автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Система взвешивания грузов в движущихся рудничных вагонетках с анализом динамики механической системы вагонетка-весовая платформа

Нй »а

г г рев да

Северо-Кавказский ордена Дружбы Народов горно-металлургический институт

На правах рукописи

СТЕПАНЕНКО Владимир Федорович

СИСТЕМА ВЗВЕШИВАНИЯ ГРУЗОВ В ДВИЖУЩИХСЯ РУДНИЧНЫХ ВАГОНЕТКАХ С АНАЛИЗОМ ДИНАМИКИ МЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ВАГОНЕТКА—ВЕСОВАЯ ПЛАТФОРМА

Специальность 05.05.06 — «Горные машины»

' Г/7.

•X

йр. ^ ф е р а т

аиие ученой степени нических наук

Владикавказ 1992 г.

Работа выполнена в Северо-Кавказском филиале НТК «Цветметавтоматика».

Научный руководитель: заслуженный деятель науки и техники РСФСР, доктор технических наук, профессор Воронин Петр Андреевич.

Официальные оппоненты: докт. техн. наук, профессор

Хазанович Григорий Шнеерович, канд. техн. наук, доцент Хатагов Александр Черменович.

Ведущая организация: институт «Кавказгппроцветмет» (г. Владикавказ).

Защита диссертации состоится » М&^Ьл^ 1993 г.

/с/До

в'1 ^ час. на заседании Северо-Кавказского регионального специализированного совета Д063.12.01 в Северо-Кавказском горно-металлургическом институте по адресу: 362004, г. Владикавказ, 4, ул. Николаева, 44.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан « » ---- 1993г.

Ученый секретарь СКРС сонета • В- В. Сергеев

I

I

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

I Актуальность работы. Современное горнодобывающее производство характеризуется значительной интенсивностью и динамикой грузопотоков Эффективное управление таким производством немыслимо без получения оперативных данных о количестве добытой горной массы. В условиях развития хозрасчётных отношений на производстве особенно остро встает вопрос о дифференцированном учёте производительности добычных и транспортных подразделений рудника. Эта задача решается с использованием систем весового учёта работы внутршахтного рельсового транспорта, при этом, как правило, требуется не только технологический, но и коммерческий учёт транспортируемого груза. В связи с этим резко возрастают требования к точности взвешивающих устройств. Вместе с тем, использование высокоточных рычаняых весов невозможно, так как взвешивание каждой вагонетки с её остановкой на весовой платформе привело бы к недопустимо большим потерям времени и пронзводктельност!

Единственно возможным решением этой проблемы является применение устройств для взвешивания движущихся шахтных вагонеток.

Разработкой такой аппаратзфы занимались на ряде предприятий в нашей стране: в Одесском политехническом институте, в Особом конструкторском бюро систем измерения масс, г. Одесса, в Киевском институте автоматики, в Днепропетровском горном и Тюменьском индустриальном институтах, в ШШИПе, г. Москва и др. Однако Еыпуск типовой аппаратуры с достаточно высокими показателями надежности и точности в указанных целях нашей промышленностью пока не налажен. Недостаточно исследованы и теоретические возможности повышения точности взвешивания. Поэтому разработка, во-первых,математического аппарата, позволяющего проанализировать динамику вагонетки, как объекта взвешивания, а во-вторых, аппарата, обосновывающего собственно способ измерения, учитывающий особенности этой динамики, является актуальной научной задачей.

Работа выполнялась в рамках отраслевой проблемы Ш-7, в соответствии с постановлением СМ СССР Л 968 от 16.10.85 г., а такие на основании постановления коллегии Минцветкета СССР й 102 от 27.05.85 г.

Цель работы. Повышение точности взвешивания движущихся рудничных вагонеток, совершенствование учёта работы внутришахтного рельсового транспорта за счёт получения оперативных данных о его производительности.

Идея работы. Анализ динамических свойств рудничной вагоне при наезде на весовую платформу и на основе этого анализа- выб высокоэффективных алгоритмов обработки измеряемого сигнала, пр дящих к повышению точности взвешивания.

Методы исследований. Системный подход к анализу динамики в нетки, метод одностороннего интегрального преобразования Фурье тод вещественной частотной характеристики), метод оециллографи ния сигналов датчиков, в том числе цифрового, математический а способов измерения постоянной составляющей сигнала с наложенно мехой.

