Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ способов, средств торможения и накопления энергии механизмов передвижения мостовых кранов 10
1.1 Особенности условий, способов и средств торможения механизмов передвижения мостовых кранов 10
1.2 Анализ накопителей энергии и областей их рационального использования 17
1.3 Обзор устройств энергонакопительного торможения 25
1.4 Вопросы управления торможением подъемно-транспортных машин 29
Выводы по главе 1 и постановка задач исследований 32
2 Теоретическое обоснование структуры энергонакопительной тормозной системы 34
2.1. Обоснование способа энергонакопительного торможения и структуры реализующей данный способ 34
2.2 Анализ кинематики и силового взаимодействия элементов энергонакопительной тормозной системы 39
2.3 Математическая модель динамики энергонакопительного торможения механизмов передвижения мостовых кранов 47
Выводы по главе 2 52
3 Исследования динамики энергонакопительного торможения механизма передвижения мостового крана 53
3.1 Анализ динамики энергонакопительного торможения механизма передвижения мостового крана 53
3.2 Параметрические исследования 67
Выводы по главе 3 78
4 Экспериментальные исследования процесса энергонакопительного торможения 80
4.1 Обоснование конструкции экспериментального стенда 80
4.2 Методика проведения эксперимента 82
4.3 Математическая модель энергонакопительного торможения на экспериментальном стенде 86
4.4 Результаты экспериментальных исследований энергонакопительного торможения 89
4.5 Энергетический анализ 97
Выводы по главе 4 99
5 Методика расчета рациональных параметров энергонакопительной тормозной системы и определения закона управления торможением механизмов передвижения мостовых кранов 100
5.1 Основные положения методики расчета рациональных параметров энергонакопительной тормозной системы и определения закона управления торможением механизмов передвижения мостовых кранов 100
5.2 Определение параметров элементов энергонакопительной тормозной системы и закона управления торможение тележки мостового крана грузоподъемностью 20т 109
Заключение 117
- Вопросы управления торможением подъемно-транспортных машин
- Анализ кинематики и силового взаимодействия элементов энергонакопительной тормозной системы
- Математическая модель энергонакопительного торможения на экспериментальном стенде
- Определение параметров элементов энергонакопительной тормозной системы и закона управления торможение тележки мостового крана грузоподъемностью 20т
Введение к работе
Актуальность работы
Увеличение темпов развития промышленного производства и сельского хозяйства России обуславливает значительный рост объемов грузоперевозок и погрузочно-разгрузочных работ, что в свою очередь требует повышения производительности грузоподъемных машин и снижения себестоимости их эксплуатации.
В настоящее время в стране общий парк грузоподъемных кранов составляет около 300 тыс. единиц, из которых около 100 тыс. приходится на мостовые краны. Последние обладают значительными массами, относительно высокими скоростями передвижения и частотой рабочих циклов. Так, например, при среднем времени рабочего цикла равном 2 мин, за смену кран может совершить около 240 циклов. При этом краны грузоподъемностью от 5 до 320 т, передвигающиеся со скоростью от 20 до 40 м/мин, обладают кинетической энергией от 5,6 до 73 кДж.
Тормозные средства, используемые в известных конструкциях мостовых кранов, в основном являются энергозатратными, т.е. используют внешнюю энергию для осуществления торможения и преобразуют кинетическую энергию тормозимого объекта в тепловую. Потери кинетической энергии одного мостового крана грузоподъемностью 20 т могут достигнуть 10700 кДж за одну смену при близких по величине затратах энергии на осуществление торможения.
Известны способы торможения, которые в отличие от энергозатратных позволяют полезно использовать кинетическую энергию машин. К таким способам можно отнести инерционное и рекуперативное торможение.
Инерционное торможение основано на использовании кинетической энергии объекта для создания тормозной силы и может применяться на локомотивном транспорте и для торможения грузоподъемных кранов в тупиках.
Рекуперативное торможение может осуществляться переводом тягового электродвигателя в генераторный режим и преобразованием кинетической энергии тормозимого объекта в электрическую с последующей отдачей в контактную сеть или сохранением в специальном накопителе. Осуществление торможения с рекуперацией энергии в сеть может быть реализовано, если скорость тормозимого объекта, приведенная к валу двигателя, выше скорости идеального холостого хода электродвигателя, или при использовании сложных и дорогостоящих систем управления, причем рекуперативное торможение эффективно при наличии постоянного потребителя в сети и не обеспечивает полной остановки тормозимого объекта.
