Содержание к диссертации
Введение
1 Проблемы перекоса фермы моста и раскачивания груза 11
1.1 Влияние перекоса моста и раскачивания перемещаемого груза на работу мостового крана 11
1.2 Системы ограничения колебаний груза 19
1.3 Системы ограничения перекоса фермы моста крана 23
Выводы 30
2 Математическая модель ЭМС мостового крана 32
2.1 Математическая модель ЭМС моста и тележки крана 32
2.2 Нагрузки 36
2.2.1 Нагрузки на привод подъема 36
2.2.2 Нагрузки приводов передвижения моста и тележки: 37
2.3 Функциональные схемы модели ЭМС мостового крана 42
2.3.1 Функциональные схемы модели ЭМС мостового крана при использовании регулируемого электропривода постоянного тока 42
2.3.2. Функциональные схемы электропривода переменного тока 49
2.4 Математическая модель груза 56
Выводы 59
3 Автоматическая система управления мостовым краном 61
3.1 Системы ограничения колебаний груза 61
3.1.1 Система ограничения колебаний груза на основе математической модели системы «точка подвеса - груз» 61
3.1.2 Система ограничения колебаний груза на основе фаззи-регулятора... 64
3.2 Система ограничения рассогласования перемещений опор моста 72
3.2.1 Система ограничения рассогласования перемещений опор моста на основе сравнения их линейных перемещений 72
3.2.2 Система ограничения рассогласования перемещений опор моста на основе сравнения положения опор моста относительно подкранового пути 77
3.3 Исследование совместной работы систем ограничения перекоса моста и систем ограничения колебаний груза 85
Выводы 92
4 Экспериментальное исследование системы ограничения перекоса моста крана 94
4.1 Построение экспериментальной установки 94
4.2 Исследование на экспериментальной установке влияния стыков рельсов на работу системы ограничения перекоса моста 96
4.3 Сравнение результатов эксперимента и математического моделиро вания мостового крана 102
Выводы 110
Заключение 112
Библиографический список 113
- Влияние перекоса моста и раскачивания перемещаемого груза на работу мостового крана
- Математическая модель ЭМС моста и тележки крана
- Система ограничения колебаний груза на основе математической модели системы «точка подвеса - груз»
- Исследование на экспериментальной установке влияния стыков рельсов на работу системы ограничения перекоса моста
Введение к работе
Актуальность темы. Перемещение грузов в промышленности, на транспорте и в строительстве осуществляется разнообразными подъемно-транспортными машинами, среди которых широкое распространение получили мостовые краны. Мостовые краны являются- сложными объектами. управления. При их эксплуатации возникают проблемы, связанные с раскачиванием груза и перекосом фермы моста. Раскачивание транспортируемого груза появляется в каждом переходном процессе пуска или торможения механизмов передвижения. Эти колебания мешают работе оператора, затрудняя установку груза.в намеченное место, и увеличивают нагрузку на механизмы. Существует класс мостовых кранов, при эксплуатации которых для повышения производительности и безопасности по технологическому процессу требуется демпфировать колебания груза в заданном диапазоне. Перекос фермы моста приводит к повороту крана в горизонтальной плоскости и его поперечному смещению; увеличивает нагрузку на конструкции механизмов опор моста, а также износ подкранового пути и реборд колес; ухудшает динамические свойства крана; создает опасные условия работы персонала. Основными причинами возникновения перекоса фермы моста являются: раздельное управление многодвигательным электроприводом перемещения моста; неидентичность деталей и передаточных механизмов электроприводов; переменный характер взаимодействия системы «колесо-подкрановый путь»; переменная^ нагрузка на приводы-передвижения, вызванная изменяющимся положением тележки с грузом; нерегламентируемое обслуживание и нарушение техники эксплуатации мостовых кранов; конструктивные несовершенства крановых узлов и погрешности применявшихся методов их расчета.
