СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОХОДЧЕСКИМ ЩИТОМ

Полезная модель относится к горной промышленности и может быть использована при управлении проходческим щитом.
Известна система управления проходческим щитом (Intelligent Robotics and Applications Second International Conference, ICIRA 2009, Singapore, December 16-18, 2009.
Статья: Ming Xie, Youlun Xiong, Caihua Xiong, Honghai Liu, Zhencheng Hu, Simulation Analysis of Pressure Regulation of Hydraulic Thrust System on a Shield Tunneling Machine, стр.495, рис.2 (Hydraulic circuit of thrust system)), включающая объединенные гидравлической магистралью с рабочей жидкостью маслостанцию, где формируется поток рабочей жидкости, обладающий характеристиками, необходимыми и достаточными для нормального функционирования системы гидравлического оборудования, блок управления потоками рабочей жидкости, выполненный в виде трехпозиционного клапана, позволяющего производить быстрое перенаправление потоков рабочей жидкости между двумя магистралями, гидравлический блок, включающий коллекторы, необходимые для распределения рабочей жидкости между несколькими гидравлическими цилиндрами, и игольчатые клапаны, позволяющие регулировать расход (величину потока) гидравлической жидкости и соответственно оказывать влияние на скорость перемещения штока гидравлического цилиндра, гидравлические цилиндры, выполняющие работу по преобразованию энергии давления рабочей жидкости на поршень в перемещение штока.
К недостатком данной системы относятся:
- Все гидравлические цилиндры объединены в общий гидравлический контур. Данная особенность построения системы приводит к тому, что равномерное выдвижение штоков в группе гидравлических цилиндров возможно лишь в случае равномерного распределения нагрузки. То есть, если проходческий щит, оснащенный гидравлической системой собранной с использованием принципов исходной схемы, упирается краем ножевого кольца в область повышенной плотности, начинается его разворот и смещение относительно оси проходки.
- Ручное управление расходом рабочей жидкости при использовании известной гидравлической схемы носит интуитивный характер и зависит от опытности оператора, а также ряда сопутствующих факторов.
- Оценка эффективности управления возможна лишь при проведении достаточно большого количества рабочих циклов, что может приводить к накоплению ошибки вследствие недостаточного либо избыточного регулирования.
Задачей настоящей полезной модели является создание системы управления проходческим щитом, техническим результатом реализации которой является возможность производить мониторинг работы всех гидравлических цилиндров и своевременно вводить корректировки в их совместное использование; осуществлять работу гидравлических цилиндров по заданному алгоритму для канала управления и осуществлять регулирование непрерывно, за счет наличия в системе информационного канала управления системой.
Поставленная задача решается тем, что система управления проходческим щитом, включающая, масло станцию, устройство управления потоками рабочей жидкости, гидравлический блок и гидравлические цилиндры, объединенные гидравлической магистралью с рабочей жидкостью, согласно полезной модели, снабжена установленными в гидравлических магистралях датчиками давления и блоком генерации и контроля управляющих сигналов, соединенным с устройством управления потоками рабочей жидкости, гидравлическим блоком и с блоком гидравлических цилиндров, при этом устройство управления потоками рабочей жидкости выполнено в виде блока разгрузки, гидравлический блок выполнен с электрогидравлическими усилителями, взаимосвязанными с датчиками давления, а гидравлические цилиндры выполнен с датчиками перемещения.
В данной системе управления проходческим щитом электрогидравлические усилители выполнены с золотниковыми гидрораспределителями.
Признак, касающийся введения датчиков давления в гидравлические магистрали для контроля в них давления, связан с выполнением и предназначением гидравлического блока, содержащего электрогидравлические усилители.
Гидравлический блок предназначен для доставки и распределения рабочей жидкости между несколькими электрогидравлическими усилителями, а также предназначен для установки в контурах гидравлических магистралей датчиков давления. В заявленной системе электрогидравлические усилители объединены в блок для обеспечения их согласованного функционирования.
