Буровым станком на примере станка СБШ 250/270-15

Микропроцессорная система управления карьерным буровым станком представлена на рис. 1.9.

Рис. 1.9. Микропроцессорная СУ карьерным буровым станком

Система является программно-аппаратной, двухуровневой.

Первый уровень управления включает в себя автоматические регуляторы, пусковую аппаратуру и датчики и реализуется аппаратным способом.

Второй уровень управления выполнен на базе программируемого логического контроллера.

На схеме обозначено:

ПЛК – программируемый логический контроллер, в качестве которого рекомендуется использовать систему автоматизации Simatic C 7, Ф. Siemens;

– ПИ-регуляторы аналоговые;

– аналоговые датчики глубины скважины, вибрации, скорости бурения, момента двигателя вращателя, давления в пневмосистеме очистки скважин, частоты вращателя долота, усилия подачи (осевой нагрузки) соответственно;

– дискретные датчики состояния и/или положения механизмов станка;

– вектор сигналов дискретных датчиков;

– вектор сигнала аналоговых датчиков;

– вектор возмущающих воздействий;

– пусковая аппаратура (реле, контакторы, пускатели) для управления исполнительными механизмами станка (электроприводами вентиляторов обдува электродвигателей, компрессоров, гусениц и маслонасосов, гидроприводами горизонтирования станка, подъема мачты, наращивания и разборки бурового става
и сепаратора);

ЭПВ, ЭПП – главные электроприводы станка вращателя
и подачи;

БС – буровой став;

ИМ – исполнительные механизмы станка.

ПЛК выполняет в системе следующие функции:

· Формирование оптимальных заданий и в соответствии с приятным критерием оптимизации;

· Логическое управление главными электроприводами
и ИМ с формированием следующих дискретных сигналов:

– вектор дискретных сигналов управления главными электроприводами (включить питание силовых преобразователей, осуществить реверс и т.п.);

– вектор дискретных сигналов управления ИМ;

· Обмен информацией с компьютером диспетчера. К диспетчеру направляется информация о количестве пробуренных метров и состоянии станка. От диспетчера поступает задание критерия оптимального управления;

· Визуализация (графики параметров работы станка, мнемосхема – состояние механизмов станка).

Функции машиниста станка:

· Формирование команд управления станком:

- включить питание;

- переезд на новую скважину;

- начать бурение;

- экстренный останов при аварийных ситуациях и др.;

· Задание уставок защиты, а также критерия оптимального управления бурением;

· Контроль за работой станка (при необходимости ручное управление);

· Ввод информации о причинах простоя для передачи диспетчеру.

1.2. Автоматизация процессов экскавации

1.2.1. Основные направления автоматизации
карьерных экскаваторов

В качестве основных направлений автоматизации одноковшовых карьерных экскаваторов следует отметить следующие:

· Совершенствование систем автоматизированного электропривода;

· Автоматическая защита рабочих механизмов от аварийных режимов;

· Автоматизация отдельных операций цикла: копания, транспортных операций;

· Cоздание АСУ экскаватором, обеспечивающей:

- программно-логическое управление циклом экскавации
с автоматическим регулированием параметров технологических операций цикла;

- автоматический контроль загрузки транспортных средств;

- технологический контроль и учет работы экскаватора (количество экскавируемой горной массы, расход электроэнергии, время и причины простоев, текущие параметры цикла и др.);

- технический контроль (диагностика) состояния рабочих механизмов и системы управления экскаватором.

1.2.2. Автоматическое управление процессом копания
мехлопатой с неповоротным ковшом

Технологическая схема процесса копания экскаватором
с неповоротным ковшом представлена на рис. 1.10.

Рис. 1.10. Технологическая схема процесса копания

На схеме обозначено:

ЭПП, ЭПН – электроприводы механизмов подъема и напора;

– угол поворота рукоятки в вертикальной плоскости;

– выдвижение рукояти;

– угол откоса забоя;

– кинематический угол резания;

– скорости напора и подъема;

– толщина стружки;

– абсолютная скорость движения ковша,

;

– первая фаза копания: планирование подошвы забоя.
В этой фазе система управления должна обеспечить движение ковша по горизонтали ();

– фаза собственно копания, в которой требуется стабилизировать мощность привода подъема и ограничить угол резания не ниже некоторого минимального значения;

– фаза обработки верхней части забоя, в которой требуется исключить появление нависающих козырьков в забое путем обеспечения движения ковша по прямой линии под углом относительно горизонтали.

