Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ современного развития систем безопасности грузоподъемных машин 9
1.1. Обзор существующих устройств для контроля устойчивости 9
1.2. Устройства контроля установки горизонтального положения крана 17
1.3. Методы расчета устойчивости стреловых кранов 22
ВЫВОДЫ 33
2. Метод стабилизации опорного контура мобильных грузоподъемных средств 34
2.1. Методы обеспечения динамической устойчивости мобильных грузоподъемных средств 34
2.2. Метод стабилизации опорного контура 39
2.2.1. Формирование защитных характеристик мобильных грузоподъемных машин 39
2.2.2. Мониторинг грузовой устойчивости 49
2.3. Моделирование процесса стабилизации опорного контура 52
2.4. Автоматизация контроля устойчивости стрелового самоходного крана 55
ВЫВОДЫ 60
3. Исследования просадки грунта под выносными опорами грузоподъемных машин 61
3.1. Метод расчета нагрузки на опору 61
3.2. Построение математической модели просадки грунта под опорой с помощью метода конечных элементов 66
3.3. Расчет состояния грунта под опорой при активном нагружении 76
3.4. Прогнозирование просадки грунта при автоматическом управлении устойчивостью 80
ВЫВОДЫ 82
4. Построение автоматизированного комплекса управления устойчивостью мобильных грузоподъемных средств 83
4.1. Структура комплекса 83
4.1.1. Управление исполнительными органами мобильных грузоподъемных машин 84
4.1.2. Компенсация просадки грунта под опорами 87
4.2. Аппаратное построение комплекса 95
4.2.1. Разработка системы датчиков 100
4.2.2. Устройства сопряжения 104
4.3. Модернизация конструкции гидравлического оборудования 108
ВЫВОДЫ 116
5. Экспериментальные исследования устойчивости крана от опрокидования 117
5.1 Метод планирования эксперимента при исследовании устойчивости 117
5.2 Выбор плана эксперимента 122
5.3 Построение регрессионной модели
опрокидывающего момента крана 124
Выводы 132
Основные результаты и выводы 133
Список использованных источников
- Устройства контроля установки горизонтального положения крана
- Формирование защитных характеристик мобильных грузоподъемных машин
- Построение математической модели просадки грунта под опорой с помощью метода конечных элементов
- Управление исполнительными органами мобильных грузоподъемных машин
Введение к работе
Актуальность темы. Согласно статистическим данным Ростехнадзора России, производственный травматизм и аварийность на подъемных сооружениях занимают третье место (после травматизма в угольной и горнорудной промышленности) и составляет примерно 90 аварий в год. Приведенная статистика свидетельствует о необходимости поиска дополнительных методов снижения аварийности и повышения безопасности парка грузоподъемных кранов.
Обеспечение устойчивости грузоподъемных машин (ГПМ) является важнейшим условием при разработке систем управления их рабочими операциями. Это связано, во-первых, с тем, что около половины всех аварий мобильных ГПМ связано с их опрокидыванием, во-вторых, с тем, что потеря устойчивости приводит, как правило, к разрушению самой машины без возможности ее дальнейшего восстановления, а также возможным вторичным разрушениям и человеческим жертвам. Особенно это важно, когда по тем или иным причинам грузоподъемная машина в процессе эксплуатации испытывает на себе ненормируемые внешние воздействия, представляющие собой просадку почвы под выносными опорами, ветровые нагрузки, ошибки оператора-крановщика.
В настоящий момент наиболее распространенным устройством, позволяющим контролировать устойчивость установки, является ограничитель грузового момента, работающий в индикаторном режиме, и не влияющий на управление машиной до момента достижения критического значения устойчивости. Использование такой системы может привести, вследствие динамических нагрузок при резком трогании груза, в худшем случае - к опрокидыванию, в лучшем - к остановке работы с грузом, который мог бы быть поднят при более плавном разгоне. В то же время ручное регулирование скорости может привести к тому, что более легкий груз будет перемещаться медленней, чем того требуют условия безопасности. При большом числе рабочих циклов с однородным грузом это может привести к значительным потерям рабочего времени, которого можно было бы избежать при автоматическом регулировании силы, приложенной к грузу со стороны рабочих механизмов.
