Данная модификация системы СЭУ была разработана для проходческих комбайнов избирательного действия серии КП, производства АО «Копейский машиностроительный завод».
Система СЭУ М2Д — это результат вложенных усилий и огромного опыта эксплуатации систем предшествующих поколений.
В настоящий момент системой серийно на заводе АО «КМЗ» оснащаются
- Проходческий комбайн КП21-14
Проходческий комбайн КП150
Проходческий комбайн КП220
Комплектация аппаратуры управления включает в себя все необходимые подсистемы, управляющие блоки, пульты управления и исполнительные механизмы для обеспечения управления силовой электрогидравликой, питанием и защиты различных узлов и элементов горной машины.
Значительный упор при разработке был сделан не только на безопасность машиной, но и на безопасность эксплуатирующего персонала и обеспечение комфортного управления.
В результате чего увеличивается эффективность проходческих работ в том числе за счет простоя техники при неплановых ремонтах.
Система электрогидравлического управления СЭУ «М2Д» обеспечивает следующие функции о которых далее будет написано подробнее.
- Дистанционное радиоуправление комбайном
Управление комбайном с пульта, расположенного на рабочем месте машиниста
Диагностика наличия неисправностей в отдельных элементах системы
Микропроцессорная защита и управление электродвигателями комбайна
Набор датчиков для контроля широкого спектра параметров работы комбайна
Система передачи данных на поверхность, визуализации и формирования аналитических отчетов на рабочем месте горного диспетчера и компьютерах руководящего состава
Предпусковая предупредительная и аварийная звуковая сигнализация
И другие
1. Пульт управления ПУ2 СЭУ2.10.00.000-01
Пульт управления ПУ2 представляет собой микроконтроллер с полнографическим дисплеем диагональю 7 дюймов, надежной клавиатурой с опторазвязанным контактом и энергонезависимой памятью. ПУ2 устанавливается в специлизированную кассету, что надежно защищает его от механических повреждений, упрощает и повышает надежность монтажа.
ПУ2 в системе СЭУ «М2РД» выполняет следующие функции:
- управление отдельными исполнительными устройствами комбайна с рабочего места машиниста;
отображение параметров работы системы и вывод оперативной нформации на дисплей;
контроль и передача информации о состоянии системы СЭУ;
диагностику наличия неисправностей в отдельных элементах системы;
запись журнала событий, в т.ч. в режиме «черного ящика»
2. Комплект аппаратуры дистанционного радиоуправления комбайном КАДРУК
Аппаратура «КАДРУК» обеспечивает дистанционное радиоуправление комбайном в зоне прямой видимости. Корпус Радиопульта РПДУ АУК75Д.70.200.000 выполнен из прочного стеклопластика. Сочетание джойстиков и кнопочной клавиатуры обеспечивают удобное и интуитивно понятное управления исполнительными устройствами комбайнами.
Зарядка аккумулятора РПДУ осуществляется непосредственно в шахте без подъема «на поверхность» при подключении РПДУ кабельной перемычкой к ПУ2. При этом РПДУ продолжает функционировать в качестве проводного пульта дистанционного управления.
Также для повышения безопасности горнопроходческих работ РПДУ оснащен функцией автоматического общего аварийного «стопа» в случае падения.
3. Комплект оборудования для монтажа в Станции управления
В состав комплекта входит вспомогательное оборудование системы, осуществляющее коммутацию отдельных функциональных узлов и управление ими, сбор информации с различных датчиков, управление питанием электрогидроклапанов, питание системы, а также Мониторы привода МП1.
Монитор привода МП1
Монитор привода МП1 представляет собой микропроцессорное устройство управления, контроля и защиты электродвигателя. МП1 оснащен бесконтактным датчиком тока и связан с центральным микроконтроллером (Пульт управления ПУ2) по цифровому интерфейсу CAN. Монитор привода МП1 имеет возможность осуществлять контроль исправности схемы блока управления вакуумного контактора по переключению режимов тока «форсажа» на ток «удержания», что необходимо для вакуумных контакторов, имеющих электромеханическое управление режимами.