Торможение с рекуперацией энергии в накопитель, т.е. энергонакопительное торможение, характеризуется большей универсальностью. Данный вид торможения не зависит от состояния питающей сети, способен обеспечить полную остановку тормозимого объекта и может использоваться на мобильных машинах. Особый интерес представляет применение маховичных накопителей энергии. Такие накопители не требуют преобразования кинетической энергии в другие виды энергии и отвечают требованиям по удельной энергоемкости и скорости зарядки.
Использование маховичных накопителей характеризуется тем, что на участке торможения энергетический потенциал движущейся машины изменяется от максимального значения до нуля, а кинетическая энергия маховика от нуля до максимума, т.е. передаточный механизм, посредством которого присоединяется маховик, должен иметь переменное передаточное отношение, плавно изменяющееся от значений, стремящихся к бесконечности, до нуля. Реализовать такое энергонакопительное торможение механизма передвижения мостового крана с учетом указанных требований возможно при использовании планетарного дифференциального редуктора в качестве передаточного механизма.
Учитывая, что в структуре эксплуатационных расходов затраты на электроэнергию достаточно велики, снижение энергоемкости рабочего цикла за счет энергосбережения в режиме торможения является перспективным и актуальным направлением совершенствования мостовых кранов.
Соответствие диссертации научному плану работ ЮРГТУ (НПИ) и целевым комплексным программам. Диссертационная работа выполнена в рамках научного направления «Теория и принципы построения автоматизированных машин, робототехнических и мехатронных устройств и систем», утвержденного Ученым советом ЮРГТУ (НПИ) 25.04.1998 г., по госбюджетной теме кафедры «Строительные, дорожные и коммунальные машины» ЮРГТУ (НПИ): П53-804 «Теория, принципы создания и диагностики машин и агрегатов для строительства и предприятий стройин ду стрии».
Цель работы. Разработка энергонакопительной тормозной системы механизмов передвижения мостовых кранов для снижения затрат энергии при их эксплуатации.
Идея работы. Использование в качестве накопителя энергии маховика, присоединяемого посредством дифференциального передаточного механизма к механизму передвижения мостового крана для обеспечения энергонакопительного торможения с последующим использованием накопленной энергии при разгоне.
Методы исследований. В работе использованы основные положения и методы анализа динамики подъемно - транспортных машин, численные методы решения систем дифференциальных уравнений, статистические методы обработки экспериментальных исследований, методы планирования и обработки данных многофакторного машинного эксперимента.
Научные положения, выносимые на защиту:
- способ энергонакопительного торможения механизмов передвижения мостовых кранов и структура тормозной системы, обеспечивающие торможение объекта до полной остановки с сохранением кинетической энергии в маховике;
- математическая модель динамики торможения механизмов передвижения мостовых кранов посредством предложенной энергонакопительной системы, позволяющая установить влияние конструктивных и режимных параметров на показатели эффективности торможения;
- метод выбора рациональных параметров энергонакопительной тормозной системы и синтеза закона управления торможением посредством регулирования тока тягового электродвигателя, обеспечивающий накопление максимального количества кинетической энергии в маховике при соблюдении технологических требований к процессу торможения.
Новизна научных положений, выносимых на защиту, заключается в следующем:
- научно обоснован и запатентован способ энергонакопительного торможения, и разработана структура тормозной системы, основанной на использовании маховика, присоединенного посредством дифференциального передаточного механизма к приводу механизма передвижения осуществляющей торможение механизмов передвижения мостовых кранов с сохранением максимального количества энергии в маховике при управляющем воздействии тягового электродвигателя;
- разработана математическая модель динамики торможения посредством предложенной системы, и установлена степень влияния передаточного отношения дифференциального планетарного механизма, момента инерции маховика, массы транспортируемого груза, длины подвеса и фазового положения груза на количество накапливаемой энергии, время торможения и амплитуду колебаний груза;
- впервые разработан алгоритм определения рациональных конструктивных параметров энергонакопительной тормозной системы и синтеза закона управления торможением, учитывающего влияние эксплуатационных факторов на динамику торможения и обеспечивающего максимальное накопление энергии в маховике при соблюдении технических требований к процессу торможения.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается корректностью допущений, принимаемых при разработке расчетных схем и математических моделей, применением апробированных методов решения дифференциальных уравнений, использованием современных средств измерений, методов экспериментальных исследований, достаточным для решения поставленных задач объемом материала, полученного при машинном эксперименте, приемлемой сходимостью теоретических и экспериментальных исследований.
