Обзор технических решений измерения массы породы в ковше электрических одноковшовых экскаваторов

Повышение производительности и энергоэффективности электрических одноковшовых экскаваторов связано с измерением основного показателя работы экскаватора — массы горной породы в ковше. В статье выполнен аналитический обзор исследований отечественных и зарубежных авторов в области измерения массы породы в ковше и промышленных серийных информационно-диагностических систем электрических карьерных экскаваторов и драглайнов с целью определения перспективного направления исследований. Технические решения измерения массы породы в ковше классифицированы на прямые и косвенные по методу измерения усилий в рабочем оборудовании. Показано, что прямое измерение усилий в рабочем оборудовании выполняется тензометрическим датчиком усилия в подъёмном канате, а косвенное — по сигналам главных электроприводов. Приведены основные характеристики и показатели точности методов измерения массы породы в ковше и промышленных серийных информационно-диагностических систем. В результате установлено: недостаточное количество работ по косвенному измерению массы породы в ковше для экскаваторов с главными электроприводами переменного тока; актуальна разработка стандартного критерия определения погрешности канала измерения массы породы в ковше экскаватора и методики поверки измерительного канала; целесообразно осуществлять оценку погрешности систем измерения с использованием экспериментальных исследований методом имитации рабочих операций с контрольными грузами и указывать доверительный интервал, для которого приведена погрешность системы измерения; перспективным направлением в области разработки новых методов следует считать интеллектуальные системы на основе фильтров Калмана и статистических методов обработки результатов измерений массы породы в ковше, а также усилий в рабочем оборудовании.

Осипов П. А. Обзор технических решений измерения массы породы в ковше электрических одноковшовых экскаваторов // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 11-1. — С. 229—238. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_111_0_229.

Осипов Павел Андреевич — ст. преподаватель кафедры электрификации горных предприятий, е-mail: pavel.osipov@m.ursmu.ru, Уральский государственный горный университет, 620144, Россия, Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30.

1. Подэрни Р. Ю. Мировой рынок поставок современного выемочно-погрузочного оборудования для открытых горных работ // ГИАБ. 2015. №2.

2. Карякин А. Л. Режимы работы, оптимизация и управление электромеханическими комплексами главных приводов одноковшовых экскаваторов: дисc. докт. техн. наук: 05.09.03. Екатеринбург, 2005. 276 с.

3. Wauge D.. Payload Estimation for Electric Mining Shovels: PhD Thesis. Mechanical Engineering, the University of Queensland, Australia, 2008, 246 p.

4. Slob J. J., McAree P. R., Steinbuch M. and Siegrist P. M. Payload Estimation for Electric Mining Shovels using a Load Sensing Pin: Traineeship report, Eindhoven University of Technology, 2007, 51 p.

5. Kalin C, Seibold J, Miller P. P&H Centurion System // Официальный сайт Western Mining Electrical Association [электронный ресурс] — режим доступа: https://wmea.net/ product/june-2006-salt-lake-city-utah (дата обращения: 11.10.2021)

6. Peter Ross Mcaree, Pinjarra Hills, David Herman Wauge. Patent US 8,311,970 B2, 13.11.2012. Payload Estimation of Weight Bearng Machinery Using Multiple Model Adaptive Estmator System and Method.

7. Хатагов А. Ч., Кибизов К. В., Бидеев Г. А. Устройство непрерывного измерения загрузки ковша одноковшового экскаватора. Пат. А. С. 594262 СССР, МКИ: E02F9/20. — N 2328536/29—03; Заявл. 24.02.76: Опубл. 25.02.78; Бюл. N 7/ — 3 c

8. Борисов А. М., Беглецов Б. Н. Микропроцессорное устройство взвешивания грунта в ковше экскаватора-драглайна // Тезисы докладов «IV Всесоюзная научнотехническая конференция по электроприводу экскаваторов». М.: Информэлектро, 1989. С. 13—14.

9. Залесов О. А., Мартынов А. М., Филиппенко А. И. Способ определения массы ковша экскаватора-драглайна. Пат. А. С. 861485 СССР, МКИ: E02F3/48.– N 2658784/29—03; Заявл. 10.05.78: Опубл. 07.09.81; Бюл. N 33/ — 4 c.

10. Кибизов К. В., Хатагов А. Ч. Автоматизированное дозирование загрузки транспортных средств одноковшовым экскаватором // Известия вузов. Горный журнал. 1985. № 2. С. 94—97.

11. Бабенко А. Г., Полузадов В. Н., Дружинин А. В. Измерение массы полезного грунта, перемещаемого подъемно-транспортной машиной циклического действия // Известия вузов. Горный журнал. 1994. № 4. С. 106—114.

12. Карякин А. Л. Способ и устройство измерения статического тока электропривода. Пат. 2097495 Россия, МПК 6 E 02 F 9/20. N 95101925/03; Заявл. 8.2.95; Опубл. 27.11.97, Бюл. N 33 1999—01.

13. Корюков А. А. Геометрическая модель рабочего оборудования карьерного экскаватора для расчета нагрузок электропривода и контроля положения ковша. Известия вузов. Горный журнал, 2013, №3. С. 106—113.

14. Осипов П. А., Карякин А. Л. Метод измерения координат асинхронного электродвигателя в частотно-регулируемом электроприводе механизмов карьерного экскаватора // Электротехника. 2012. № 9. С. 18—21.

15. Karyakin A., Osipov P. Increased productivity with performance monitoring of the key technological indicators for power shovels and dragline by means of electric drive // The 30th International Symposium on Automation and Robotics in Construction and Mining. Held in conjunction with the 23rd World Mining Congress & Expo (WMC 2013), 2013.

16. Rasuli A.. Dynamic Modeling, Parameter Identification, Payload Estimation, and Non-Contact Arm Geometry Sensing of Cable Shovels: A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Doctor of Philosophy. The University of British Columbia, Vancouver, 2012, 128 p.

17. Карьерные экскаваторы // Официальный сайт компании P&H Mining Equipment Inc. [электронный ресурс] — режим доступа: http://www.phmining.com (дата обращения: 11.10.2021).

18. Канатные экскаваторы с электрическим приводом // Официальный сайт компании Caterpillar Inc. [электронный ресурс] — режим доступа: https://www.cat.com/ ru_RU/products/new/equipment/electric-rope-shovels.html (дата обращения: 11.10.2021).