Таким образом, задача создания автоматизированной системы управления ГПМ, обеспечивающей максимум эксплуатационной производительности при сохранении условий устойчивости является актуальной. Система должна выполнять следующие функции: постоянный контроль параметров ГПМ и внешних факторов, влияющих на устойчивость; определение текущего значения предельно допустимой нагрузки; выработка управляющих сигналов на исполнительные механизмы ГПМ, обеспечивающих сохранение условия устойчивости; адаптация алгоритмов управления к изменяющимся внешним условиям; прогнозирование возможной просадки грунта под опорами ГПМ и заключение о возможности продолжения данного вида работ на данной площадке; аварийное отключение исполнительных механизмов и коррекция положения опорного контура и параметров ГПМ.
Цель работы. Повышение уровня эксплуатационной производительности и безопасности производства погрузоразгрузочных работ, выполняемых мобильными ГПМ, при ненормируемых внешних воздействиях путем мониторинга грузовой устойчивости и стабилизации опорного контура.
В первую очередь, исследования затрагивают мобильные ГПМ, работающие, как правило, на неподготовленных площадках с ограниченным рабочим пространством. Однако, вследствие подверженности других типов свободностоящих ГПМ тем же внешним возмущающим факторам, для них применимы те же принципы обеспечения устойчивости, а разрабатываемая система может быть к ним приспособлена при внесении корректировок в алгоритмы управления, содержащиеся в памяти управляющего устройства. Поставленная цель работы и анализ состояния вопроса позволили сформулировать следующие задачи исследования:
1. Анализ существующих отечественных и зарубежных устройств, обеспечивающих устойчивость крановых установок.
2. Разработка метода мониторинга грузовой устойчивости и стабилизации опорного контура мобильной ГПМ.
3. Построение математической модели системы мониторинга грузовой устойчивости мобильной ГПМ.
4. Разработка методики оценки просадки грунта под опорой мобильной ГПМ.
5. Экспериментальное исследование устойчивости ГПМ от опрокидывания.
Методы исследования. Теоретические положения работы основаны на элементах теории грузовой устойчивости ГПМ, теории механики грунтов, метода конечных элементов и теории планирования эксперимента. Для проведения расчетов использовалась вычислительная среда Matlab 6.5.
Достоверность научных положений и выводов подтверждается корректным использованием фундаментальных положений теории грузовой устойчивости, адекватностью разработанной математической модели реальным процессам, подтверждением полученных теоретических результатов данными эксперимента и результатами промышленной апробации. Основные положения, выносимые автором на защиту: 1. Метод мониторинга грузовой устойчивости и стабилизации опорного контура мобильной ГПМ, отличающийся тем, что впервые мониторинг грузовой устойчивости осуществляется непрерывным контролем и коррекцией положения проекции центра масс внутри опорного контура, а при возможности опрокидывания ГПМ стабилизации опорного контура путем перераспределения рабочей жидкости в опорных гидроцилиндрах. 2. Математическая модель системы мониторинга грузовой устойчивости мобильной ГПМ, учитывающая текущее положение проекции центра масс внутри зон устойчивости опорного контура.
3. Методика оценки и прогнозирования просадки грунта под опорой мобильной ГПМ, учитывающая взаимосвязь между нагрузками на опору и структурой грунта.
4. Принципы построения системы стабилизации опорного контура мобильной ГПМ, позволившие модернизировать конструкцию гидрооборудования опорного контура.
5. Регрессионная модель оценки опрокидывающего момента, позволяющая оценить эффект влияния просадки грунта под опорами на величину опрокидывающего момента.
Научная новизна. В диссертации впервые разработан метод мониторинга грузовой устойчивости, базирующийся на непрерывном контроле и коррекции положения проекции центра масс относительно зон устойчивости опорного контура с учетом ненормируемых внешних воздействий, и стабилизации опорного контура мобильных ГПМ при возникновении возможности опрокидывания, осуществляемой путем перераспределения рабочей жидкости в опорных гидроцилиндрах.
