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摘要:以當(dāng)前應(yīng)用效果最佳的無極繩牽引絞車為對象,在分析各種調(diào)速方式及控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,提出了變頻液壓調(diào)速方式,并對該控制系統(tǒng)的馬達、泵及電機進行選型,并設(shè)計與其相匹配的PID控制器,對PID控制器中的關(guān)鍵參數(shù)進行優(yōu)化。經(jīng)優(yōu)化后礦用絞車控制系統(tǒng)能夠使絞車調(diào)速控制無超調(diào)及波動現(xiàn)象發(fā)生,能夠滿足實際生產(chǎn)的控制要求。
關(guān)鍵詞:變頻調(diào)速液壓調(diào)速無極繩牽引絞車
引言
目前,由我國自主研發(fā)的無極繩牽引絞車能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)運輸?shù)墓δ躘1],應(yīng)用于無極繩牽引絞車的調(diào)速方式以交流調(diào)速為主。與其相對應(yīng)的控制方式有完全開環(huán)的交流異步電機V/F變頻控制和矢量小閉環(huán)控制[2]。其中,交流異步電機V/F變頻控制為完全開環(huán)控制,無法確保整個調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性,而矢量小閉環(huán)控制雖然為閉環(huán)控制,但是其無法保證后續(xù)速度輸出的穩(wěn)定性[3],容易由于環(huán)境的突變而引起速度的突變,進而對整個系統(tǒng)造成沖擊[4]。以礦用絞車中的無極繩牽引絞車為例,分析其在實際應(yīng)用中所存在的問題,并經(jīng)優(yōu)化設(shè)計后對其改造后的效果進行測試。
1控制思路
隨著綜采工作面開采效率的不斷提升,對無極繩牽引絞車的整機效率也需升級,進而適應(yīng)整個工作面的生產(chǎn)。因此,整機功率升級后,系統(tǒng)對絞車啟動和停止過程中對設(shè)備的沖擊和無極調(diào)速的要求越來越高。據(jù)研究可知,液壓調(diào)速方式由于其傳動平穩(wěn)、響應(yīng)快捷、調(diào)速范圍較廣等優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用于機械、礦山等設(shè)備啟動,制動時可減輕對設(shè)備的沖擊。因此,本文將液壓調(diào)速方式應(yīng)用于對無極繩牽引絞車中。
1.1液壓調(diào)速方案的分析
在綜合分析節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速以及二者相結(jié)合的容積節(jié)流調(diào)速方式的基礎(chǔ)上,綜合分析無極繩牽引絞車未來的發(fā)展趨勢和對貨物運輸平穩(wěn)性的要求,本文將采用液壓調(diào)速方案中的容積調(diào)速方式。為了提高該調(diào)速方案的遠程操作能力,采用比例先導(dǎo)控制手柄實現(xiàn)對絞車的遠程調(diào)速控制。
1.2變頻液壓調(diào)速控制方案的分析
為實現(xiàn)對無極繩牽引絞車的變頻調(diào)速,在全液壓調(diào)速方案的基礎(chǔ)上將變頻調(diào)速應(yīng)用于無極繩牽引絞車中,最終形成變頻液壓調(diào)速方案。變頻調(diào)速的方法包括有恒壓頻比控制、轉(zhuǎn)差頻率控制以及矢量控制。由于恒壓頻比控制在靜、動態(tài)的控制性能較差,轉(zhuǎn)差頻率控制的相應(yīng)速度不高[5],本文中的變頻液壓調(diào)速的控制方案由矢量控制所實現(xiàn)。
2絞車控制系統(tǒng)關(guān)鍵部件的選型
2.1設(shè)計參數(shù)及目標
基于總體變頻液壓調(diào)速控制方案的確定,為其設(shè)計相應(yīng)的液壓系統(tǒng)。變頻調(diào)速控制系統(tǒng)需控制絞車的參數(shù)及控制目標。
2.2液壓系統(tǒng)的選型設(shè)計
變頻液壓調(diào)速液壓系統(tǒng)的關(guān)鍵部件包括馬達、定量泵以及電機。液壓系統(tǒng)工作原理為基于異步電機的變頻調(diào)速實現(xiàn)對定量泵的控制,進而控制恒壓自變量液壓馬達。馬達的轉(zhuǎn)速是衡量變頻調(diào)速器性能的關(guān)鍵指標。因此,通過計算得出馬達的轉(zhuǎn)速,即可選出合適的馬達。馬達轉(zhuǎn)速計算公式如公式(1):nm=30iVqπr.式中:nm為馬達的轉(zhuǎn)速;i為減速器減速比,取75;Vq為牽引速度,取1.5m/s;r為絞車滾筒的半徑,取0.5m。經(jīng)計算,nm=2150r/min。泵的轉(zhuǎn)速計算公式如公式(2)np=nmVmVp.(2)式中:np為泵的轉(zhuǎn)速;Vm為馬達的排量,取12mL/r;Vp為泵的排量,取130mL/r。經(jīng)計算可得,對應(yīng)泵的轉(zhuǎn)速為198r/min?;谏鲜鲇嬎?,完成對該控制系統(tǒng)中液壓馬達和液壓泵的選型。
3絞車控制系統(tǒng)控制策略的設(shè)計
無極繩牽引絞車變頻液壓調(diào)速系統(tǒng)包括變頻調(diào)速和液壓調(diào)速兩部分。其中,變頻調(diào)速模塊由矢量小閉環(huán)控制實現(xiàn),其控制算法為PID控制器。為了對絞車速度的理想控制效果,其關(guān)鍵在于PID控制器控制策略的確定。變頻調(diào)速模塊由異步電機矢量控制所實現(xiàn),為了達到理想的控制效果,需選用恰當(dāng)?shù)目刂破?。目前,工業(yè)中選用的控制器大部分為PID控制器?;谙嚓P(guān)PID控制理論根據(jù)實際生產(chǎn)基于Simulink軟件建立對應(yīng)的仿真模型,對比例系數(shù)Kp、積分系數(shù)Ki以及微分系數(shù)KD三個參數(shù)進行不斷優(yōu)化。經(jīng)過多次調(diào)節(jié)后整定,三個參數(shù)的取值分別為Kp=0.001、Ki=0.65、KD=0.02。經(jīng)對比分析,基于PID控制的變頻液壓調(diào)速控制系統(tǒng)能夠明顯消除絞車響應(yīng)超調(diào)量,且穩(wěn)態(tài)誤差由原先的5.9%降低為0.9%;絞車對其速度控制時間由之前的4s減少為當(dāng)前的2s。由此可見,基于PID控制策略下的絞車變頻調(diào)速控制系統(tǒng)能夠提高絞車的響應(yīng)能力,增強絞車運行的穩(wěn)定性和可靠性。
4結(jié)語
牽引絞車作為綜采工作面的輔助生產(chǎn)設(shè)備,該設(shè)備運行的穩(wěn)定性和可靠性間接影響綜采工作面的開采效率。在實際生產(chǎn)中,需確保對絞車速度的無極控制,使其滿足實際生產(chǎn)的需求。本文提出的變頻液壓調(diào)速控制系統(tǒng)在對絞車系統(tǒng)控制中無超調(diào)和波動,可在實際生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。
參考文獻
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[4]李宏,劉陽,劉先玉.變頻調(diào)速絞車在斜巷提升中的應(yīng)用[J].煤炭工程,2013,45(1):150-152.
作者:馬俊峰 單位:山西陽煤寺家莊煤業(yè)有限責(zé)任公司