Повышение демпфирующей способности систем электропривода механизмов, перемещающих гибкоподвешенный груз тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат наук Колмыков Владимир Викторович

• Колмыков Владимир Викторович
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Колмыков Владимир Викторович

ВВЕДЕНИЕ

1 РАСКАЧИВАНИЕ ГРУЗА ПРИ ПЕРЕМЕЩЕНИИ ЕГО ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНЫМИ МЕХАНИЗМАМИ НА ГИБКОМ ПОДВЕСЕ

1.1 Влияние колебаний груза на работу мостового крана

1.2 Способы ограничения раскачивания груза

Выводы

2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ МОСТОВОГО КРАНА

2.1 Допущения принятые при построении электромеханической

системы мостового крана

2.2 Электромеханические системы мостового крана

2.3 Механическая часть электромеханической системы мостового

крана

2.4 Проверка разработанной модели мостового крана

Выводы

3 ОГРАНИЧЕНИЕ КОЛЕБАНИЙ ГРУЗА ПУТЕМ ПОВЫШЕНИЯ ДЕМПФИРУЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНЫХ МЕХАНИЗМОВ

3.1 Разработка способа ограничения колебаний груза перемещаемого мостовыми кранами

3.2 Система автоматического ограничения перекоса фермы мостового крана

3.3 Совместное движение механизмов мостового крана

Выводы

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА РАЗРАБОТАННОГО УСТРОЙСТВА ПОДАВЛЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ

ГИБКОПОДВЕШЕННОГО ГРУЗА

4.1 Реализация устройства подавления колебаний

4.2 Экспериментальная модель электромеханической системы крана

4.3 Реализация устройства подавления колебаний и системы ограничения перекоса на частотном преобразователе Sinamics S120

Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПРИЛОЖЕНИЕ А Параметры моделей электромеханической системы

мостовых кранов

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Структурные схемы модели электропривода мостового крана при векторном управлении асинхронным двигателем в блоках

SIMULINK

ПРИЛОЖЕНИЕ В Расчет системы подчиненного регулирования координат двигателя постоянного тока и структурные схемы модели электропривода крана в блоках SIMULINK

ПРИЛОЖЕНИЕ Г Структурные схемы ЭМС мостового крана в блоках

SIMULINK

ПРИЛОЖЕНИЕ Д Функциональные схемы настройки параметров системы регулирования SIMOREG DC MASTER

ПРИЛОЖЕНИЕ Е Экономическая эффективность

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж Акты внедрения результатов, полученных в диссертационной работе

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение демпфирующей способности систем электропривода механизмов, перемещающих гибкоподвешенный груз»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Перемещение гибкоподвешенных грузов в промышленности, на транспорте и в строительстве осуществляется разнообразными подъемно-транспортными машинами, среди которых широкое распространение получили мостовые краны. При пуске и торможении механизмов передвижения, груз отклоняется от положения равновесия в сторону, противоположную движению. После достижения приводом механизма передвижения заданной скорости, ускорение точки подвеса становится равным нулю, колебания груза затухают вследствие действия сил сопротивления. Наличие колебаний приводит к увеличению максимальной нагрузки на привод и металлоконструкции, осложняет точность отработки требуемых траекторий движения и позиционирования груза, снижает производительность подъемно-транспортного механизма. Особенно неблагоприятно раскачивание ковшей с расплавленным металлом, перемещаемых металлургическими и литейными кранами.

Механические способы ограничения раскачивания груза приводят к усложнению конструкции крепления груза, увеличивают инерционность и габаритные размеры систем, повышают сложность их настройки и эксплуатации. Способы, основанные на неточном ручном управлении, заключаются в том, что машинист крана определенным образом маневрирует механизмами крана, что делает его работу интенсивной и напряженной. В автоматических системах успокоения колебаний груза, применяются сложные датчики отклонения или формируются определенные законы изменения ускорения механизма передвижения от времени. Способы автоматического успокоения реализованы зарубежными фирмами и не имеют отечественных аналогов.

Существует необходимость в разработке такой системы управления механизмами передвижения подъемно-транспортной машины, которая позволяет эффективно ограничивать колебания груза без использования датчиков угла отклонения.

Степень разработанности темы исследования.

Исследованиями и разработкой способов подавления колебаний занимались Герасимяк Р.П., Мещеряков В.Н., Теличко Л.Я., Терехов В.М., Осипов О.И., Масандилов Л.Б., Орлов А.Н., Однокопылов И.Г.

Цель работы - ограничение раскачивания гибкоподвешенного груза, за счет реализации максимальной демпфирующей способности электроприводов.

Идея работы заключается в разработке корректирующих средств систем электропривода обеспечивающих ограничение колебаний груза.

Задачи работы:

1. Разработать уточненную математическую модель электромеханической системы (ЭМС) механизмов передвижения мостового крана, учитывающую изменение коэффициента жесткости моста в зависимости от положения тележки; статический вертикальный прогиб конструкции моста от веса груза в месте его приложения; удлинение грузовых канатов от веса груза; изменение величины коэффициента жесткости каната в зависимости от длины подвеса; изменение статического момента механизма передвижения опор моста и момента инерции в зависимости от положения тележки на ферме; влияние ветровой нагрузки на перемещаемый груз и возможность исследований совместной работы механизмов мостового крана.

2. Разработать математическую модель колебаний груза в плоскости движения механизмов горизонтального перемещения, учитывающую силу сопротивления воздуха и динамическую ветровую нагрузку.

3. Разработать и исследовать устройство демпфирования колебаний груза, использующее корректирующий сигнал, полученный с помощью математической модели системы «точка подвеса - груз».

4. Определить значение коэффициента коррекции для получения оптимального значения времени переходного процесса и эффективного гашения колебаний.

5. Разработать испытательную установку и провести исследование эффективности работы устройства демпфирования колебаний.

6. Разработать систему ограничения рассогласования перемещений опор крана и исследовать возможность совместной работы с устройством демпфирования колебаний.

Тематика работы соответствует следующим пунктам паспорта специальности 05.09.03:

1. Развитие общей теории электротехнических комплексов и систем, изучение системных свойств и связей, физическое, математическое, имитационное и компьютерное моделирование компонентов электротехнических комплексов и систем.

2. Разработка, структурный и параметрический синтез электротехнических комплексов и систем, их оптимизация, а также разработка алгоритмов эффективного управления.

Научная новизна:

- разработана математическая модель электромеханической системы мостового крана, отличающаяся тем, что учитываются: изменение коэффициента жесткости моста в зависимости от положения тележки; статический вертикальный прогиб конструкции моста от веса груза в месте его приложения; удлинение грузовых канатов от веса груза; изменение величины коэффициента жесткости каната в зависимости от длины подвеса; изменение статического момента механизма передвижения опор моста и момента инерции в зависимости от положения тележки на ферме; совместная работа механизмов мостового крана; влияние ветровой нагрузки на перемещаемый груз;

- разработано устройство подавления колебаний груза, отличающееся тем, что входной сигнал угла отклонения груза, подаваемый на вход регулятора скорости системы управления механизма передвижения, получен с помощью математической модели системы «точка подвеса - груз» (защищено патентом на полезную модель № 85890);

- разработана методика расчета величины масштабирующего коэффициента коррекции, определяемого на основании уставки задатчика интенсивности и

параметров маятника.

Практическая значимость:

- разработана схема корректирующего устройства, подавляющего колебания груза, имеющего простую конструкцию, легко встраиваемую в типовые системы электропривода;

- при использовании устройства подавления колебаний логарифмического декремента затухания увеличилась с 0,08 (без коррекции) до 1,35 (с корректирующим устройством), при этом время переходного процесса увеличилось на 12,4%;

- разработанная модель мостового крана в блоках Simulink пакета программ Matlab, позволяет проводить исследования различных режимов работы подъемно транспортного механизма.

