . ¿

1.2.2. Анализ систем привода струговых установок, фронтальных агрегатов, конвейеров.

1.2.3. Анализ систем привода канатных откаток и породных канатных дорог.25"

1.3. Обзорный анализ методов демпфирования (снижения)., колебаний с электромеханических системах перемещения

1.4. Обоснование задач исследования.ЗА

Глава 2. Математическая модель электромеханической системы перемещения горных машин с;у прут ой ,с вязью и частотно-регулируемым электроприводом. . . .Ч:.

2 .1. Постановка задачи моделирования.

2.2. Математическая модель электромеханической системы перемещения горных машин с частвтно- регулируемым электроприводом . .П

2.2.1. Математическая модель асинхронного двигателя. 3&

2.2.2.Математическая модель преобразователя частоты.

2.2.3.М а т е м а т и ч е с к а я м одель м еханической части привода перемещения.

2.3.Передаточные функции линеаризованной электромеханической системы перемещения горных машин с частвтно-регудируемым электроприводом.1. ^

2.3.1. Аналитическое описание системы "преобразователь частоты - асинхронный двигатель".*

2.3.2. Аналитическое описание системы перемещения с частотно-регулируемым электроприводом.^

2.4. Выводы.'.4. $в

Глава 3. Исследование влияния параметров разомкнутом электромеханической системы перемещения горных машин на колебательные процессы в приводе.»«. **

3.1. Постановка задачи.

3.2. Исследование влияния параметров звена постоянного то к а преобразователя частоты на колебания б приводе перемещения . 7%

3.3. Исследование влияния параметров механической части электромеханической ■системы перемещения на колебательные процессы.%{

3.4. Выводы.в$

Глава 4.Исследование средств демпфирования колебаний в замкнутой системе перемещения с част®тно-регудируемьш электроприводом.!.ло

4.1. Постановка задачи-.{

4.2. Аналитическое исследование средств демпфирования упругих колебаний второй массы по управляющему воздействию в замкнутой системе частотно-регулируемого электропривода. ^. №

4.ЕЛ. Аналитическое исследование систем автоматического регулирования.электропривода с изодромньш регулятором скорости. мо

4.2.2.А н а ли т ич е с к о е и с с л е д о в а н и е с и с т е м ы а вт о м атичес-кого регулирования электроприврда с изодромньш регулятором и коррекцией введенной на вход регулятора.МО

4.2.3.Аналитическое исследование систем автоматического регулирования электропривода с из одр омним регулятором и коррекцией введенной на выход регулятора. % . 12Н д&мп'рнроёация

4.3. Аналитическое исследование средст^гупругих колебаний второй массы по возмущающему воздействию в замкнутой системе частотно- р е г у л и р у е м о г о электропривода.

4. Выводы.

Глава 5.Реализация результатов исследования и, экспериментальные исследования электроприводов с демпфированием упругих колебаний.* *

Разработка и испытание системы управления частотнорегулируемого электропривода канатной дороги с демпшированиеы упругих колебаний.

5.2. Разработка и испытание системы управления частотно-регулируемого электропривода механизма подачи очистного ф комбайна с демпфированием упругих колебаний.

5.3. Выводы.ЛЧк

Актуальность работы. Экономичес К 0 6 И С О Ц К а. Л Ь Н 0 ё р о. 3 Б и т И б г орно-до бывающих предприятии определяется производительностью зыемочных и транспортных горных машин (ГУ). Зыемочные и транспортные Гм включают систему перемещения (СП) исполнительного органа (ПО) , которая в ряде случаев содержи? упругое звено в виде тяговой цепи или каната. При этом жесткость рабочего участка упругого звена в СП меняется при работе Г Н.

Наличие упругого звена в СП Г14 приводит к автоколебаниям и колебаниям скорости перемещения ПО ГМ и моментов и усилий а трансмиссиях И0 и системы перемещения. Колебания цементов снижают надежность и ресурс ГМ, а также их производительность. Применение натяжения холостой ветви цепи, регулируемых дросселей и гидравлических ф аккумуляторов в приводе снижает к.п.д. СП и дает ограниченный эффект снижения колебаний. Кроме того, в последнее время для привода перемещения ГМ стал применяться частотно-регулируемых электропривод {ЧРЗП), представляющий сложное динамическое звено.

Однако в настоящее время недостаточно исследованы условия возникновения колебаний и автоколебаний в переходных процессах СП Ф с ЧРЗП, а также методы демпфирования колебаний средствами автоматического управления электроприводов.

Поэтому разработка средств демпфирован ия упругих колебаний в системе перемещения ГУ с частотно-регулируемым электроприводом (ЭИ), обеспечивающих повышение эффективности их работы, является актуальной научной задачей. * Актуальность настоящей работы подтверждается тем, что она выполнялась по целевой программе Минуглепрома СССР Ц.б.00.II.46 ( 1.9оо-19У2гг. ) и отраслевой научно-технической программе Минтопэнерго России "Уголь России" проект № 0-12 (1993-1994гг.).

Целью работы является установление закономерностей переходных процессов в системе перемещения ГМ с частотно-регулируемым За и упругим звеном с переменной жесткостью для разработки методов и

Ж1' средств демпфирования упругих колебаний, обеспечивающих снижение динамики нагружения ГМ.

Идел работы з а к л ючается в том, что снижение.колебаний в системе перемещения ГМ с частотно-регулируемым 311 и упругим звеном с переменной жесткостью может быть достигнуто путем выбора рациональных параметров механической части Г14 или воздействием на ЗЛ переые-щения с помощью системы автоматического регулирования (О/и-1) с обратными связями по координатам механической части ГМ.