Научные положения, защищаемые в -работе. Основным источником динамических помех в измеряемом сигнале при взвешивании движущейся вагонетки являются вертикальные колебания её кузова.Зави симость основных частот этих колебаний от параметров механичес: системы вагонетка-весовая платформа может характеризоваться си темой дифференциальных уравнений второго порядка.

Характер весовой функции, используемой для регистрации изм> ряемого сигнала при взвешивании зависит от частотного состава ] баний движущейся вагонетки. Зависимость коэффициентов весовой ( кции от частотного состава помехи определяется системой тригон рических уравнений.

При взвешивании рудничных вагонеток, движущихся со скоростч более 5 км/час, проявляется низкочастотная составляющая динамической помехи в измеряемом сигнале, когда ведется обработка ме1 двух периодов основной гармоники за интервал времени измерения, Способ подавления этих помех реализуется специальным алгоритмо) цифровой фильтрации на базе синтезированных весовых функций.

Научное значение работа.заключается в следующем: выявленная зависимость основных частот вертикальных колебаний кузова ваго* ки при её движении по весовой платформе от параметров механичес кой системы вагонетка-весовая платформа позволила обосновать ы соб обработки измеряемого сигнала на основе весовой функции с целью максимального повышения точности динамического взвешиват

полученная зависимость коэффициентов весовой функции от чг ного состава помехи в измеряемом сигнале с учетом характера ве} кальных колебаний кузова вагонетки при её наезде на весовую гш му, позволила синтезировать ряд эффективных весовых функций, ис зуемых в предложенном способе взвешивания бысородвижущихся руд? ных составов с горной массой ;

предложенный способ обработки измеряемого сигнала при взвешивании быстродвижущихся рудничных составов с горной массой позволяет подавлять помехи не только о частотой более двух периодов за интервал времени измерения, но и в более низкочастотном диапазоне. Практическое значение работы заклинается в следующем: разработана методика, алгоритм и программа цифровой обработки измеряемого сигнала при взвешивании движущихся рудничных составов, явившиеся основой программного обеспечения компьютерной системы оперативного весового учёта добытой горной массы;

разработано математическое описание шахтной вагонетки, позволяющее моделировать процесс динамического взвешивания, а также усовершенствовать приёмы проектирования рудничных вагонеток и элементов шахтного рельсового пути;

разработана система весового учёта добытой руды БК-7 на базе микропроцессорной техники, позволяющая получать оперативную информацию о количестве транспортируемой из шахты горной массы без остановки составов на весовых платформах.

Реализация работы. Проведено внедрение разработанного комплекса технических средств взвешивания движущихся рудничных составов на ряде горнодобывающих предприятий страны: на Северо-Уральском бокситовом руднике, на Алмалыкском горно-металлургическом комбинате, Тырныауз-ском вольфраыо-молибденовом и ¿ениногорском полиметаллическом комбинатах, на Зодском руднике производственного объединения Ар.:золото. Средний годовой экономический эффект от внедрения одного комплекта указанной аппаратуры составил 75 тыс. рублей в масштабах цен 1£80-89 годов.

Разработка удостоена бронзовой медали ВДНХ СССР, а также демонстрировалась на международной ярларке ГАЭШ -86 в г. ¡Мапуту (Народная республика Мозамбик).

Степень новизны. Выявленная зависимость основных частот вертикальных колебаний кузова вагонетки при её движении по весовой платформе от параметров механической системы вагонетка-весовая платформа комплексно учитывает массу груза и вагонетки, а также жёсткость упругих связей вагонетки и весовой платформы через анализ кинематического механизма четвёртого порядка.

Полученная зависимость коэффициентов весовой функции от частотного состава помехи в измеряемом сигнале учитывает спектральный состав динамических колебаний вагонетки, а также степень дискретизации .сигнала при его измерении.

Характер весовой функции в предложенном способе обработки изм ряеыого сигнала при взвешивании быстро движущихся рудничных состав с горной массой зависит от частотного состава колебаний в измеряе! сигнале и не зависит от амплитуд и начальных фаз гармоник помехи.

Обоснованность и достоверность положений, выводов и рекоменда Кривые колебаний кузова вагонетки, полученные расчётным путём, хо; согласуются с реальными осциллограммами, снятыми при различной ст! ни загрузки вагонеток и при различной скорости их движения (расхо; ние - не более 15$).

Эффективность подавления динамических помех при использовании синтезированных весовых функций также подтверждается эксперимента] и 'расчётами.

" Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсушу на следующих научно-технических конференциях и совещаниях:

"Передовой опыт разработки, внедрения и эксплуатации систем и средств автоматизации на горнодобычных предприятиях цветной метал; гил", -М., 1978;

"Состояние и перспективы автоматизации процессов на открытых I подземных рудниках цветной металлургии", - Ордаоникидзе, 1982;

"Состояние автоматизации производственных процессов и перепет её развития на предприятиях цветной металлургии',' - Ордаоникидзе, 1$

"Применение микропроцессорных средств для автоматизации машин, оборудования и приборов и создания АСУ в цветной металлургии", -1985;

"Состояние и перспективы применения микропроцессорной техники автоматизации", - Ы., 1990;

объединенное заседание кафедр "Горных машин" и "Горной механш в Северо-Кавказском горно-металлургическом институте, - Владикавкг 1992 и др..

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовг статей. Результаты работы по тема диссертации отражены в научнемге ческих отчётах. * ...''

Объём работы. Диссертация содержит стр. машинописного текс 30 рисунков, 11 таблиц и состоит из введения, четырех глав, заклх ния, списка используемой литературы, включающего 122 наименований приложения" на 13 страницах. '

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

I

В первой главе приводятся краткие сведения об основных разработках в области взвешивания движущихся объектов, рассмотрена их классификация по различным признака!«'. Формулируются задачи .диссертационной работы.

Сравнивая различные способы взвешивания, конно сделать вывод, чтс повагонеточный способ теоретически обладает наилучшей ..точностью, так как при этом способе измеряется сумма всех реакций опор данной вагонетки, и перераспределения меяду реакциями за период взвешивания данной вагонетки не могут влиять на результат измерения. При поосном взвешивании вероятность перераспределения нагрузок по осям больше, чем "при потележечном. В работе приводится доказательство, что величина перераспределения реакций опор йЯ может вычисляться по формуле:

ш

где ГПь - масса вагонетки /кг/; СХ - ускорение движения вагонетки /м/сек^/; Ь - расстояние между осью сцепок и центром тяжести вагонетки/к/; Л - жёсткая база вагонетки /м/.

При разработке аппаратуры взвешивания двикущихся объектов одним из главных является вопрос выбора способа обработки сигнала силоизме-рительных элементов, так как измеряемый сигнал имеет значительную по амплитуде динагяиескую составляющую. Наиболее изученными и наиболее применяемыми до последнего времени методами борьбы с динамическими помехами в обрабатываемом сигнале являлись схемные методы, различного рода фильтры электрических сигналов. Развитие средств вычислительной техники создает принципиально новые алгоритмические возможности повышения точности динамического взвешивания.

Общепризнано, что наиболее перспективным алгоритмическим методом является обработка сигналов с использованием различных весовых функций (окон). Значительное число работ посвящено анализу эффективности применения классических окон: Хэмминга, Кайзера, Дольфа-Чебышева и др. Доказывается, что их применение наиболее целесообразно в тех случаях, когда за время измерения производится обработка не менее двух периодов динамической помехи. При более ограниченном времени эффективность использования этих окон резко снижается.

Вопросы синтеза весовых функций, настроенных на подавление х мических помех, в том случае, когда в период измерения укладывает ■ менее двух, тем'более, менее одного основного периода помехи, - в . тературе практически не рассматриваются. Кроме того, нерешенной д< настоящего времени является задача учёта степени дискретизации си: ла при его измерении.

В связи с вышеуказанным, в работе поставлены следующие задачи

1. Провести, теоретическое и экспериментальное исследование ме: нической системы вагонетка-платформа.

2. Определить зависимость динамических свойств этой системы о: основных параметров.

3. Исходя из требования максимального уменьшения вредных мехаз ских колебаний в указанной системе, сформулировать основные требо] ния к конструкции весовой платформы.

4. Теоретически и эксперт,:енталыш исследовать адаптивные спос обработки сигнала силопзмерительних элементов при взвешивании, т.? исследовать возможность синтеза таких весовых функций, которые по: ляли бы гибко учитывать сложный спектральный состав измеряемого С1 нала или нестабильность частоты основной гармоники, характерна да неравномерной загрузки вагонеток.

5. Разработать методику синтеза весовых функций для случая, кс измерение ведется в течение интервала времени меньшего, чем два ш один период низкочастотной составляющей динамической помехи, что ь обходимо при взвешивании быстродаилущюсся вагонеток.

