Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
1. ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ПНЕВМОКОЛЁСНЫХ
ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН 8
КЛАССИФИКАЦИЯ И ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПНЕВМОКОЛЁСНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН 8
АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
И СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ 15
ОБОСНОВАНИЕ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ВНЕДРЕНИЯ РЕГУЛИРУЕМОГО БЕСКОНТАКТНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА 23
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ПНЕВМОКОЛЁСНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН НА БАЗЕ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ БЕСКОНТАКТНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ 30
ТИПЫ И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ДВИГАТЕЛЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ПНЕВМОКОЛЁСНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН 30
СТРУКТУРА ЭЛЕКТРОТРАНСМИССИИ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЙ ТРЕБОВАНИЯ ЭКОЛОГИЧНОСТИ 35
1.5 ВЫВОДЫ 44
2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЭЛЕКТРОТРАНСМИССИИ
ПНЕВМОКОЛЁСНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН НА БАЗЕ
АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ
РОТОРОМ 45
МОДЕЛЬ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА И ВЫПРЯМИТЕЛЯ 46
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТЯГОВОГО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ 51
2.3. СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТЯГОВЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ
ПНЕВМОКОЛЁСНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН 54
СИСТЕМА ВЕКТОРНОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЯГОВЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ 57
СИСТЕМА ПРЯМОГО ЦИФРОВОГО УПРАВЛЕНИЯ МОМЕНТОМ ДЛЯ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА 63
2.4. РАСЧЁТ УСИЛИЙ, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ТЯГОВОГО ПРИВОДА
САМОСВАЛА 72
РЕАЛИЗАЦИЯ КАСАТЕЛЬНОЙ СИЛЫ ТЯГИ АВТОМОБИЛЯ 73
СИЛЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ АВТОМОБИЛЯ 75
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЭЛЕКТРОТРАНСМИССИИ КАРЬЕРНОГО АВТОСАМОСВАЛА В СРЕДЕ SIMULINK-MATLAB 79
ВЫВОДЫ 84
3. МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ
ТЯГОВЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ПНЕВМОКОЛЁСНЫХ
ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН 85
ikl 3.1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ АВТОМАТИЗАЦИИ
ПНЕВМОКОЛЕСНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН 85
АНАЛИЗ И ВЫБОР СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 89
СТРУКТУРА И АЛГОРИТМ РАБОТЫ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ УПРАВЛЕНИЯ ТЯГОВЫМ ПРИВОДОМ ПНЕВМОКОЛЕСНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН 99
ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА РЕАЛИЗАЦИИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРИВОДОМ ПНЕВМОКОЛЕСНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН Ill
3.5. ВЫВОДЫ 122
*' 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЧАСТОТИО-
РЕГУЛИРУЕМОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПНЕВМОКОЛЕСНЫХ
ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН 123
4.1. МАКЕТ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
С ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ ЧАСТОТЫ 123
МОДЕЛИРОВАНИЕ НАГРУЗКИ, ХАРАКТЕРНОЙ ДЛЯ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПНЕВМОКОЛЕСНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН 130
АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 134
ВЫВОДЫ 136
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 137
* СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 139
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 148
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 152
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 166
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 169
ПРИЛОЖЕНИЕ 5 172
ПРИЛОЖЕНИЕ 6 175
'.+
Введение к работе
Карьерный автотранспорт предназначен для транспортировки горной массы при подготовке и разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом, а также при строительстве гидротехнических, ирригационных и иных сооружений. На горных предприятиях автомобили работают в комплексе с различными видами экскаваторов, погрузчиками и другими выемочно-погрузочными средствами и, благодаря своей мобильности, остаются перспективными на отдалённое будущее.
Очевидно, что от качества работы автотранспорта в значительной мере зависит эффективность работы всего горного предприятия. Поэтому к автотранспорту с точки зрения производительности и надёжности предъявляются жёсткие требования. Совершенствование конструкций автомобилей направлено на получение наиболее высоких технико-экономических показателей. На рынке автосамосвалов традиционно конкурируют два типа трансмиссий - гидромеханическая (ГМТ) и электромеханическая (ЭМТ). И если до недавнего времени на автосамосвалах при грузоподъёмности свыше 60-70 т считалось целесообразным применять только электротрансмиссию, то с развитием электронных систем управления и контроля было освоено производство большегрузных (136 т и выше) самосвалов с гидромеханической трансмиссией.
Самосвалы с ГМТ получают значительное преимущество в условиях интенсивного углубления карьеров, удлинения расстояний транспортирования и увеличения удельного веса наклошшіх участков дорог в разрезах. Тенденция к возрастанию сбыта автомобилей грузоподъёмностью 110-220 тонн с ГМТ проявилась с 1994-1995 гг. Однако экологические проблемы загрязнения атмосферы заставляют обращаться к электротяге, для которой электротрансмиссия является единственно возможным типом передачи энергии. Поэтому автомобили с ЭМТ остаются конкурентоспособными, и поиски путей и способов совершенствования конструкции электрических трансмиссий продолжаются.