Устройство управления потоками рабочей жидкости, выполненное в виде блока разгрузки, в отличие от трехпозиционного клапана в прототипе, необходим не только для перенаправления потоков рабочей жидкости, но и для быстрого перенаправления потоков рабочей жидкости между магистралями, ее подачи и слива, предварительного регулирования характеристик расхода и давления рабочей жидкости и предотвращения падения давления в системе посредством блокирования гидравлических магистралей, поскольку разработанная система является динамической. По своей сути данный блок является разгрузочным, т.к. за счет данного предварительного регулирования блок снижает гидравлическую нагрузку на электрогидравлические усилители, поэтому он так и назван.
Блок генерации и контроля управляющих сигналов по сути является блоком управления и предназначен для точного регулирования управляющими сигналами и контроля за их отработкой.
Гидравлические цилиндры выполнены в виде блока с датчиками перемещения, необходимыми для контроля за отработкой ими управляющего сигнала и являющимися датчиками обратной связи между блоком гидравлических цилиндров и блоком генерации и контроля управляющих сигналов.
На чертеже в виде схемы представлена заявленная система управления проходческим щитом. Система изображена в виде двух каналов распространения сигналов: информационного канала управления и энергетического.
Информационный канал управления, включающий блок 1 генерации и контроля управляющих сигналов (блок управления) с обратными связями взаимодействующих с ним блоков. Аналогичный канал в прототипе отсутствует. По этому каналу передаются сигналы управления от входа к объекту управления - системе управления проходческим щитом. Особенностью информационного канала является низкий уровень мощности управляющих сигналов. В его состав также включены входные элементы регулятора (микропроцессоры, корректирующие цепи, электрогидравлические усилители) и датчики обратной связи (на схеме не показаны).
Энергетический канал, который в измененном виде частично представлен в прототипе, предназначен для распространения преобразуемой энергии от источника питания к нагрузке (объекту управления - системе управления проходческим щитом). Уровень мощности передаваемых сигналов здесь существенно выше.
Энергетический канал включает в себя: маслостанцию 2, блок 3 разгрузки, гидравлический блок 4 с электрогидравлическими усилителями, объединенными в блок 5 и взаимосвязанными с датчиками 6 давления, а также блок 7 гидравлических цилиндров с датчиками 8 перемещения (на чертеже изображен один гидравлический цилиндр).
Все составляющие элементы энергетического канала объединены гидравлической магистралью с рабочей жидкостью (на чертеже не показана)
При этом составляющие элементы каналов взаимосвязаны между собой. Так, блок 1 генерации и контроля управляющих сигналов соединен с блоком 3 разгрузки, гидравлическим блоком 4 и с блоком 7 гидравлических цилиндров.
Рабочий цикл заявленной системы сводится к следующему.
Генерируют исполнительный импульс.На устройство управления потоками рабочей жидкости, который по сути своей является блоком 3 разгрузки, подают управляющий сигнал от блока 1, который им отрабатывается, а давление и расход рабочей жидкости приводятся к параметрам, удовлетворяющим рабочему режиму системы. При этом потоки рабочей жидкости перенаправляются в зависимости от выбранного режима работы системы (выдвижение/уборка штока гидравлического цилиндра). Управляющие сигналы подают и на электрогидравлические усилители блока 5.
Производится поканальная отработка управляющих сигналов электрогидравлическими усилителями блока 5 с помощью регулирования расхода рабочей жидкости за счет изменения площади поперечного сечения гидравлической магистрали и как следствие регулирование скорости движения штоков гидравлических цилиндров.
Поканальная отработка сигналов производится и гидравлическими цилиндрами 7, также производится контроль над перемещением штоков гидравлических цилиндров 7 и отправка соответствующих данных в блок 1 генерации и контроля управляющих сигналов, т.е. осуществляется обратная связь но положению штоков гидравлических цилиндров 7.
Далее производится сложение управляющего сигнала блока 1 с данными о перемещении штоков гидравлических цилиндров 7 и генерация нового управляющего сигнала.
Таким образом, заявленная система управления проходческим щитом имеет преимущество перед известной системой, т.к. является динамической системой, то есть в ней осуществляется непрерывное регулирование и контроль параметров системы, что обеспечивает большую достоверность системы.