6. Разработать такой метод расчёта дискретных весовых функций, который учитывал бы степень дискретизации сигнала при его измерен! т.е. задачи по пунктам 4 и 5 решить как для случая аналоговой, та* цифровой обработки измеряемого сигнала.

7. Проанализировать структуру информационной части системы дин мического взвешивания.

Во второй главе приводится математическое описание динамики и ной вагонетки и анализируется процесс наезда вагонетки на'весовую платформу. Здесь ке разработан математический аппарат для расчёта весовых функций.

В литературных источниках существуют проработки вопроса динами рудничных вагонеток, однако, как правило, структзфа используемых д ференциальных уравнений такова, что не позволяет производить анали ческое исследование динамики объекта.

В исследованиях, проведенных автором, в основу математического описания динамики механической системы вагонетка-платформа положен метод Далаыбера и геокетро-физико-статический метод, реком:-;- ^вакн; проф. А.Л.Поповым для анализа динамики четырехосных железно;:: рожны:-вагонов и переработанный в рамках настоящей работы применительно к двухосным вагонеткам.

Анализ вариантов конструкции грузоприёмной платформы показывае: что предпочтительной является максимально облегченная конструкция, основными динамическими параметрами которой является коэффициент жёсткости конструкции и коэффициент вязкого трения в ней. С учётом этого построена кинематическая схема механической системы (рис. I), на основе которой выведены дифференциальные уравнения, описывающие её динамику.

Исходны:,2 являются следующие уравнения:

Уравнения равновесия кузова:

'Р^Ъ+Т^Ъ.+Ъ^о

Р^+Р-^Рц+Рг + Ра-О

Микх +(р2 -(Рг+РЛ-(Тт +Т?+Тг +Тг)Н - (9

/%лу -(/} -РгК + (Р, +Рв.)Рг = ¿7

М„К1 +(Гт+Гг)£г& +РгК = О (2)

) Уравнения равновесия передней колесной пары

М„01^РЛ -Ру 4 -Р„А ~Рп1 Ъ = О

Уравнения равновесия заднез": колесной пары

Ри022 + РпТ* ~Рй ~Рй' ~ О ч Р1иогх +РЛ 4 ~РГ 4 +Р„Е 4-РпА = О ,

где Р - силы, направленные вдоль оси 02 (вертикально-) /н/; Т - силе направленные вдоль оси Оу /II/; Ри , Ми - силы и моменты сил

т* Л 'ХЛ

ЩШио.

'пг. '¡^>пг

Ст ТТТТ? Аг

Рис. I. Кинематическая схема моханичесгой системы вагонетка-весовая платформа.

инерции /Н-м/; индекс ,К - означает принадлежность параметра кузову индекс ,0{" - означает принадлежность параметра 1-й кол.паре; индекс

.02*- означает принадлежность параметра 2-й колесной папе; индекс — // *

,2 - означает принадлежность параметра правому колесу первой колесной пары; индекс ,1' - означает прннадленность параметра левому колесу первой колесной пары; индексы,, 2/' и , В' - означают соответственно принадлежность параметра право- и левому колесам второй колесной пары; индекс, П" - означает принадлежность параметра платформе; , £г , , Зг > Ь - геометрические параметры вагонетки /м/.

Раскрывая значения сил и моментов сил, входящих в систему уравнений (2), исходя из физических и геометрических соображений, мы получим развернутую систему девяти дифференциальных уравнений. На основе этих уравнений возможен анализ различных видов колебаний элементов конструкции вагонетки. Эти колебания имеют следующие общепринятые названия:

поступательные: вдоль оси ОХ - подергивания, едоль оси оу - боковой относ, вдоль оси 02 - подпрыгивание; вращательные: вокруг оси ОХ - боковая (попэрэчная) качка,

вокруг оси Оу - галопирование (продольная качка), вокруг оси 01 - виляние. Поскольку доминирующей массой в конструкции вагонетки является масса кузова, то наибольшее влияние на процесс взвезивания буду™ отзывать вертикальные колебания кузова вагонетки и, в первую очередь, его подпрыгивания.

Это дает основание выделить из всей системы уравнений только тэ, которые описывают вертикальные симметричные колебания кузова (подпрыгивания) .

Такими оказываются следующие два уравнения:

) (з)

где тк - масса кузова вагонетки /кг/; ГГ)0 - масса колесной пары /кг/ - коэффициент жесткости рессорной подвески /Н/м/; - коэффициент вязкого.трения рессорной подвески /Н-с/м/; Сщ - коэффициент жёсткости конструкции платформы; Ад - коэффициент вязкого трения

конструкции платформы; ¿к , ?к , £к - координата вертикального пе ремещения кузова (вдоль оси ОЕ ) и её 1-я и 2-я производные; 10

2С , ?0 - координата вертикального перемещения колесной пары и < 1-я и 2-я производные; , £ , ^ , ^ - функции неровности щ и ее производные.