Основные функциональные возможности монитора привода МП1:
контроль тока технологической перегрузки электродвигателя с формированием «обратнотоковой-временной» защитной характеристики (уставки т.перегр, т.перегр. устанавливаются из системного меню, хранятся в энергонезависимой памяти пульта управления ПУ2);
отключение электродвигателя в случае технологической перегрузки;
сохранение в «Черном ящике» в режиме реального времени информации о достижении токами двигателя величин уставок перегрузки и величин токов перегрузки в период действия защитной характеристики;
контроль тока опрокидывания (или «заклинивания») электродвигателя с формированием защитной характеристики и отключением электродвигателя при возникновении «опрокида» или «заклинивания»;
контроль пускового тока с сохранением в памяти «профиля пускового тока». Определение состоявшегося пуска для различных условий пуска электродвигателя и отключение электродвигателя пре «несостоявшемся» пуске;
контроль тока короткого замыкания на отходящем присоединении (в нагрузке) с отключением электродвигателя при возникновении «короткого замыкания»;
контроль 3-х фазного напряжения (660/1140В) в нагрузке, контроль перекоса фаз в нагрузке. При возникновении «недопустимого перекоса фаз» — сигнализация и отключение электродвигателя;
контроль состояния датчиков температуры (термореле или позисторы), встроенных в статорные обмотки и (или) подшипниковые узлы электродвигателей, с автоматическим контролем замкнутого состояния линии до датчика температуры и отключением электродвигателя при возникновении перегрева обмотки и подшипников;
измерение сопротивления изоляции отходящего присоединения к контактору (силового кабеля и статорной обмотки) перед включением нагрузки (электродвигателя) с сохранением в памяти модуля измеренной величины сопротивления изоляции (30кОм….5Мом) для автоматического сравнения с величиной «от пуска к пуску» (прогноз изменения сопротивления изоляции для ППР);
защита от «частых пусков» в соответствии с ограничениями, накладываемыми в ТУ на электродвигатели;
автоматический расчет активной мощности электродвигателя привода с учетом расчет и сохранение в памяти расхода энергии кВт*час (передача данных в основной пульт ПУ2 системы электрогидравлического управления СЭУ). Учет наработки привода («моточасы», количество циклов пуска, в т.ч. с максимальной нагрузкой) с фиксацией этих параметров в энергонезависимой памяти МП и системы СЭУ;
контроль исправности вакуумного контактора с автоматической проверкой временных интервалов включения (в т.ч. в режиме «форсировка») и отключения по фактической отработки блок-контактов и по сигналам датчиков тока (во всех трех фазах);
выявление попыток блокирования вакуумного контактора «механическим способом» с сохранением этого события в системе СЭУ;
выявление неисправностей блоков управления вакуумных контакторов, отвечающих за переключение из режима «Форсаж» в режим «Удержание» методом измерения токов форсированного режима и режима удержания (актуально для вакуумных контакторов, имеющих управление режимами по блок-контакту, т.н. — «электромеханическая схема переключения»).
4. Комплект электрогидроуправления комбайна
Предназначен для электрогидравлического управления силовой гидравликой механизмов проходческого комбайна: исполнительного органа (перемещение, телескопирование), питателя, хода комбайна, конвейера, опор, крепеподъемника, погрузки.
В Системе СЭУ «М2Д» в качестве управляющего электрогидроклапана применяется Электрогидрораспределитель ЭГР СЭУ.14.00.000, который представляет собой управляющий электрогидроблок на 2 команды. В СЭУ «М2Д» серийно поставляемую на проходческие комбайны КП21-02, КП21-04, КП21-150, КП220 входит комплект из 14 Элеетрогидрораспределителей.
Управление ЭГРом осуществляется дистанционно с помощью Пульта управления ПУ2 либо иного управляющего устройства, в т.ч. по заданной программе и алгоритму в автоматическом режиме, либо в ручном режиме, с помощью рычага перемещения золотника электромагнита.
5. Аппаратура контроля параметров АКП и аппаратура радиомониторинга
Представляет собой набор цифровых датчиков для сбора данных о состоянии элементов проходческого комбайна:
- мониторинг давления в гидромагистралях;
мониторинг положения исполнительного органа;
мониторинг температуры редукторов, масла и прочих элементов;
мониторинг уровня масла в редукторах и в маслобаке;
мониторинг концентрации метана и других газов;
прочее.
В системе возможно использование как «классических» проводных датчиков, так и аппаратуры радиомониторинга, представляющей собой комплект беспроводных датчиков, передающих результаты измерения по радиоканалу до устройства считывания установленного на комбайне (радиомодем – Узел радиочастотный стационарный УРЧС-JN).