Автоматическое управление наиболее трудоемкой операцией цикла экскавации копанием (черпанием) обеспечивает:

- сокращение длительности операции копания и, как следствие, сокращение длительности цикла и рост производительности экскаватора на 5–10 %;

- сокращение затрат электроэнергии за счет оптимизации угла резания, автоматического обхода препятствий и быстрого вторичного заглубления ковша;

- повышение безопасности ведения горных работ.

Ниже рассмотрены принципы управления копанием мех-лопатой с неповоротным ковшом для различных фаз.

Управление копанием в фазе 1 может быть осуществлено путем управления выдвижением рукояти в функции угла ее поворота. На рис. 1.11 показан принцип управления выдвижением
рукояти.

Рис. 1.11. Структурная схема (а) и характеристика задающего устройства (б) системы управления копанием в фазе 1:
ЗУ – задающее устройство; – датчик выдвижения рукояти;
– выдвижение рукояти в вертикальном положении (при )

Характеристика ЗУ строится по результатам графических определений для разных значений при условии движения ковша в нижней части забоя по горизонтали ().

Управление копанием в фазе 2 может быть осуществлено на принципе стабилизации нагрузки привода подъема путем изменения скорости напора при постоянной скорости подъема:

;

;

(как правило, );

.

САУ копанием для экскаваторов ЭКГ-15/ЭКГ-10 (для
фазы 2) представлена на рис. 1.12.

Статическая характеристика управляющего устройства системы представлена на рис. 1.13. При в качестве нагрузки привода подъема может быть принят его ток, так как
в этом случае его значение пропорционально мощности.

Рис. 1.12. Структурная схема САУ копанием экскаваторов-мехлопат: УУ – управляющее устройство; – датчик тока электродвигателя подъема; – ток двигателя
подъема заданный, измеренный и фактический соответственно;

– момент статический на валу ЭПП

Рис. 1.13. Статическая характеристика управляющего устройства

Заданный ток электродвигателя подъема принимается равным 90 % от тока отсечки: .

Статическая характеристика САУ копанием показана на рис. 1.14.

Рис. 1.14. Статическая характеристика САУ копанием мехлопаты

в фазе 2: – стопорный ток электродвигателя подъема

Процесс работы системы (см. рис. 1.13, 1.14) можно описать следующими выражениями:

(1.16)

Недостатком этой системы является образование ям в нижней части забоя и нависающих козырьков в верхней части забоя, на устранение которых требуются дополнительные горные
работы.

1.2.3. САУ копанием механической лопатой
с поворотным ковшом

Достоинством экскаватора с поворотным ковшом является возможность управления движением ковша по линейным траекториям.

Благодаря этому обеспечивается:

· Селективная выемка наклонных и крутопадающих пластов и, как следствие, повышение качества вынимаемого угля;

· Возможность копания с оптимальным углом резания;

· Работа в нижней части забоя без образования ям;

· Отсутствие нависающих козырьков;

· Полная (без налипания) разгрузка ковша вследствие возможности его установки в горизонтальное положение.

Технологическая схема процесса копания экскаватором
с поворотным ковшом представлена на рис. 1.15. Ковш оснащен гидроприводом ГПК.

Рис. 1.15. Технологическая схема копания: – угол наклона

траектории движения ковша (угол наклона пласта);
– угол поворота ковша относительно рукояти;
– кинематический угол резания

На рис. 1.16 представлен треугольник ЕКС, из которого можно получить зависимости угла поворота ковша от угла поворота рукояти в вертикальной плоскости и скорости напора от угла и скорости поворота рукояти и ее выдвижения .

Рис. 1.16. Треугольник ЕКС для определения

зависимостей ,

Скорость движения ковша определяется как сумма векторов

, (1.17)

где – угловая скорость поворота рукояти.