Методология и методы исследования. В теоретических исследованиях использовались положения и методы теории систем управления электроприводами, теории электрических цепей, теории автоматического управления, теоретических основ электротехники. Задачи, поставленные в ходе исследования, решались с помощью методов математического моделирования переходных процессов на ЭВМ с помощью пакета математических программ Simulink в программной среде Matlab. Для исследования эффективности системы управления с корректирующим устройством разработана и изготовлена экспериментальная модель электропривода механизма перемещения, включающая в себя преобразователь с микропроцессорным управлением Simoreg DC Master. Разработанные устройства реализованы для частотного электропривода Sinamics S120 механизмов передвижения реализованы с помощью утилиты STARTER.

Достоверность полученных результатов и выводов подтверждается соответствием результатов теоретических исследований с результатами компьютерного моделирования и результатами, полученными экспериментальным путем, а также соответствием полученных результатов с положениями теории электротехники и общей теории автоматического управления.

Реализация работы. Полученные результаты используются при проведении перспективных разработок в Центре развития систем автоматизации Дирекции по автоматизации технологических процессов ОАО «НЛМК», а также внедрены в учебный процесс специальности «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов» (Электропривод) Липецкого государственного технического университета (ЛГТУ) в форме лабораторных практикумов.

На защиту выносится:

- ЭМС мостового крана, отличающаяся тем, что учитываются: изменение коэффициента жесткости моста в зависимости от положения тележки; статический вертикальный прогиб конструкции моста от веса груза в месте его приложения; удлинение грузовых канатов от веса груза; изменение величины коэффициента жесткости каната в зависимости от длины подвеса; изменение статического момента и момента инерции механизма передвижения опор моста в зависимости от положения тележки на ферме; совместная работа механизмов мостового крана; влияние ветровой нагрузки на перемещаемый груз;

- устройство подавления колебаний груза, использующее корректирующий сигнал, полученный с помощью математической модели системы «точка подвеса - груз», подаваемый на вход регулятора скорости системы управления механизма передвижения, и использующее коэффициент масштабирования;

- методика расчета величины масштабирующего коэффициента коррекции.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной

работы докладывались и обсуждались на III Международной научно - практической конференции «Автоматизированные системы управления на производстве» (Днепропетровск, 2006); на VII Международной научно-практической конференции «Моделирование. Теория, методы и средства» (Новочеркасск, 2007); на VI Международной научно - практической конференции «Информационные технологии и математическое моделирование (ИТММ-2007)» (Томск, 2007); на VIII Международной научно - практической конференции «Интеллектуальные элек-

тромеханические устройства, системы и комплексы» (Новочеркасск, 2007); на IX Международной научно - практической конференции «Моделирование. Теория, методы и средства» (Новочеркасск, 2008); на IX Международной научно - практической конференции «Моделирование. Теория, методы и средства» (Новочеркасск, 2009); на межвузовской научно - практической конференции «Актуальные проблемы современного научного знания» (Липецк, 2011); в школе молодых ученых по техническим наукам: материалы областного профильного семинара (Липецк, 2011); на региональной научно - технической конференции «Автоматизация и роботизация технологических процессов» (Воронеж, 2011); на межвузовской научно - практической конференции «Актуальные проблемы современного научного знания» (Липецк, 2012); Международной научно - практической конференции «Вопросы образования и науки: теоретические и методические аспекты» (Тамбов, 31 мая 2014); Международной научно - практической конференции «Современное общество, образование и наука» (Тамбов, 31 марта 2015).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 20 работ, отражающих содержание диссертационной работы: из них 6 - в изданиях из перечня ВАК РФ, 2 патента РФ на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка и семи приложений. Объем работы составляет 200 страниц, в том числе 1 49 страниц текста, 93 рисунка, 31 таблицы, библиографический список из 90 наименований, приложения на 42 страницах.

1 РАСКАЧИВАНИЕ ГРУЗА ПРИ ПЕРЕМЕЩЕНИИ ЕГО ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНЫМИ МЕХАНИЗМАМИ НА ГИБКОМ ПОДВЕСЕ

1.1 Влияние колебаний груза на работу подъемно-транспортного механизма

Подъемно-транспортные механизмы (ПТМ) находят широкое применение в различных отраслях промышленности при выполнении погрузочно-разгрузочных работ. К ПТМ с гибкоподвешенным грузом относятся: краны мостовые, козловые, консольные, портальные, стреловые, башенные, подвесные кран-балки, тележки подвесные, перегружатели и т.д. Режим работы ПТМ состоит из ряда повторяющихся однотипных циклов, каждый из которых представляет собой законченную операцию: загрузка, перемещение из исходной точки в пункт назначения и разгрузка. При пуске и торможении механизмов передвижения, когда точка подвеса груза движется с ускорением под действием динамического усилия, развиваемого приводным двигателем, в результате воздействия сил инерции и наличия упругой связи (упругий канат, связывающий рабочий орган с приводом), груз отклоняется от положения равновесия в сторону, противоположную движению. После достижения приводом механизма передвижения заданной скорости, ускорение точки подвеса становится равным нулю, колебания груза затухают вследствие действия сил сопротивления. Наличие колебаний приводит к увеличению максимальной нагрузки на привод и металлоконструкции, осложняет точность отработки требуемых траекторий движения и позиционирования груза, снижает производительность подъемно-транспортного механизма [40].

Мостовые краны занимают на современных промышленных предприятиях ведущее место в обеспечении транспортно-технологических потоков, являются одним из наиболее распространенных типов грузоподъемных кранов - доля мостовых кранов в Российской Федерации составляет более 30% от общего количества грузоподъемных кранов. Динамические процессы, возникающие в ЭМС мостового крана при перемещении гибкоподвешенного груза, являются типичными для большинства ПТМ данной группы, поэтому целесообразно провести иссле-

дование причин возникновения колебаний гибкоподвешенного груза и разработать способ их демпфирования на примере мостовых кранов.

В зависимости от назначения мостовые краны можно разделить на следующие основные группы [1, 2, 9, 27]: общего назначения; специального назначения (с поворотной тележкой, с выдвижной поворотной и не поворотной стрелой и т.д.); металлургические (мульдозавалочные, литейные, штыревые, для разделывания слитков, ковочные, колодцевые, с гибким подвесом траверсы, с подхватами, магнитные, грейферные и д.р.). Мостовые краны общего назначения, снабженные грузовым крюком, предназначены для выполнения массовых погрузочно-разгрузочных работ. Краны специального назначения, снабженные специальными грузозахватными приспособлениями, предназначены для работы с определенными грузами.

Мостовые краны состоят из трех основных узлов [1, 2, 5, 9, 27]: моста, передвигающегося вдоль цеха; крановой тележки или тали, передвигающихся по мосту; механизма подъема груза. Основные механизмы мостовых кранов, как правило, имеют реверсивный электропривод, рассчитанный для работы в интенсивном повторно-кратковременном режиме. В каждом рабочем цикле имеют место неустановившиеся режимы работы электропривода (пуски, реверсы, торможения), оказывающие существенное влияние на производительность механизма, на динамические нагрузки привода и механизма, на к.п.д. установки и на ряд других факторов.

На промышленных предприятиях наиболее распространенным и универсальным подъемно-транспортным устройством является двухбалочный опорный мостовой кран общего назначения [27] (рисунок 1.1). Стальная конструкция моста крана 1 опирается на ходовые колеса тележки и с помощью механизма передвижения 3 может перемещаться по подкрановым путям 2, укрепленным над обслуживаемой площадкой на стационарных опорах. Вдоль моста крана проложены рельсы, по которым перемещается тележка 4 с установленными на ней механизмом передвижения и подъемной лебедкой, осуществляющей подъем и опускание грузов.

Ось движения

Рисунок 1.1 - Кран мостовой общего назначения

Для анализа колебаний груза, транспортируемого на гибком подвесе, рассмотрим процесс пуска механизма передвижения крановой тележки [27, 31, 32]. Механизм представлен в виде двух поступательно движущихся масс, одна из которых перемещается по горизонтальному пути - тележка или мост, вторая подвешена к первой в точке О на невесомой нити - груз. Расчетная схема механизма передвижения приведена на рисунок 1.2. Здесь m1 - сумма масс механизма и привода, связанных жестко; m2 - масса подвешенного на канате грузозахватного устройства с грузом. Пуск происходит под действием динамического усилия, создаваемого двигателем, и постоянного тормозного усилия, обусловленного силами трения.

