Анализ частотных свойств контура тока привода спускоподъемных операций бурового станка
Реализация программы поэтапного освоения буровых станков нового поколения, в которых применен дополнительный регулированный привод для спускоподъемных операций. Решение задачи автоматизации спускоподъемных операций для буровых станков нового поколения.
Рубрика | Производство и технологии |
Вид | статья |
Язык | русский |
Дата добавления | 24.08.2020 |
Размер файла | 77,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
АНАЛИЗ ЧАСТОТНЫХ СВОЙСТВ КОНТУРА ТОКА ПРИВОДА СПУСКОПОДЪЕМНЫХ ОПЕРАЦИЙ БУРОВОГО СТАНКА
Хилов В.С.
ANNOTATION
The problem of active component construction of a current stator is formulated. The frequency analysis features of object management is executed. Own frequencies of s electrohydromechanical system fluctuation are found.
ВВЕДЕНИЕ
спускоподъемный буровой станок привод
Потребность в поддержании производственных мощностей горнорудных предприятий Украины на конкурентноспособном мировом уровне ведет к необходимости реализации программы поэтапного освоения буровых станков нового поколения, в которых применен дополнительный регулированный привод для спускоподъемных операций, что позволяет существенно увеличить линейные скорости перемещения штанг при вспомогательных операциях [1]. Наличие регулированного привода и датчика линейных перемещений делает возможным постановку и решение задачи автоматизации спускоподъемных операций для буровых станков нового поколения [2].
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Исследуем частотные свойства объекта управления электрогидромеханической системы, найдем частоту колебаний дополнительных динамических звеньев, обусловленных упругими свойствами трансмиссии, выявим контуры, в которых характеристические колебания попадают в полосу пропускания.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Объектом управления приводом спускоподъемных операций является совокупность систем: электромеханической (преобразователь частоты - асинхронный двигатель), гидромеханической (гидронасос - гидродвигатель с понижающим редуктором), канатно-полиспастной (приводной барабан, тяговые канаты, отклоняющие и направляющие блоки, буровой снаряд) [3].
Исследования делаем при допущении, что кинематическая схема привода подачи приведена к вращательному движению двигателя насоса и имеются сосредоточенные моменты инерции: ротора короткозамкнутого асинхронного двигателя совместно с ротором гидронасоса; ротора гидродвигателя, редуктора и натяжного барабана канатно-полиспастной системы; головки бурового снаряда и бурового става. Масса каната разнесена к соответствующим моментам инерции, причем эти моменты инерции соединены элементами, которые характеризуются только упругостью и диссипативными силами.
Частотно-управляемый асинхронный короткозамкнутый двигатель вращения гидронасоса оборудован векторной системой регулирования, ориентированной по направлению обобщенного вектора потокосцепления ротора. При этом, с целью улучшения эксплуатационных показателей электропривода, датчики потокосцепления и частоты обращения из системы исключены, а информация о векторе потокосцепления ротора, частоты вращения ротора электродвигателя восстанавливается программно на основе активной и реактивной составляющих тока статора и входного статорного напряжения, используя информацию о системном характере изменения функций и структур датчиков [4-6].