Из уравнений системы (3) можно получить (с учётом некоторых упрощений) так называемое частотное уравнение системы:

1 С* 2(С1+Сп}) + 2(СгКпг)}г Л ' (

<;г ~ ¿\~тк ГП0 т0 }Т1 тк т0 \ >

где , сиг - круговые частоты собственных вертикальных колебание кузова вагонетки /1/с/.

В работе приведен анализ решений частотного уравнения при Разиных значениях величин массы кузова (загрузки вагонетки), аёсткосп рессорных подвесок и жесткости конструкции платформы. В частности, лазтся выеоды:

основная частота колебании измеряемого сигнала силоизмерительь элементов уменьшается с увеличением массы кузова от 13 до 7 Гц и значительно возрастает с увеличением жесткости платформы или жесть тп рессорных подвесок вагонеток;

вторая (более высокая) частота переменной составляющей измеряв мого сигнала совершенно не зависит от массы кузова вагонетки и поч не зависит от жесткости рессор, но резко возрастает с увеличением жесткости платформы.

Система уравнений (3) позволяет провести анализ вертикальных к лебаник кузова вагонетки при наезде на весовую платформу на основе системного подхода. В этом случае механическая система вагокетка-платформа рассматривается как некоторое условное динамическое звен на входе которого действует сигнал , характеризующий, неровное рельсового пути, а выходным параметром является вертикальная коорд ната кузова . (Оба параметра являются функциями времени).

В соответствии с системой уравнений (3), передаточная функция такого динамического звена имеет вид

1С

где

4 = ^с^^^^+ЩАг ;

На основе передаточной функции можно рассчитать кривую вертикальных колебании кузова вагонетки при наезде на весовую платформу. В работе это сделано методом одностороннего интегр&чьного преобразования уурье, по вещественной частотной характеристике (ВЧХ) звена. Результат, представленный на рис. 2 показывает, что амплитуда этих колебаний значительна, что ц подтверждается экспериментально.

Для уменьшения амплитуды этих колебаний автором предлагается изменение классической конструкции весовой платформи, приводящее к изменению характера наезда объекта на грузо-прпемную платформу. Достигается это использованием специальных переходных рельсовых мостиков.

Па рис. 3 показаны результаты расчёта кривой, характеризующей ко-' лебания в измеряемом сигнале тензодатчиков при различной длине переходных мостиков. Расчёты проведены методом интеграла Дюамеля.

Анализ различных алгоритмов измерения сигналов с наложенной динамической помехой показывает, что с точки зрения точности измерений наиболее перспективны!/, является поиск адаптивных способов, т.е. способов, зависящих от характеристик самого измеряемого сигнала: гармонического состава динамических помех, амплитуд и начальных фаз составляющих гармоник.

Эта задача была решена для случаев аналоговой и цифровой обработки сигнала.

Аналоговый случай. Приведенные в диссертационной работе расчёты показывают, что если измеряемый сигнал имеет вид:

где Р^ - амплитуда гармоники; ' - круговая частота гармоники сигнала; ¡Л - начальная фаза /'и гармоники; t - время; П - ко-

Рис. 2. Вещественная частотная характеристика вагонетки с платформой, как динамического звена (а) и кривая колебаний кузова вагонетки при скачкообразном наезде на платформу.

гптптгтт,

77ГГПТТГПТГГ,

/ /

П) пп ш и mn и )>Ш ПП)П ) / Щ111 ИТ

0V 0.5 tjC

Ркс. 3. Характер вертикальных колебаний кузова вагонетки i^fi) в функции времени ( { ) при различных значениях длины костяка ( in )

2. /L = 56 мм 3. = 130 юл

I. £, = о

личество гармоник в сигнале, а весовая функция (окно) описывается выражением

, (7)

где 01 - коэффициент Си гармоники окна ; ТИ - интервал времени измерения, принятый здесь за единицу, то для полного подавления переменной составляющей сигнала при его обработке в соответствии с общеизвестной формулой

о

р -V ср

следует коэффициенты ОI окна рассчитать из системы следувдих урав ний:

п

где

V а1 - _ 1. А ^-¿г ~

<

£ О< _ _±_

Л - /г

"л / ■

гт ___/_

"" /г

,=/ 7/, <" .//7

/= ; / = -54. • ... /_

*7 > иг 2.7Г У ¿п

Шп

2Л- ' /периоде®/.