Груз отклоняется от положения равновесия на некоторый угол а. Под действием веса груза m2g возникают силы F1x=m2g-sinax и F2x=m2g-cosax. Сила F1x вызывает движение груза к своему положению равновесия, F2x - определяет натяжение подвеса.

Рисунок 1.2 - Механическая схема электропривода механизма передвижения

тележки с гибкоподвешенным грузом

Если принять, что угол отклонения груза невелик и что втах~ах, то уравнение движения груза имеет вид:

Б^тах = ш2 ,

1х х 2

(1.1)

где хг, х0 - координата груза по оси Х и отклонение его от положения равновесия.

хп

Приняв Бт ах = у0, из выражения (1.1) получаем:

хп

а2х.

т2ё = т2 —^ , 2 1 2 ё12

(1.2)

где 1п - длина подвеса.

Уравнение движения механизма передвижения запишем в виде:

Рдт - Бст - Б2хС0Бах = т1

ё2х.

Л

2 '

- - Б

а т = = к т М дин;

т1

ктМдин 8 1п т ¿I2 ; (13)

ё2^ ¿V ё2х0 (1 4)

ё!2 ё!2 ё!2

Из (1.2) и (1.3) с учетом (1.4) получаем дифференциальное уравнение, описывающее закон изменения отклонения груза от положения равновесия:

2 (

ё2х

ё!

0 +

т

1 + ^ V т1 У 1п

ГХ0 = ^МДин . (1.5)

Частота собственных колебаний рассматриваемой двухмассовой механической системы определяется соотношением масс груза и механизма передвижения, а так же зависит от длины подвеса:

^12 =

8{(1 + т2) 1п

После преобразования (1.5) получим следующее дифференциальное уравнение:

ё2Х

ёХ0 + О?2Х0 = к тМдИН. (1.6)

ё!

Из (1.6) следует, что величина отклонения груза от положения равновесия определяется динамическим моментом приводного двигателя, начальным положением груза и его ускорением.

Если известна зависимость момента от скорости (которая определяется механической характеристикой электропривода), то дифференциальные уравнения (1.2) и (1.6) образуют систему, при решении которой можно найти зависимости скорости механизма передвижения и отклонения груза от времени [42].

Рассмотрим процесс пуска механизма передвижения, полагая, что его приводной двигатель имеет механическую характеристику экскаваторного типа. При этом пуск состоит из двух этапов, на первом - приводной двигатель работает с постоянным пусковым моментом (поэтому Мд^шш^ на втором - при неизменной скорости ю=®о (динамический момент равен 0) [26].

При Мде^^^ выражение (1.6) представляет собой линейное дифференциальное уравнение второго порядка с постоянной правой частью. Корни характеристического уравнения (1.6) соответственно равны: р12 =± . Таким образом, решение уравнения следует искать в виде:

х0 = А + В бш ^ + С соб О121.

Подставляя решение в (1.6), находим:

Л_к т М дин

О2

Используя начальные условия х0(0) = 0; х0(0) = 0, получаем:

В = -к т М дин; С = 0. О,2

"12

Следовательно, решение уравнения (1.6) имеет вид:

х0^) = ктММ= (1 - СОБО^) . (1.7)

О12

Дифференцируя (1.7), получаем скорость изменения отклонения груза от положения равновесия:

> (1.8)

Рассматривая уравнения (1.7) и (1.8), можно сделать вывод [27], что в переходных процессах подвешенная масса совершает колебательное движение - раскачивается с частотой, зависящей от высоты подвеса и соотношения масс т1 и т2. Частота максимальна при минимальной высоте подвеса. Отклонение и скорость отклонения груза пропорциональны динамическому моменту, они возрастают с увеличением длины подвеса и периодически изменяются во времени с периодом Тгр=2л/П12. Максимальное отклонение груза достигается при 0121 = ли определяется выражением:

Хотах = 2ктМдан ^ . (1.9)

ё

На первом этапе скорость возрастает от нуля до значения ю0. Длительность первого этапа - 11 [42]. Подставляя в (1.7) и (1.8), находим отклонение и скорость отклонения груза в конце первого этапа:

ХоСО = ^^(1 - совт^ ;

0 12

(1.10)

*Х0(О = 81П т,

ё1(1) 012 1 '

где т1 =01211. На втором этапе скорость точки подвеса считается постоянной и равной ш0, поэтому ускорение точки подвеса, а, следовательно, и динамический момент привода равны нулю. При этом уравнение (1.6) принимает вид:

н2Х

^ + 02Хо = 0 . (1.11)

Уравнение (1.11) представляет собой линейное дифференциальное уравнение второго порядка. Его решение следует искать в виде:

х0 = А б1п + В соб О

Используя начальные условия (1.10), определяем коэффициенты А и В:

А = т 2дин Бт Т (1 - С0БТ1+012С08^ ) ; ^12

к м

в = - "^2дин (П12 б1п2 Т + С082^-С0Б^) ;

12

Х„ = т .дин [б1П ^^БШ Т(1 - СОБ^+^зСОБ^) - СОБ ^^П2 Т + С082^-С0Б^)]. (1.12)

' 12

Из (1.12) следует, что на втором этапе пуска отклонение груза изменяется во времени по гармоническому закону с амплитудой, зависящей от времени окончания первого этапа ть Если х1=2л, то начальные условия согласно (1.10) будут равны нулю [42]; при этом отклонения груза на втором этапе будут нулевыми. В случае если т0^2л, то на втором этапе пуска (после достижения приводом заданной скорости) груз будет совершать колебания относительно положения равновесия [27].

Таким образом, при приложении к механизму передвижения постоянной силы, возникают колебания подвешенного на канате груза, амплитуда которых пропорциональна величине ускорения механизма и длине подвеса. При увеличении ускорения и длины подвеса отклонение груза может достигать опасных значений [42]. Для уменьшения амплитуды колебаний груза ускорение механизма должно быть ограничено, что приводит к увеличению времени переходных процессов и снижению производительности работы кранов [37, 42]. Наличие остаточных колебаний груза в конце переходного процесса, зависящих от изменяющихся факторов (длины подвеса, ускорения, момента сопротивления), осложняет управление краном и затрудняет точное позиционирование. При отклонениях груза от положения равновесия к механизму передвижения помимо приведенной силы и силы сопротивления приложена еще и горизонтальная составляющая силы натяжения каната, что увеличивает опасность проскальзывания ходовых колес механизма. В автоматизированных установках раскачивание грузов вносит не-

определенность в программу работы механизмов и в ряде случаев может существенно ограничить преимущества автоматизации [24, 50].

Поскольку маятниковые колебания подвешенного на канате груза неблагоприятно отражаются на работе механизмов передвижения, необходимо использовать такие способы управления переходными процессами пуска и торможения, с помощью которых возможно обеспечить завершение этих процессов при минимальном отклонении груза от положения равновесия.

1.2 Способы ограничения раскачивания груза

При разгоне и торможении механизма передвижения возникают колебания груза относительно положения равновесия. Груз и канат, прикрепленный к тележке, образуют маятник с подвижной точкой подвеса. Путем рационального перемещения точки подвеса этого маятника можно управлять его колебаниями с помощью электропривода механизма передвижения. Для ограничения времени и амплитуды маятниковых колебаний груза используют механические способы и способы, основанные на управлении электроприводом механизма передвижения [42].

Механические способы ограничения колебаний направлены на изменение конструкции крепления груза. Классификация механических способов уменьшения раскачивания груза представлена на рисунке 1.3 [4, 28, 37, 52, 53].

Механические способы ограничения раскачивания груза приводят к усложнению конструкции крепления груза, увеличивают инерционность и габаритные размеры систем, повышают сложность их настройки и эксплуатации. Кроме того, здесь происходит увеличение износа механических элементов вследствие того, что маятниковые колебания гасятся за счет рассеивания энергии на силу трения. Отмеченные недостатки приводят к ограниченному использованию механических способов ограничения раскачивания груза.