Из анализа углов и скоростей (см. рис. 1.16) можно записать для системы управления копанием заданные значения скорости напора и угла поворота ковша в следующем виде:

(1.18)

Структурная схема САУ копанием мехлопаты с поворотным ковшом представлена на рис. 1.17.

Рис. 1.17. Структурная схема САУ копанием мехлопаты

с поворотным ковшом: ЗП – задатчик параметров копания;

ВЗУ – вычислительное и задающее устройство; – угол

поворота рукоятки при планировании нижней части забоя

На рис. 1.18 показан процесс заглубления ковша при планировании подошвы забоя таким образом, что поворот рукояти на угол задает толщину стружки h для заполнения ковша за один проход.

Рис. 1.18. Угол поворота рукояти при планировании

ВЗУ вычисляет задания для САР скорости напора и САР угла поворота ковша по уравнениям (1.18).

Заданная скорость подъема принимается максимальной

.

Для технической реализации системы необходимы следующие датчики:

– угловых перемещений и ;

– выдвижения рукоятки ;

– угловой скорости и скорости выдвижения рукояти .

1.2.4. Компьютерная система управления процессом

экскавации мехлопатой

Автоматизация карьерных экскаваторов циклического действия позволяет исключить либо ограничить влияние человеческого фактора на эффективность их функционирования. Неквалифицированное управление, ограничение видимости ночью
и при неблагоприятных погодных условиях, снижение рабочих скоростей механизмов при работе в дальних забоях, утомляемость машинистов существенно снижают производительность одноковшовых экскаваторов. В результате неоптимального управления машинистом процессом копания (наполнением ковша горной массой) возникает повышенный расход электроэнергии.

Современные компьютерные информационные технологии
с применением микропроцессорной техники позволяют создать надежную и эффективную автоматизированную систему управления процессом экскавации одноковшового карьерного экскаватора. Логика управления таким экскаватором очень сложна, а количество необходимой информации велико. Все это приводит
к целесообразности использования иерархической структуры системы с двумя уровнями управления. Верхний уровень – это автоматизированное рабочее место машиниста экскаватора. Управляющий компьютер решает задачи координации работы приводов рабочих механизмов экскаватора, оптимизации и визуализации процесса экскавации. Нижний уровень управления представляет собой группу микропроцессорных контроллеров, сопряженных с управляющим компьютером, формирующих и реализующих совместно с электроприводами программы управления движением рабочих механизмов экскаватора – подъема, напора и поворота. Выбор и контроль выполнения программы отработки блока забоя с одной стоянки экскаватора и корректировку при необходимости траекторий движения рабочих механизмов путем прямого воздействия на командоконтроллеры приводов осуществляет машинист экскаватора. После отработки блока забоя машинист также управляет перемещением экскаватора на новую стоянку и установкой ковша в точку начала автоматической отработки очередного блока забоя, имеющего определенные геометрические параметры – высоту, ширину и глубину.

Рассмотрим принципы построения компьютерной системы управления экскаватором-мехлопатой, осуществляющей отработку забоя снизу вверх и погрузку горной массы в автосамосвал. Рабочий процесс циклический. Каждый цикл экскавации состоит из четырех основных последовательно выполняемых операций: копания (наполнения ковша), перемещения груженого ковша
к месту разгрузки, разгрузки ковша в автосамосвал и перемещения порожнего ковша в забой – в точку начала очередного копания.

Наиболее сложной задачей является управление операцией копания. Оптимизация управления процессом копания включает в себя:

· Достаточно хорошую планировку плоскости подошвы забоя. Это достигается обеспечением движения зубьев ковша по горизонтали в начальной части процесса копания путем регулирования скорости напора в функции отклонения выдвижения рукояти от заданного значения;

· Полное использование мощности привода подъема, что позволяет обеспечить минимальное время копания. Это достигается управлением копанием после планирования подошвы забоя по принципу стабилизации тока двигателя подъема при максимальности скорости подъема ковша;

· Быстрое вторичное заглубление ковша после обхода им скального включения. Это может быть обеспечено ступенчатым снижением скорости подъема в период относительно малой нагрузки двигателя подъема. Такое управление сокращает длительность и энергозатраты на копание;

· Оптимальный угол резания, обеспечивающий наилучшие энергетические показатели процесса копания. Это может быть достигнуто обеспечением движения ковша по определенной траектории с наименьшей энергоемкостью процесса резания.