Одним из способов эффективного снижения динамических нагрузок механизма передвижения кранов является применение систем синхронизации, которые формируют сигнал, прямо пропорциональный величине перекоса, и используют его для ускорения отстающего и торможения опережаю- щего приводов. При использовании систем демпфирования колебаний груза в систему управления приводов тележки и моста крана вводится корректирующий сигнал, пропорциональный величине отклонения груза от положения равновесия в соответствующей плоскости движения (моста, тележки). В случае демпфирования колебаний груза в плоскости движения моста на приводы перемещения опор одновременно подается одинаковый по величине и знаку сигнал коррекции на изменение скорости. При одновременном использовании системы ограничения-перекоса моста и системы демпфирования.колебаний груза на одну из опор моста будут приходить два разных по знаку сигнала на изменение скорости, что снизит эффективность работы обеих систем коррекции. Очевидно, что эти системы^должны работать непрерывно.
Существует необходимость в разработке такой системы автоматического управления, которая устраняет перекос моста и демпфирует колебания груза, возникающие при эксплуатации мостового крана.
Диссертационная работа выполнена в рамках научного направления работы НОУ ВПО «Международный институт компьютерных технологий»: высокотехнологичные электротехнические комплексы.
Цель работы состоит в синтезе автоматической системы управления электроприводом мостового крана, способной устранять перекос моста и демпфировать колебания груза.
Задачи работы.
Разработать математическую модель электромеханической системы (ЭМС) мостового крана с электроприводами постоянного и переменного тока в системе подчиненного регулирования^ учитывающую переменный характер параметров механической части, и особенности системы «колесо - подкрановый путь».
Разработать устройство ограничения перекоса моста крана с помощью определения положения опоры относительно подкранового пути и определения разности перемещений опор моста.
Разработать устройство демпфирования колебаний груза, использующее корректирующий сигнал, полученный с помощью математической модели системы «точка подвеса - груз».
Разработать систему управления мостовым краном, построенную с учетом систем демпфирования колебаний груза и ограничения перекоса моста.
Провести на математических моделях мостовых кранов исследование эффективности разработанных устройств ограничения перекоса моста и, демпфирования колебаний груза.
Провести оценку результатов экспериментальной модели ЭМС опоры мостового крана и математической модели ЭМС мостового крана.
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! Для исследования эффективности системы управления с корректирующим устройством разработана и изготовлена экспериментальная модель электропривода опоры мостового крана, включающаяв себя преобразователь с микропроцессорным управлением Simovert VC.
Научная новизна работы.
Математическая модель электромеханической системы мостового крана с электроприводами постоянного и переменного тока в системе подчиненного регулирования, учитывающая переменный характер параметров механической части, отличающаяся учетом функциональной зависимости коэффициента трения от нагрузки в системе «колесо — подкрановый путь».
Методики ограничения перекоса моста крана: с помощью определения положения опоры относительно подкранового пути, отличаю- щаяся тем, что с целью повышения точности контроля и надежности работы за счет применения четырех индуктивных датчиков устраняется как перекос, так и поперечное смещение моста относительно подкранового пути (защищено патентом на полезную модель № 97971); с помощью определения разности перемещения опор моста, отличающаяся наличием юстировки, учитывающей износ устройства ограничения перекоса.
Система демпфирования колебаний груза, использующая фаззи-регулятор, отличающаяся тем, что входной сигнал угла отклонения груза получен от математической модели системы «точка подвеса - груз» (защищено патентом на полезную модель № 85890).
Методика определения* переменной-величины уставки задатчика интенсивности, отличающаяся тем, что уставка формируется прямо пропорционально массе перемещаемого груза.
Практическая ценность.
Устройство ограничения перекоса моста, определяющее положение опор моста относительно подкранового пути и подающее в систему управления электроприводом сигнал, прямо пропорциональный величине перекоса и поперечного смещения моста.