Способы, основанные на ручном управлении, заключаются в том, что оператор определенным образом маневрирует механизмами. Опытные операторы гасят колебания груза, управляя приводным двигателем механизма передвижения в определенной последовательности [42]: при разгоне осуществляют операции "пуск - торможение - пуск", а при торможении - "торможение - пуск - торможение".

Рисунок 1.3 - Классификация механических систем для уменьшения раскачиваний груза на гибком подвесе

На рисунке 1.4 показаны промежуточные положения груза и механизма передвижения в процессе пуска. В исходном положении механизм и груз неподвижны, канат расположен вертикально. По команде "пуск" механизм передвижения разгоняется до заданной рабочей скорости, при этом груз вследствие

инерции оказывается отклоненным назад. При поступлении команды "торможение" механизм останавливается, направление движения груза изменяется на противоположное и он догоняет, а затем и обгоняет точку подвеса. Следующая команда "пуск" дается тогда, когда канат с грузом отклонены вперед по движению, при этом механизм вновь разгоняется до рабочей скорости и догоняет груз. Если команды подаются удачно, то механизм догоняет груз в конце процесса пуска, поэтому дальнейшее движение механизма передвижения осуществляется с вертикально расположенным грузом.

Исходное положение

Пуск

Торможение

Пуск

—► —►

и о о / о ОАО О \ О

У /V V

О

О-

Рисунок 1.4 - Промежуточные положения груза и механизма передвижения в

процессе пуска с ручным управлением

При ручном управлении система электропривода может быть сравнительно простой, однако работа оператора оказывается в этих случаях интенсивной и напряженной, а сам оператор должен быть достаточно опытным.

Некоторые дополнительные возможности уменьшения амплитуды колебаний груза и увеличения их затухания дает электропривод благодаря наличию в системе электромеханической связи [27]. Электропривод с линейной механической характеристикой при благоприятных сочетаниях параметров электромеханической системы [22, 80] способен эффективно демпфировать упругие механические колебания за счет гашения энергии колебаний в виде теплоты в сопротив-

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Колмыков Владимир Викторович, 2016 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Абрамович И.И., Березин В.Н., Яуре А.Г. Грузоподъемные краны промышленных предприятий: Справочник/ - М.: Машиностроение. 1989. - 360 с., ил.

2. Александров М.П., Колобов Л.Н., Лобов Н.А. Грузоподъемные машины: Учебник для вузов по специальности «Подъемно - транспортные машины и оборудование». М.: Машиностроение, 1986 - с. 400

3. Александров М.П., Гохберг М.М., Ковин А.А. Справочник по кранам: В 2 т. Т.1. Характеристики материалов и нагрузок, Основные расчеты кранов, их приводов и металлических конструкций. М.: Машиностроение, 1988. 536 с.

4. Александров М.П., Гохберг М.М., Ковин А.А. и др. Справочник по кранам: В 2 т. Т. 2. Характеристики и конструктивные схемы кранов. Крановые механизмы, их детали и узлы. Техническая эксплуатация кранов. Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1988. - с. 559.

5. Алексеев Ю.В., Богословский А.П., Певзнер Е.М. Крановое электрооборудование: Справочник / М.: Энергия, 1980. 360 с.

6. Аппель П. Теоретическая механика, том 2: Динамика системы. Аналитическая механика, М.: "Физматгиз", 1960, 487 с.

7. Бабаков И.М. Теория колебаний: учебное пособие. - 4-е издание, испр. - М.: Дрофа, 2004. - 591с.

8. Брауде В.И., Гохберг М.М., Звягин И.Е. и др. Справочник по кранам: В 2 т. Т. 1. Характеристики материалов и нагрузок. Основы расчета кранов, их приводов и металлических конструкций. М.: Машиностроение, 1988. - с. 536.

9. Вайнсон А.А. Подъемно-транспортные машины / М.: Машиностроение, 1989. 536 с.

10. Виноградов А.Б. Векторное управление приводами переменного тока. Иваново: ИГЭУ им. В.И. Ленина, 2008. 298 с.

11. Герасимяк Р.П. Тиристорный электропривод для кранов. - М.: Энергия, 1978. - с.112.

12. Герман-Галкин С.Г. Matlab&Simulink. Проектирование мехатронных

систем на ПК. - СПб.: КОРОНА-Век, 2008. - 368 с.

13. Гернет М.М. Курс теоретической механики. Издание 3-е, перераб. и доп. Учебник для вузов. М., «Высшая школа», 1973. 464с.

14. Голдстейн Г.. Классическая механика, М.: "Наука", 1980, 415 стр.

15. ГОСТ 1451-77. Краны грузоподъёмные. Нагрузка ветровая. Нормы и метод определения. Государственный комитет стандартов совета министров СССР. МОСКВА - 1977

16. Дранников В.Г., Звягин И.Е. Автоматизированный электропривод подъемно-транспортных машин. Учебное пособие для специальности «Электропривод и автоматизация пром. установок». М.: Высшая школа, 1973. - с.278

17. Иванченко Ф.К., Бондарев В.С. Расчеты грузоподъемных и транспортирующих машин. Учебное пособие для техн. вузов. - 2- е изд., перераб. и доп. -Киев: Высшая школа, 1978. - с.574.

18. Иванченко Ф.К. Конструкция и расчет подъемно-транспортных машин / Киев: Вища шк., 1988. 424 с.

19. Иващенко Н.Н. Автоматическое регулирование. Теория и элементы систем. М. «Машиностроение», 1973. - с. 606.

20. Инструкция по эксплуатации DRIVEPAC Anti-Sway Control for Cranes for T400 Technology Module in SIMOVERT MASTER DRIVES 6SE70/71 and SIMOREG DC-MASTER 6RA70. Siemens AG, 2002. 363 c.

21. Инструкция по эксплуатации SIMOREG DC Master Серия 6RA70 Микропроцессорные преобразователи от 6 кВт до 1900 кВт для приводов постоянного тока c регулируемой скоростью. Siemens AG, 1998. 716 c.

22. Кабаков А.М., Орлов А.Н. Пути уменьшения раскачивания груза грузоподъемных машин // Вестник СевГТУ. - Севастополь, 2000. - Вып. 25: Механика, энергетика, экология. - С. 141-144.

23. Казак С.А. Динамика мостовых кранов. М.: Машиностроение, 1968. -

332с.

24. Капунцов Ю.Д., Елисеев В.А., Ильяшенко Л.А. Электрооборудование и электропривод промышленных установок: Учебник для вузов. М.: Высшая

школа, 1979. с. - 359.

25. Ким Д.П. Теория автоматического управления. Т.1 Линейные системы. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. - 288 с.

26. Ключев В.И. Теория электропривода. М.: Энергоатомиздат, 1998. - с.

704.

27. Ключев В.И., Терехов В.М. Электропривод и автоматизация общепромышленных механизмов: Учебник для вузов. - М.: Энергия, 1980. - с. 360.

28. Козлов Ю.Т., Обермейстер А.М., Протасов Л.П. и др. Грузозахватные устройства: Справочник. М.: Транспорт, 1980. - с. 223.

29. Колмыков В.В. Модель асинхронного двигателя при управлении по вектору потокосцепления ротора /Математические методы и модели в науке и технике/ Информационные технологии и математическое моделирование (ИТММ-2007): Материалы VI Международной научно - практической конференции. - Томск: Изд-во Том. Ун-та, 2007. - Ч.1. -154 с.

30. Колмыков В.В., Петунин А.А., Сайфутдинов А.В. Система векторного управления частотно регулируемого асинхронного электропривода, при управлении по вектору потокосцепления ротора / Интеллектуальные электромеханические устройства, системы и комплексы: Материалы VIII Международной научно-практической конференции, г. Новочеркасск - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2007. -55с.