Преимущества аппаратуры радиомониторинга:
- Возможность передачи данных по радиоканалу на расстояние до 30м;
Отсутствие внешнего источника питания, наличие аккумуляторной поддержки;
Отсутствие кабелей и разъемов, что позволяет размещать составляющие аппаратуры в труднодоступных местах, защищает от обрыва линии связи и увеличивает помехоустойчивость;
Полный диагностический контроль, что исключает «имитацию датчика»;
Высокая стойкость к перегрузкам, динамическим перепадам давления и вибрациям за счет особенности конструкции датчиков;
Значительное упрощение монтажа за счет отсутствия кабельных перемычек;
Датчик давления радио ДДР1
Все радиодатчики имеют встроенное батарейное питание.
Срок работы от одной батареи: 9 месяцев.
Один радиомодем (Узел радиочастотный стационарный УРЧС-JN) собирает данные с 16 радиодатчиков. Передача данных с радиомодема до командоконтроллера (Пульт управления ПУ2) осуществляется по цифровому интерфейсу MODBUS (RS485).
Результаты производственных исследований надежности горнопроходческих комбайнов избирательного действия
А.С.Носенко, А.А.Домницкий, И.А.Носенко
Шахтинский институт (филиал) ЮРГПУ (НПИ) имени М.И. Платова
Аннотация: Приведены результаты производственных исследований надежности горнопроходческих комбайнов КП21, производства ОАО «Копейский машиностроительный завод» в условиях шахты «Алмазная» УК «Гуковуголь» при проведении подготовительных выработок сечением до 16 м2 с крепостью вмещающих пород до 7 ед. по шкале проф. М.М.Протодьяконова. С помощью математического аппарата установлены математическое ожидание, дисперсия, среднее квадратическое отклонение, коэффициент вариации и т.д.
Ключевые слова: горнопроходческий комбайн избирательного действия, надежность, наработка до отказа.
Проходческий комбайн избирательного КП21 (рис.1) отечественного производства служит для скоростного проведения горных выработок сечением до 30 м, по породам крепостью 7-10 ед. по шкале профессора М.М. Протодьяконова. Применяется, в частности, при строительстве транспортных тоннелей . Отличием рассматриваемой модели от ранее известных, является применение гидравлического привода, что весьма актуально .
В регионе Восточного Донбасса проходческий комбайн КП21 использовался впервые компанией «Гуковуголь» при проведении откаточного штрека № 109, длиной 1200 метров на шахте «Алмазная».
На основании «Методики организации сбора и анализа информации об эксплуатационных качествах горнопроходческого оборудования в условиях Российского Донбасса» Шахтинским институтом (филиалом) ЮРГПУ (НПИ) имени М.И. Платова совместно с ОАО «КМЗ» были проведены производственный исследования по получению информации о его эксплуатации.
Наблюдения проводились 20 месяцев. В отчетный период пройдено 2
выработки длиной 2200 метров, (30 тыс. м) и 1200 метров (17450 м). Темпы проходки составили 252 м/мес. В целом, по комбайну, выявлено 100 отказов.
Рис. 1. — Проходческий комбайн КП21
К наиболее серьезным относятся: отрыв головок болтов крепления фланцев тормозов короны, выход из строя подшипников редукторов нагребающих лап и рабочего органа, излом звезды конвейера, износ листов поворотной части конвейера.
При работе комбайна имела место присечка пород кровли крепостью до 12 ед., что повлияло на ресурс комбайна. Распределение количества отказов за период эксплуатации комбайна показано на диаграмме (рис.2).
В результате анализа полученных данных, определены наработка до отказа, а так же перечень деталей и узлов, оказывающих влияние на надежность комбайна (таблица № 1).
Результаты исследований легли в основу дальнейшего совершенствования горнопроходческих комбайна данного типоразмера. Усилены крепления тормозов режущего органа. Разработана новая конструкция нагребающей части, в которой нагребающие лапы заменены рифлеными дисками. Изменена компоновка редукторов ходовой тележки. Рассматриваются варианты применения комбайна совместно бункером перегружателем .