Практическая значимость работы заключается в разработке на основе метода мониторинга грузовой устойчивости и стабилизации опорного контура принципов построения и технических условий на проектирование электрогидравлической микропроцессорной системы управления устойчивостью мобильных ГПМ. Разработанные методы могут быть использованы для создания устройств безопасности и стабилизации положения не только мобильных ГПМ, но и любых наземных транспортных систем, использующих при выполнении заданных функций выносные опоры.
Реализация работы. Результаты, представленные в диссертационной работе, использованы в организации ИТЦ «Кран-сервис» г. Тула, а также в учебном процессе в курсе «Надежность машин» в Тульском государственном университете.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры «Подъемно-транспортные машины и оборудование» Тульского государственного университета, на 1-й специализированной выставке «Подъемно-транспортная техника и технологии. ПТТиТ - 2003» (Москва, ВВЦ), на 3-й специализированной выставке «Подъемно-транспортная техника и технологии. ПТТиТ - 2005» (Москва, ВВЦ), на региональной научно-технической конференции "Техника XXI ВЕКА глазами молодых ученых и специалистов" (Тула, 2003), на научно-практической конференции молодых ученых и специалистов "Молодые ученые центра России: вклад в науку XXI века" (Тула, 2003), на VII Межвузовской конференции студентов и молодых ученых "Подъемно-транспортные, строительные, путевые машины" (Москва, 2003), на научно-практической конференции "Автоматизация: проблемы и решения. АПИР-8" (Тула, 2003), на VIII межвузовской конференции студентов и молодых ученых "Подъемно-транспортные, строительные, путевые машины" (Москва, 2004), на 1-й Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Идеи молодых - новой России» (Тула, 2004).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том числе 7 статей, 5 тезисов докладов, патент на изобретение РФ № 2267458.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, выводов, списка использованных источников, приложения, изложенных на 141 странице, содержит 6 таблиц, 45 рисунков, 3 приложения и библиографию из 69 наименований.
Устройства контроля установки горизонтального положения крана
Устройство контроля установки крана предназначено для: контроля ручной дистанционной установки платформы с целью повышения безопасности проведения работ; введения автоматической коррекции в заданную характеристику отключения с целью оптимизации грузовой характеристики крана; автоматического контроля нагруженного состояния опор в процессе работы крана.
Современные самоходные краны снабжаются выносными опорами [16], ( увеличивающими их устойчивость и грузоподъемность. Точность установки опор по высоте и соблюдение заданного угла наклона платформы к горизонту существенно сказываются на повышении качественных показателей работы крана.
Для точной установки и контроля угла наклона платформы могут быть применены устройства [56] измерения угла в двух плоскостях, привязанных к продольной и поперечной осям крана. Таковыми являются, например, потен-циометрические датчики KPG фирмы Krupp (ФРГ) или фирмы PSG (ФРГ).
Автоматическая установка одновременно всех опор осложняется тем, что устойчивое положение платформы при заданном угле ее наклона, положении центра тяжести и существующем рельефе местности достигается при опираний
Обе группы элементов И получают сигналы от датчиков углов наклона, а вторая еще и от сигнализаторов давления в опорах. При выдвижении опор на выходах элементов второй группы И имеются сигналы логического 0, так как в исходном состоянии (невыровненная платформа) на входах и выходе схемы ИЛИ 8 есть сигналы логической 1. В результате на выходе инвертора 13, одном из входов каждой схемы И (79 - 22) и выходах этих схем образуются сигналы логического 0.
При достижении платформой заданной высоты, фиксируемой размыканием кнопки 5, либо контакта сигнализатора высоты подъема платформы 7 на его выходе и выходе схемы И (23 - 26) появляется сигнал логического 0. Из-за неровностей местности и различной скорости выдвижения опор платформа будет иметь наклон (например, в сторону, обозначенную вектором ОМ при наиболее высоком положении опоры 7, см. рис. 1.3, а). Сигналы изме рителя угла наклона 7 (см. рис. 1.4) и сигналы задатчика 2 образуют сигнал ло гической 1 на выходах Вперед и Вправо компараторов 3, 4 и сигналы логиче ского 0 на выходах Назад и Влево. В результате по меньшей мере на одном из входов схем ИЛИ 9, Юн 11 появится сигнал логической 1, тогда как на входах схем 12 будут сигналы логического 0.
