книги из ГПНТБ / Глушко В.В. Характеристики режимов работы горных машин и их автоматическое управление

У ДК 622.33.002.5 : 621.3.078

режимов работы этих машин. Дан краткий обзор создания САР в СССР и за рубежом.

Приведены основные характеристики горных ма­ шин: особенности режимов работы и внешней дина­ мики; характеристики внешних воздействий; воз­ можные источники технико-экономической эффектив­ ности горных машин. Рассмотрены научные методы создания САР.

Книга предназначена для научных работников и конструкторов, работающих в области создания гор­ ных машин и механизмов, а также может быть по­ лезна инженерам-производственникам горной и дру­ гих отраслей промышленности.

Таблиц 15, иллюстраций 67, список литературы — 130 названий.

Гее. публичная

научно - Т * Х Н Й - І * -кяя

библиотека С С С Р

Э К З Е М П Л Я Р Ч И Т А Л Ь Н О Г О З А Л А

ВВЕДЕНИЕ

Одной иэ ведущих отраслей народного хозяйства является уголь­ ная промышленность, призванная обеспечить дальнейшее увеличе­ ние производства топлива за счет роста производительности труда без увеличения численности работающих. Для этого необходимо широкое внедрение новой прогрессивной технологии и научной ор­ ганизации труда и создание высокопроизводительной горной тех­ ники, обеспечивающей комплексную механизацию и автоматизацию работ по выемке угля и проведению горных выработок. Над реше­ нием последней проблемы работает большое количество научноисследовательских, учебных и проектно-конструкторских институ­ тов: ИГД им. А. А. Скочинского, МГИ, ДонУГИ, Автоматгормаш, ПНИУИ, ДПИ, КПИ, ДГИ, Гипроуглемаш, Донгипроуглемаш, УкрНИИгидроуголь, Мосбассгипрогормаш, Сибгипрогормаш, Карагандауглегормаш, институт горной механики и технической кибернетики им. M . М. Федорова, а также Горловский, Копейский, Узловской, Киселевский и другие машиностроительные заводы, конотопский электромеханический завод «Красный метал­ лист», Днепропетровский и Прокопьевский заводы шахтной автоматики.

Этими организациями за последние годы была создана такая высокопроизводительная горная техника, как комплексы CA, КМ-87, ОМКТМ, ОКП, МК, «Донбасс», «Казахстан», КМ-101, КМ-81, струги и агрегаты А-3, УСБ-68 и средства для их автоматического управ­ ления.

Успешное создание новой прогрессивной горной техники стало возможным благодаря огромному творческому труду работников машиностроения.

В решение и развитие проблем совершенствования технологии и организации механизированной угледобычи внесли значительный вклад крупные организаторы угольной промышленности: А. Ф. Засядько, Н . В . Мельников, Б . Ф. Братченко, Л. Е. Графов, H . М. Худосовцев, Д. Г. Оника, а также выдающиеся советские ученые

А.М. Терпигорев,А. А. Скочинский, Л. Д. Шевяков, А. П. Судоплатов

имногие другие.

Огромный вклад в теорию и практику создания эффективных средств комплексной механизации и автоматизации технологических процессов добычи угля внесли крупные ученые: А. О. Спиваковский,

механизации и автоматизации забоев основой явились широкие ис­ следования процессов работы горных машин, выполненные А. В. То­ пчиевым, А. И. Бероном, M. М. Протодьяконовым, Л. И. Бароном, Г. В. Родионовым, Е. В. Александровым, Я. И. Алыницем и их учениками.

Перспективным планом развития угольной промышленности предусматривается довести в ближайшие годы добычу угля сред­ ствами комплексной механизации и автоматизации до 40%, а в даль­ нейшем до 90—95% общего объема добычи угля подземным спо­ собом, значительно повысив производительность труда. Для этого необходимо создать горнодобывающие комплексы, способные осу­ ществить выемку угля без постоянного присутствия людей в забое.

В настоящее время большое внимание на угольных шахтах уде­ ляется вопросам комплексной механизации и автоматизации про­ изводственных процессов. За последние годы увеличилось оснаще­ ние шахт новейшими высокопроизводительными машинами и ком­ плексами, средствами автоматизации. Изменился и подход к во­ просу автоматизации процессов на угольных шахтах. До последнего времени автоматика в основном рассматривалась как средство замены человека. Функции средств автоматики ограничивались оперативным управлением машиной или механизмом (включение, вы­ ключение и т. п.) и остановкой их после возникновения аварийного режима (опрокидывания двигателя, работы двигателя в однофазном режиме, порыве цепей, заштыбовке и т. п.). Такая направленность средств автоматизации на угольных шахтах приводила к тому, что применяемая аппаратура автоматики не всегда давала должный эффект. Многие аппараты, контролирующие режимы работы механиз­ мов и машин, на шахтах загрублялись, так как они только фиксиро­ вали режимы, но не предотвращали аварийные режимы и не ликви­ дировали их после возникновения.

В то же время научные исследования, проводимые в ИГД им. А. А. Скочинского и других организациях, показали, что при­ менение автоматического регулирования режимов работы различных процессов позволит решить очень многие вопросы на совершенно новой основе. В связи с этим автоматическое регулирование режи­ мов работы горных машин находит все более широкое применение в СССР и за рубежом. Однако работы по созданию системы автомати­ ческого регулирования (САР) связаны со значительными трудностями

4

Г л а в а 1

СОСТОЯНИЕ РАБОТ ПО СОЗДАНИЮ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

В СССР работы по созданию автоматических регуляторов режимов

работаны основные требования к автоматизации горных машин. В частности, были сформулированы так называемые минимальный и максимальный варианты автоматизации, предусматривающие со­ ответственно: поддержание постоянной мощности привода горной машины путем изменения скорости подачи при постоянной скорости резания и поддержание постоянной мощности привода путем неза­ висимого изменения скоростей подачи и резания для обеспечения работы машины при минимальной энергоемкости процесса. Вариант параметрической стабилизации, при котором поддерживается по­ стоянство соотношения скоростей подачи и резания, является промежуточным между двумя указанными выше.

За истекшее время проведена значительная работа по исследо­ ванию горных машин как объектов автоматического управления, конструированию и промышленным испытаниям автоматических регуляторов нагрузки. Этими исследованиями подготовлена база для промышленного освоения автоматических регуляторов нагрузки горных машин.

Вопросы создания автоматических регуляторов режимов работы горных машин разрабатывались институтами горного дела АН УССР, Гипроуглемашем, Донгипроуглемашем, Киевским институтом авто­ матики, Ворошиловградским филиалом Гипроуглеавтоматизации, Кузнецким научно-исследовательским угольным институтом, Гор­ лов ским и Копейским машиностроительными заводами и многими другими организациями.

Теоретические основы создания автоматизированных горных машин разработаны ИГД им. А. А. Скочинского, Киевским институ­ том автоматики, Киевским политехническим институтом, Харь­ ковским институтом радиоэлектроники, Московским, Днепропетров-

6

ским и Спердловским горными институтами, Ворошиловградским филиалом Гипроуглеавтоматизации и другими организациями [4, 5, 8,79].

Впервые автоматизированная врубовая машина изготовлена на Горловском машиностроительном заводе им. С. М. Кирова в 1933 г. («Украинка»). В 1935 г. изготовлена врубовая машина Всесоюзного электротехнического института. На базе этой машины на Горловском машиностроительном заводе в 1936 г. изготовлена небольшая партия автоматизированных врубмашин ГТА-1.

В послевоенное время в Институте горного дела АН УССР был разработан ряд конструкций автоматических регуляторов нагрузки (ЭМР-2, ЭМР-3 и др.), прошедших промышленные испытания на комбайнах «Донбасс-1» и «Донбасс-2».

Значительный объем работ по созданию автоматических регуля­ торов нагрузки был проведен Копейским машиностроительным за­ водом им. С. М. Кирова, где были изготовлены автоматизированные врубмашины КМПА, «Урал-16», а затем современная врубмашина «Урал-ЗЗА» с гидравлическим механизмом подачи.

ющими частями ГПЧА и ГПЧ-2 с автоматическими регуляторами нагрузки конструкции Киевского института автоматики (типа ЭМР-3) и Ворошиловградского филиала этого института (типа РНЛ-1).

В1963 г. выпущена опытная партия комбайнов ЛГД-2 с регу­ лятором РНЛ-2. В последующие годы Киевским институтом авто­ матики были разработаны и испытаны автоматические регуляторы комбайнов БК-1 и др. [33, 42, 46].

Втечение 1964—1968 гг. разработаны и испытаны в промышлен­ ных условиях на комбайнах МКМ, К-101, 2К52, БК Т и других автоматические регуляторы нагрузки конструкции Ворошиловград­ ского филиала Гипроуглеавтоматизации САДУ-1, САДУ-2, САУК-1 [38, 39, 49].

Следует отметить особенность конструкции последних типов ре­ гуляторов, объединяющих автоматическое и дистанционное управ­ ление. Автоматическое регулирование режима работы добычных машин создает условия для перехода к дистанционному управле­ нию. Этому способствовали и возросшие требования к обслужива­ нию узкозахватных машин, скорость подачи которых значительно выше по сравнению с широкозахватными. В проекте новых ПБ запрещено находиться машинисту комбайна у пульта управления при скоростях подачи свыше 3 м/мин, особенно при работе на пластах угля, подверженных внезапным выбросам.

Ворошиловградским филиалом Гипроуглеавтоматизации разра­ ботаны системы дистанционного и автоматического управления комбайнами К-101, БК-101 (система САДУ-1), а также комплек­ сами БКТ , УК Р «Темп» и другими с вынесенными механизмами подачи комбайнов для пологих и крутых пластов (системы САУК-1, САДУЛ-1). В 1966—1967 гг. проведены промышленные испытания

7

им. С. М. Кирова выпущена промышленная партия автоматизирован­ ных комбайнов 2К52 с регуляторами нагрузки САДУ-2, успешно эксплуатирующихся на шахтах Донбасса. В настоящее время регу­ ляторы САДУ-2 выпускаются серийно конотопским заводом «Крас­ ный металлист».

В ИГД им. А. А. Скочинского ведутся работы по созданию си­ стемы параметрической стабилизации [6, 9, 10]. В 1967 г. в Донбассе испытан экспериментальный комбайн 1К52ШЭ с приводом постоян­ ного тока и с системой параметрической стабилизации. Ведутся работы по разработке систем автоматического регулирования, обес­ печивающих автоматизацию режима работы по максимальному варианту. Ворошиловградским машиностроительным институтом и Автоматгормашем разработано уже несколько вариантов схем таких регуляторов. Применительно к буровым установкам такие системы разрабатываются Свердловским горным институтом [113]. Институтом Автоматгормаш и Горловским машиностроительным заводом разработаны и прошли промышленные испытания элек­ трические подающие части с двигателями постоянного тока. Ана­ логичные работы ведутся и другими институтами. Институтами Автоматгормаш и Донгипроуглемаш созданы системы радиоупра­ вления комбайнами.

Широкое развитие работы по автоматизации горных машин по­ лучили в Англии, где институтом CEE Бретби разработан ряд встро­ енных и вынесенных автоматизированных механизмов подачи [36]. Автоматизированная вынесенная подающая часть предназначена для комбайнов, работающих на тонких пластах. При этом комбайн по­ дается вдоль лавы бесконечной цепью, проходящей через приводную и концевую головки, установленные на каждом конце забойного скребкового конвейера. Система управления подающей части обес­ печивает поддержание постоянства токовой нагрузки электродвига­ теля путем изменения скорости подачи. В 1965 г. работали четыре таких установки. Намечалось ввести еще десять установок.

Этим же институтом разрабатывается невынесенная гидрав­ лическая подающая часть с системой автоматического регулирования скорости подачи в зависимости от крутящего момента на валу ра­ бочего органа.

В Англии было впервые применено на комбайне «Андертон» [96] автоматическое регулирование скорости подачи в случае пре­

8

б) поддержание постоянной величины скорости подачи при производстве маневровых операций на комбайне или при какихлибо затруднениях.

Скорость подачи комбайна может регулироваться в пределах О—9 м/мин и не должна превышать заранее установленного макси­ мума. Датчиком мощности двигателя в комбайне в системе авторегу­ лирования служит преобразователь Холла. Для предотвращения в гидросистеме чрезмерных давлений применяются следующие виды защиты:

а) при увеличении давления в гидросистеме до 1,6 кн/см2 произ­ водится снижение скорости подачи с помощью особого клапана, перепускающего часть жидкости;

б) при дальнейшем увеличении давления до 2 кн/см2 срабатывает другой вентиль, закорачивающий весь поток насоса. Последний вен­ тиль используется и для экстренной остановки комбайна.

Сброс скорости подачи до нуля производится за 1,5 сек. В случае остановки комбайна установка скорости подачи автоматически пере­ ключается на нулевое положение.

Двусторонний комбайн «Трепаннер», работающий с рамы конвей­ ера, также имеет гидравлический механизм подачи, обеспечивающий автоматическую регулировку скорости в зависимости от токовой на­ грузки электродвигателя комбайна [2]. Подобной же системой ос­ нащаются комбайны А. В. Сикстен, предназначенные для разработки пластов мощностью до 3 м [28]. Комбайн также может управляться вручную или дистанционно.

Этот метод управления применен и на комбайнах типа «Миниматик», предназначенных для выемки тонких пластов мощностью от 0,6 до 1 м [16]. Скорость подачи может регулироваться от 0 до 9 м/мин.

Автоматическое регулирование скорости подачи в зависимости от нагрузки главного электродвигателя комбайна имеется и на боль­ шинстве комбайнов с вынесенным механизмом подачи, например на врубо-навалочной машине челнокового действия типа AB 10/12 для выемки тонких пластов, перемещение которой осуществляется бесконечной цепью [1, 24, 56]. Гидродвигатель вынесенной подающей части совместно с ведущей звездочкой установлен на головке забой­ ного конвейера. Управление вынесенным механизмом подачи осуще­ ствляется дистанционно с машины или со штрека [56]. Комбайн оборудован звуковой предупредительной сигнализацией. К такому типу машин относится и комбайн«Машамр 105», предназначенный для выемки пластов мощностью от 0,6 до 0,9 м. Перемещение комбайна осуществляется по конвейеру. Кроме автоматического имеется и дис­ танционное регулирование подачи. Для этого используется высоко­ частотный потенциометр, связанный с рейкой диска, регулирующего производительность гидронасоса, и электронная схема сравнения [15, 54, 56]. Комбайн оборудован предупредительным сигнальным устройством.

К этому же типу машин относятся комбайны BID и AB 16/125 Последний фирмы «Джой-Сулливан и Гринсайд») [83].

9