Научное значение работы заключается в развитии теоретических положений энергонакопительного торможения, принципов построения и управления энергонакопительными тормозными системами для механизмов передвижения мостовых кранов.
Практическое значение полученных результатов заключается в том, что разработана:
-конструкция энергонакопительной тормозной системы, позволяющей накапливать в маховике до 40 % кинетической энергии тормозимого объекта;
-методика расчета основных конструктивных параметров энергонакопительной тормозной системы и определения закона управления торможением механизма передвижения мостовых кранов.
Реализация результатов работы. Методика расчета основных параметров энергонакопительной тормозной системы и определения закона управления торможением механизмов передвижения мостовых кранов принята к внедрению в ООО ПО «Союзстрой» и рекомендована к использованию при проектировании механизмов передвижения мостовых кранов. Результаты работы используются в учебном процессе на кафедре строительных дорожных и коммунальных машин при проведении лекций, в курсовом и дипломном проектировании.
Апробация работы. Основные положения работы доложены и обсуждены на: научно-технической конференции «Подъемно-транспортные машины на рубеже веков» (г.Москва, 1999г.); научно-практическом семинаре по совершенствованию системы экспертизы промышленной безопасности Гостехнадзора России (г. Сочи, 2000 г.); научно-технической конференции «Интерстроймех 2001» (г. Санкт-Петербург, 2001 г.); научно-технических конференциях Южно-Российского государственного технического университета (г. Новочеркасск, 1999-2005 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 6 печатных работ и получен патент на изобретение.
Вопросы управления торможением подъемно-транспортных машин
Данные тормозные устройства выполняют требования, предъявляемые к тормозам и способны осуществлять надежное и безопасное торможение механизмов подъемно-транспортных машин. Недостатком этих устройств является то, что в процессе торможения кинетическая энергия тормозимого объекта преобразуется в тепловую при затратах внешней энергии на создание тормозной силы.
Инерционное торможение основано на использовании кинетической энергии тормозимого объекта для формирования тормозной силы, т.е. энергия объекта полезно используется при торможении.
Одно из первых упоминаний об инерционном торможении связано с американским ученым Гибсом в конце XIX столетия.
Горбачев Б.Г., Банк А.С., Солод Г.И., Шорин В.Г. разработали и провели испытания вагонетки, оборудованной инерционной тормозной системой [23]. Быстров А.А. сформулировал и проанализировал принцип инерционного торможения применительно к шахтному подъему, указывая, что инерционное торможение применимо к различным машинам, имеющим большие маховые массы или скорости [17].
Исследованиям инерционного торможения посвящены работы Берсенева B.C. [13], Пачикова И.С. [68], Хальфина М.Н. [3,4], Иванова О.П., Полежаева В.Г., Исакова B.C., Ерейского В.Д., Осердникова А.В.[5,6,7,41,42].
Инерционные механические тормоза [68] используют силу сжатия сцепных приборов вагонеток, возникающую при торможении локомотива любым из известных способов, которая через систему рычагов передается на тормозные колодки. Торможение производится автоматически. Инерционные гидравлические тормоза [42] отличаются наличием гидравлического передаточного механизма и системой регулирования тормозного усилия. Инерционный способ реализуется также при электродинамическом торможении переводом двигателя в генераторный режим с поглощением выработанной энергии в реостатах или с рекуперированием её в электроконтактную сеть.
Достоинством инерционных тормозных устройств является то, что торможение осуществляется за счет использования кинетической энергии объекта без привлечения внешней энергии или с потреблением ее только для вспомогательных нужд, например, для работы системы управления.
Существуют разработки по применению инерционного торможения подъемно-транспортных машин при контакте с тупиковыми упорами [3]. Предлагаемые устройства отличаются от обычных буферных устройств тем, что при наезде на тупиковый упор за счет кинетической энергии тормозимого объекта посредством передаточного механизма (гидравлическая система, система рычагов) формируется тормозная сила, т.е. происходит самоторможение объекта.
Рекуперативное торможение осуществляется переводом тяговых электродвигателей в генераторный режим [30,31,45,80] и преобразованием кинетической энергии тормозимого объекта в электрическую, при последующем рекуперировании её в контактную сеть.
В приводах механизмов подъемно-трапнортных машин в основном используются электродвигатели переменного тока с фазным ротором [78]. Электродвигатели с короткозамкнутым ротором применяются при ненапряженной работе и при взрыво- и пожароопасных условиях.