Основной задачей оптимизации транспортирования ковша (переноса ковша на разгрузку, возврата его в забой) является синхронизация работы механизмов подъема, тяги и поворота для получения минимальной длительности операций переноса и ограничения динамических нагрузок.

В общем случае компьютерная система управления мехлопатой должна обеспечить выполнение следующих основных функций:

· Автоматическое управление циклами экскавации в течение отработки заранее определенного блока забоя с одной стоянки экскаватора;

· Оптимизацию управления операциями копания и транспортирования ковша с целью сокращения длительности цикла работы экскаватора, снижения динамических нагрузок, а также экономии электроэнергии;

· Автоматическое управление механическими тормозами приводов подъема, напора и поворота и звуковым сигналом (сиреной);

· Ручное управление процессом экскавации машинистом при помощи командоконтроллеров электроприводов рабочих механизмов экскаватора;

· Автоматический контроль параметров и ситуаций в забое:

– координат ковша в пространстве забоя угла поворота (подъема) рукояти в вертикальной плоскости, выдвижения рукояти и угла поворота платформы экскаватора соответственно;

– весовой загрузки ковша G и автосамосвала S G;

– крена экскаватора – продольного g и поперечного Q;

– конечных положений рукояти по углу подъема
и выдвижению , ;

– токов электродвигателей I _п, I _н, I _в и скоростей движения w_п, v _н,w_в приводов, подъема, напора и поворота соответственно;

– количества циклов и отгруженной горной массы с отсчетом от начала текущей смены;

– появления характерных ситуаций (рабочих сцен) S в забое:

а) наличие автосамосвала в точке разгрузки;

б) появление ковша в точках разгрузки в автосамосвал и начала копания в забое;

в) образование опасных нависей (козырьков) в забое, угрожающих обрушением и сползанием уступа;

· Автоматическую защиту (прекращение процесса экскавации):

– при превышении длительности любой операции цикла допустимого значения;

– чрезмерной загрузке автосамосвала;

– переподъеме ковша;

– недопустимом выдвижении рукояти;

– срабатывании электрозащиты любого из главных электроприводов;

· Автоматическую блокировку (запрет процесса экскавации):

– при появлении опасных нависей в забое;

– отсутствии автосамосвала в точке разгрузки ковша;

– возникновении предельного крена экскаватора;

· Автоматическую сигнализацию:

– звуковую о начале цикла (предупредительная) и возникновении предаварийной ситуации;

– световую о режиме управления («Автомат.», «Руч.»);

· Визуализацию (отображение информации на экране компьютера):

– выполняемой операции и положения ковша в пространстве забоя (мнемосхема процесса экскавации);

– весовой загрузки автосамосвала, количества отгруженной горной массы и числа циклов (цифровая индикация);

– причин срабатывания защит и автоблокировок (световое табло на экране).

Структура компьютерной системы управления работой мехлопаты, обеспечивающей выполнение вышеперечисленных функций, приведена на рис. 1.19.

Рис. 1.19. Структурная схема компьютерной системы управления процессом экскавации мехлопаты

На схеме приняты следующие обозначения:

УК – управляющий персональный или промышленный компьютер;

С – сирена (звуковой сигнал);

КК – командоконтроллеры ручного управления электроприводами экскаватора;

– микропроцессорные контроллеры электроприводов подъема, напора и вращения соответственно;

– электроприводы подъема, напора и вращения, содержащие каждый из них САР скорости и тока, механический тормоз и схему управления соответственно;

– датчики тока, скорости и перемещения приводов подъема, напора и вращения соответственно;

ДКЭ – датчики крена экскаватора;

ДВ – датчик веса горной массы в ковше;

МЗ – машинное зрение, обнаруживающее появление в забое характерных ситуаций;

КВ – конечные выключатели, срабатывающие при предельном положении рукояти по углу подъема и выдвижению;

– электропривод открывания днища ковша.

