Электропривод механизма натяжения питающего кабеля электрифицированного напольного транспортного средства тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат технических наук Котенёв, Александр Викторович

• Котенёв, Александр Викторович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Котенёв, Александр Викторович

Введение.

Глава 1. Существующие системы электропитания напольных транспортных средств.

1.1. Обзор напольного электротранспорта.

1.2. Динамические характеристики механических систем с упругими связями.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Электропривод механизма натяжения питающего кабеля электрифицированного напольного транспортного средства»

Диссертация посвящена исследованию и разработке систем централизованного электроснабжения электрифицированных транспортных средств. Актуальность проблемы 4

Производство погрузочно-разгрузочных и транспортных работ является важной и неотъемлемой частью любых производственных процессов. Важнейшей качественной характеристикой данного вида работ является степень их механизации, направленная на максимальное уменьшение доли ручного труда.

Типичным способом обеспечения механизации погрузочно-разгрузочных и транспортных работ, выполняемых в цехах и на складах небольших предприятий, является использование напольных транспортных средств с автомобильным или электрическим приводом.

Использование напольного транспортного средства с электрическим приводом является более предпочтительным, а во многих случаях и единственно возможным выходом, если предполагается его использование в закрытых и ф плохо вентилируемых помещениях, в помещениях цехов и складов пищевых, фармацевтических или иных производств, где по тем или иным причинам наличие выхлопа недопустимо.

Однако содержание напольного транспортного средства с электрическим приводом связано с большими эксплуатационными затратами, обуславливаемыми необходимостью периодической подзарядки и замены аккумуляторных батарей, хранения и утилизации электролита, необходимо также отдельное вентилируемое зарядное помещение и специализированный обслуживающий персонал.

Эксплуатационные расходы при использовании напольного транспортного средства с электрическим приводом можно значительно уменьшить, если пет ревести его на питание непосредственно от электрической сети, для чего транспортное средство необходимо оснастить комплектом дополнительного оборудования питания от электрической сети.

Однако в существующих в настоящее время системах электрического питания напольных транспортных средств от электрической сети (СЭПНТС) используется пружинный привод механизма натяжения питающего кабеля

МНПК), который наряду с такими достоинствами как простота и надежность имеет существенные недостатки, основными из которых является существенное ограничение скорости передвижения транспортного средства и ширины его рабочей зоны, что во многих случаях неприемлемо.

Применение эффективных устройств, обеспечивающих смотку, намотку и надлежащее натяжение питающего кабеля в составе систем питания электрифицированных напольных транспортных средств от электрической сети может значительно расширить область их применения в условиях промышленного производства.

Особенно актуально применение электрифицированных напольных транспортных средств с питанием от электрической сети на предприятиях ма-% лого и среднего бизнеса, где уменьшение издержек производства является одной из основных задач. А так как задача развития малого и среднего бизнеса является одной из приоритетных задач государства, то это значит, что разработка эффективных СЭПНТС является актуальной проблемой. Цель работы и задачи исследований

Целью диссертационной работы является разработка, исследование и создание электромеханического оборудования СЭПНТС для работы в условиях промышленного предприятия, обеспечивающего существенно более высокие показатели применения (маневренность и ширина рабочей зоны) по сравнению с существующими аналогами.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: * - проведение анализа современного состояния электрифицированного напольного транспорта с питанием от электрической сети, предназначенного для эксплуатации в условиях промышленного предприятия;

- разработка конструкции МНПК;

- математическое описание механической части электропривода МНПК;

- построение и исследование систем управления электропривода МНПК;

- реализация и экспериментальные исследования СЭПНТС с электроприводом МНПК.

Методы исследования

Для решения поставленных задач использовались основные положения теории колебаний, дифференциальных уравнений, методы теории автоматического управления и теории автоматизированного электропривода, а также экспериментальные методы исследования и методы компьютерного моделирования.

Научная новизна

В диссертационной работе получены следующие основные научные результаты:

- математическая модель механической части электропривода МНПК;

- методика вычисления жесткости элементов линии питания СЭПНТС;

- структуры систем управления электропривода МНПК. Практическая ценность и реализация результатов работы

- разработана оригинальная конструкция МНПК;

- разработаны рекомендации по проектированию элементов линии питания СЭПНТС;

- разработан комплект электрооборудования электропривода МНПК, со взаимозаменяемыми аналоговым и цифровым вариантами системы управления натяжением питающего кабеля.