Рис. 2. — Распределение количества отказов комбайна по частям
Таблица № 1 Показатели надежности комбайна КП21 зав. № 20
Сборочная Вышедший из строя Количество Наработка до
единица узел отказов 3 отказа, м
Рабочий орган Редуктор: подшипник № 2 14000
Тормозные фрикционы 4 7500
Электродвигатель 3 9000
Погрузочный Редуктор:
орган подшипник №7612, 8 6000
вал-шестерня № 0202087,
колесо коническое 2 27500
№ 0202009 2 24000
Подшипник кулисы 1 29000
Конвейер Редуктор:
подшипник №7610 3 9000
Звезда 2ПНБ2.13.86.220-01 2 20000
Цепь скребковая 2 19000
Листы става 6 12000
Ходовая часть Цепь траковая 3 19000
Гидропривод Домкрат телескопа 6 19000
Рукав высокого давления 9 21000
Металлические трубки 5 12000
Гидромотор 1 27000
Полученные статистические параметры использованы для расчета случайных величин наработок до отказа. Условия работы комбайнов приведены в таблице № 2.
Таблица № 2
Условия работы комбайнов КП21
№ п/п Заводской №№ Выработка Период наблюдений, мес. Размеры выработки вчерне/в 2 свету, м Крепость пород, ед.
1 КП-21 Зав. №20 Конвейерный штрек №109 7 15,9/13,5 2 — 5/7
2 КП-21 Зав. №34 Конвейерный штрек №113 20 16,0/15,2 2 — 5/7
Отказы, соответствующие отдельным узлам каждого из исследуемого комбайна приведены на рисунке 3.
Как видно из приведенных диаграмм, значительный объем отказов принадлежит перегружателю и составляет 40 %. Наиболее слабые элементы с точки зрения надежности — валики цепи (80%) и приводная звезда (90%). Слабое место погрузочного органа — редуктор (85%). В ходовой части основные отказы — траки (90%). Рабочий орган обладает недоработанным гидравлическим домкратом и тормозом стрелы телескопа (70%).
Статистический анализ полученных результатов наблюдений за работоспособностью комбайнов КП21 произведен в соответствии с рекомендациями .
Исходя из полученных экспериментальных данных, сформирован статистический ряд случайных величин (СВ) из 83 реализаций X наработки до отказа, при этом Хтп = 23.0 п.м, Хтах = 177,4 п.м. В этом случае А1 = 10; к = 18.
Для каждого интервала рассчитаны: п — число значений случайной
величины, попавших в интервал: щ / п — частота, ^ — — накопленная
частота, п / пЛ1 — эмпирическая плотность вероятности, п.м-1.
Рис. 3. — Распределение отказов по частям проходческих комбайнов КП-21. а) — комбайна КП-21 №20; б) — комбайна КП-21 №34; 1 — исполнительный орган, 2 — нагребающая часть, 3 — конвейер, 4 -крепеподъемник, 5 — ходовая часть.
В результате, рассчитаны значения статистического среднего квадратического отклонения СВ: сх» = 32,2 п.м и коэффициента вариации у/ = 0,79.
На рисунке 4 приведена диаграмма плотности распределения СВ. В случае, когда вид теоретической функции распределения не известен,
диаграмма служит основой для определения теоретической функции распределения.
Рис. 4. — Гистограмма экспоненциального распределения
/ (Х) = 0,025 е «» СВ наработки до отказа
В результате обработки полученных результатов, установлено, что случайные значения наработки до отказа X проходческих комбайнов подчиняются экспоненциальному закону распределения.
Плотность вероятности случайной величины, подчиненной экспоненциальному закону распределения, описывается выражением:
Приняв в качестве математического ожидания значения тх = 41 п.м, получим/(Х) = 0,025 е -0″025Х.
В результате проведенных исследований и расчетов построена выравнивающая кривая распределения (рисунок 6), представляющая собой график теоретической функции /(Х).
Для установления соответствия выдвинутой гипотезы статистическим материалам использован критерий согласия К. Пирсона х, величина которого рассчитывается по формуле:
где к — число интервалов С, ni — число значений СВ в i-ом интервале, n -общее число полученных значений СВ, pi — теоретическая вероятность попадания СВ в i-й интервал.
Рис. 5. — График теоретической функции f (Х) = 0,0244- е -«
Полученная в результате расчетов вероятность р=0,01, является достаточной (р
Источник: