Введение к работе
Актуальность темы. В основных направлениях экономического и социального развития Российской Федерации на период до 2020 г. поставлена задача развития промышленности и строительства. Решение этой задачи, несомненно, связано с увеличением потребности в грузоподъемной технике. Однако, как следует из представленных сведений Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору России (далее Ростех-надзор), на 2008 г. из 245 тыс. грузоподъемных кранов, находящихся в эксплуатации, 85 % отработали нормативный срок службы. Обновление парка производится крайне медленно - около 1 % в год, при норме в 8-10%. Рост потребности в грузоподъемной технике увеличит интенсивность использования устаревшего парка машин, что, в свою очередь, повысит аварийность и травматизм при их эксплуатации. Поэтому вопросы оценки технического состояния и защиты крана от опасных эксплутационных воздействий приобретают важнейшее значение.
Система безопасности крана состоит из ряда приборов и устройств, которые осуществляют контроль опасных процессов в грузоподъемной машине при ее эксплуатации. Применяемые в настоящее время приборы контроля и защиты не всегда удовлетворяют современным требованиям. Согласно информации из отчетов Ростехнадзора за 2005 г. - 2008 г., наблюдается значительная доля аварийности и травматизма по причинам, связанными с приборами и устройствами безопасности. Аварийность по данной причине колеблется от 31,5 до 39,5% от общего числа аварий на грузоподъемной технике, а доля смертельно травмированных по данной причине составляет 22,5 - 29,0 %. Поэтому разработке приборов контроля и защиты, новых методов диагностики технического состояния узлов, механизмов и металлических конструкций, а также их применению придается большое значение в системе Ростехнадзора.
В соответствии с пунктом 2.12.11 ПБ 10-382-00 краны мостового типа должны быть оборудованы регистраторами параметров их работы, которые согласно требованиям РД 10-399-01, фиксируют информацию о режимах работы крана. Накопленная информация позволяет определить фактическую наработку машины и ее остаточный ресурс. В то же время мало освещен вопрос использования информации регистратора параметров для оценки технического состояния ответственных узлов и механизмов крана.
Следует отметить, что выпускаемые в настоящие время промышленностью приборы для кранов мостового типа имеют неунифицированные датчики усилия, так как тип датчика зависит от конструкции крана. Этот факт вызывает весьма ощутимую проблему применения датчиков при оснащении кранов, ранее неоснащенных приборами защиты и контроля, так как установка датчика не обходится без внесений изменений в металлоконструкцию крана. Наряду с этим приборы контроля и защиты не интегрированы в систему управления грузоподъемной машины, что позволяет эксплуатировать технику при неисправных приборах или их преднамеренной блокировке. Разработка системы
управления, обладающей функциями контроля и защиты с одновременным решением проблемы применения датчиков усилия, требует новых подходов.
В связи с вышеизложенным, актуальным является разработка новых устройств и методов автоматического контроля технического состояния узлов и механизмов и совершенствование систем защиты кранов с расширением ее возможностей, интеграцией в систему управления, повышением надежности и снижением стоимости.
Объектом исследования является электрический грузоподъёмный кран мостового типа.
Предметом исследования являются выявление закономерности влияния эксплуатационных воздействий на электромеханические процессы приводного двигателя механизма подъема груза в статических и динамических режимах работы.
Цель работы - повышение безопасности и надёжности эксплуатации крана мостового типа на основе разработки интеллектуальной системы защиты машины от опасных эксплуатационных воздействий с функциями ограничения грузоподъёмности, регистратора параметров работы и контроля технического состояния тормоза механизма подъёма.
Методы исследований:
методы дифференциального и интегрального исчисления;
математическое моделирование и программирование;
экспериментальные исследования на натурном образце мостового крана и испытательных установках.
Научная новизна.
-
Разработана математическая модель электромеханических процессов, протекающих в механизме подъема груза, которая позволяет исследовать влияние эксплутационных воздействий на электропривод с учетом упругих связей, демпфирующего эффекта и электромеханических потерь энергии.