Устройство ограничения перекоса моста, определяющее разность перемещений опор моста и подающее в систему управления электроприводом сигнал, прямо пропорциональный величине перекоса, и снабженное системой юстировки, учитывающей износ устройства ограничениял перекоса.
Устройство-демпфирования колебаний груза с фаззи-регулятором, использующее корректирующий сигнал, прямо пропорциональный отклонению груза от положения равновесия, полученный с помощью математической модели системы «точка подвеса - груз», и имеющее сглаживающий фильтр для производной сигнала отклонения груза с целью ограничения пульсаций на входе регуляторов.
Система управления электроприводом моста, использующая пере- менную величину уставки задатчика интенсивности, прямо пропорциональную массе перемещаемого груза, и обеспечивающая быстрый разгон и торможение привода перемещения моста при работе устройства ограничения перекоса во всем диапазоне масс груза.
5. Экспериментальная установка ЭМС опоры моста крана на базе электропривода Simovert VC для оценки влияния состояния подкранового пути на эффективность работы системы ограничения перекоса моста.
На защиту» выносятся.
Математическая модель электромеханической системы мостового крана с электроприводами постоянного и переменного тока в системе подчиненного регулирования, учитывающая переменный характер параметров механической части, отличающаяся учетом функциональной зависимости коэффициента трения от. нагрузки в системе «колесо - подкрановый путь».
Устройства ограничения перекоса моста крана, определяющие положение опоры относительно подкранового пути и разность перемещений опор моста'.
Система демпфирования колебаний груза, использующая фаззи-регулятор и сигнал коррекции, полученный с помощью математической модели системы «точка подвеса - груз».
Система" управления электроприводом моста, использующая переменную величину уставки задатчика интенсивности, прямо пропорциональную величине перемещаемого груза, и построенная^ учетом систем демпфирования колебаний груза и ограничения перекоса моста.
Достоверность и обоснованность полученных результатов подтверждаются корректным использованием положений и методов теории систем управления электроприводами, теории электрических цепей, теории автоматического управления, теоретических основ электротехники; хорошей сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы обсуждались и получили одобрение на:
Научной конференции студентов и аспирантов ЛГТУ, Липецк, 2008; VIII Международной научно-практической конференции «Моделирование. Теория, методы, средства», Новочеркасск, 2008;
Научно-технической конференции, посвященной 35-летию основания кафедры электропривода ЛГТУ, Липецк, 2009;
Региональной* научно-технической- конференции «Автоматизация и робототизация технологических процессов», Воронеж, 2009;
IX Международной научно-практической- конференции «Моделирование. Теория, методы, средства», Новочеркасск, 2009.
Межвузовская, научно-практическая.конференция «Актуальные проблемы современного научного знания», Липецк, 2011.
Реализация результатов работы. Полученные результаты используются* при проведении перспективных разработок в ОАО-5 «Липецкий металлургический завод «Свободный Сокол» и в ЦАТП ОАО «НЛМК», а также внедрены в лекционный курс «Моделирование в технике» Липецкого филиала международногоинститута компьютерных технологий (ЛФ МИКТ).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 12 работ, отражающих содержание диссертационной-работы: из них три — в-изданиях из перечня ВАК РФ, два патента РФ на полезную модель. Личный вклад авторам работах, опубликованных в соавторстве, заключается в следующем: разработана и исследована система ограничения перекоса фермы моста [85]; синтез и исследование математической модели мостового крана с устройствами ограничения перекоса моста и демпфирования- колебаний груза [80, 87, 95]; разработан алгоритм изменения величины задатчика интенсивности приводов перемещения моста в зависимости от массы груза [92]; синтез математической модели ЭМС мостового крана [61, 62, 63, 93]; проверка работы устройства на математической модели мостового крана с двухдвигательным электроприводом перемещения моста [81]; разработан алгоритм ограничения перекоса в работе системы управления электроприводом мостового крана [86].