Микропроцессорные контроллеры главных электроприводов выполняют функции программных задатчиков скорости движения соответствующих рабочих механизмов (формирование заданных значений скорости для каждой операции цикла и управления заданием при выполнении функций защиты и блокировки) и формирователей дискретных сигналов управления соответствующими тормозами, возбуждением двигателей и элементами световой сигнализации, а также осуществляют обмен информацией с управляющим компьютером.

Основные функции управляющего компьютера:

· Хранение программ отработки блока для различных забоев. Каждая такая программа содержит: а) последовательность координат начальных точек копания и координаты точки разгрузки ковша, определяемых на основании параметров ведения горных работ в забоях; б) последовательность команд включения и останова электроприводов экскаватора в текущем цикле экскавации;

· Управление последовательностью операций в цикле;

· Управление звуковым сигналом;

· Защита и блокировка процесса экскавации;

· Вычисление длительности и величин установившихся скоростей движения приводов для операций переноса ковша, передаваемых микропроцессорным контроллерам для формирования программ изменения скоростей движения рабочих механизмов;

· Определение текущих значений количества совершенных циклов экскавации и количества отгруженной горной массы;

· Визуализация информации о ходе процесса экскавации, состоянии экскаватора и забоя;

· Документирование истории процесса управления.

Алгоритм управления процессом экскавации мехлопаты представлен на рис. 1.20. Перед началом цикла экскавации машинист выбирает программу отработки блока забоя в соответствии с его параметрами, устанавливает ковш в точку начала копания и задает системе следующие параметры:

Т _пл, Т _к, Т _пер1, Т _р, Т _пер2 – длительность операций планирования подошвы забоя, собственно копания, переноса ковша
в точку разгрузки, разгрузки ковша, переноса ковша в точку очередного планирования подошвы забоя соответственно;

I _пз1, I _пз2 – заданные значения токов электродвигателя подъема, определяющие моменты начала коррекции скоростей напора и подъема при копании соответственно;

G _грз – вес горной массы в ковше при его полном заполнении;

К _r, К_I – коэффициенты пропорциональности в уравнениях коррекции скорости напора в функции соответственно выдвижения рукояти и тока двигателя подъема при копании;

– максимальные (номинальные) скорости движения приводов подъема, напора и поворота;

– функция задания выдвижения рукояти в зависимости от угла ее поворота, обеспечивающая движение зубьев ковша по горизонтали при планировании подошвы забоя (в начальной фазе копания);

– угол поворота рукояти в момент окончания планирования подошвы забоя, отсчитываемый от ее вертикального положения при опущенном ковше;

– угол поворота рукояти в момент прекращения копания;

– максимальные (номинальные) ускорения (замедления) приводов соответственно подъема, поворота и напора;

– число циклов отработки блока забоев.

После выбора машинистом режима «Автомат.» и нажатия кнопки «Пуск» система осуществляет автоматическое управление процессом экскавации. Последний прерывается всякий раз после окончания загрузки автосамосвала и прекращается после отработки блока забоя.

Оптимизация процесса копания обеспечивается управлением скоростью привода напора в функции угла поворота рукояти
и тока двигателя подъема и 50%-ным снижением скорости привода подъема при обходе скального включения (вторичном заглублении ковша).

Оптимизация процесса транспортирования ковша достигается синхронной работой приводов подъема, напора и поворота на предельных скоростях и ускорениях. Алгоритм управления переносом ковша включает в себя следующие действия:

1. Определить для каждого привода отрабатываемые перемещения по выражениям:

а) для переноса ковша на разгрузку:

(1.19)

б) для переноса ковша в забой:

. (1.20)

Рис. 1.20. Алгоритм управления процессом экскавации

мехлопаты

Рис. 1.20. Продолжение

Рис. 1.20. Окончание

2. Вычислить время работы каждого привода на максимальных значениях скорости и ускорения:

(1.21)

3. Определить длительность операции переноса ковша (время синхронной работы приводов) путем сравнения вычисленных как время работы привода, выполняющего лимитирующую операцию (наиболее продолжительную):

. (1.22)

4. Задать приводу, выполняющему лимитирующую операцию, максимальную скорость установившегося движения. Установившиеся скорости движения двух других приводов вычислить из выражений (1.21) при выполнении условия (1.22), т.е. задавая им время работы, равное длительности операции переноса ковша.