В результате на выходах схемы И 18 и соответственно ИЛИ 26, подклю ченной к усилителю 30, будут сигналы логического 0, и выдвижение опоры 7 прекратится. С выходов схем 9, 10 к 11 сигналы логической 1 поступают на входы схем И 15, 16 и 17, на другие входы которых приходят сигналы логической 1 от триггера 14, установленного в это (первоначальное) состояние, и сигнализатора высоты подъема опор пусковым сигналом от кнопки 5 (через нормально замкнутый контакт сигнализатора 7).
Таким образом, сигналы логической 1 на входах и выходах схем 23, 24 и 25 обеспечивают через усилители 27, 28 и 29 дальнейшее выдвижение других опор (4, 5 и 6). При достижении следующей, например опорой 6, высоты опоры вектор ОМ (см. рис. 1.3, а) преобразуется в вектор ON, а сигнал Вправо (сигнал логической 1) с выхода компаратора 4 исчезнет, на выходах схем 11, 17 и 25 появится сигнал логического 0, и выдвижение опоры 6 прекратится.
При достижении следующей из опор (например, 5) высоты опоры 7 вектор ОМ преобразуется в точку О (с погрешностью, определяв мой зоной нечувствительности компараторов), появится сигнал Вперед на выходе компаратора 3 (сигнал логической 1), на выходе схем И 15, 16 и схем ИЛИ 23, 24 будут сигналы логического 0, и выдвижение опор в первом цикле выдвижения прекратится. Выдвижение же ненагруженной опоры 4 будет продолжаться по сигналу, образованному в соответствии со следующими условиями.
При установке платформы в заданное положение сигналы на выходе компараторов 3, 4 и входах схемы ИЛИ 8 имеют сигнал логического 0. На входе инвертора 13 такой же сигнал, а на его выходе сигнал логической 1. Этот сигнал переводит триггер 14 в положение, когда на его выходе будет иметь место сигнал логического 0, блокирующий прохождение сигналов через схемы 15 -18. Одновременно сигнал логической 1 с выхода инвертора 13 появляется на входах схем И19 - 22, на другие входы которых поступают сигналы с блока 6 сигнализаторов давления в опорах. Причем в этот момент сигнал логической 1 (контакт замкнут на шину питания высокого уровня) появляется только в цепи управления ненагруженной опорой (опора 4). В результате на выходе схемы И 19, входе и выходе схемы ИЛИ 23 появится сигнал логической 1, обеспечивающий выдвижение «висячей» опоры 4 до момента ее нагружения (исчезновения сигнала логической 1 на входе схемы И 19 или незначительного, с погрешностью срабатывания компаратора, нарушения установки платформы) и явление сигнала логической 1 на входе и выходе схемы ИЛИ 8 и сигнала логического 0 на выходе инвертора 13.
Формирование защитных характеристик мобильных грузоподъемных машин
Средства защиты, обеспечивающие безопасность ведения работ [2], рассматриваются к тому же и как устройства с повышенными информационными свойствами, позволяющие крановщику ориентироваться в окружающей обстановке, избежать аварии, повреждения груза и конструкций, расположенных вблизи объекта. Текущее нагружение стрелы крана определяется зависимостью между ее вылетом и нагрузкой.
Все системы защиты построены на принципе определения степени приближения значения текущего нагружения стрелы крана к некоему предельному значению, приводящему к его опрокидыванию, т. е. работа системы заключается в сравнении фактической нагрузки, представленной сигналом датчика давления или усилия, с данными о допустимой нагрузке, которые заложены в память запоминающего устройства.