Апробация работы

Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

- Девятой международной научно-техническая конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, МЭИ, 2003 г.);

- Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука, технологии, инновации» (г. Новосибирск, НГТУ, 2003 г.);

- Всероссийской научной конференции «Математическое моделирование и краевые задачи» (г. Самара, СамГТУ, 2004 г.);

- Пятой международной конференции молодых ученых и студентов «Актуальные проблемы современной науки» (г. Самара, СамГТУ, 2004 г);

- Одиннадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, МЭИ, 2005 г.).

По результатам диссертационной работы опубликовано 11 печатных работ.

Электропогрузчики типа ЭШОЗКО, ЭП1616, ЭП2014, ЕВ717, оснащенные СЭПНТС с электроприводом МНПК, разработанной на основании результатов диссертационной работы, внедрены и на протяжении нескольких лет эксплуатируются на предприятиях г. Самары и Самарской области: ОАО «Самарский жиркомбинат», ОАО ПКК «Весна», ЗАО «Капель», ЗАО «Сургутское плодоовощное хозяйство», ЗАО СМФ «Верола». Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка, включающего 105 наименований, и приложения. Работа изложена на 116 листах основного машинописного текста, содержит 164 рисунков, 1 таблицу.

Заключение диссертации по теме «Электротехнические комплексы и системы», Котенёв, Александр Викторович

Заключение

В работе получены следующие основные результаты:

1. Использование принципа централизованного электроснабжения электрифицированных напольных транспортных средств позволяет значительно уменьшить эксплуатационные расходы. Существующие серийно производимые СЭПНТС с пружинным приводом МНПК не позволяют в полной мере использовать все преимущества концепции централизованного питания напольных транспортных средств, так как пружинный МНПК накладывает существенные ограничения на ширину рабочей зоны и максимальную скорость передвижения в его пределах. Показано, что применение МНПК с электрическим приводом способно расширить зону обслуживания и если не улучшить, то, по крайней мере, не ухудшить динамические характеристики транспортного средства по сравнению с аккумуляторным вариантом.

2. В рамках предлагаемой в работе концепции СЭПНТС разработана оригинальная конструкция МНПК с электроприводом постоянного тока, основными отличиями которого являются горизонтальное расположение кабельного барабана и оригинальная конструкция направляющего устройства, обеспечивающими качественную смотку питающего кабеля.

3. В целях решения задач управления процессом смотки, намотки и натяжения питающего кабеля разработана математическая модель МНПК и питающей линии на основе расчетной схемы одномассовой механической системы с двумя последовательно включенными звеньями с упругими связями, представляющими промежуточную и подвесную линии питания. Приведена методика определения жесткости подвесной линии питания, представляемой неравномерно нагруженной нитью, натянутой с определенным усилием путем определения частоты ее колебаний в точке приложения сосредоточенной силы. Определена зависимость жесткости промежуточной линии питания от усилия ее натяжения и от удаления транспортного средства от оси подвесной линии питания.

4. Проведен анализ динамических характеристик МНПК как объекта управления натяжением питающего кабеля и даны рекомендации по выбору приводного двигателя и основных размеров кабельного барабана и направляющего устройства МНПК.

5. Сформулированы требования к качеству процесса управления натяжением питающего кабеля. Предложены несколько альтернативных структур систем управления электропривода МНПК с различными связями по регулируемым и промежуточным координатам, проведен анализ этих структур и дан вывод об их практическом применении.

6. Разработаны технические требования и рекомендации для реализации СЭПНТС с управляемым электроприводом постоянного тока МНПК, на основании которых создан комплект электромеханического оборудования для обеспечения электрического питания электропогрузчиков от сети в условиях промышленного предприятия.

7. На действующем транспортном средстве проведены экспериментальные исследования, свидетельствующие о достоверности математической модели объекта.

8. Электропогрузчики, оснащенные СЭПНТС с разработанным автоматизированным электроприводом МНПК внедрены и успешно работают на нескольких предприятиях Самары и Самарской области

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Котенёв, Александр Викторович, 2005 год

1. Амосов А.А., Дубинский Ю.А., Копченова A.J1. Вычислительные методы для инженеров. - М.: Высшая школа, 1994. - 544 с.

2. Андреев Ю.Н. Управление конечномерными линейными объектами. -М.: Наука, 1976.-424 с.

3. Андриевский Б.Р., Фрадков A.J1. Избранные главы теории автоматического управления с примерами на языке Matlab. СПб.: Наука, 1999. - 467 с.

4. Бабаков И.М. Теория колебаний. М.: Наука, 1968. - 560 с.