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка и пяти приложений. Объем работы составляет 180 страниц, в том числе 121 страница текста, 62 рисунка, 4 таблицы, библиографический список из 95 наименований, приложения на 59 страницах.
Влияние перекоса моста и раскачивания перемещаемого груза на работу мостового крана
Перемещение грузов в производственных отраслях, на транспорте и в строительстве осуществляется разнообразными подъемно-транспортными машинами, среди которых широкое распространение получили мостовые краны. Это связано со следующими причинами [1]: - для установки и эксплуатации- мостовых кранов не требуется специальных площадок на территории цеха, т.к. подкрановые пути, укладывают на консоли опор, несущих крышу здания; - современные мостовые краны имеют пролет L=4...40 м (и более у кранов специального назначения) и грузоподъемность Q=5...500 т, что обеспечивает возможность оптимального выбора крана для любого цеха; - мостовые краны обслуживают практически всю, площадь цеха, (кроме узких продольных полос у стен здания). По типу конструкции различают однобалочные и двухбалочные мостовые краны [2]. В зависимости от типа грузозахватного органа мостовые краны подразделяются на крюковые (с одним или двумя крюками), магнитные (с подъемным электромагнитом), грейферные и краны, снабженные специальным грузозахватными органами (клещами, лапами, и т.д.). По способу расположения мостовые краны бывают опорными- и«подвесными.
Выпускаемые в настоящее время мостовые краны имеют, как правило, двухбалочную сварную металлоконструкцию, состоящую из двух пролетных и двух концевых балок, на консолях которых укреплены ходовые колеса [3]. Количество ходовых колес моста зависит от грузоподъемности и длины пролета крана. В кранах относительно невысокой грузоподъемности (до 50 т) обычно применяют четыре ходовых колеса, буксы которых прикреплены непосредственно к концевым балкам. При грузоподъемности свыше 50 т применяют большее количество ходовых колес, которые для равномерного нагружения их и обеспечения статической определимости концевых балок устанавливают попарно на балансирах, соединяемых с концевой балкой неподвижными осями.
Схема конструкции мостового крана показана на рис. 1.1. Стальная конструкция моста крана 1 опирается на ходовые 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 спуск грузов.
В настоящее время наиболее распространены двухбалочные мостовые краны, с опорной грузовой тележкой, гибким подвесом транспортируемого груза (на канатах), раздельным приводом механизма передвижения, двухреборд-ными цилиндрическими колесами. Тормоза механизмов передвижения — нормально-замкнутые, колодочные или дисковые с приводом от электромагнита или гидротолкателя. Подкрановый путь выполняется в виде либо кранового рельса специального профиля, либо железнодорожного рельса нормальной колеи, либо квадратного бруса (для кранов малой грузоподъемности). Фабричная длина рельсов составляет обычно 6... 12 м. Стыки рельсов, как правило, не завариваются. Механизмы передвижения приводов мостов состоят из электродвигателя, промежуточных передач, ходовой части с приводными и неприводными колесами. Для мостовых кранов (особенно с пролетом; свыше 16 м) применяют раздельный привод механизма передвижения моста.