Основные причины возникновения аварийных ситуаций можно разделить на следующие группы: - связанные с конструктивными и технологическими недостатками (неисправность приборов безопасности, некачественное изготовление и неудовлетворительное состояние элементов конструкции); - связанные с нарушениями правил безопасной эксплуатации (несвоевременный контроль состояния ГПМ, неудовлетворительная организация работ, преднамеренный вывод из работы ограничителя грузоподъемности, неправильная установка ГПМ и т.п.); - вызванные влиянием внешних факторов и нестационарностью параметров самой машины (просадка грунта под опорами, резкое усиление ветра, динамические нагрузки в момент переходных процессов, изменение режимов работы механизмов в процессе выполнения грузоподъемных операций и др.).
Таким образом, функции ограничения грузоподъемности должны быть возложены на комплексную автоматизированную систему безопасности, учитывающую воздействие внешних возмущений и ограничивающую влияние человеческого фактора. Грузовысотные характеристики стреловых кранов, определяющие допустимую нагрузку, представляют собой зависимости максимального веса груза Q от величины вылета стрелы относительно ребра опрокидывания L, при которой этот груз может быть поднят. Однако, при осуществлении грузоподъемных операций часто вес груза заранее неизвестен или известен приблизительно, а значение L при фиксированных длине и угле наклона стрелы изменяется в процессе поворота.
В современных микропроцессорных системах управления грузоподъемными операциями используются так называемые защитные характеристики, представляющие собой зависимость суммарной допустимой нагрузки Р от текущего положения крановой установки. В простейшем случае (рис. 2.4, а) она аналогична грузовысотной характеристике. Участок кривой / соответствует ограничениями по прочности, участок 2 - условиям сохранения устойчивости.
Соотношение участков 1 и 2 определяется типом крана и дополнительными мерами, принимаемыми для повышения устойчивости. Так, например, самоходные краны на специальном шасси с большой грузоподъемностью и высотой подъема груза часто оснащаются добавочными противовесами?—устанавливаемыми по прибытии на место работы. Эти меры позволяют добиться значительного увеличения удерживающего момента и, соответственно, запаса по устойчивости при больших значениях вылета стрелы. В то же время увеличивается длина участка 1 защитной характеристики (пунктир на рис. 2.4,а), то есть повышается вероятность разрушения конструкции вследствие перегрузки при меньшем значении вылета. Наиболее вероятными местами разрушений являются узлы крепления стрелы к опорно-поворотному устройству, болтовые соединения, сварные швы, места концентрации напряжений в металлоконструкции и т.п.
Построение математической модели просадки грунта под опорой с помощью метода конечных элементов
В данном разделе рассматривается модель деформирования грунта под опорой подъемного крана. Принимается, что опора - абсолютно твердое тело; нагрузка на опору определяется массой поднимаемого груза и положением стрелы крана относительно опор. Грунт считается многослойным массивом; механические свойства каждого слоя принимаются в соответствии с его характеристиками, установленными СНиП. Для расчетов используется метод конечных элементов [52]. В связи с возможностью необратимых деформаций грунта, обеспечивающих просадку опоры, используется инкрементальный (пошаговый) алгоритм.
Здесь рассматриваются основные закономерности механики грунтов [64] как механики дисперсных тел, которые совместно с уравнениями теоретической механики и механики деформируемых сплошных тел дают систему зависимостей, достаточную для решения задач механики грунтов.
Деформируемость грунтов зависит как от сопротивляемости и податливости их структурных связей (будут ли связи сплошные или только в точках контакта минеральных частиц; являются ли они пластичными - водно-коллоидными или хрупкими - кристаллизационными и т. п.), так и от деформируемости отдельных компонентов, образующих грунты. При этом при однократном нагружении и давлении, большем прочности жестких структурных связей, грунты всегда будут иметь кроме восстанавливающихся и остаточные деформации, во много раз превосходящие по величине деформации восстанавливающиеся.