5. Вычислить моменты начала замедления каждого привода из выражений:

(1.23)

6. Формировать управляющие сигналы – задания скоростей движения приводам подъема, напора и поворота в функции времени соответственно по линейному закону
в виде равнорабочих трапеций. При этом процесс разгона привода заканчивается в момент достижения равенства фактической
и рассчитанной установившейся скорости его движения, а процесс замедления каждого привода начинается в моменты выполнения условий (1.23).

Операции 1–4 алгоритма управления переносом ковша выполняет управляющий компьютер, а операции 5, 6 – микропроцессорные контроллеры.

При появлении опасных нависей в забое, обнаруживаемых системой машинного зрения, управляющий компьютер отключает приводы рабочих механизмов, включает механические тормоза и звуковой сигнал и переводит систему на режим ручного управления. Машинист устраняет угрозу обрушения забоя, управляя соответствующим образом рабочими механизмами экскаватора при помощи командоконтроллеров.

Система обеспечивает автоматическое управление движением ковша в пространстве забоя при отработке заданного блока
с данной точки стояния в забое, автоматический контроль параметров процесса экскавации (перемещения, скорости, крен и т.д.), автоматическую защиту и блокировку процесса экскавации при превышении длительности операций цикла заданных значений, предупредительную сигнализацию о появлении опасных ситуаций в забое и аварийную – о срабатывании защит.

1.2.5. Программное управление прямым переносом
ковша драглайна

Система автоматического программного управления переносом ковша обеспечивает:

· Сокращение длительности переноса ковша и, как следствие, повышение производительности экскаватора;

· Ограничение динамических нагрузок на рабочих механизмах и, как следствие, повышение надежности работы оборудования;

· Движение ковша драглайна в рабочей зоне, вследствие чего обеспечивается защита от растяжки канатов, переподъема
и перетяги ковша, а также исключается саморазгрузка ковша.

Зоны различного положения ковша драглайна показаны на рис. 1.21.

Рис. 1.21. Схема отработки забоя нижним черпанием:

1–4 – зоны соответственно перетяги, растяжки, переподъема,
саморазгрузки

Принципы минимизации длительности операции переноса:

1. Длительность работы электроприводов тяги, подъема, поворота в i -м цикле переноса одинакова, т.е. предусматривается совмещение рабочих движений приводов:

.

2. Ускорение всех электроприводов принимается максимальным:

где – индекс имени электропривода.

3. Скорость электропривода, выполняющего наиболее продолжительную операцию, принимается максимальной, скорости других электроприводов вычисляются.

На рис. 1.22 представлена структурная схема системы программного управления прямым переносом ковша драглайна.

Рис. 1.22. Структурная схема САУ переносом ковша драглайна

На схеме приняты следующие обозначения:

БЗК – блок заданных координат на i -й перенос ковша;

– заданные приращения длин канатов подъема
и тяги, которые должны быть отработаны приводами в данном переносе ковша;

– заданное приращение угла поворота платформы экскаватора;

ВЗУ – вычислительное и задающее устройство, формирующее заданные значения линейных скоростей подъема , тяги и угловой скорости поворота ;

ЭПП, ЭПТ, ЭПВ – электроприводы рабочих механизмов соответственно подъема, тяги и поворота экскаватора;

– датчики перемещений рабочих механизмов;

– угловое перемещение и скорость подъема;

– угловое перемещение и скорость тяги;

– угловое перемещение и скорость поворота;

– текущие значения приращений длин канатов и угла поворота экскаватора.

Рис. 1.23. Диаграммы заданных скоростей движения

электроприводов подъема, тяги и поворота при выполнении

операции переноса ковша с забоя на разгрузку

Алгоритм работы ВЗУ:

1. Вычисляют длительность работы каждого привода для
i -го переноса по выражению

, (1.24)

где , – максимальные значения ускорения и скорости электропривода.