Электродвигатели постоянного тока применяются при тяжелом режиме работы, а также при необходимости иметь глубокое регулирование скорости. Масса, сложность и стоимость двигателей постоянного тока превышают аналогичные показатели двигателей переменного тока.
Все указанные двигатели являются обратимыми электромашинами и позволяют осуществить рекуперативное торможение, однако, реализация данного режима осложняется рядом обстоятельств. При торможении скорость объекта уменьшается от максимальных значений до 0, а генераторный режим рекуперации энергии возможен при скорости ротора выше скорости идеального холостого хода, что связано с механическими характеристиками двигателей. В связи с этим торможение осуществляется в три этапа. Первый этап - рекуперативное торможение до скорости ротора электродвигателя, уменьшающейся от максимального значения до скорости идеального холостого ходаг»0. Второй этап - динамическое или реостатное торможение. Динамическое торможение соответствует работе двигателя в качестве генератора, однако отличается тем, что кинетическая энергия преобразуется в электрическую и выделяется в форме тепла в сопротивлениях цепи якоря. Осуществляется при й)0 со 0,1 »0. Третий этап - торможение механическими средствами. Осуществляется в диапазоне изменения скорости со 0,\со0 и обеспечивает полную остановку объекта.
Для осуществления рекуперативного торможения в более широком диапазоне скоростей двигатели постоянного тока необходимо включать в схему генератор-двигатель или использовать тиристорный преобразователь [77]. Двигателем переменного тока этот вид торможения можно осуществить в системе преобразователь частоты - двигатель [15, 61].
Использование указанных систем неизбежно влечет увеличение массы привода, его сложности и стоимости. Кроме того, обязательным условием рекуперативного торможения являестя наличие потребителя энергии, подключенного к сети. Известны случаи применения гравитационного торможения [57], которое основано на использовании силы тяжести самого транспортного средства. Вопросами гравитацонного торможения посвящены работы Ксюнина Г.П., Черкасова В.Г., Мартынова А.В. При использовании гравитацонного торможения предусмотрено распределение тормозной энергии, когда кинетическая энергия транспортного средства преобразуется в потенциальную энергию положения, в котором корпус транспортного средства, т.е. шасси, приподнимается с помощью гидравлического или механического устройства передачи энергии. В приподнятом состоянии шасси блокируется, а потом опускается к моменту начала движения. При этом передача энергии осуществляется преимущественно механически.
Разработке и иследованиям энергонакопительного торможения посвящены работы Гулиа Н.В., Чудакова Е.А., Куликова Н.К., Двали P.P., Гвелесиани Л.Л., Юдовского И.Д., Серх А.Г. Корендясева А.И., Саламандра Б.Л.,ТывесаЛ.И.[12,16,20,21,24,26,30,31,47,48,50,51,53,54,55].
Энергонакопительное торможение подобно рекуперативному позволяет полезно использовать кинетическую энергию тормозимого объекта путем ее сохранения в накопителе и дальнейшего использования при разгоне. С этой точки зрения энергонакопительное торможение характеризуется большей универсальностью, т.к. может также использоваться на мобильных, не связанных с контактной сетью машинах. Данный вид торможения не зависит от состояния питающей сети, способен обеспечить полную остановку тормозимого объекта.
Анализ кинематики и силового взаимодействия элементов энергонакопительной тормозной системы
В предыдущих главах обоснован способ энергонакопительного торможения механизма передвижения мостового крана и предложено схемное решение тормозной системы с использованием маховичного накопителя. Задачей экспериментальных исследований является проверка работоспособности и эффективности предложенной системы.
Для решения поставленной задачи можно воспользоваться экспериментальной установкой принципиально идентичной предложенной, на которой возможна реализация режима торможения с накоплением кинетической энергии движущегося объекта и его разгона с использованием накопленной энергии.