31. Колмыков В.В., Сериков С.А. Математическая модель раскачивания груза в электротехнической системе мостового крана - Автоматизированные системы управления на производстве /Материалы III международной научно -практической конференции. - Днепропетровск, 2006 - с. 110-116.

32. Колмыков В.В., Сериков С.А. Математическая модель влияния раскачивания груза на электропривод мостового крана / Моделирование. Теория, методы и средства // Материалы VII Международной научно-практической конференции. Ч.1, Новочеркасск. - 2007 - с. 67-74.

33. Колмыков В.В., Коврыжкин А. А. Моделирование механизма передвижения мостового крана с раздельными приводами // Моделирование. Теория,

методы и средства: Материалы IX Международной научно-практической конференции, г. Новочеркасск - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2008. - 47 с.

34. Колмыков В.В. Электромеханическая система механизма подъема мостового крана // Моделирование. Теория, методы и средства: Материалы IX Международной научно-практической конференции, г. Новочеркасск - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2009. - 44 с.

35. Колмыков В.В. Устройство автоматического успокоения маятниковых колебаний груза, перемещаемого мостовыми кранами. Школа молодых ученых по техническим наукам: материалы областного профильного семинара. - Липецк: Изд-во ЛГТУ, 2011г. - 145 с.

36. Колмыков В.В. Устройство подавления колебаний груза перемещаемого мостовым краном с моделью в системе управления, использующей для оценки раскачки груза внутренние переменные привода и длину грузового каната. Автоматизация и роботизация технологических процессов: материалы регион. науч.-техн. конф. Воронеж: ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет», 2011 г. - с. 108-115.

37. Колмыков В.В. Способы подавления колебаний груза перемещаемых мостовыми кранами // Актуальные проблемы современного научного знания: доклады участников Межвузовская научно-практическая конференция, 20 апреля 2012 г., Липецк: ЛФ МИКТ. - с. 15-20.

38. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин: учебник для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Высшая школа, 2001. 327 с.

39. Кочевинов, Д. В. Система управления электропривода передвижения мостового крана / Д. В. Кочевинов, Г. А. Федяева // Вестник Брянского государственного технического университета. - 2012. - № 3. - С. 4-11

40. Краны мостовые электрические. Руководство по эксплуатации КМ 5501.00.000РЭ

41. Лобов Н.А. Динамика передвижения кранов по рельсовому пути: Учебное пособие. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. - 232 с.: ил.

42. Масандилов Л. Б. Электропривод подъемных кранов - Москва., изд-

во МЭИ, 1998. - 100 с.

43. Мещеряков В.Н. Динамика электромеханических систем подъемно-транспортных механизмов с асинхронным электроприводом. Монография. - Липецк. Липецкий государственный технический университет, 2002. 120с.

44. Мещеряков В.Н. Исследование динамики электромеханических систем с упругими связями: Учебное пособие / Липецкий государственный технический университет. Липецк, 1999. 64 с.

45. Мещеряков В.Н. Системы регулируемого асинхронного электропривода для подъемно-транспортных механизмов: монография. Липецк: ЛГТУ, 2005. 112 с.

46. Мещеряков В.Н., Колмыков В.В. Влияния ветровой нагрузки на раскачивание груза при перемещении его мостовыми кранами // Вопросы образования и науки: теоретический и методический аспекты: сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции 31 мая 2014 г.: в 11 частях. Часть 8. Тамбов: ООО «Консалтинговая компания Юком», 2014. 172 с.

47. Мещеряков В.Н., Колмыков В.В. Трехмассовая электромеханическая система тележки мостового крана // Современное общество, образование и наука: сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции 31 марта 2015 г.: в 16 частях. Часть 2. Тамбов: ООО «Консалтинговая компания Юком», 2015. 164 с.

48.Мещеряков В.Н., Колмыков В.В., Мигунов Д.В. Ограничение колебаний груза, перемещаемого мостовыми кранами // Фундаментальные исследования. 2015. №6, часть 2. С. 268-272

49.Мещеряков В.Н., Колмыков В.В. Способы определения параметров грузов перемещаемых мостовыми кранами с системой автоматического успокоения колебаний // Фундаментальные исследования. 2015. №7, часть 1. с. 79-84.

50. Онищенко Г.Б. Электрический привод. Учебник для ВУЗов - М.: РАСХН. 2003. - 320. ил.

51. Опыт использования приводов БтатюБ Б120 для приводов мостовых кранов [Электронный ресурс]/ Электропромналадка - плюс. Электропривод и ав-

томатизация. Режим доступа: http://epn-plus.ru, свободный. Загл. с экрана. - Яз. рус.

52. Орлов А.Н., Семенов В.П.. Уменьшение раскачиваний груза на гибком подвесе при работе грузоподъемных кранов // Подъемно-транспортное оборудование. М.: ЦНИИТЭИтяжмаш, 1980. С. 1-4.

53. Орлов А.Н. К расчету частот собственных колебаний грузов на пространственных полиспастных подвесах // Тр. ЛПИ. 1978. №362. С. 85-93.

54. Осипов О.И. Частотно-регулируемый асинхронный электропривод: Учебное пособие по курсу «Типовые решения и техника современного электропривода» - М.: Издательство МЭИ, 2004. - 80с.

55. Панкратов А.И., Залятов А.Ф. Оптимальное управление крановыми механизмами передвижения. Научный вестник ДГМА №2 2009г.

56. Письменный Д.Т. Конспект лекций по теории вероятности и математической статистики. - М.: Айрис-пресс, 2004. - 256с.

57. Подобед, В. А. Вопросы эксплуатации грузоподъемных кранов, находящихся в различных ветровых условиях / В. А. Подобед, Н. Е. Подобед // Тезисы докл. IV регион. науч.-техн. конф. "Проблемы создания и эксплуатации ПТМ в условиях Дальнего Востока и Восточной Сибири" / ДВ филиал ВНИИПТМАШа. - Артем, 1983. - С. 128.

58. Подобед В. А. Математическое моделирование ветровых нагрузок на механизмы передвижения портальных кранов с прямой стрелой /Вестник МГТУ: труды Мурман. гос. техн. ун-та. - 2006. - Т. 9, № 2. - С. 318 - 331.

59. Подобед, Н. Е. Математическое моделирование работы механизмов передвижения грузоподъемных кранов при ветре / Н. Е. Подобед //Морской сборник. - 2009. - № 11. - С. 71 - 72.

60. Подобед, Н. Е. Численное моделирование режима работы стреловых поворотных кранов при штормовом ветре / Н. Е. Подобед, В. А. Подобед // Тезисы докл. науч.-техн. конф. по строительной механике корабля, посвященная памяти проф. П. Ф. Папковича / ФГУП "ЦНИИ им. акад. А. Н. Крылова". - СПб., 2009. - С. 90 - 92.

61. Поздеев А.Д. Электромагнитные и электромеханические процессы в частотно-регулируемых асинхронных электроприводах. - Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 1998. - 172 с.

62. Правила устройства и безопасности эксплуатации грузоподъемных кранов ПБ 10-382-00. Деан: 2008. - 272с.

63. Рассудов Л.Н., Мядзель В.Н. Электроприводы с распределенными параметрами механических элементов - Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1987. - с. 144.

64. Рудаков В.В., Столяров И.М., Дартау В.А. «Асинхронные электроприводы с векторным управлением», Л.: Энергоатомиздат, 1987.

65. Руденко Н.Ф., Александров М.П., Лысяков А.Г. Курсовое проектирование грузоподъемных машин. М., 1963. 306 с.

66. Руководство по эксплуатации Altivar 71 VW3A3510 V.2. Schneider Electric, 2008. 48 c.

67. Руководство по программированию Altivar 71 Преобразователи частоты для асинхронных двигателей Schneider Electric, 2006. 262 c.

68. Сандлер А.С., Сарбатов Р.С. Автоматическое частотное управление асинхронными двигателями. М.: Энергия, 1974. 328 с.

69. Слежановский О.В., Дацковский Л.Х., Кузнецов И.С., Лебедев Е.Д., Тарасенко Л.М. Системы подчиненного регулирования электроприводов переменного тока с вентильными преобразователями - М.: Энергоатомиздат, 1983. -256 с.

