Оптимизация режимов работы мехатронных очистных комбайнов

Задачи:

- повышение производительности горной машины за счет более полного использования по мощности ее электродвигателя и работы в режиме минимальных удельных энергозатрат;

- увеличение надежности и срока службы горной машины;

- сокращение числа опрокидываний и пусков электродвигателя;

- высвобождение машиниста от функции управления режимом работы горной машины;

- улучшение сортности угля;

- снижение удельного расхода режущего инструмента.

Эти задачи не противоречат друг другу. Максимальная производительность достигается при минимальных удельных энергозатратах. Последним соответствует лучшая сортность угля и минимальный износ режущего инструмента. Особенно это важно для мехатронных машин с их высокой энерговооруженностью широкими функциональными возможностями. Полное использование этих машин – задача чрезвычайной важности.

В настоящее время возможны следующие основные варианты регулирования нагрузки горных машин.

I. Изменение скорости подачи при неизменной скорости резания (минимальный вариант).

Vр = сопst, Vп =vаг.

2 Изменение скорости резания при неизменной скорости подачи.

Vр = vаг,Vп = сопst.

3 Согласованное изменение скоростей резания и подачи, при котором их соотношение остается неизменным за весь период работы машины (параметрическая стабилизация).

Vр /Vп = сопst.

4 Регулирование скоростей резания и подачи с поддержанием оптимального отношения (максимальный вариант).

Vр = vаг; Vп =vаг .

Для динамических свойств очистного комбайна как мехатронного объекта управления характерна стационарность случайных процессов с нормальным законом распределения. Поэтому влияние динамических параметров на систему регулирования нагрузки комбайна может быть исследовано с помощью методов, принятых в теории систем со случайными параметрами.

Таким образом, в настоящее время задачу управления режимами работы добывающих комбайнов можно представить в следующем виде:

- стабилизация скорости подачи добывающего комбайна с учетом ограничений за транспортированием угля конвейером, интенсивностью выделения метана, скоростью сведения крепления, перегрузочной способностью электродвигателей приводов резания;

-стабилизация мощности, которая потребляется наиболее загруженным электродвигателем приводов резания, с обеспечением устойчивой работы комбайна при условии изменения крепости массива, который разрушается (при этом учитываются все ограничения, пересчитанные в предыдущем пункте);

Исходной величиной статической характеристики на рис.2 (ось ординат) есть мощность Р, что потребляется наиболее загруженным электродвигателем приводов резания комбайна. Входной величиной (ось абсцисс) есть

скорость подачи добывающего комбайна V_п. На рис.2 показанны три статические рабочие характеристики комбайна для разных крепостях угля: сопротивляемость угля р езанию А₁–наиболее низкая, сопротивляемость угля А₃– наибольшая.

Рис.2 Рабочая статическая характеристика добывающего комбайна

Устойчивая мощность электродвигателя привода резания Р_ст определяется по формуле:

, квт,

где п_ст – частота вращения ротора, которая отвечает устойчивомуу вращающему моменту М_ст электродвигателя привода резания:

, об/мин,

где п_с – синхронная частота обращения, об/мин; п_н – номинальная частота обращения ротора, об/мин; М_н – номинальный вращающийся момент электродвигателя привода резания, Н·м.

В рабочем режиме комбайна изменение во времени вращающегося момента электродвигателя привода резания происходит в широком спектре частот. Можно выделить следующие частотные составу вращающегося момента:

- высокочастотные – формируются в процессе разрушения зубками угля в частотной области, которая отвечает резонансной частоте (f_в) усиление в электродвигателе (для добывающих комбайнов составляет 10-18 Гц). Составу вынужденных колебаний с частотами f_в относятся к классу авторезонансних процессов, поскольку на их формирование существенно влияют собственные динамические свойства подсистем привода и внешние связи за скоростями между этими подсистемами и массивом угля;

- низкочастотные – их частота равняется или кратная частоте обращение ВО (как правило, f_н=1-3 Гц). Формируются в первую очередь из-за остаточной силовой неуравновешенности исполнительных органов (неоптимальная схема набора зубок) и через периодичность процесса нагрузки угля лопатами органов;

- особо низкочастотные (инфранизкочастотные) – формируются из-за изменения сопротивляемости угля резанию вдоль забоя в частотной области от 10^-2до 10^-3 Гц.

Для эффективной стабилизации мощности двигателя привода резания в автоматическом режиме необходимо, чтобы скорость изменения во времени возмущения, за которым происходит управление, была намного меньше скорости изменения V_п во время переходного процесса в подсистеме перемещения из-за ее механической и электромагнитной инерционности (с учетом ограничения на ускорение комбайна).