На сегодняшний день, как на отечественных, так и на зарубежных разрезах, большинство скальных и полускальных пород разрабатываются одноковшовыми экскаваторами-мехлопатами с предварительной буровзрывной подготовкой массива к выемке. Электрооборудование одноковшовых экскаваторов работает в сложных природно-климатических и эксплуатационных условиях. Основной особенностью рабочего режима механизмов экскаватора является постоянная работа на резкопеременную нагрузку, которая сокращает ресурс основных узлов электроприводов экскаватора. Для оценки остаточного ресурса элементов электроприводов экскаваторов целесообразно оснащать их системой диагностирования. Для построения такой системы нужно знать текущее состояние, как электрических, так и механических подсистем электроприводов.
Ниже описана система мониторинга состояния электроприводов структура, которой приведена на рис. 1.
Учитывая, что измеряемые координаты разнесены в пространстве, как это показано на рис. 2., передача информации от датчиков на базовую станцию осуществляется по радиоканалу.
Система мониторинга электроприводов экскаватора включает в себя:
- Персональный компьютер (ПК)
- Базовая станция (БС)
- Блок измерения положения (БИП)
- Блок измерения тока (БИТ)
- Радиомодуль (РМ)
- Приемопередатчики (ПП)
Перечисленные элементы служат для обеспечения измерения механических и электрических переменных электроприводов экскаватора, дистанционной беспроводной передачи данных, обработки полученной информации и графического отображения.
Принцип работы системы заключается в следующем:
- При подаче сигнала от БС на измерительные блоки, расположенные на барабанах (БИП 1 — БИП4).
- В свою очередь в якорных цепях двигателей (БИТ1, БИТ2), они начинают производить измерение соответствующих переменных.
- Каждый цикл измерения сопровождается обработкой данных на измерительных блоках независимыми микроконтроллерами, а также одновременную запись данных в память.
- После подачи сигнала от БС о начале передачи данных, измеряющие блоки начинают передачу данных на БС, та в свою очередь начинает обработку данных со всех измерительных блоков, а также запись всех данных в память.
- Таким образом, проходит несколько циклов передачи для получения ряда данных за определенный промежуток времени.
В дальнейшем БС может быть подключена к ПК для дальнейшей передачи данных и обработки специальным программным обеспечением, которое на основе этих данных способно представить визуально процессы, протекающие в электроприводах.
Данная система была испытана на экскаваторе ЭКГ-10. При этом измерялись токи электродвигателей подъема и напора, а также угловые положения барабанов лебедок приводов напора и подъема, головного и напорного блоков стрелы. Для повышения оперативности монтажа и демонтажа датчиков установка их осуществлялась при помощи магнитов. Места расположения датчиков измерительной системы схематично показаны на рис. 2.
Управление всеми станциями осуществлялось с использованием микроконтроллеров при помощи специально написанных для них программ. Измерение угловых положений осуществлялось при помощи специально разработанных датчиков, изготовленных на базе акселерометров.
Из полученных угловых положений барабанов, лебедок и блоков стрелы были рассчитаны усилия в канатах по выражениям:
где
- Fyн — упругая сила в канате привода напора
- Fyn — упругая сила в канате привода подъема
- ϕпл — угловое положение барабана лебедки напора, подъема
- ϕнб — угловое положение напорного блока стрелы
- ϕпл — угловое положение барабана лебедки подъема
- ϕпб — угловое положение головного блока стрелы
- Скн — жесткость каната в приводе напора
- Скп — жесткость каната в приводе подъема
- Rнл, — радиус барабана напора
- Rнб — радиус напорного блока стрелы
- Rпл — радиус барабана подъема
- Rпб — радиус подъемного блока стрелы.
Мобильная беспроводная измерительная система координат механических преобразователей была испытана путем измерения механических координат электроприводов карьерного экскаватора ЭКГ-10 в процессе работы.
Результаты, полученные в ходе испытаний, представлены на рис. 3, 4.
На основании полученных экспериментальных данных можно оценить реальное значение усилия в канатах электроприводов напора и подъема в режиме экскавации и выделить режимы наибольшей нагрузки на них.
Таким образом, система мониторинга динамического состояния электроприводов экскаватора позволяет вести контроль механических и электрических параметров и на основании полученных данных определять усилия в канатах.
Полученная таким образом информация может быть использована в системах управления электроприводов, для прогнозирования ресурса узлов экскаватора, выявления аварийных режимов работы и оценки квалификации машиниста.
Источник: Система мониторинга динамического состояния электроприводов карьерных экскаваторов / В.М. Завьялов, А.П. Носков, В.С. Городнянский, А.Н. Гаргаев // Вестник КузГТУ. — 2009. — №3. — C. 59-61