70. Соколов М.М. Автоматизированный электропривод общепромышленных механизмов/ М.: Энергия, 1976. 488 с.

71. Соколовский Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием: учебник для студентов вузов. - М.: Издательский центр «Академия», 2006. - 272с.

72. Способ демпфирования колебаний и устройство для его осуществления: авторское свидетельство SU № 640960, М.Кл. В 66 С 13/06 от 19.06.74 г.

73. Терехин В.Б. Моделирование систем электропривода в Simulink

(Matlab 7.0.1): учебное пособие / В.Б. Терехин; Национальный исследовательский Томский политехнический университет. - Томск: Изд-во томского политехнического университета, 2010. - 292 с.

74. Терехов А.М. Устройство для успокоения раскачивания груза на портовых портальных кранах: дис. на соискание ученой степени канд. тех. наук: 05.22.19: защищена 25.12.2003г. - М., 2003. - 155 с.

75. Терехов В.М., Осипов О.И.; Под ред. Терехова В.М. Система управления электроприводов: Учебник для студентов высших учебных заведений - М.: Издательский центр «Академия», 2005 - с. 304.

76. Типовая инструкция для крановщиков (машинистов) по безопасной эксплуатации мостовых и козловых кранов. РД 10-103-95

77. Устройство автоматического успокоения маятниковых колебаний груза, перемещаемого тележкой мостового крана / А.В. Щедринов, С.А Сериков, В.В. Колмыков, А.А. Коврыжкин: пат. на полез. модель № 85890 Рос. Федерация, МПК B66C13/06. № 2009112243/22; заявл. 02.04.2009; опубл. 20.08.2009. Бюл. № 23.

78. Устройство автоматического ограничения перекоса опор мостового крана / А.В. Щедринов, А.А. Коврыжкин, В.В. Колмыков: пат. на полез. модель № 97971 Рос. Федерация, МПК B60L15/20. № 2010109170/22; заявл. 11.03.2010; опубл. 27.09.2010. Бюл. № 27.

79. Устройство для ограничения раскачивания подвешенного на тележке груза: авторское свидетельство SU 1364598 A1, М.Кл. В 66 С 13/06 от 07.01.88г.

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

81. Щедринов А.В., Буйвис Е.Д., Сериков С.А. Минимизация раскачивания груза средствами электропривода при работе механизмов передвижения / Анализ и проектирование средств роботизации и автоматизации / Сборник научных трудов. Воронеж: ВГТУ, 2001. с. 197 - 202

82. Щедринов А.В., Колмыков В.В., Сериков С.А. Автоматическая система успокоения колебаний груза в мостовом кране // Приборы и системы. Управ-

ление, контроль, диагностика. 2007. №8. с 13-17.

83. Щедринов А.В., Колмыков В.В., Сериков С.А. Автоматическая система успокоения колебаний груза с использованием модели в системе регулирования // Автоматизация в промышленности. 2009. №3. с 15-18.

84. Щедринов А.В., Колмыков В.В., Сериков С.А. Автоматизированная система успокоения колебаний груза с использованием математической модели в системе регулирования // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2009. №4. с 1-6.

85. Щедринов А.В., Колмыков В.В., Сериков С.А. Автоматическая система ограничения раскачивания груза // Автоматизация и современные технологии. 2010. №2. с 3-8.

86. Щедринов А.В., Колмыков В.В. Моделирование ЭМС мостового крана с системой подчиненного регулирования координат // Актуальные проблемы современного научного знания: доклады участников Межвузовская научно-практическая конференция, 22 апреля 2011 г., Липецк: ЛФ МИКТ. - с. 100-106.

87. Яуре А.Г., Певзнер Е.Я. Крановый электропривод: Справочник / М.: Энергоатомиздат, 1988. 344 с.

88. ВСН 413-80 Инструкция по монтажу подъемно-транспортного оборудования. - Взамен СНиП Ш-Г.10.1-69; Введ. 01.07.1981. - Москва: Министерство монтажных и специальных строительных работ, 1980.

89. SENECA [Электронный ресурс] / ООО КИП-Сервис. Режим доступа: http://www.seneca.su, свободный. Загл. с экрана. - Яз. рус.

90. Sinamics S120 Встраиваемые преобразователи частоты 0,12 кВт ... 1200 кВт. Каталог D 21.1 2006 - Москва: Siemens AG, 2006.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Параметры моделей электромеханической системы мостовых кранов

1 Кран КМ 100/20 (ОАО "НЛМК" ПХПП) Таблица - А.1 Кран КМ 100/20 общие сведения

Наименование Значение

Вес крана (полный) 180,26 т

Вес мост 122 т

Вес тележки с механизмами 34,015 т

Вес механизма передвижения крана 14,95 т

Грузоподъёмность 100/20 т

Пролёт 40 м

Нагрузка от колеса крана на рельс Р1=47,8; Р2=49,0 т

Скорости механизмов:

Скорость механизма главного подъёма 5,88 м/мин

Скорость механизма вспомогательного подъёма 11,3 м/мин

Скорость передвижение грузоподъемной тележки 43,2 м/мин

Скорость передвижение крана 86 м/мин

Таблица - А.2 Техническая характеристика механизма передвижения

Тележки Крана

Букса Диаметр цапфы, мм 130 130

Зубчатая передача Передаточное число 38,59 25

Полное передаточное число 38,59 25

Число ходовых колёс, шт. 4 8

Диаметр ходовых колёс, мм 560 710

Давление ходовых колёс на рельс, т Р1=35,6; Р3=32,8 Р2=33,4; Р4=34,4 Р1=35,6 Р2=33,4

Таблица - А.3 Техническая характеристика механизма подъёма

Главный Вспомогательный

Диаметр барабана, мм 1160 500

Диаметр блоков полиспаста, мм 800 500

Диаметр уравнительных блоков, мм 600 400

Зубчатая передача Передаточное число 20,49 3,63 41,34

Полное передаточное число 74,4 41,34

Число ветвей полиспаста 10 4

КПД полиспаста 0,96 0,99

Таблица - А.4 Техническая характеристика электродвигателей механизмов передвижения (моста крана и тележки) и подъёма крана (основного и вспомогательного) - постоянного тока

МП-82а (подъем) МП-62 (вспомогательный подъем) ДП-32 (тележка) ДП-41 (мост)

Рн, кВт 130 46 16 22

Частота 600 580 1230 1160

вращения п, об/мин

1н, А 640 231 84 114

Гя+Гд.п, Ом 0,00585 0,0330 0,125 0,072

Гпар, Ом 35,8 55,5 94 70

Число активных проводников 432 262 372 310

якоря N

Число параллельных 8 2 2 2

ветвей якоря 2а

Число витков 1450 1750 1470 1480

полюса параллельной обмотки ю

Магнитный поток полюса Ф полез- 99,0 41,2 13,2 17,0

ный, мВб

Номинальный ток возбуждения 5,1 2,93 1,6 2,2

Параллельной обмотки, А

Таблица - А.5 Техническая характеристика электродвигателей механизмов передвижения (моста крана и тележки) и подъёма крана - переменного тока

н 8 о и 2 Рч Электромагнитные нагрузки Энергетические показатели Параметры схемы замещения, отн. ед.