Большинство современных крановых электроприводов [3]-выполнено на основе асинхронных двигателей с фазным ротором которые управляются:силовыми контроллерами или низковольтными комплектными устройствами? (панелями управления).. Основным; достоинством- таких электроприводов является простота их. использования; ремонтопригодность и низкая стоимость; Однако эти электроприводы не лишеныш весьма.существенных недостатков: - отсутствие режима силового спуска пустого крюка И лёгких; грузов в электроприводах механизмов подъёма; - отсутствие; электрического торможения в электроприводах механизмов передвижения; - низкая износостойкость релейно-контакторной аппаратуры; .— большие потери» энергии при. пуске и торможении электроприводов в интенсивном режиме работы. Резюмируя вышесказанное, можно предположить, что многие крановые электроприводы не отвечают современным, требованиям.; Промышленные предприятия, где установлены краны, часто меняют технологию производствами номенклатуру выпускаемой продукции, делают перепланировку производственных и складских помещений. В результате этого мостовой кран- изначально! предназначенный для обслуживания склада металла, может, например, использоваться для точных монтажных операций; а краны, управляемые из кабины, переводятся на управление с пола или по радиоканалу и т.п. Основными целями современной модернизации кранов являются: - расширение диапазона регулирования скорости;. - повышение плавности переходных процессов; - исключение быстроизнашивающейся релейно-контакторной аппаратуры; - уменьшение потерь энергии; - перевод крана на управление с пола с помощью подвесного пульта или по радиоканалу; - необходимость сопряжения системы управления краном с системой управления верхнего уровня. Важно заметить, что ретрофит, то есть применение уже установленного оборудования, пригодного для дальнейшего использования, но требующего обновления, позволяет существенно снизить затраты на модернизацию. В настоящее время наиболее оптимальным вариантом является использование частотно-регулируемого асинхронного электропривода [3].
Современные производители мостовых кранов на протяжении последних нескольких лет при модернизации и создании новых электроприводов использует разнообразные преобразователи частоты (ПЧ), например, разработанные международными концернами Schneider Electric, Mitsubishi Electric, ABB, Siemens и т.д. [3, 4]. Встроенные функции преобразователей.позволяют легко интегрировать их в электропривод подъёмно-транспортных машин. Здесь наибольшее распространение получили преобразователи серии Altivar, на базе которых могут быть созданы любые крановые электроприводы. Векторное управление асинхронным электродвигателем в преобразователях Altivar может осуществляться без датчика скорости по векторам тока и напряжения. Последний способ может использоваться и при питании параллельно включённых двигателей от одного- преобразователя. Кроме того, допускается использование векторного управления с обратной связью по скорости, а также скалярного управления [4].
Математическая модель ЭМС моста и тележки крана
Для отслеживания пути, пройденного опорами мостами, применялись различные системы, которые отличались лишь датчиками пути, а в систему управления подавался сигнал сравнения показаний этих датчиков. В наиболее простых системах на опорах крана располагали коммутаторы, которые управляли контакторами управления приводов опор и счетчиком времени [18]. При перекосе опор коммутаторы включали контактор, уменьшающий скорость забежавшей вперед опоры. В качестве датчиков пути использовались также датчики контрольных позиций, которые взаимодействовали с выключателями, расположенными на опорах [19]. Выключатели соединяли с шаговыми двигателями, кинематически связанными с сельсинами, одни обмотки которых были соединены друг с другом, а другие - с источником питания и исполнительным устройством, имевшим фазочувствительный выпрямитель. При перекосе опор крана выключатели разных опор не одновременно достигают датчиков контрольных позиций, что приводит во времени к разному углу поворота шаговых двигателей сельсинов. При этом на выпрямитель исполнительного органа поступает напряжение, срабатывает реле опередившей опоры, скорость этой опоры уменьшается. В более поздних системах устранения перекоса в качестве датчиков пути использовались импульсные датчики с дискретно-аналоговым преобразователем [20, 21].
Однако, при таких способах синхронизации не решается проблема трения реборд колес о рельсы, т.к. система управления не обеспечивает выравнивание центров колес опор моста относительно центров рельсов. Кроме того, задача определения абсолютных перемещений яда объектов, передвигающихся по рельсовому пути, до сих пор не имеет решения, удовлетворяющего требованиям практики. Современные датчики перемещений различаются, прежде всего, первичным преобразователем перемещений. Разработке, исследованию и конструированию первичных преобразователей перемещений посвящено большое количество научных статей и авторских свидетельств. Анализ литературы [22, 23] показывает, что из всех видов первичных преобразователей для объектов, передвигающихся по рельсовому пути, можно- выделить следующие группы датчиков: оптические (неприменимы в условиях черной металлургии); индукционные (подвержены влиянию магнитного поля самого мостового крана); ультразвуковые (требуют большое количество дополнительного оборудования); реостатные (подвержены влиянию окружающей среды).