На рис. 4.1 представлена кинематическая схема экспериментального стенда. Основным элементом стенда, определяющим его кинематическую структуру, является дифференциальный механизм. В данном случае используется дифференциальный редуктор 2 заднего моста автомобиля «Москвич», имеющий следующие параметры: передаточное отношение главной передачи ігп=5,14; передаточное отношение конического дифференциала і 12=-1
На полуосях дифференциального редуктора закреплены два маховика 3, 4 массой — m = 44,69 кг и моментом инерции - J = 1,149 кг м . Геометрические параметры маховиков: радиус rm=0,21 м; ширина Ь=0,05 м. Один маховик служит для имитации тормозимого объекта, другой - для накопления энергии. Согласно поставленной задаче при проведении экспериментальных исследований необходимо убедиться в работоспособности и эффективности энер го накопительной тормозной системы. Подтверждением работоспособности является осуществление процессов торможения и разгона в порядке, предложенном во второй главе данной работы. Эффективность определяется количеством накопленной в маховике кинетической энергии и сравнением её с исходной кинетической энергией тормозимого объекта. Для этого необходимо определять кинематические и силовые параметры элементов экспериментального стенда в процессах торможения и разгона. Экспериментальные исследования проводились в следующем порядке. В исходном положении маховик-объект находится в свободном состоянии, маховик-накопитель заторможен. Для сообщения маховику-объекту скорости установившегося движения происходит включение двигателя и разгон маховика-объекта. При осуществлении энергонакопительного торможения объекта одновременно растормаживается маховик-накопитель, и двигатель переключается в генераторный режим. На валу электродвигателя создается тормозной момент Величина силы тока будет определять величину момента, так как коэффициент с принимается постоянным. При завершении процесса торможения, когда скорость вращения маховика-объекта становится равной О, двигатель обесточивается, а объект затормаживается. Маховик-накопитель и двигатель совместно совершают вращение в режиме выбега. Режим разгона маховика-объекта осуществляется по аналогичной схеме в обратном порядке. Для осуществления режима разгона маховика-объекта с использованием накопленной энергии одновременно растормаживается маховик-объект, и двигатель переключается в генераторный режим. При завершении процесса разгона, когда скорость вращения маховика-накопителя становится равной 0, на него накладывают стояночный тормоз, а двигатель продолжает разгонять маховик-объект до исходной скорости. При проведении экспериментальных исследований осуществлялось измерение скорости маховика-накопителя, маховика-объекта, двигателя, ток и напряжение на двигателе. Для определения скорости маховиков использовались тахогенераторы ТГП, которые были предварительно оттарированы при помощи индикатора часового типа. Скорость электродвигателя определялась посредством встроенного тахогенератора. Показания тахогенераторов фиксировались на осциллографе Н 071.4М. Ток и напряжение двигателя определялись с помощью вольтметра и амперметра. В ходе исследований были проведены несколько серий опытов при различных начальных скоростях тормозимого объекта. Планирование числа экспериментов производится с учетом общепринятых методов математической статистики и планирования экспериментов [56,63]. При обработке результатов экспериментальных исследований были получены следующие данные: Рд - доверительная вероятность; D — дисперсия; R - коэффициент вариации; а- среднеквадратичное отклонение; ju - половина доверительного интервала хз — истинное значение аст - коэффициент Стьюдента 8- относительная погрешность измерений. При проведении экспериментальных исследований необходимо определить точность измерений А, минимальное количество измерений Nmin, доверительный интервал для измеряемой величины, относительную погрешность 8. Для этого проведен предварительный эксперимент и определено среднеквадратичное отклонение а по формуле: Для количества опытов «=20 в каждой серии дисперсия 1)=0.105 коэффициент вариации #=0.0128 среднеквадратичное отклонение 7=0,324 точность измерений А=0,0028526 При доверительной вероятности рд = 0,9 для данного количества опытов и коэффициенте Стьюдента 7 1/73 доверительный интервал //=0,125 действительное значение х#=25,4±0,125; относительная погрешность с?=6,8% При доверительной вероятности рд = 0,95 для данного количества опытов и коэффициенте Стьюдента 0 7 2,09 доверительный интервал //=0,15 действительное значение хд=25,4±0,15; относительная погрешность (5=8,2%
Математическая модель энергонакопительного торможения на экспериментальном стенде
Условие сборки дифференциального редуктора с одновенцовыми сателлитами заключается в том, что сумма чисел зубьев солнечной шестерни Z\ и эпицикла Z2 должна быть кратна числу сателлитов Zc.
Выполнение условия соседства исключает задевание сателлитов друг за друга и чрезмерные потери на барботаж.
Для получения как можно меньших размеров дифференциального редуктора следует стремиться к тому, чтобы наименьшее колесо имело минимально допустимое число зубьев. Из условия отсутствия подрезания минимальное число зубьев Zmin= 14ч-17.
При выборе внутреннего передаточного отношения наиболее приоритетными значениями будут те значения, которые обеспечат максимальную скорость маховика (малого солнечного колеса связанного с маховиком) й ! 4000 об/мин. Это связано с возможностью применения маховика более простой конструкции.