Научные положения, разработанные лично соискателей, и новизна:

I. Математическая модель системы перемещения ГМ с упругим звеном и частотно-регулируемым ЗП, обличающаяся учетом насыщения главной магнитной цепи, активного сопротивления статоркой цепи и глубокого паза ротора асинхронного двигателя (АД), нелинейного характера сил трения ЙО, постоянной стружко образования в приводе резания очистного комбайна (ОК) и переменной жесткости упругого звена.

•2. Метод расчета параметров автоколебаний в системе перемещения ГМ с нелинейной характеристикой трения и запаздыванием струдко-ф образования.

3. методика выбора параметров системы управления частотно-регулируемым 3Л системы перемещения ГМ с переменной жесткостью упругого звена, обеспечивающих апериодический переходный процесс исполнительного органа ГМ при управляющих и возмущающих воздействиях.

4. Зависимости параметров колебаний МО системы перемещения ГМ # от ее механических параметров и параметров системы управления ЗН от переменной жесткости упругого звена.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается конкретным использованием теории электрических машин и электропривода, теории математического моделирования электромеханических систем, апробированных методов измерения электрических параметров, удовлетворительной сходимостью результате тов теоретических и экспериментальных исследований iрасхождение результатов не превышает 10-15$ при доверительной вероятности ü,У}, положительными результатами стендовых испытаний и опитом эксплуатации в производственных условиях разработанных систем привода.

Значение работы. Научное значение работы заключается в разработке математической модели системы перемещения Г1Л с упругим звеном ц переменной жесткости и частотно-регулируемым 611, установлении зависимостей параметров колебаний 30 систем перемещения ГЗ от ее механических параметров-' и параметров системы управления 311 от жесткости упругого звена, которые развивают теорий переходных процессов в системах перемещения ГМ с Ч?ЗП и переменной жесткостью упругого звена. Практическое значение заключается в разработке метода расчета ф. параметров автоколебаний в СП, методики выбора параметров системы управления ЧРЗП систем перемещения ГЗ с переменной жесткостью упругого звена, рекомендаций по рациональным параметрам системы перемещения ТУ., обеспечивающих - снижение колебаний скорости 30, что позволило создать частотно-регулируемый 33 породной канатной дороги и ^ механизма подачи OK с тяговой цепью, создающих пониженные динамические нагрузки в трансмиссиях. реализация выводов и рекомендаций работы. За основе технических решений и рекомендаций, изложенных з диссертации, разработаны ЧРЭП породной канатной дороги, опытный образец которого испытан и внедрен на шахте "Дубовская" АО "Тулауголь", и ЧРЗП механизма пода-ф чн 03 Hill {{ГУ с тяговой цепью, испытанный на стенде Северо-Эадонско-г о экспериментального з а в о д а. Фактический годовой экономический эффект от применения 4333 породной канатной дороги составил 128 млн.руб. в ценах 1333г., онидаемый годовой .экономический эффект от применения подачи О К К ШIК Г У - 63,13 млн.руб. б ценах 1995г.

0 V;

1 и к

М 6 X с1 Н И 3 Д| ¿4

5.3. Выводы.,'

В настоящей главе выполнено экспериментальное исследование Ф частотно-регулируемого электропривода породной канатной дороги и механизма перемещения очистного комбайна с разработанными СА? с демпфированием колебаний, приведены результаты промышленных испытаний привода породной канатной дороги и заводских испытаний привода механизма подачи очистного комбайна КШ1КГУ с тяговом цепья и результаты внедрения разработанных структур САР и результатов исследования.

Основные научные и практические результаты выполненных исследований могут- быть сформулированы а виде следующих положении;

I. Р а з р а б о т aiiii ы е С А Р скорое т а И 0 еде м и ф и р о в а и и е ы к олебан и й, примененные в электроприводе породной канатном дороги и электроприводе породной канатной дороги и электроприводе механизма пе-ф ремещения очистного комбайна, работоспособны и обеспечивают снижение колебаний скорости И0 в переходных процессах в 2-3 раза. 2. Сопоставление графиков изменения скорости ИО во зоеиени i JL А. в электроприводах с предложенными САР демпфирования колебаний, полученных экспериментальным путем," с расчетными графиками, полученными путем моделирования, показано, что их расхождение не • превышает 10-15$\лри доверительной вероятности 0,9.

3. Электроирз'изод породной канатной дороги с разработанной САР демпфирования колебаний скорости сосуда испытан и внедрен в производство на шахте "Дубовская" ,110 "Новомоскозскуголь" с годовым э к о номиче с к им э ффе кт ом 428 или .руб. в ценах Г 995 года.

4. Электропривод механизма подачи очистного комбайна с раз* работанной САР демпфирования колебаний скорости подачи комбайна

Ш1КГУ испытан в заводских условиях и установлено, что колебания ск'орости снижаются в 3-5 оаз.

А.

5. Зеличина емкости звена постоянного тока,рассчитанная по разработанной методике, принята в преобразовательных станциях ПС1 для комбайна 'КЕ-1КГУ и ПС2 для комбайна КЮП!.!.

6. Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения ЧРЭП очистного комбайна К ШIК Г У с 'тяговой цепью и системой демпфирования колебаний скорости подачи составляет 63,18 млн.рублей в ценах июня 1995 года.