Для отслеживания положения опор моста относительно рельса вместо конечных выключателей применялись следующие технические решения. 1. Системы с оптическими датчиками и со специальными маркерами [24]. С помощью современных оптических датчиков можно построить сравнительно дешевую, быстродействующую и точную систему управления. Однако, в тяжелой промышленности из-за сильной загрязненности атмосферы оптические системы не получили распространения. 2. Системы с П-образным магнитопроводом [25]. П-образный магнито-провод располагается над головкой подкранового пути. На его стержнях крепится электрическая обмотка. В цепь обмотки подсоединяются 2 резистора по схеме электрического моста, одна диагональ которого подключена к источнику переменного тока, а другая — к входу блока управления электроприводом механизма передвижения моста крана. При перекосе опор крана во время его работы изменяются индуктивные сопротивления обмоток, на выходе электрического моста появляется сигнал, поступающий в систему управления электроприводом моста крана. Амплитуда и полярность сигнала соответствуют величине и направлению перекоса опор крана. Вфассмотренной системе используются два П-образных сердечника - по одному на каждой опоре, поэтому устройство устраняет перекос моста, но не выравнивает колеса относительно центров рельсов. 3. Система с диагональными датчиками, расположенными с двух концов опор моста крана [26]. Особенность этой системы,заключается в том, что в качестве датчиков используются магниты, между одноименными полюсами которых расположен замыкающий контакт геркона. При перекосе опор крана под действием ферромагнитной массы головки рельса магнитные потоки магнитов перераспределяются, при этом включаются герконы диагональных датчиков, катушка исполнительного реле подключается к источнику питания, в результате подается команда в привод передвижения крана. 4. Системы, содержащие источники сигналов, установленные с двух сторон от подкранового пути; приемники сигналов, установленные на опорах, а также устройство сравнения фаз сигнала [27]. При перекосе опор фаза сигналов на выходе детекторов приемников различна, устройство сравнения подает сигнал о перекосе в систему управления электроприводом. 5. Системы, отслеживающие положение моста относительно нормали к подкрановому пути [28]. Ограничитель перекоса опор моста крана содержит траверсу и преобразователь движения. Траверса устанавливается неподвижно относительно опоры и. моста крана, а преобразователь движения выполнен в виде двуплечего рычага, закрепленного на мосту крана и одним из плеч-связан-ного с траверсой: При перекосе моста крана траверса, удерживаемая тягамиг и-штоком, остается на месте, а преобразователь движения, поворачивается-на некоторый угол . При достижении предельного значения, угла поворота, величина которого настраивается, срабатывает конечный выключатель, подавая сигнал в цепь управления электроприводом моста крана. 6. Системы, содержащие диагональные тяги, которые крепятся к опорам моста [29]. При возникновении перекоса изменяются длины диагоналей моста.. Сигнал разности длин тяп используется для устранения перекоса. 7. Системы, синхронизирующие угловые скорости вращения приводных электродвигателей перемещения моста и содержащие датчики поперечного смещения передних колес относительно подкранового пути [30]. Применение систем синхронизации перемещений опор моста крана относительно подкранового пути позволяет решить не только проблему возникновения перекоса фермы моста, но и проблему трения реборд колес о рельсы, отслеживая положение центров колес относительно центров рельсов. Очевидно, что применение таких систем наиболее перспективно. Однако, их работоспособность зависит от состояния рельсов (параллельности, износа) и рельсовых стыков.