Сжимаемость грунтов заключается в способности грунтов изменять (иногда значительно) свое строение (упаковку твердых частиц) под влиянием внешних воздействий (сжимающей нагрузки, высыхания, коагуляции коллоидов и пр.) на более компактное за счет уменьшения пористости грунта . Уменьшение пористости грунтов при более компактной упаковке частиц происходит как вследствие возникновения некоторых местных сдвигов частиц и соскальзывания более мелких частиц в поры грунта, так и (особенно у дисперсных водона-сыщенных глинистых грунтов) вследствие изменения толщины водно-коллоидных оболочек минеральных частиц под влиянием увеличения давления, высыхания, коагуляции и пр. Кроме того, на переупаковку частиц влияет пол 68 зучесть скелета грунта и оболочек прочносвязанной воды (которые также можно относить к скелету грунта), обусловленная искажением формы кристаллических решеток минеральных частиц и медленным вязким течением молекулярных слоев прочносвязанной воды.
Следует различать уплотняемость грунтов при кратковременном действии динамических нагрузок (механическую) и уплотнение при длительном действии постоянной статической нагрузки (компрессию, консолидацию и пр.).
При механическом воздействии хорошо уплотняются лишь маловлажные рыхлые песчаные и неводонасыщенные грунты, имеющие жесткие контакты между минеральными частицами, которые при этих .воздействиях легко нарушаются, что и обусловливает перегруппировку частиц и более плотную их упаковку. Чем больше внешнее давление на поверхность грунта, подвергаемого динамическому воздействию, тем труднее преодолеваются усилия в точках контакта частиц. В глинистых грунтах, которые вследствие их связности при динамических нагрузках уплотняются очень мало, возникающие в воде напоры при незначительной водопроницаемости этих грунтов погашаются на весьма малом расстоянии и разжижения не происходит.
При уплотнении грунтов сплошной постоянной нагрузкой (компрессии грунтов) следует рассматривать, по крайней мере, два диапазона давлений: 1 -когда внешнее давление меньше прочности структурных связей и 2 - когда эти связи преодолены. В первом случае, как показывают исследования, проведенные в МИСИ и других исследовательских организациях, уплотнения грунтов не происходит, так как возникающие под действием внешней нагрузки деформации в этом случае будут упругими деформациями структурных связей и грунт будет деформироваться как сплошное квазитвердое тело. Во втором случае, т. е. когда жесткие структурные связи преодолены (при давлениях, больших структурной прочности) грунты будут уплотняться значительно, причем для грунтов с водно-коллоидными связями уплотнение будет происходить за счет сжатия водно-коллоидных оболочек минеральных частиц с выдавливанием не 69 которого количества воды, а также в известной мере и за счет ползучести скелета грунта. Выдавливание же воды для данных глинистых грунтов возможно лишь при напоре, вызываемом действием внешней нагрузки, большем некоторого начального значения.
Для установления основных показателей сжимаемости грунта производят испытания его на уплотнение под нагрузкой в условиях одномерной задачи, когда деформации грунта могут развиваться только в одном направлении и никакие другие силы, кроме внешней нагрузки, не действуют,
Опытами (проф. К. Терцаги и др.) было установлено, что для водонасы-щенных, но маловодопроницаемых глинистых грунтов каждому приращению внешнего давления соответствует вполне определенное изменение влажности. Зависимость между влажностью и давлением можно изобразить в виде компрессионной кривой. Так как для полностью водонасыщенных грунтов существует закономерная связь между влажностью и коэффициентом пористости, то компрессионную кривую легко перестроить в координатах «коэффициент пористости - давление» (рис. 3.5)
Управление исполнительными органами мобильных грузоподъемных машин
Рассматриваемое устройство представляет собой разновидность стабили зирующей системы автоматического регулирования, задачей которого является поддержание значения управляемой величины в заданных пределах. В состав системы входят три основных компонента: Ї - задатчик - элемент, устанавливающий требуемый параметр процесса, закон его изменения или порядок воздействия сигналов в ходе технологического процесса, задатчик работает в асинхронном режиме обмена информацией с исполнительными устройствами; - система обратной связи - с помощью этого звена на основании информации о значении управляемого параметра формируется управляющее воздействие, благодаря чему объект управления находится в состоянии, отвечающем поставленной цели управления; - контроллер (и программное обеспечение к нему) - устройство для выполнения интерфейсных и операционных функций преобразования и передачи н информации. Очевидно, что обеспечение точности управления оператором-крановщиком исходя из показаний индикаторов весьма затруднительно, что обуславливает необходимость введения автоматического управления приводами механизмов подъема и поворота (рис. 4.2).
Постоянный контроль параметров, определяющих устойчивость крана, осуществляется совокупностью датчиков, сигналы с которых поступают на преобразователь с целью представления в удобную для обработки (как правило - цифровую) форму.
Сформированный таким образом информационный массив, характеризующий состояние системы, позволяет определить на основании математической модели устойчивости (защитных характеристик) крана текущее значение допустимой нагрузки Р. Исходя из этой величины, а также предварительной информации о массе груза и требуемой траектории перемещения, системы управления механизмами подъема и поворота формируют алгоритмы управления таким образом, чтобы обеспечить максимум быстродействия при соблюдении условий устойчивости.
Функциональная модель стабилизирующей системы может быть построена по принципу замкнутого управления (рис. 4.3).
Система управления СУ реализует заданный алгоритм функционирования системы посредством управляющих импульсов uy. Система испытывает возмущающие внешние воздействия z (подъем груза, ветровая нагрузка, изменение вылета стрелового оборудования, угловое смещение рамы), в результате чего состояние системы отклоняется от заданных параметров.
Датчики нагрузки и усилитель обратной связи формирует сигнал uoc, который сравнивается с задающим к . На основании рассогласования входных параметров (фактического состояния системы) и параметров, задаваемых алгоритмом u0=uy- uoc, система генерирует управляющий сигнал, стабилизирующий состояние системы.
В самоходных стреловых кранах применяются гидродвигатели как с управляемым, так и с неуправляемым углом наклона ротора [58]. В первом случае при постоянном перепаде давлений р гидроусилитель управляет расходом жидкости и, соответственно, мощностью двигателя изменением величины этого угла. Во втором случае в схему вводится золотниковый гидрораспределитель (ЗГ на рис. 4.3), от величины смещения золотника которого зависит перепад давлений и расход жидкости через двигатель.
Так как защитная характеристика обусловлена не только условиями устойчивости, но и условиями прочности (участок 1 на рис. 2.4,а), необходимо контролировать значения нагрузок в местах наиболее вероятного разрушения. Таким образом, в структуру автоматизированного комплекса необходимо включить систему датчиков нагрузки.
Согласно разработанному во второй главе методу управления грузовой устойчивостью (см. п. 2.2, 2.3) суммарную нагрузку можно определить, зная нагрузки на выносных опорах, либо в качестве контролируемого параметра рассматривать положение центра масс (центра приложения приведенной нагрузки) относительно опорного контура (ребер опрокидывания).
Конструктивное устройство гидрооборудования опорного контура современных грузоподъемных средств [58] предполагает лишь начальное вывешивание установки, после чего, посредством гидрозамков, гидроцилиндры выносных опор отсекаются от общей гидросистемы. Поскольку средств оперативной коррекции пространственного положения крановой рамы нет, внезапная просадка опоры может привести к потере устойчивости крановой установки.
Изучение опыта ведущих краностроительных фирм, патентных решений и публикаций показывает, что наиболее распространенным устройством, позволяющим контролировать устойчивость установки является ограничитель грузового момента [31]. Все рассмотренные системы работают в индикаторном режиме, и не влияют на управление машиной, до момента достижения критического значения устойчивости, в этом случае предусматривается включение звуковой сигнализации, и осуществляется частичная блокировка управления.
В этой связи интересным представляется опыт компании JCB (Англия), занимающаяся производством телескопических погрузчиков, способных осуществлять подъем груза 3,7 т на высоту до 13 м (JCB 537-130). Машина оснащена указателем горизонтального положения и системой выравнивания шасси, позволяющей поднимать грузы без выносных опор, что при допустимых грунтовых условиях дает возможность уменьшить время рабочего цикла. Система также компенсирует влияние неровностей грунта при перевозке грузов.
Управление положением шасси осуществляется силовым гидроцилиндром путем поворота рамы вокруг опорного шарнира, посредством которого она соединяется с балкой моста (рис. 4.4).