2. Сравнивают вычисленные значения и за длительность i -го переноса принимают максимальное из них:

, (1.25)

где – максимальная длительность работы одного из приводов в i -м переносе.

3. Вычисляют установившиеся значения скоростей для других приводов, подставляя в выражение (1.21) величину .

4. Момент начала замедления каждого привода в i -м переносе определяют из выражения

. (1.26)

1.2.6. Автоматизация роторных экскаваторов

Основными направлениями автоматизации роторных экскаваторов (РЭ) являются:

· Автоматическое управление процессом экскавации (копанием);

· Автоматическое программное управление РЭ (управление установочными операциями);

· Создание АСУ роторными комплексами, включающими
в себя экскаватор – конвейерная линия – отвалообразователь.

В качестве источников эффективности автоматизации РЭ следует отметить следующие:

· Рост производительности на 10–15 %;

· Экономию электроэнергии за счет оптимизации процесса копания на 5–10 %;

· Повышение устойчивости забоя вследствие обеспечения требуемых параметров забоя и, следовательно, рост безопасности ведения горных работ.

Рассмотрим технологические основы автоматизации РЭ. Технология отработки забоя вертикальными многорядными стружками с подуступами роторным экскаватором с выдвижной стрелой показана на рис. 1.24.

Рис. 1.24. Технологическая схема отработки забоя

На схеме приняты следующие обозначения:

· Исполнительные механизмы (приводы):

ЭПС, ЭВС, ЭБП, ЭПР, ЭХЭ – электроприводы механизмов экскаватора соответственно подъема и выдвижения стрелы, боковой подачи и вращения роторного колеса, хода экскаватора;

– угол подъема стрелы;

– выдвижение стрелы;

– перемещение экскаватора;

– угол поворота горизонтальной плоскости;

· Технологические параметры процесса экскавации:

– ширина, глубина и высота блока забоя; высота подступа; толщина стружки; ширина стружки; угол торцевого откоса;

· Режимные параметры процесса резания:

– скорость боковой подачи ротора:

, (1.27)

где – угловая скорость поворота платформы экскаватора;

– радиус копания;

– длина стрелы.

Окружная скорость роторного колеса (скорость резания):

, (1.28)

где – угловая скорость ротора;

– радиус роторного колеса.

Траектории резов в вертикальной плоскости показаны на рис. 1.25. Вектор абсолютной скорости движения ковша равен

.

Ширина стружки определяется из выражения

, (1.29)

где τ –время запаздывания формирования ширины стружки;

– число ковшей;

– коэффициент пропорциональности.

Рис. 1.25. Линии резов 1–4 забоя ковшами роторного колеса

Из анализа (1.29) вытекает, что ширина стружки определяется отношением скоростей подачи и резания.

Траектории резов в горизонтальной плоскости:

· Для РЭ с невыдвижной стрелой (рис. 1.26) резание осуществляется с постоянным радиусом и переменной толщиной стружки ().

Рис. 1.26. Траектории резов с постоянным радиусом копания

и переменной толщиной стружки

Из можно записать выражение для определения толщины стружки:

, (1.30)

где – толщина стружки при .

Для экскаваторов с невыдвижной стрелой основным возмущающим воздействием является серповидность стружки, влияние которой на производительность РЭ может быть скомпенсировано изменением скорости боковой подачи;

· Для РЭ с выдвижной стрелой траектории резов в горизонтальной плоскости имеют вид, показанный на рис. 1.27. Радиус резания будет переменный, а толщина стружки постоянной:

;

.

Рис. 1.27. Траектории резов с постоянной толщиной стружки

и переменным радиусом копания

Производительность РЭ определяется выражением: , из которого следует, что равенство производительностей экскаваторов с выдвижной и невыдвижной стрелой может быть достигнуто при изменении скорости боковой подачи ротора для экскаватора с невыдвижной стрелой по закону

, (1.31)

где – скорость боковой подачи ротора при .

Характер изменения скорости боковой подачи для диапазона изменения по закону (1.31) показан на рис. 1.28.

Рис. 1.28. Зависимость для экскаваторов

с невыдвижной стрелой