5. Барбашин Е.А. Введение в теорию устойчивости. — М.: Наука, 1967.312 с.

6. Бахвалов Н.С., Жидков Н.П., Кобельков Г.М. Численные методы. -М.: Наука, 1987.-600 с.

7. Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление электроприводами. Л.: Энергоиздат, 1982. - 392 с.

8. Башарин А.В., Новиков В.А., Столяров А.И. Динамические модели электромеханических систем лентопротяжных механизмов. // Электротехническая промышленность, серия «Электропривод». №4(75), 1979- С. 1-6.

9. Башарин А.В., Постников Ю.В. Примеры расчета автоматизированного электропривода на ЭВМ. Л.: Энергоатомиздат, 1990. - 512 с.

10. Беклемишев Д. В, Дополнительные главы линейной алгебры. М.: Наука, 1983. 338 с.

11. Бессекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического управления. СПб.: Профессия, 2003. 752 с.

12. Бицадзе А.В. Уравнения математической физики. М.: Наука, 1976.296 с.

13. Бородин Ю.Л., Ионнисиан А.Б. Частотный метод проектирования одного класса систем с переменными параметрами // Электричество. 1967. -№ 1. — С.43-54.

14. Бошнякович А.Д. Механический расчет проводов и тросов линий электропередач. Д.: Энергия, 1971. 298 с.

15. Бриккер И.Л. О частотном анализе линейных систем с переменными параметрами // Автоматика и телемеханика. 1966. - №8. - С.43-54.

16. Будак Б.М., Самарский А.А., Тихонов А.Н. Сборник задач по математической физике. -М.: Наука, 1980. 688 с.

17. Васильев Д.В., Чуич В.Г. Системы автоматического управления. М: Высшая школа, 1967.-368 с.

18. Воеводин В.В. Вычислительные основы линейной алгебры. М.: Наука, 1977.-304 с.

19. Воеводин В.В., Кузнецов Ю.Д. Матрицы и вычисления. М.: Наука, 1984.-320 с.

20. Воронов А.А. Основы теории автоматического управления. 4.1, 2. -М.: Энергия, 1965, 1966. 472 с, 336 с.

21. Воронов А.А., Титов В.К., Новогранов Б.Н. Основы теории автоматического регулирования и управления. 4.1, 2. М: Высшая школа, 1977. - 519 с.

22. Гойхман П.А. Устойчивость многомассовой электромеханической системы управления приводом подач копировально-фрезерного станка. // Электротехническая промышленность, серия «Электропривод». №4(75), 1979. -С.6-10.

23. Гантмахер Ф. Р. Теория матриц. М.: Наука, 1988.

24. Гельфонд А.О. Исчисление конечных разностей. М.: Наука, 1967.315 с.

25. Гноенский Л.С., Каменский Г.А., Элъсголъц Л.Э. Математические основы теории управляемых систем. М.: Наука, 1969. - 512 с.

26. Зимин Л.С., Котенёв В.И., Котенёв А.В. Математическая модель механической части электропривода кабельного барабана безаккумуляторного электропогрузчика // Вестник СамГТУ. Серия Технические науки. Выпуск 33. Самара, 2004.-е. 14-19.

27. Гроп Д. Методы идентификации систем: Пер. с англ. / Под ред. Е.П. Кринецкого. М.: Мир, 1979. - 302 с.

28. Д'Анжело Г. Линейные системы с переменными параметрами. Анализ и синтез: Пер с англ. / Под ред. Н.Т. Кузовкова. М.: Машиностроение, 1974. -288 с.

29. Дейч A.M. Методы идентификации динамических объектов / Пер. с англ. М.: Энергия, 1979. - 240 с.

30. Диткин В. А., Прудников А. П. Справочник по операционному исчислению. М.: Высшая школа, 1965. - 467 с.

31. Дорф Д., Бишоп Р. Современные системы управления. М.: Лаборатории базовых знаний, Юнимедиастайл, 2002. - 831 с.

32. Емельянов С.В. Бинарные системы автоматического управления. -М.: Мир, 1987.-296 с.

33. Емельянов С.В. Системы автоматического управления с переменной структурой. М.: Наука, 1967.

34. Зимин Е.Н., Яковлев В.И. Автоматическое управление электроприводами. М.: Высшая школа, 1979. -318 с.

35. Зйкхофф П. Основы идентификации систем управления. М.: Мир, 1975.-683 с.