Система ограничения колебаний груза на основе математической модели системы «точка подвеса - груз»
При построении математической модели ЭМС мостового крана приняты допущения, позволяющие упростить систему, не изменяя характера протекающих в ней основных динамических процессов. Структурная схема электропривода передвижения моста крана представляет собой четырехмассовую систему; привода подъема груза» и перемещения тележки — двухмассовые системы. Система «точка подвеса - груз» построена по принципу математического маятника.
Для решения задач, поставленных в главе 1, построена математическая модель ЭМС мостового крана с электроприводами постоянного и переменного тока по принципу систем1 подчиненного регулирования., При этом электропри-вод постоянного тока реализован по системе ТП-ДПТ, переменного тока — по системе ПЧ-АД с поддержанием постоянства потокосцепления ротора.
Спроектированная математическая модель мостового крана при исследовании позволяет вводить: - характеристики различных мостовых кранов, отличающиеся геометрическими и электромеханическими параметрами; - отличающиеся друг от друга диаметры колес, паспортные данные двигателей и редукторов первой и второй опор моста; - параметры однократно- или двукратноинтегрирующей системы управления приводами постоянного и переменного тока; - параметры, характеризующие величину стыков и паралелльность рельсов.
На математической модели получены графики рабочих режимов мостового крана. При сравнении расчетных кривых и соответствующих графиков с реального крана выявлено, что отклонение данных математических моделей от реальных значений по току и угловой скорости вращения двигателя не превышает 9 % в пусковом режиме и 2 % при движении с заданной скоростью. Установлено, что дальнейшее исследование систем демпфирования колебаний груза и перекоса моста может быть произведено при помощи математической модели ЭМС мостового крана с электроприводом как по системе ТП-ДПТ, так и по системе ПЧ-АД.
Система управления электроприводом мостового крана должна включать в себя: микропроцессорный контроллер с набором библиотек программных блоков , интерфейсов; и возможностью подключения дополнительных обратных связей; систему демпфирования колебаний груза; систему ограничения рассогласований опор моста крана; датчики; контролирующие сигналы; математическую, модель, рассчитьівающуюі параметры,- необходимые для? работы систем коррекции. При; модернизациишодъемно-транспортного оборудования возможны два способа: либо покупка новых кранов с современными; цифровыми электроприводами; либо ретрофит эксплуатируемых на. предприятии: кранов; с це-лью обновления оборудования с минимальными . затратами:. Следовательно; при проектировании систем управления мостовыми-; кранами основным критерием становится возможность установки;новой системьг на все типы электроприводов?: с микропроцессорным управлением; в; независимости от производителя. Большинство современных электроприводов удовлетворяют основным;.требованиям кранового; электропривода (глава 1). Применение систем; демпфирования; колебаний- накладывает дополнительные требования на,систему управления? краном:, уменьшение амплитуды и периода, а также увеличение логарифмического декремента затухания колебаний груза. От системы ограничения перекоса моста.требуется, чтобы не было достигнуто предельное рассогласование опор: Спроектированные системы должны оказывать наименьшее взаимное влияние: По;; изложенным выше соображениям спроектированы следующие системы ограничения колебаний груза и перекоса фермы моста.
Исследование на экспериментальной установке влияния стыков рельсов на работу системы ограничения перекоса моста
Разработаны системы ограничения рассогласования перемещений опор моста на основе сравнения их линейных перемещений и путем сравнения положения опор моста относительно подкранового пути. Исследование эффективности спроектированных систем коррекций проведено на математических моделях мостовых кранов грузоподъемностями 10, 50 и 100 т, при этом, математическая модель крана грузоподъемностью 50 т проверена с шестью паспортными значениями пролета моста. В ходе исследования установлено, что работа системы ограничения перекоса моста эффективнее при использовании уставки задатчика интенсивности привода перемещения моста пропорциональной массе перемещаемого груза. При анализе графиков видно, что в этом случае во всем диапазоне масс перемещаемых грузов для каждого крана рассогласование перемещений опор моста не превысило 40 % от максимального значения.