Аналитическое описание гидропривода подачи, по которому можно анализировать его динамику, получено в работе [7]. Работа гидронасоса и гидродвигателя характеризуется взаимным влиянием через упругие свойства гидравлического масла, которое циркулирует в замкнутом трубопроводе [8]. Поэтому при аналитическом описании рассматривается работа гидронасоса вместе с гидродвигателем [9]. Входными переменными исследуемого объекта управления является частота вращения вала гидронасоса и его момент сопротивления вращению электроприводом [10]. Выходные переменные - крутящий момент на валу гидродвигателя и частота вращения его вала
Для исследования объекта управления найдены передаточные функции:
– вход преобразователя - активная составная тока статора двигателя
(1)
– активная составная тока статора двигателя - частота вращения двигателя
(2)
– частота вращения двигателя - крутящий момент гидросистемы
(3)
– крутящий момент гидросистемы - частота вращения гидродвигателя
(4)
– частота вращения гидродвигателя - линейная скорость перемещения става, приведенная к частоте вращения двигателя
(5)
где - коэффициенты полиномов числителей и знаменателей дополнительных передаточных функций, которые обусловлены упругими свойствами трансмиссии и находятся по исходным данным объекта управления [9]; - коэффициенты передачи преобразователя и электродвигателя; - постоянные времени “малая некомпенсируемая” преобразователя и электромагнитная контура тока; - индуктивность статора с учетом индуктивности рассеяния; - коэффициент передачи и постоянная времени гидросистемы; - электромеханические постоянные времени соответственно моментам инерции ; - коэффициенты соотношения масс
Выделяем четыре “большие” постоянные времени: электромагнитная постоянная асинхронного двигателя , электромеханическая постоянная, что соответствует моменту инерции , постоянная гидросистемы , электромеханическая постоянная, что соответствует сумме моментов инерции гидродвигателя с барабаном и буровым снарядом ( ). Каждая “большая” постоянная времени входит в передаточную функцию, выходной сигнал которой можно контролировать датчиками: активной составной тока статора , частоты вращения вала асинхронного двигателя , давления в гидросистеме (которая пропорциональна полному моменту гидродвигателя ), частоты вращения барабана канатно-полиспастной системы (линейной скорости перемещение става).
Применяем систему управления с активной последовательной корекцией и каскадным включением регуляторов: линейной скорости става , давления в гидросистеме , частоты вращения асинхронного двигателя , активной составной тока статора .
Регуляторы активной составной тока статора и частоты вращения входят в систему управления общепромышленного электропривода, а регуляторы давления и линейной скорости учитывают технологические особенности примененной трансмиссии для поступательного перемещения бурового снаряда.
Появление дополнительных передаточных функций в контурах регулирования активного тока и частоты вращения (1), (2) свидетельствует о необходимости учета динамических процессов в гидро- и канатно-полиспастной системах на настроечные значения регуляторов , которые не учитываются в общепромышленном электроприводе.
Для принятия решения о компенсации влияния на динамику контуров динамических звеньев, обусловленных наличием упругих свойств трансмиссии, выполнен частотный анализ свойств дополнительных передающих функций контуров. Для этой цели найдены значения характеристических частот колебаний объекта управления контуров [11].
На рисунке приведены рассчитанные амплитудно-частотные характеристики оптимизированных контуров и дополнительных динамических звеньев объекта управления. Как следует из анализа характеристик, все характеристические частоты колебаний дополнительных звеньев, кроме контура тока, находятся в высокочастотных участках за пределами полосы пропускания контуров, поэтому они существенно не влияют на динамические характеристики замкнутых контуров и их можно не учитывать при нахождении передающих функций контурных регуляторов.
Рисунок 1 Амплитудно-частотные характеристики разомкнутых оптимизированных контуров тока ( ), частоты вращения электродвигателя ( ), давления ( ), частоты вращения гидродвигателя ( ) и положение става
Если характеристические частоты колебаний гидропередачи и канатно-полиспастной системы находятся в среднечастотном участке полосы пропускания или в районе частоты среза контура тока, то в этом случае классический пропорционально-интегральный регулятор тока неэффективно демпфирует упругие колебания, которые возникают в контуре благодаря наличию податливости в трансмиссии. В таком случае колебания постепенно затухают не под действием динамических характеристик регулятора, а благодаря наличию диссипативных сил в гидросистеме и канатах.
ВЫВОДЫ
Тенденция применения регулированного частотного электропривода с асинхронным короткозамкнутым двигателем, вместо приводов постоянного тока, обусловлена лучшими эксплуатационными характеристиками и решением на настоящее время технологических задач в части силовой электроники, цифровых систем управления и достижениями в теории автоматизированного электропривода.
Применение приводов постоянного тока характеризуется относительно большими моментами инерции якоря двигателя в сравнении с приведенными моментами инерции механизма, с другой стороны, частота коммутации тиристоров относительно маленькая, что приводит к большим значениям малой некомпенсированной постоянной времени. Поэтому приводы постоянного тока являются низкочастотными фильтрами, которые эффективно подавляют собственные колебания в трансмиссии.