ч Т Ю т А, А/см 3 м н-Т КПД, % при Р2/Р2ном, % СОБ ф, % при Р2/Р2ном, % X В номинальном режиме При КЗ

25 50 75 100 125 25 50 75 100 125 Х'1 Я2 Х'2 Я2п Rк.п Хк.п

Электродвигатель привода моста 4АН180М6У3 (синхронная частота вращения 1000 об/мин)

22,0 0,8 383 6,7 86,0 88,5 88,5 88,5 88,5 0,56 0,77 0,84 0,87 0,87 3,1 0,056 0,11 0,026 0,13 0,047 0,10 0,18

Электродвигатель привода подъема 4АН355М10У3 (синхронная частота вращения 600 об/мин)

132,0 0,84 486 4,9 92,0 93,5 93,0 92,5 91,0 0,50 0,77 0,82 0,88 0,81 3,0 0,03 0,14 0,022 0,18 0,055 0,086 0,24

Электродвигатель привода тележки 4АН18086У3 (синхронная частота вращения 1000 об/мин)

18,5 0,80 397 6,7 83,5 88,0 88,0 82,0 85,0 0,47 0,72 0,81 0,85 0,85 3,4 0,064 0,12 0,028 0,14 0,048 0,11 0,20

P2ном, кВт -номинальная мощность;

Bs, Тл - максимальная индуктивность в воздушном зазоре; А, А/см - линейная токовая нагрузка статора; J, А/мм3 - плотность тока в обмотке статора; Хц - главное индуктивное сопротивление; R 1 - активное сопротивление обмотки статора; X 1 -индуктивное сопротивление рассеяния;

R 2 - активное сопротивление обмотки ротора приведенное к статору;

X 2 -индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора приведенное к статору;

R 2п - приведенное сопротивление обмотки ротора с учетом вытеснения тока в стержнях беличьей клетки; Rк.п - активное сопротивление короткого замыкания; Xк.п - индуктивное сопротивление короткого замыкания;

X

2х;х ц

, Я = Я, + Я,

/V' кп ; 2п

; X +ЛХ2 + 4Х'Х ; ; ; ; Хи

ц \ ц ; ц кг

Х' + Х7

1п 2п у

>

Таблица - А.6 Пусковые свойства электродвигателей

М т =— п М ном М ^^ _ мин м М ном М т = —— к М ном Б , % ном' 8 к, % . I 1 = п I н 1д, кг*м3

Электродвигатель привода моста 4АН180М6У3 (синхронная частота вращения 1000 об/мин)

1,2 1,0 2,0 2,5 13,5 6,0 0,19

Электродвигатель привода подъема 4АН355М10У3 (синхронная частота вращения 600 об/мин)

1,0 1,0 1,8 2,8 11,1 5,0 4,0

Электродвигатель привода тележки 4АН18086У3 (синхронная частота вращения 1000 об/мин)

1,2 1,0 2,0 2,5 13,5 6,0 0,19

1.2 Расчетные параметры системы регулирования

Таблица - А.7 Расчетные параметры системы регулирования приводом постоянного тока механизма передвижения тележки мостового крана (ДП-32)

Коэффициент передачи регулятора тока, крт 0,1132

Постоянная времени регулятора тока, Тит (с) 0,1127

Коэффициент передачи регулятора скорости, крс 17,5281

Постоянная времени регулятора скорости, Тис (с) 0,0219

Коэффициент обратной связи по току, кт 0,0595

Коэффициент обратной связи по скорости, кс 0,0776

Постоянная времени тиристорного преобразователя, Ттп (с) 0,01

Постоянная времени фильтра в канале задания скорости, Тф (с) 0,08

Уставка блока ограничения, Ибо (В) 10

Таблица - А.8 Расчетные параметры системы регулирования приводом постоянного тока механизма передвижения моста мостового крана (ДП-41)

Коэффициент передачи регулятора тока, крт 0,1257

Постоянная времени регулятора тока, Тит (с) 0,1017

Коэффициент передачи регулятора скорости, крс 115,1336

Постоянная времени регулятора скорости, Тис (с) 0,1439

Коэффициент обратной связи по току, кт 0,0439

Коэффициент обратной связи по скорости, кс 0,0823

Постоянная времени тиристорного преобразователя, Ттп (с) 0,01

Постоянная времени фильтра в канале задания скорости, Тф (с) 0,08

Уставка блока ограничения, ибо (В) 10

Таблица - А.9 Расчетные параметры системы регулирования приводом постоянного тока механизма главного подъема мостового крана (МП-82а)

Коэффициент передачи регулятора тока, крт 0,3390

Постоянная времени регулятора тока, Тит (с) 0,0192

Коэффициент передачи регулятора скорости, крс 10,7654

Постоянная времени регулятора скорости, Тис (с) 0,0135

Коэффициент обратной связи по току, кт 0,0078

Коэффициент обратной связи по скорости, кс 0,1592

Постоянная времени тиристорного преобразователя, Ттп (с) 0,01

Постоянная времени фильтра в канале задания скорости, Тф (с) 0,08

Уставка блока ограничения, Ибо (В) 10

Коэффициент передачи регулятора тока, крт 0,0222

Постоянная времени регулятора тока, Тит (с) 0,4059

Коэффициент обратной связи по току, кт 0,2480

Коэффициент передачи регулятора скорости, крс 8,7529

Постоянная времени регулятора скорости, Тис (с) 54,7055

Коэффициент обратной связи по скорости, кс 0,1009

Коэффициент передачи регулятора момента, крм 50

Таблица - А. 10 Расчетные параметры системы регулирования приводом переменного тока механизма передвижения тележки мостового крана (4АН180Б6У3)

Коэффициент передачи регулятора тока, крт 0,0222

Постоянная времени регулятора тока, Тит (с) 0,4059

Коэффициент обратной связи по току, кт 0,248

Коэффициент передачи регулятора скорости, крс 7,1325

Постоянная времени регулятора скорости, Тис (с) 44,5779

Коэффициент обратной связи по скорости, кс 0,1009

Коэффициент передачи регулятора момента, крм 50

Коэффициент обратной связи по моменту, км 0,0275

Коэффициент передачи регулятора потокосцепления, крп 4,4145

Постоянная времени регулятора потокосцепления, Тип (с) 0,0912

Коэффициент обратной связи по потокосцеплению, кп 9,5985

Постоянная времени тиристорного преобразователя, Ттп (с) 0,001

Постоянная времени фильтра в канале задания скорости, Тф (с) 0,016

Уставка блока ограничения, Ибо (В) 10

Таблица - А.11 Расчетные параметры системы регулирования приводом переменного тока механизма передвижения моста мостового крана (4АН180М6У3)

Коэффициент передачи регулятора тока, крт 0,0205

Постоянная времени регулятора тока, Тит (с) 0,4561

Коэффициент обратной связи по току, кт 0,2303

Коэффициент передачи регулятора скорости, крс 62,8812

Постоянная времени регулятора скорости, Тис (с) 393,0074

Коэффициент обратной связи по скорости, кс 0,0979

Коэффициент передачи регулятора момента, крм 50

Коэффициент обратной связи по моменту, км 0,0232

Коэффициент передачи регулятора потокосцепления, крп 5,2593

Постоянная времени регулятора потокосцепления, Тип (с) 0,0752

Коэффициент обратной связи по потокосцеплению, кп 8,6828

Постоянная времени тиристорного преобразователя, Ттп (с) 0,001

Постоянная времени фильтра в канале задания скорости, Тф (с) 0,016

Таблица - А.12 Расчетные параметры системы регулирования приводом переменного тока механизма главного подъема мостового крана (4АН355М10У3)

Коэффициент передачи регулятора тока, крт 0,0270

Постоянная времени регулятора тока, Тит (с) 0,7355

Коэффициент обратной связи по току, кт 0,0406

Коэффициент передачи регулятора скорости, крс 0,7888

Постоянная времени регулятора скорости, Тис (с) 4,9297

Коэффициент обратной связи по скорости, кс 0,1637

Коэффициент передачи регулятора момента, крм 45

Коэффициент обратной связи по моменту, км 0,0026

Коэффициент передачи регулятора потокосцепления, крп 6,8219

Постоянная времени регулятора потокосцепления, Тип (с) 0,0674

Коэффициент обратной связи по потокосцеплению, кп 8,0481

Постоянная времени тиристорного преобразователя, Ттп (с) 0,001

Постоянная времени фильтра в канале задания скорости, Тф (с) 0,016

3 Упругий прогиб моста крана (подъём груза Q=1,25Qн0м) Ь

->1

У

10

У-

30

Ь

Ь

X

(1) _^ (2)

Qn

ь „

„

Ь

Поперечное сечение балки моста

Схема для расчёта упругого прогиба моста (1, 2 - номера рельсов)

0

Ь1 Ь1 Ь3 Ь3 Ь2 Ь2 Ь а Qn F=Qn•g

1020 32 1020 33 12 1500 40 3,6 125 1226,25

Л1=Ь1^1= 32640; А2= 2-^2= 36000; Лз=Ьз^з= 33600;

У01= 766; У02=0; У03= - 766,5;

У10= У01 - У0=774; У20=У0 + У02= - 8; У30= У0 - У03= 759;

11= 2785280; 12= 3054645; 13=6750000000;

А= Л1+Л2+Л3=102300; Х0= (Л1 •у01+Л2-у02+Л3-у03)/Л= - 8; 1х= 11+Л1-У102+ 12+Л2-У202 +13+Л3-у302=45677327492; Гу= F• Lp3/(48•E•2•Jx)= 21,59; [£пред]= Ь/700= 66,67;

Л1, Л3, (мм2) - площади сечений верхнего и нижнего поясов. А2, (мм2) - площадь сечения вертикальных стенок. У10, У30, (мм) - расстояние от центра соответствующего пояса до оси 0Х. 11, (см4) - момент инерции верхнего пояса относительно собственной центральной оси Х.