-
Теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены возможности: контроля технического состояния узлов и механизмов, определение наработки и остаточного ресурса крана мостового типа по рабочим характеристикам приводного двигателя механизма подъема груза.
-
На основании проведенных исследований, эксплуатационных воздействий на электромеханические процессы приводного двигателя механизма подъема, разработан способ ограничения грузоподъемности крана мостового типа, позволяющий не применять традиционные датчики усилия и повысить надежность системы защиты.
-
Разработаны методы регистрации параметров работы крана и автоматической диагностики технического состояния тормоза механизма подъема по электрическим характеристикам привода механизма подъема груза.
На защиту выносятся:
-математическая модель динамических режимов работы механизма подъема груза;
- разработанные способы и алгоритмы определения массы поднимаемого
груза, ограничения грузоподъёмности, циклов нагружения крана и контроля
величины тормозного момента тормоза механизма подъема и их реализации микропроцессорными устройствами;
- разработанные блок-схемы микропроцессорных систем защиты и кон
троля, полностью отвечающих требованиям Правил устройства и безопасной
эксплуатации грузоподъёмных кранов ПБ 10-382-00 и обладающих дополни
тельными диагностическими функциями.
Практическая ценность работы заключатся в том, что:
определение массы поднимаемого груза по значению активной потребляемой мощности двигателя позволяет отказаться от традиционных датчиков усилия, повысить надежность системы защиты и контроля и упростить ее монтаж и обслуживание, расширить область применения системы и ее функциональные возможности;
разработанные методы автоматического контроля тормозного момента механизма подъема, основанные на мониторинге рабочих параметров приводного двигателя, позволяют предупреждать аварии связанные с отказом тормоза, без использования дополнительных датчиков;
разработаны алгоритмы и блок-схема микропроцессорного устройства, которое реализует функции ограничителя грузоподъемности, регистратора параметров работы крана без использования традиционного датчика усилия, дополнительно данное устройство имеет функции автоматического контроля величины тормозного момента тормоза механизма подъема и параметров питающей электрической сети.
программная реализация разработанных методов (ограничения грузоподъемности, определения рабочих циклов для контроля остаточного ресурса крана и автоматического контроля состояния тормоза механизма подъема) на базе микропроцессорного устройства частотного управления электроприводом позволяет отказаться от дополнительных аппаратных средств и интегрировать в систему управления функции контроля и защиты;
применение методов определения статического момента кранового электродвигателя привода механизма подъема и тормозного момента колодочного тормоза при их совместной работе на стенде приемочных и приемосдаточных испытаний новых колодочных тормозов ТКГМ-300 и ТКГМ-400 и внедренного ОАО "Сибэлектромотор", позволяет сократить время проведения испытаний, осуществлять контроль тормозного момента и автоматизировать процесс испытаний.
Апробация работы. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований докладывались, обсуждались и получили одобрение на научно-технических конференциях лесотехнического института и семинарах кафедры «Строительные и дорожные машины» и кафедры «Общая электротехника и автоматика» Томского государственного архитектурно-строительного университета; Международной научно-технической конференции "Интерстроймех 2006", Москва, 2006 г., 12 и 14 научно-практических семинарах "Приборы и системы безопасности грузоподъемных машин". Адлер, НТЦ "Строймашавтоматизация", 2008 и 2010 г.г.
Публикации. Всего по данной тематике опубликовано 10 печатных ра-
бот, в том числе 4 патента и одна публикация в журнале, входящим в перечень ВАК.
Реализация работы. Результаты, представленные в диссертационной работе, использованы на предприятии ОАО "Сибэлектромотор" при разработке и изготовлении стенда приемочных и приемо-сдаточных испытаний новых колодочных тормозов ТКГМ-300 и ТКГМ-400.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов по работе, списка использованных источников из 125 наименований и 2 приложений. Общий объем работы 171 с, в том числе основной текст - 161 с, приведены 76 рисунков и 11 таблиц.