Здесь окно рассчитывается на подавление строго определенных пс частоте гарлоник, присутствующих в измеряемом сигнале.

Возможен и другой подход к синтезу весовой 'функции: если поме; имеет только одну гармонику, но её частота не строго определена и монет варьироваться в некоторых пределах в окрестности ожидаемой т стоты, то окно может быть рассчитано на основании системы уравнеш (3), причем, в качестве подавляемых частот выбирается несколькс частот в районе ожидаемой.

Б этом случае в зависимости от числа подавляемых частот может быть достигнут хороший эффект подавления при определенной нестабти кости частоты помехи, характерной для неравномерной загрузки вагог ток.

На рис. 4, например, показана зависимость погрешности изме] нпя от частоты синусоидальной помехи для случаев простого интегри! ния (без весовой функции), при интегрировании с окном, подавляющи, одну частоту / = 1,35 из диапазона оякдаеьшх частот (от / =1,1 / = 1,6), при интегрировании с подавлением двух частот / =1,2 / = 1,5 /периодов/.

Очевидно, что с увеличением числа точек подавления погрешность измерения уменьшается.

Дискретный случай. При цифровой обработке сигнала аналогом оор лы (8) является следующее математическое выражение:

Рис. 4. Зависимость погрешности измерения А от частоты / синусоидальной помехи

I - при простом интегрировании; 2 - при интегрировании с окном, подавляющи?.: одну частоту / =1,35; 3 - при интегрировании с окном, подавляющим две частоты Л = 1,2 и = 1,5.

I

Р«- ----'

г да/ (1о)

¿■О

где - значение измеряемого сигнала в начале //""интервала

дискретизации; ^гФ - значение Бесовой функции в начале интервала дискретизации; N - количество дискретных отсчётов сигнала и весовой функции.

Б работе приведен вывод системы уравнений для расчёта коэффициентов овза.

Эта система имеет следующий вид

//

Гм

п

В-')11

¿-г

г\Sinfifri({,+ [} _

2 I ЗспШ^+Ц + ЗслЛГ^

01 [Ц ^ %1П//ЛТ({г-01_ _

и

Г .и 01 Ьи\р/Т(1(1п+1) ЬтНтп(1гг1)\

1 2 I * ^П7гсап-Щ

Здесь 1- — интервал дискретизации, (Интервал. времени обр ботки сигнала, как и в аналоговом варианте принят равным единице) Поскольку в уравнениях (II) присутствуют величины У , Т то, следо тельно, значения коэффициентов £?£ весовой, функции зависят не толь от частот гармоник обрабатываемого сигнала, но также и от степени дискретизации.

Основные выводы по расчету весовых функций? весовая функция как в непрерывном, так и в дискретном случаях не зависит от величин амплитуд и начальных фаз гармоничес: составляющих измеряемого сигнала;

весовая функция не зависит от величины постоянной составляйте] измеряемого сигнала, т.е. от степени загрузки вагонетки;

системы уравнений (9) и (II) допускают решения относительно к< фициентов окна в том случае, если время измерения меньше, чем два риода гармоники помехи, что немаловажно,для взвешивания быстродвиж; щихся вагонеток.

В третьей главе приводятся результаты экспериментальных иссл« ваний динамики механической системы вагонетка-платформа и погрешнс взвешивания движущихся вагонеток. Исследования проводились методе» непрерывного и цифрового осдаллографлрования сигнала силоизмерител ных датчиков в период прохождения вагонеток по весовой платформе.

Непрерывное осциллографирование производилось при помощи шлейд вого осциллографа. Полученные осциллограммы приведены в диссертащ ной работе и позволяют оценить соотношение полезного сигнала с над женной на него помехой, определить характер динамической помехи в меряемом сигнале при воздействии возмущающих факторов. (В качестве возмущающих факторов использовались неровность рельсового пути и

с,

• толчковые торможения состава во время взвешивания вагонеток.

Основной целью цифрового осциллографирования являлось получение исчерпывающих данных о процессе дискретного измерения сигнала сило-измерительных датчиков, а также о погрешности взвешивания при различных способах измерений. Смысл цифрового осциллографирования заключается в регистрации всех цифровых отсчётов' сигнала, произведенных но время движения состава вагонеток по платформе. Измерительным элементом в этом случае является тот же аналого-цифровой преобразователь, который используется при взвешивании.