13, (см4) - момент инерции нижнего пояса относительно собственной центральной оси Х.

12, (см4) - момент инерции вертикальных стенок относительно собственной центральной оси Х.

Е= 2,1-105, (МПа) - модуль Юнга для стали.

1х, (см4) - момент инерции сечения балки относительно центральной оси 0Х. Б, (кН) - вес контрольного груза. Ьр, (м) - расчётный пролёт крана. Ь, (м) - пролёт крана.

[£гред], (мм) - предельно допустимый прогиб моста крана.

fy, (мм) - расчётный упругий прогиб моста крана с грузом Qn=1,25Qн0м.

2 Кран КМ 32/5-А5УП-28- 16-У3 (ОАО «НЛМК» ПДС)

2.1 Общие сведения

Таблица - А.13 Кран КМ 32/5-А5УП-28-16-У3 общие сведения

Наименование Значение

Вес крана (полный) 31 т

Вес мост 17,453 т

Вес тележки с механизмами 5,9 т

Вес механизма передвижения крана 7,647 т

Грузоподъёмность 32/5 т

Пролёт 28 м

Нагрузка от колеса крана на рельс 17,4 т

Скорость механизма главного подъёма 20 м/мин

Скорость передвижение грузоподъемной тележки 40 м/мин

Скорость передвижение крана 120 м/мин

Таблица - А.14 Техническая характеристика механизма передвижения

Механизм передвижения

Тележки Крана

Зубчатая передача Тип зубчатой передачи редуктор В-400 редуктор ГПШ-500

Передаточное число 12,64 26,4

Диаметр ходовых колёс, мм 320 710

Таблица - А.15 Техническая характеристика механизма подъёма

Диаметр барабана, мм 500

Зубчатая передача Тип зубчатой передачи редуктор РМ-650

Передаточное число 23,34

Число ветвей полиспаста 4

КПД полиспаста 0,96

Таблица - А.16 Техническая характеристика электродвигателей механизмов передвижения (моста крана и тележки) и подъёма крана - переменного тока

Тип двигателя Мощность на валу (кВт) при ПВ 40% п, об/мин КПД Мтах, №м Момент инерции, кг^м2

МТГ 311-6 (привода моста) 11 945 79 314 0,225

4МТН 225 Ь8

(привода подъ- 37 720 85 1390 1,27

ема)

МТГ 312-6

(привода тележ- 15 955 82 471 0,312

ки)

Таблица - А.17 Техническая характеристика электродвигателей механизмов передвижения (моста крана и тележки) и подъёма - постоянного тока

Д41 (мост) Д812 (подъем) Д806 (тележка)

Рн, кВт 12,5 38 16

Частота 710 565 700

вращения п, об/мин

1н, А 70 192 84

Гя+Гд.п, Ом 0,16 0,023 0,11

Д41 (мост) Д812 (подъем) Д806 (тележка)

Гпар, Ом 70 65 34

Число активных проводников якоря N 492 210 372

Число параллельных ветвей якоря 2а 2 2 2

Число витков полюса параллельной обмотки ю 1480 1350 1400

Магнитный поток полюса Ф полезный, мВб 18,1 56,8 25,5

Номинальный ток возбуждения Параллельной обмотки, А 2,5 5,3 2,7

2.2 Расчетные параметры системы регулирования

Таблица - А.18 Расчетные параметры системы регулирования приводом постоянного тока механизма передвижения тележки мостового крана (Д806)

Коэффициент передачи регулятора тока, крт 0,1516

Постоянная времени регулятора тока, Тит (с) 0,3214

Коэффициент передачи регулятора скорости, крс 1,5212

Постоянная времени регулятора скорости, Тис (с) 0,0019

Коэффициент обратной связи по току, кт 0,0595

Коэффициент обратной связи по скорости, кс 0,1364

Постоянная времени тиристорного преобразователя, Ттп (с) 0,01

Постоянная времени фильтра в канале задания скорости, Тф (с) 0,08

Уставка блока ограничения, Ибо (В) 10

Таблица - А.19 Расчетные параметры системы регулирования приводом постоянного тока механизма передвижения моста мостового крана (Д41)

Коэффициент передачи регулятора тока, крт 0,1788

Постоянная времени регулятора тока, Тит (с) 0,1205

Коэффициент передачи регулятора скорости, крс 46,7146

Постоянная времени регулятора скорости, Тис (с) 0,0584

Коэффициент обратной связи по току, кт 0,0714

Коэффициент обратной связи по скорости, кс 0,1345

Постоянная времени тиристорного преобразователя, Ттп (с) 0,01

Постоянная времени фильтра в канале задания скорости, Тф (с) 0,08

Уставка блока ограничения, ибо (В) 10

Таблица - А.20 Расчетные параметры системы регулирования приводом постоянного тока механизма главного подъема мостового крана (Д812)

Коэффициент передачи регулятора тока, крт 0,1878

Постоянная времени регулятора тока, Тит (с) 0,6726

Коэффициент передачи регулятора скорости, крс 9,2448

Постоянная времени регулятора скорости, Тис (с) 0,0116

Коэффициент обратной связи по току, кт 0,0260

Коэффициент обратной связи по скорости, кс 0,1690

Постоянная времени тиристорного преобразователя, Ттп (с) 0,01

Постоянная времени фильтра в канале задания скорости, Тф (с) 0,08

Уставка блока ограничения, Ибо (В) 10

Таблица - А.21 Расчетные параметры системы регулирования приводом переменного тока механизма передвижения тележки мостового крана (МТБ 312-6)

Коэффициент передачи регулятора тока, крт 0,027

Постоянная времени регулятора тока, Тит (с) 0,7355

Коэффициент обратной связи по току, кт 0,2627

Коэффициент передачи регулятора скорости, крс 10,981

Постоянная времени регулятора скорости, Тис (с) 68,6313

Коэффициент обратной связи по скорости, кс 0,1047

Коэффициент передачи регулятора момента, крм 70

Коэффициент обратной связи по моменту, км 0,0227

Коэффициент передачи регулятора потокосцепления, крп 5,1060

Постоянная времени регулятора потокосцепления, Тип (с) 0,0901

Коэффициент обратной связи по потокосцеплению, кп 10,7527

Постоянная времени тиристорного преобразователя, Ттп (с) 0,001

Постоянная времени фильтра в канале задания скорости, Тф (с) 0,016

Уставка блока ограничения, Ибо (В) 10

Таблица - А.22 Расчетные параметры системы регулирования приводом переменного тока механизма передвижения моста мостового крана (МТБ 311-6)

Коэффициент передачи регулятора тока, крт 0,027

Постоянная времени регулятора тока, Тит (с) 0,7355

Коэффициент обратной связи по току, кт 0,3819

Коэффициент передачи регулятора скорости, крс 14,2154

Постоянная времени регулятора скорости, Тис (с) 88,846