Разработаны системы демпфирования колебаний груза на основе матема-тической модели колебаний груза и на базе фаззи-регулятора. С целью снижения бросков сигнала, производной от амплитуды отклонения груза, математическая модель дифференцирует сигнал амплитуды с более широким шагом, чем минимальная постоянная времени модели (Тп). По результатам моделирования наилучший шаг дифференцирования амплитуды отклонения груза 0,1-0,2 с, т.е. (10..20)ТП.
Поскольку, при одновременном использовании системы ограничения перекоса моста и системы демпфирования колебаний груза на одну из опор моста будут приходить два разных по знаку сигнала на изменение скорости, необходимо использовать такие системы, которые оказывают наименьшее взаимное влияние.
На математической модели проверены четыре варианта совместной работы разработанных систем ограничения перекоса моста и демпфирования колебаний груза. При анализе результатов моделирования установлено, что: - разгон и торможение при работе системы с фаззи-регулятором происходят на 7 % медленнее, чем при работе с регулятором на основе математической модели колебаний груза. Однако при этом на 50 % меньше полученные предельные рассогласования перемещений опор и на 35 % меньше амплитуда колебаний груза; - система ограничения колебаний груза с фаззи-регуляторм работает одинаково хорошо с обоими типами рассмотренных систем ограничения перекоса. Во всех режимах работы рассогласование перемещений опор моста не достигло предельной величины. Полученные результаты показывают, что при использовании в системе управления мостовых кранов устройств ограничения перекоса моста и демпфирования колебаний груза целесообразно применять ограничение колебаний груза на основе фаззи-регулятора и ограничение перекоса моста путем определения положения опоры моста относительна подкранового пути для мостовых кранов с двухребордными колесами, а также ограничение колебаний груза на основе фаззи-регулятора и ограничение перекоса моста путем сравнения абсолютных перемещений опор для мостовых кранов с безребордными колесами и боковыми роликами. Спроектированные системы можно устанавливать на все типы электроприводов с микропроцессорным управлением. Разработанные устройства ограничения перекоса моста и демпфирования колебаний груза можно применять не только на мостовых кранах, но и на других видах подъемно-транспортных механизмов. В процессе проведенных исследований предложены.два їспособа демпфирования колебаний груза и два способа ограничения перекоса мостового жрана. Этшспособы заключаются вошведении;в систему управления корректирующих сигналов,.прямо пропорциональных отклонению грузакот положения, равнове- ч сия и перекосу моста-соответственно; Эффективность І демпфирования» колебаний; с помощью; системы- управления;.. использующей математическую, модель колебаний»груза-, проверена5 в [88]; а с помощью-системы, использующей; фаззи-регулятор,-в [89]t В экспериментальной- части диссертации- исследуема эффективность работы системы-ограничения перекосамоста крана на основе сравненияшоложения ; опор;моста относительношодкрановогоі путш. Очевидно; что эффективность работы такой системы будет зависетьот состояния рельсов (параллельности рельсов;; величины+стыковш т.п.):. Задачами экспериментальныхисследований являются: - проверка эффективности предлагаемого способа ограничения; перекоса. моста крана; - исследование влияния- на работу системы» коррекции величины» стыков. рельсов; параллельностирельсов; зазора между датчиком положениямгрельсом; - сравнение.результатов1 эксперимента шматематической модели:. Для решения поставленных задач;построенаузкспериментальнаяіустанов-ка (рис.Ш.8-ПТ. 13), состоящая из.следующих-основных частей: - механической частщ представляющей собошмодель опоры моста крана; движущейся по.рельсу;. - силовой части, включающей в. себя: преобразователь частоты, асин хронный двигатель, трансформатора источник постоянного тока, диодныймост, индуктивные датчики, автоматические выключатели, контакторы; - системы управления, выполненной на микропроцессорном контролере преобразователя частоты.