Широтно-импульсное управление транзисторными инверторами напряжения со значительно большей частотой коммутации, чем тиристорного выпрямителя привода постоянного тока, привело к расширению полосы пропускания приводов переменного тока. У асинхронного двигателя момент инерции ротора более чем в четырех раза меньше момента инерции двигателя постоянного тока. Такие технические изменения ведут к усилению влияния оборотной ЕРС и упругих свойств трансмиссии на контуры управления асинхронного двигателя, в сравнении с приводами постоянного тока, где таким влиянием можно было пренебречь без значительных погрешностей.
Частотный анализ свойств трансмиссии привода спускоподъемных операций бурового станка обнаружил дополнительные динамические звенья в контурах регулирования, которые не учитываются в общепромышленном приводе. В полосу пропускания контура активной составной тока попадают собственные колебания электрогидромеханического объекта управления, которое ведет к появлению слабо демпфированих колебаний тока.
ЛИТЕРАТУРА
1. Хилов В.С., Бешта А.С., Заика В.Т. Опыт применения частотно-управляемых приводов в буровых станках карьеров Украины. Горный информационно-аналитический бюллетень, Москва. МГГУ. 2004, №10. С. 285-289.
2. Бешта А.С., Хилов В.С. Принципы построения системы управления электроприводом спуско-подъемных операций. Научные работы КДПУ. Кременчуг: КДПУ 2004, вып.4(20). С.85-88.
3. Рудаков В.В., Столяров И.М., Дартау В.А. Асинхронные электроприводы с векторным управлением. Л.: Энергоатомиздат, 1987. 136 с.
4. Раков В.И., Хилов В.С. О системном характере изменения функций и структур датчиков/ Промышленные АСУ и контроллеры. М. 2004, №12 . С.50-55.
5. Раков В.И., Хилов В.С, Чудный А.Ю. Об актуальности исследования вопросов моделирования нелинейных характеристик средств управления/ ОрелГТУ. 2004, т.3.С.62-66
6. Раков В.И., Хилов В.С, Чудный А.Ю. Реальность экспотенциального проектирования нелинейностей/ ОрелГТУ. 2004, т.5.С.161-163.
7. Хилов В.С. Математическая модель гидропривода подачи станка шарошечного бурения. / Горная электромеханика и автоматика. Вип.70. НГУ. 2003. С. 100-105.
8. Хилов В.С. Математическая модель объекта управления привода подачи бурового станка. Сб. научн. трудов НГУ. 2004, №19, т.2. С.33-39.
9. Хилов В.С. Синтез позиционной системы управления гидравлическим поводом подачи станка шарошечного бурения. Сб. научн. трудов НГУ.2003, №17, т.2. С.122-127.
10. Хилов В.С. Влияние упругих свойств трансмисии и оборотной электродвижущей силы на динамику контура тока. Сборник научных трудов НГУ. 2005, №,21. С. 43-55.
11. Хилов В.С. Собственные частоты колебаний разомкнутого контура тока привода спуско-подъемных операций бурового станка Горная электромеханика и автоматика. Вип. 74. НГУ. 2005. С 25-31.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Основные технические характеристики для сверлильных станков. Предельные расчетные диаметры (обрабатываемых заготовок для токарных станков) режущих инструментов для сверлильных станков. Предельная частота вращения шпинделя. Кинематический расчет привода.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 22.10.2013Электрический привод с тиристорными преобразователями и двигателями постоянного тока как основной тип привода станков с ЧПУ, преимущества, назначение. Анализ эквивалентной схемы подключения высоко моментного двигателя, особенности элементов защиты.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 25.12.2012Описание способов системы диагностирования бурового станка по параметрам какого-либо динамического процесса, связанного с функционированием механизмов и отражающего его состояние, и по параметрам, определяющим работоспособность узлов и элементов станка.
статья [1,3 M], добавлен 15.11.2012Технология очистки пробок эксплуатационной колонны. Чистка скважин аэрированной жидкостью. Выбор подъемника типа Азинмаш-43П для спускоподъемных операций. Расчет талевого блока. Расчет использования скоростей лебедки. Удаление песчаной пробки промывкой.
дипломная работа [419,0 K], добавлен 27.02.2009Проблема совершенствования современных металлообрабатывающих станков. Технические характеристики для токарных станков. Расчет и обоснование режимов резания. Определение частот вращения, силы резания и эффективных мощностей. Расчет элементов привода.