Для реализации задачи цифрового осциллографирования был разработан специализированный микропроцессорный прибор, позволяющий осуществлять запись отсчётов в оперативную память с последующей выдачей зарегистрированных данных на устройство индикации.

В табл. I приведены результаты цифрового осциллографирования нескольких вагонеток. Там же даны значения истинного веса вагонеток, полученные путем взвешивания в статике, и результаты динамического взвешивания с применением алгоритмов среднего арифметического и при использовании синтезированной весовой функции.

Таблица I

Результаты взвешивания вагонеток

й вагона I ! з 4 ! 5 ! е.

Я I 8,52 12,78 . 6,26 9,08 4,72 2,22

В 2 10,50 9,35 7,57 6,59 3,00 3,91

Я а 3 13,63 10,43 9,65 7,28 3,91 5,58

ен >5 4 12,78 12,26 9,17 8,54 5,13 3,42

К 5 8,67 10,17 6,00 7,11 4,30 -3,23-

р № 6 1 »7 11,54 9,89 8,48 6,91 3,91 5,05

15,06 12,48 10,63 8,65 4,96 4,50

О й 8 10,37 11,35 6,98 7,96 4,63 3,09

Уз 9 8,80 9,07 6,13 6,37 3,52 4,57

Я 10 13,17 10,80„ 9,44 7,50 4,41 • 4,43

истинный вес 11,61 10,90 8,21 7,60 4,35 4,12

Вес 11,30 10,86 8,03 7,60 4,25 4,00

1 относит, погр. % -2,67 -0,37 -2Д9 _ 0 ! -2,30 -2,91

Вес 11,63 10,89 8,25 7.60! 4,37 . 4,11

относит, погр. % 0,17 -0,09 0,49 о 1 0,46 -0,24

; 20

В табл. I в графе I приведены результаты взвешивания с приме! нием алгоритма среднего арифметического, а в графе Б" - с применеь весовой функции, рассчитанной на подавление трех частот: - 2,<

= 2,50 и £ = 2,75 (периодов в интервале времени измерения).

В этом случае окно имеет вид:

-{+01 Со$2Т}1 + йг Со$2-2я£ + а3 Со*3-2П }

где ^ = - 8,4246 • Ю-1; Ог = - 1,2424 • 10~2; 03 = -2,6193 • I

Приведенные результаты свидетельствуют о достаточной эффектив ти предложенного метода.

В'четвёртой главе анализируется структура информационной част системы автоматизированного учёта добытой руды.

В основу этой систем! положены две подсистемы: динамического взвешивания вагонеток и аналитического контроля качества горной м сы. (Последняя не входит в теку настоящих исследований). Приводят основные схемные решения, анализ информационных потоков.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Настоящая диссертационная работа является законченной научно-исследовательской работой, в которой решены актуальные научно-тех] ческие задачи.

Основные результаты выполненных исследований заключаются в сл( ющем.

1. На основании полученной математической модели механической стемы вагонетка-платформа проанализированы частотные характеристик вертикальных колебаний кузова вагонетки при наезде на платформу, I торые являются основным источником помех в измеряемом сигнале при взвешивании.

2. Выработаны и проанализированы рекомендации по конструктивы! методам снижения амплитуды колебаний кузова вагонетки за счёт вве; ния в конструкцию платформы переходных мостиков. Внедрение этих ре комендации позволяет не только снизить амплитуду указанных колебак в 5-10 раз, но также и улучшить динамику воздействия усилий на сил измерительные датчики, т.е. повысить надежность и долговечность их функционирования.

3. Разработан математический аппарат для эффективной цифровой фильтрации помех в измеряемом сигнале при взвешивании движущихся

шахтных вагонеток. Расчётные системы уравнений получены для случаев аналоговой и цифровой обработки сигнала.

Использование полученного! математического аппарата позволило синтезировать весовые функции', гибко учитывающие не только частотныг характеристики измеряемого сигнала, но и степень его дискретизации при измерении.

4. Доказана возможность использования предложенной методики синтеза весовых функций в случае неравномерной загрузки вагонеток в составе, когда основная частота динамической помехи заранее не извеси и возможно предсказать лишь диапазон её вероятных изменений.

5. Доказана возможность синтеза таких весовых функций, которые позволяют осуществлять измерение сигнала в течение интервала временз меньшего, чем два периода основной гармоники помехи, что необходимо для взвешивания быстро движущихся рудничных составов.