В настоящее время карьерные автосамосвалы с электромеханической трансмиссией производства Белорусского автомобильного завода оснащаются исключительно электроприводом постоянного тока. С развитием технологий в электромашиностроении, связанных с производством тяговых электродвигателей, стало возможным производство мощных тяговых электродвигателей постоянного тока 300 - 700 кВт, что позволило повысить грузоподъёмность до 220 тонн. Но при всех своих достоинствах ЭМТ постоянного тока имеет весьма существенные недостатки, которые явились сдерживающим фактором дальнейшего широкомасштабного развития карьерного автотранспорта с ЭМТ. Технологические особенности производства тяговых электромашин постоянного тока особо большой мощности - 1000 кВт и более не оправдывают создание карьерных автосамосвалов грузоподъёмностью более 250 тонн с использованием электродвигателей постоянного тока по ряду причин: массогабаритные показатели нарушают компоновочный баланс; снижается надежность коллектора при больших рабочих токах; увеличение цены электротрансмиссии непропорционально повышению мощности. Приведённые факторы заставляют искать новые пути построения тягового электропривода.
Одним из путей является использование частотно-регулируемых электроприводов переменного тока. Развитие силовых полупроводниковых приборов и микропроцессорных систем управления позволило реализовать ранее неразрешимую задачу - создать тяговый привод переменного тока для карьерных автосамосвалов особо большой грузоподъёмности, конкурентный по цене, не уступающий или превосходящий по тягово-динамическим характеристикам приводы постоянного тока и обладающий широкими возможностями в части оптимизации алгоритмов управления при разгоне, движении и торможении.
К настоящему времени проведён значительный объём работ по созданию электропривода переменного тока для карьерного автотранспорта, как в Российской Федерации, так и за рубежом. Среди них можно выделить
работы Кулешова А.А. [35, 46, 51], Ефремова И. С, Пролыгина А.П., Андреева Ю.М., Миндлина А.Б. [1, 30, 31], Кучинского В,Г.[13], Подобедова Е.Г. [52] и др. Интерес к тяговому электроприводу самосвалов проявляют и зарубежные фирмы. Компания Siemens (Германия) выполнила электротрансмиссию полностью на переменном токе для дизель-троллейвозов грузоподъёмностью 360 тонн фирмы Liebherr и 255 тонн производства Euclid-Hitachi. Привод был выполнен по схеме «неуправляемый выпрямитель — инвертор напряжения с ШИМ-модуляцией — асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором»[66].
Таким образом, совершенствование тяговых электроприводов автотранспорта в плане повышения производительности, эксплуатационной надежности и долговечности электрического и механического оборудования путём применения бесконтактных электродвигателей переменного тока является задачей актуальной.
Главная идея работы состоит в использовании при построении комплексной системы электротрансмиссии переменного тока современной силовой элементной базы и нового алгоритмического обеспечения микропроцессорной системы управления.
Реализация идеи работы позволит создать систему электродвижения автосамосвалов, обеспечивающую повышение экологичности и эффективности использования карьерного автотранспорта за счет применения комбинированного источника электропитания и бесконтактного электропривода переменного тока, что явилось целью диссертационного исследования. Достижение поставленной цели требовало решения следующих задач:
анализа работы привода пневмоколёсных транспортных машин и обоснования целесообразности использования электропривода переменного тока с частотным регулированием;
сравнительного анализа структур и характеристик тяговых электроприводов переменного тока для автосамосвалов, выбора типа электропривода и структуры электротрансмиссии;
разработки математических моделей электротрансмиссии и инженерных методов анализа режимов работы электропривода переменного тока автосамосвала;
разработки технических средств и алгоритмов управления тяговым электроприводом самосвала;
синтеза алгоритмов управления тяговым электроприводом с реализацией на микропроцессорных аппаратных средствах.
При проведении теоретических исследований были использованы аналитические методы теории электропривода и теории автоматического регулирования, а также численные методы решения систем дифференциальных уравнений и методы математического моделирования. Экспериментальные исследования проводились на лабораторных макетах элементов системы.
Научная новизна заключается в разработке математической модели электротрансмиссии переменного тока автосамосвала с использованием стандартных пакетов программ MatLab, Simulink, а также в обосновании и разработке эффективных алгоритмов управления бесконтактным тяговым электроприводом карьерных автосамосвалов.
Практическую значимость имеют разработанные структура электротрансмиссии карьерных автосамосвалов и алгоритм системы управления тяговым электроприводом переменного тока на базе полупроводникового преобразователя частоты на полностью управляемых полупроводниковых элементах и асинхронного тягового двигателя.