курсовая работа [661,9 K], добавлен 22.10.2013Технические характеристики, точность и долговечность фрезерных станков. Расчет предельных режимов обработки на станке. Основные преимущества станков. Разработка кинематической схемы привода главного движения. Расчетные нагрузки для привода станка.
курсовая работа [2,6 M], добавлен 12.12.2011Описание станка и принципа его работы. Рассмотрение приводов пильных валов и подающих вальцов. Построение структурной схемы автоматизации с помощью лазерной системы видения. Расчет привода главного движения. Техническое нормирование времени операций.
дипломная работа [2,5 M], добавлен 27.10.2017Технологические возможности станка. Назначение, эскизы выполняемых операций, типовые детали. Примеры компоновок расточных станков. Движения формообразования станка фирмы TOS модели TEC Optima, основные технические параметры и специальные принадлежности.
контрольная работа [1,5 M], добавлен 29.07.2013Общая характеристика и назначение вертикально-фрезерных станков. Особенности модернизации привода главного движения станка модели 6С12 с бесступенчатым изменением частоты вращения шпинделя. Компоновочная схема привода с указанием его основных элементов.
курсовая работа [447,4 K], добавлен 09.09.2010Назначение и область применения колесотокарного станка. Конструктивная компоновка и узлы колесотокарного станка. Основные виды испытаний станков. Инструменты, применяемые при испытании станков. Нормы точности и методы испытаний колесотокарного станка.
курсовая работа [206,1 K], добавлен 22.06.2010Получение математических моделей пневматического привода переключения скоростей шпинделя и электромеханического привода главного движения станков. Проведение расчета параметров датчиков, необходимых для осуществления автоматизированного управления.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 28.03.2010Сущность технологических операций шлифования и соответствующие им виды работ. Отличительная особенность шлифовальных станков, виды режущего инструмента и абразивного материала. Конструкция станков, выбор режима шлифования, настройка и правила работы.
реферат [309,2 K], добавлен 30.05.2010Разработка и компоновочные схемы токарных многоцелевых станков. Привод главного движения. Обработка фасонной поверхности с помощью копира. Управление фрикционными муфтами с помощью кулачка. Регулирование подачи с помощью конуса Нортона и гидропривода.
реферат [902,3 K], добавлен 02.07.2015Изучение конструкций и подсистем станков, их технические характеристики и кинематика. Привод вращения инструмента токарных многоцелевых станков. Конструкции пружинно-зубчатых муфт. Требования к совершенствованию современного станочного оборудования.
дипломная работа [2,3 M], добавлен 17.12.2012Понятие, сущность, основные виды, технология изготовления штамповки, а также описание отделочных операций на них. Основные типы токарных станков. Общая характеристика и классификация токарно-винторезных станков, особенности обработки заготовок на них.
магистерская работа [6,7 M], добавлен 06.09.2010Последовательность операций и переходов механической обработки детали по базовому технологическому процессу. Методика определения пооперационного расчётного количества станков в серийном производстве. Назначение припусков и расчет размеров заготовки.
дипломная работа [828,3 K], добавлен 28.07.2017Тип станка (механизма), его основные технические данные. Циклограмма (последовательность операций), режимы работы главного привода. Выбор рода тока и напряжения и типа двигателя. Расчет механических характеристик выбранного двигателя, проверка двигателя.
курсовая работа [151,3 K], добавлен 09.12.2010Определение последовательности технологических операций механической обработки детали "Вал". Обоснование выбора станков, назначение припусков на обработку. Расчет режимов резания, норм времени и коэффициентов загрузки станков, их потребного количества.
курсовая работа [155,6 K], добавлен 29.01.2015Основные характеристики универсального легкого токарно-винторезного станка 16К20. Описание набора производимых операций. Технические характеристики и основные параметры конструкции оборудования. Классификация направляющих станков для резки металла.
курсовая работа [2,9 M], добавлен 19.06.2019Предназначение буровых инструментов. Механизм освобождения прихваченного в скважине бурового инструмента с помощью яса. Основные виды буровых механических ясов. Классификация амортизаторов (забойных демпферов). Достоинства и недостатки осцилляторов.
презентация [10,6 M], добавлен 20.09.2015