Системи керування електромеханічними процесами в кар’єрних бурових верстатах

Abstract

На основі встановлених закономірностей у системах електромеханічній обертання, електрогідродінамічній спуско-підйомних операцій і подачі поставу на вибій одержала подальший розвиток наукова концепція побудови автоматизованих приводів для бурових верстатів, відповідно до якої з метою енерго- і ресурсозбереження залежно від міцності породи, що буриться, формується на долоті механічна характеристика з постійною або змінною жорсткістю та обмеженням поперечних і крутильних коливань поставу, а також коливань у гідро- і канатно-поліспастовій системах. Згідно з розробленою концепцією змушені поперечні коливання поставу обмежуються шляхом впливу на сигнал задання задавача інтенсивності двигуна механізму обертання, а власні крутильні коливання і пружні коливання в гідро- і канатно-поліспастовій системах – уведенням у закони керування контурних класичних регуляторів додаткових нечітких законів керування з одночасним контролюванням і обмеженням на припустимому рівні технологічних параметрів: у приводі обертання – потоку механічної потужності в зоні вибою; у приводі спуско-підйомних операцій і подачі поставу на вибій – лінійної швидкості переміщення бурового снаряда, частоти обертання гідродвигуна і тиску в гідросистемі.

Диссертация посвящена решению актуальной научно-прикладной проблемы установления закономерностей влияния механических распределенных параметров става, сосредоточенных гидромеханических параметров механизма спуско-подъемных операций и подачи става карьерных буровых станков на режимы работы электроприводов, а также частотной совместимости электромеханических и электрогидромеханических процессов в приводных системах с учетом изменения распределенных и сосредоточенных масс в трансмиссии и дальнейшему развитию теории работы быстродействующих автоматизированных электроприводов для карьерных буровых станков взрывных скважин. Проблема решена путем экспериментального исследования динамических режимов работы приводных систем постоянного и переменного токов, создания математических моделей, которые адекватно отражают существенные процессы в периоды бурения и спуско-подъемных операций, что позволило установить характерные особенности объекта управления и развить теорию работы электромеханического привода вращения и электрогидромеханического привода спуско-подъемных операций и подачи става. Разработан способ управления процессом бурения, при котором формируется механическая характеристика на долоте с переменной жесткостью в зависимости от крепости разбуриваемой породы путем воздействия на электроприводы вращения, спуско-подъемных операций и подачи става на забой. Оценено влияние вынужденных и собственных частот колебаний става на динамику работы буровых станков с тиристорным приводом постоянного тока (станок СБШ-250МН-32) и внедренных тиристорного и транзисторного приводов переменного тока (станки СБШ-250МН-32 и СБШС-250Н). Исследованы электромеханическая и электрогидромеханическая трансмиссии как объекты автоматического управления приводами и установлены закономерности изменения характеристических частот колебаний. В соответствии с разработанной концепцией, вынужденные поперечные колебания става ограничиваются путем воздействия на сигнал задания задатчика интенсивности двигателя механизма вращения; собственные крутильные колебания и упругие колебания в гидро- и канатно-полиспастной системах ограничиваются введением в законы управления контурных классических регуляторов дополнительных нечетких законов управления с одновременным контролем и ограничением на допустимом уровне технологических параметров: в приводе вращения – потока механической мощности в зоне забоя, в приводе спуско-подъемных операций и подачи става на забой – линейной скорости перемещения бурового снаряда, частоты вращения гидродвигателя и давления в гидросистеме. Эффективное демпфирование упругих колебаний приводами вращения, спуско-подъемных операций и подачи става при условии расширения контурных полос пропускания систем автоматического регулирования и уменьшения собственных частот упругих колебаний става и гидромеханической трансмиссии обеспечивается, в отличие от существующих приводов буровых станков, путем настройки контурных регуляторов с учетом нулей и полюсов дополнительных динамических звеньев в контурных объектах управления, которые подчиняются установленной закономерности – характеристические частоты которых определяются нулями и полюсами уменьшаются от внешнего к внутреннему контурам, причем они в смежных контурах повторяются. Усовершенствован метод активной последовательной коррекции с использованием нечетких регуляторов для подавления упругих колебаний, обусловленных попаданием низкочастотных колебаний в полосу пропускания контуров управления, что позволило применить этот метод в системах управления приводов бурового станка. Применение вместе с классическими распределенными по контурам регуляторами дополнительных, распределенных по контурам или сосредоточенных во внутренних контурах регулирования адаптивных регуляторов с нечеткими алгоритмами работы позволяет, в отличие от классических систем управления, повысить быстродействие, сосредоточить поток механической мощности в зоне разрушения горной породы и обеспечить качество регулирования, которое соответствует системам с жесткой трансмиссией. Установлено, что настройку нечетких регуляторов необходимо производить на основе обучающего множества для входных и выходных сигналов нейронной сети, которая эмулирует работу нечеткого регулятора, причем обучающие множества находятся на основе дробно-рациональных функций, которые обусловлены упругими связями трансмиссии.

On basis of the set regularities in the systems of electromechanical rotation, of electrohydromechanical round-trips and approach of the well tube on a bottomhole there is developed a scientific concept of the automated drives construction in accordance with which is formed the mechanical characteristic with constant or with variable rigidness on a boring bit and limitation of transversal and torsional oscillations of the well tube, as well as of oscillations in a hydro-system and a wire rope polyspast system with the purpose of the increase resource of boring bit depending on the holed rigidity of rock. In accordance with the developed concept forced transversal oscillations of the well tube are confined by force of influencing on the signal of assignment of an intensity control device of the frequency of the rotation mechanism engine; own torsional oscillations and elastic oscillations in the hydro-system and wire rope polyspast system are confined by insertion of the additional fuzzy laws of control to the laws of the control of the loop classic regulators with simultaneous controlling and limitation on the permissible level of technological parameters: in the drive of the rotation there is a flux of mechanical power in the bottomhole; in the drive of round-trips and approach of the well tube on the bottomhole there is a linear speed of the approach of the well tube, the frequencies of the hydraulic engine rotation and pressure in the hydro system.