36. Иванов В.А., Медведев B.C., Чемоданов Б.К. Математические основы теории автоматического регулирования: В 2-х тт., Т.1.- М.: Высш. школа, 1977. -518с.

37. Иващенко Н.Н. Автоматическое регулирование. М., Машиностроение, 1973, 606 с.

38. Ильинский Н.Ф. Электроприводы постоянного тока с управляемым моментом-М.: Энергоиздат, 1981- 144 с.

39. Ключев В. И. Ограничение динамических нагрузок электроприводаМ.: Энергия, 1971.-380 с.

40. Ключев В.И. Теория электропривода. М.: Энергоатомиздат, 1985560 с.

41. Ключев В.И., Терехов В.М. Электропривод и автоматизация общепромышленных механизмов. М.: Энергия, 1980. - 360 с.

42. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1984. 832 с.

43. Котенёв А.В., Котенёв В.И. Математическая модель натянутого каната как объекта управления его колебаниями // Вестник СамГТУ. Серия Технические науки. Выпуск 20. Самара, 2004. с. 14-19.

44. Котенев А.В. Математические модели двигателей постоянного тока при быстрых изменениях магнитного потока // Вестник СамГТУ. Серия Технические науки. Выпуск 24. Самара, 2004. с. 167-171.

45. Котенев А.В. Оборудование для электроснабжения и управления электропогрузчиками // Электро- и теплотехнологические процессы и установки : Межвуз. научн. сб. Саратов, 2003 - С. 171-173

46. Котенёв В.И. Приближенный метод решения задач нестационарной теплопроводности // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1989. №3. С. 111116.

47. Котенёв В.И. Метод интегральных элементов в системах с распределенными параметрами // Ученые Сызрани науки и производству. Сборник научных трудов. - Самара. 1996. - С.181-185.

48. Крылов Ю.А. Разработка и исследование САР натяжением полосы отжига электролитического лужения : Автореф. канд. дисс. М.: МЭИ, 1978. -20 с.

49. Кузовков Н.Т. Модальное управление и наблюдающие устройства. М.: Машиностроение, 1976. 184 с.

50. Лебедев Е.Д., Неймарк В.Е., Пистрак М.Я., Слежановский О.В. Управление вентильными электроприводами постоянного тока. М.: Энергия, 1970.-200 с.

51. Лимонов А.Г., Мацько Е.М., Таращанский П.И. Динамика систем прямого регулирования на линиях непрерывной обработки полосы. // Электротехническая промышленность, серия «Электропривод». №1(81), 1980. С. 1013.

52. Манжиров А.В., Полянин АД. Методы решения интегральных уравнений: Справочник. М.: Факториал, 1999. - 272 с.

53. Математические основы теории автоматического регулирования. Т.1 / Под ред. Б.К. Чемоданова. М.: Высшая школа, 1977. - 366 с.

54. Математические основы теории автоматического регулирования. Т.2 /Под ред. Б.К. Чемоданова. М.: Высшая школа, 1977. - 456 с.

55. Менский Б. М. Принцип инвариантности в автоматическом регулировании и управлении. М.: Машиностроение, 1972. - 248 с.

56. Михайлов Ф.А. Динамика нестационарных линейных систем. М.: Наука, 1976. -368 с.

57. Михеев Ю. Е., Сосоннин В. JL Системы автоматического управления станками. М.: Машиностроение, 1978 - 264 с.

58. Моисеев Н. Н. Математика ставит эксперимент. М.: Наука: 1979,224 с.

59. Москаленко В.В. Автоматизированный электропривод -М.: Энергоатомиздат, 1986.-416 с.

60. Москаленко В.В. Современные системы автоматизированного электропривода. М.: Высш. школа, 1980.-96 с.

61. Основы теории автоматического управления / Под ред. Н.Б. Судзи-ловского. М.: Машиностроение, 1985. - 512 с.

62. Патент на изобретение 2185296 RU, МКИ В 60 L 9/00. Устройство для электроснабжения и управления безрельсовым транспортом. / В.И. Котенев,

63. А.В. Котенев и др.- №2000131771/28; заявл. 18.12.2000, опубл. 20.07.2002; Бюл.№20

64. Первозванский А.А. Курс теории автоматического управления. М.: Наука, 1986.-616 с.

65. Попов E.JI. Теория линейных систем автоматического регулирования и управления. М.: Наука, 1978. - 720 с.

66. Потемкин В.Т. Система MATLAB. Справочное пособие. М: ДИАЛОГ-МИФИ, 1997.

67. Рей У.Х. Методы управления технологическими процессами: Пер. с англ. -М.: Мир, 1983. -368 с.

68. Решмин Б. И., Ямпольский Д.С. Проектирование и наладка систем подчиненного регулирования электроприводов. М.: Энергия, 1975. - 184 с,

69. Ротач В.Я. Теория автоматического управления теплоэнергетическими процессами. М.: Энергоатомиздат. 1985. - 296 с.

70. Сборник задач по ТАР и У / Под ред. В.А. Бесекерского. М.: Наука, 1978.-512 с.

71. Сейдж А., Меле Э. Теория оценивания и ее применение в связи и управлении. М.: Связь, 1976. 495 с.

72. Сивцов В.И., Чулин Н.А. Автоматизированный синтез систем регулирования на основе частотного метода теории автоматического управления. М.: Машиностроение, 1982. 56 с.

73. Сиротин А.А. Автоматическое управление электроприводами. -М.: Энергия, 1969. 560 с.

74. Следящие приводы Под ред. Б. К- Чемоданова. М.: Энергия, 1976. -480 с, т. 1.

75. Смирнов В.И. Курс высшей математики. Т.1. М.: Наука, 1965.478 с.

76. Соколов Н.И. Аналитический метод синтеза линеаризованных систем автоматического регулирования. М.: Машиностроение, 1966. - 328 с.

77. Солодов А.В., Петров Ф.С. Линейные автоматические системы с переменными параметрами. М.: Наука, 1971. - 620 с.

78. Солодовников В.В., Плотников В.Н., Яковлев А.В. Основы теории и элементы систем автоматического регулирования. М.: Машиностроение, 1985.-608 с.

79. Солодовников В.В., Плотников В.Н., Яковлев А.В. Теория автоматического управления техническими системами. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1993.-492 с.

80. Солодовников В.В., Филимонов Н.Б. Проблема динамического качества систем автоматического управления: Учеб. пособие. М.: МВТУ, 1987.

81. Справочник по автоматизированному электроприводу / Под ред. В.А.Елисеева и А.В. Шинянского.-М.: Энергоатомиздат, 1983.-616 с.

82. Справочник по теории автоматического управления / Под ред. А.А. Красовского -М.: Наука, 1987. 712 с.

83. Степанов В.В. Курс дифференциальных уравнений. М.: ГИФМЛ, 1958.-468 с.

84. Структуры систем управления автоматизированным электроприводом / Под ред. А. Г. Галкина. Минск: Наука и техника, 1978. -368 с.

85. Теория управления. Терминология. Вып. 107М. М.: Наука, 1988.56 с.

86. Тимошенко С.П., Янг Д.Х., Уивер У. Колебания в инженерном деле. -М.: Машиностроение, 1985.-472 с.

87. Тихонов А.Н., Арсенин В.Я. Методы решения некорректных задач. -М.: Наука, 1974.-224 с.

88. Тищенко Н.М. Введение в проектирование систем управления. М.: Энергоатомиздат, 1986.-248 с.

89. Топчеев Ю.И., Цыпляков АЛ. Задачник по теории автоматического регулирования. М.: Машиностроение, 1977. - 720 с.

90. Управление вентильными электроприводами постоянного тока / Е.Д. Лебедев, В.Е. Неймарк, М.Я Пистрак, О.В. Слежановский. М.: Энергия, 1970.- 197 с.

91. Филипс У., Харбор Р. Системы управления с обратной связью. М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001. - 615 с.

92. Фишбейн В.Г. Расчет систем подчиненного регулирования вентильного электропривода. М.: Энергия, 1972. - 136 с.

93. Фомин В.Н., Фрадков А.Л., Якубович В.А. Адаптивное управление динамическими объектами. -М.: Наука, 1981.

94. Фрер Ф., Орттенбургер Ф. Введение в электронную технику регулирования. М.: Энергия, 1973.-423 с.

95. Цыпкин Я.З. Основы теории автоматических систем. М.: Наука, 1977.-650 с.

96. Чиликин М.Г, Сандлер А.С. Общий курс электропривода. М.: Энергоиздат, 1981.-576 с.

97. Чиликин М.Г., Ключев В.И., Сандлер А.С. Теория автоматизированного электропривода. М.: Энергия, 1979. - 616 с.

98. Шаталов А.С. Преобразование сигналов автоматического управления. М.-Л: Энергия, 1965. - 344 с.

99. Шестаков В.М., Егоров В.Н. Типовые замкнутые системы автоматического управления Л.: СЗПИ, 1979 - 70 с.