6. Проанализированы осциллограммы измеряемого сигнала, снятые в процессе реального движения вагонеток по весовой платформе.

7. При помощи специально разработанного микропроцессорного устрс ства получены цифровые осциллограммы измеряемого сигнала в процессе реального взвешивания движущихся рудничных вагонеток.

S. На основе полученных цифровых осциллограмм проанализирована фактическая погрешность взвешивания движущихся вагонеток при различных алгоритмах цифровой фильтрации.

9. Разработаны схемные решения и программное обеспечение инфюрмс / ционкой части системы автоматизированного учёта количества добытой горной массы, позволяющие исключать влияние механических колебании системы вагонетка-платформа на результаты взвешивания.

ОСНОВНОЕ СОдаШИЕ даСЕРТЛЦДО ОПУБЛИКОВАНО

В СЕИУВДК РАБОТАХ,

1. Плеханов Ю.В., Милохин Ю.П., Карцаева E.H., Степаненко В.Ф. Принципы построения автоматизированных систем учёта горной массы на рудниках Ыинцветкета СССР/ Сборник трудов ОНТК "Союз I&5Ä".- М.: 1988. с. 5-II.

2. Степаненко В.Ф., Воронин П.А., Мшюхин Ю.П., Карцаева E.H. Использование весовых функций при измерении постоянной составляющей сигнала с наложенной помехой, шлегацеи известный спектральный состав. Приборы и системы управления, 1988, ¡'а 12, -с. 47. •

3. Степаненко В.Ф., Мклохин Ю.П., Плеханов Ю.В., Кнауб В.В. 5;!икропроцессорная система сбора и обработки данных о производител: ности добычных и транспортных бригад на шахтах МЦМ /Тезисы доклада на конференции "Опыт разработки и внедрения АСУТП, АСУП, средств вычислительной техники и автоматизации на предприятиях Щ1 Урала, Uvi-So. - Свердловск, I98S, с. 9I-S3.

4. Степаненко В.Ф., Воронин П.А. Анализ непрерывных весовых ф; кций, применяемых при аналоговой обработке сигнала с целью выделе! его постоянной составляющей /Сборник трудов ОНТК "Союз ПМА". - М.:

5. Чебанов D.H., Степаненко В.2., Милохин Ю.П., Салунов В.д. Система взвешивания в вагонетках и автоматического учёта производи тельности очистных участков и электровозных составов /Тезисы докле дов Всесоюзного научно-технического совещания "Передовой опыт pa3j ботки, внедрения и эксплуатации систем и средств автоматизации на горнодобывающих предприятиях Щ".-.'.:., 1978, с. 75-76.

6. Гаврилов ö.Jj.., Усанов В.В., Степаненко В.Ф., Плеханов Ю.В., ¡■.¡илохин Ю.П. Комплекс технических средств весового учёта работы пс земного рельсового транспорта /Тезисы доклада к совещанию "Состоян и перспективы автоматизации процессов на открытых и подземных руда ках Цы". - Орджоникидзе, 1982, с. 45-47.

7. Степаненко В.ё., Карцаева E.H., Милохин Ю.П., Плеханов Ю.В. Система весового учёта работы подземного я/д транспорта ВИ-6. Опыт внедрения и эксплуатации Дезисы докладов к Всесоюзному научно-тех ческому совещанию "Состояние автоматизации производственных процес и перспектсгвы её развития ка предприятиях Щ". - Ордаоникядзе, IS8 с. 16-17.

8. Плеханов Ю.В., Шиохпн Ю.П., Степаненко В.Ф. Спстема автома зированного учёта добычи руды на базе ьтропродессорной техники /Т зисы докладов Всесоюзного научно-технического совещания "Применени микропроцессорных средств для автоматизации машин, оборудования и

приборов и создания АСУ в Ш". - Ы., 1985, с. 3-4.

9. Степаненко В.Ф., Вороник П.А.- Анализ вертикальных колебани рудничной вагонетки при преодолении ею вертикальной неровности рел сового пути (наезд на платформу) /Тезисы докладов научно-техническ конференции, посвященной 60-летию СКШИ.- Владикавказ, 1991, с. 146

10. Степаненко В.Ф., Карцаева E.H., Герасименко В.В. Микропроц сорная система взвешивания руды в вагонетках для подземных руднико: /Тезисы докладов к КТС. - Ы., 193П: