Введение к работе
Актуальность проблемы. Современные карьеры и разрезы - это мощные горнодобывающие предприятия, содержащие огромный парк добычных и транспортных машин, работающих в тяжелых климатических и производственных условиях Одним из основных видов машин на таких предприятиях являются карьерные экскаваторы-мехлопаты Этот вид машин определяет производительность горного предприятия, а следовательно, и эффективность горного производства в целом Для сохранения конкурентоспособности на мировом рынке горнодобывающие предприятия постоянно совершенствуют этот парк машин с целью повышения производительности и эффективности работы по добыче полезных ископаемых
Одним из способов повышения производительности экскаваторов-мехлопат является переход от системы генератор-двигатель (Г-Д) с силовым магнитным усилителем (СМУ) к системе с тиристорным возбудителем (ТВ)
Переход к быстродействующей системе Г-Д с ТВ обеспечил повышение производительности карьерных экскаваторов Вместе с тем возникли проблемы, связанные с увеличением быстродействия электроприводов, на их работу стала существенно влиять упругость передач. Наличие канатов в механизмах подъема и напора экскаваторов-мехлопат привело к тому, что динамические нагрузки, возникающие в процессе копания, могут превышать расчетные или допустимые в 3-3,5 раза. Кроме того, экскаватор относительно часто работает в режиме стопорения рабочего органа, когда нагрузка на привод подъема резко возрастает до значительных величин. В этом случае, как показывают исследования, динамические нагрузки могут возрастать до 5-6-кратных от расчетных
Динамические нагрузки, возникающие в процессе работы экскаватора-мехлопаты, имеют большие амплитудные значения и носят резко выраженный колебательный характер. Все вместе это приводит к увеличению нагрузки в рабочем оборудовании экскаватора. Это приводит к накоплению усталостных напряжений в материалах передач, их быстрому разрушению и выходу из строя. Следствием этого являются многочисленные простои экскаваторов-мехлопат. 70-80% которых приходится на простои от поломки механического оборудования Многочисленные исследования показывают, что на механическую часть карьерных экскаваторов приходится 60-65% от всех отказов. Такие длительные простои экскаваторов резко снижают эффективность горного производства.
Поэтому разработка структур систем управления электроприводами главных механизмов одноковшовых экскаваторов-мехлопат рациональных по критерию минимума колебательных динамических нагрузок в рабочем оборудовании, является актуальной научной задачей.
Целью работы является исследование динамических процессов в электроприводах главных механизмов одноковшовых экскаваторов-мехлопат на основе математических моделей и установление аналитических зависимостей
протекания этих процессов для разработки структур систем управления, направленных на повышение технического ресурса копающих механизмов.
Идея работы состоит в совершенствовании динамических свойств электромеханических систем одноковшовых экскаваторов за счет структурно-параметрической оптимизации по критерию максимального ограничения динамических нагрузок.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
Математические модели экскаваторных электроприводов с различными структурами управления, учитывающие колебательные процессы в электромеханической системе
Аналитические зависимости параметров электромеханических систем от показателей колебательности для структур систем управления со стандартной настройкой и дополнительной гибкой обратной связью по моменту нагрузки в упругом элементе
3. Метод синтеза систем управления электроприводами главных механизмов одноковшовых экскаваторов, учитывающий области допустимых параметров электромеханической системы
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций диссертационной работы подтверждаются корректным применением математических методов ТАУ, теории электропривода, методов имитационного моделирования, сравнением результатов аналитических исследований и имитационного моделирования с данными промышленных экспериментов, а также достаточной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований (расхождение в пределах 10-15%).
Научная новизна полученных результатов исследования состоит:
в разработке математических моделей систем управления электроприводами при управляющем и возмущающем (стопорном) режимах работы для анализа динамических процессов в электроприводах одноковшовых экскаваторов;
в установлении закономерностей динамических процессов в электромеханических системах одноковшовых экскаваторов, используемых для разработки структур систем управления электроприводами, обеспечивающих ограничение динамических нагрузок
Практическое значение работы заключается в разработке:
рекомендаций по выбору рациональной структуры системы управления электроприводами главных механизмов одноковшовых экскава-торов-мехлопат по критерию максимального ограничения динамических нагрузок;
методики синтеза замкнутых систем управления электромеханическими системами одноковшовых экскаваторов-мехлопат
Реализация результатов работы.
Рекомендации по выбору рациональной структуры системы управления электроприводами главных механизмов одноковшовых экскаваторов-мехлопат по критерию максимального ограничения динамических нагрузок, методика синтеза замкнутых систем управления электромеханическими сис-
темами одноковшовых экскаваторов-мехлопат приняты к внедрению в ОАО "Лебединский ГОК" (г Губкин, Белгородская обл )
Апробация работы.
Основные положения и разделы диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных симпозиумах "Неделя горняка - 2006, 2007" (Москва, 2006, 2007); на научных семинарах кафедры "Электрификация и энергоэффективность горных предприятий" МГГУ, на V Международной научно-практической конференции "Наука и новейшие технологии при поисках, разведке и разработке месторождений полезных ископаемых" (Москва, 2006); на научно-практической конференции "Актуальные проблемы электроэнергетики" (Нижний Новгород, 2006)
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 6 научных работ, из них 4 в изда
ниях, рекомендованных ВАК России I
Структура и объем диссертации. '
Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, содержит 31 рисунок, 6 таблиц, список литературы из 78 наименований и 2 приложения