На выбор внутреннего передаточного отношения повлияет стремление уменьшить передаточное число, то есть габаритные размеры редуктора 8 связывающего большое солнечное колесо 2 с ходовыми колесами транспортного средства 7. Передаточное число будет определено при условии: где 0)к - скорость вращения ходовых колес; a 2 - скорость вращения большого солнечного колеса; im — передаточное число нового редуктора; сод - скорость вращения вала двигателя. Кроме того, выбор внутреннего передаточного отношения должен осуществляться с учетом минимизации габаритных размеров самого дифференциального редуктора. Указанные выше предпочтения ограничивают выбор внутреннего передаточного отношения дифференциального редуктора в пределах /i,2min При выборе передаточного отношения дифференциального редуктора необходимо учитывать зависимости влияния данного параметра на показатели эффективности энергонакопительного торможения представленные на рисунках 3,10 а, б, в представленных в главе 3. Параметры маховика определяются после определения iL2-Условием выбора маховичного накопителя энергии для рассматриваемой системы является соответствие кинетической энергии тормозимого объекта E0Q энергоемкости маховика, Емн т. е.: Энергоемкость маховичного накопителя можно определить как: где J - момент инерции маховика; со - угловая скорость. Отсюда основными параметрами маховичного накопителя являются J момент инерции маховика и со угловая скорость. Величины указанных параметров зависят друг от друга, т. к. энергоемкость маховичного накопителя в рассматриваемом случае является величиной постоянной, и могут определяться вариационным путем в широком диапазоне. Скорость вращения маховика определится из ц% и скоростей вращения звеньев дифференциального редуктора. Применение маховиков сложной формы, выполненных из дорогих конструкционных материалов применительно к рассматриваемым видам машин и механизмов нецелесообразно. При использовании простого маховичного накопителя (диск постоянной толщины с отверстием или без): где т - масса маховика г - радиус маховика. Выбор параметров маховичного накопителя необходимо осуществлять с учетом следующих конструктивных соображений: - масса маховичного накопителя не должна превышать 5% от массы порожнего тормозимого объекта. Увеличение массы влечет ухудшение динамических свойств тормозимого объекта и негативно сказывается на рабочем процессе; - радиус маховика не должен превышать максимальные габаритные размеры элементов механизма передвижения объекта, так как увеличение габаритных размеров привода вызывает сложности с компоновкой и изменения в условиях его эксплуатации; - угловую скорость маховика желательно принимать близкой по значению скорости наиболее быстро вращающегося элемента механизма передвижения каким является тяговый двигатель. В противном случае придется использовать устройства повышающие скорость маховика; - угловая скорость маховика будет ограничена из условий прочности которые определяются для каждой конкретной формы и размеров маховика. Кроме указанных требований при выборе момента инерции маховичного накопителя следует учитывать влияние данного параметра на показатели эффективности энергонакопительного торможения представленные на рисунках 3.11 (а, б), в представленных в главе 3. Далее следует проведение прочностных расчетов маховичного накопителя. Прочностные расчеты сводятся к проверке условия прочности и определению допустимой скорости.
Наиболее рациональным является применение маховиков в виде плоского диска без отверстия в центре. Для сплошного диска постоянной толщины диаметром D=2R вращающегося со скоростью Q с растягивающей на периферии нагрузкой p=const приложенной на расстоянии г от центра радиальная аг и тангенциальная аф составляющие напряжений в материале будут иметь вид [56]:
Определение параметров элементов энергонакопительной тормозной системы и закона управления торможение тележки мостового крана грузоподъемностью 20т
Из графика видна высокая сходимость полученных кривых, что свидетельствует об адекватности функции регрессии. Для условий торможения тележки массой тт= 6200кг, транспортирующей груз массой mg=l 0000кг на подвесе длиной Ь = 4м, при отклонении груза от точки крепления xg - хт = 0 величина тока, согласно уравнению регрессии, составит/ = 22А. При указанных условия торможение осуществится за 2,2 с, из которых 0,964 с двигатель будет работать в генераторном режиме. Кинетическая энергия тележки перед началом торможения составит 4274 Дж. Маховик накопит 1625 Дж энергии, что составляет 38% от исходной кинетической энергии тележки. Энергия, генерируемая электродвигателем, составит 1683 Дж, а энергия, потребляемая двигателем в двигательном режиме - 1514 Дж. В диссертационной работе дано решение научно-технической задачи, состоящей в создании способа и технической системы энергонакопительного торможения механизмов передвижения мостовых кранов, способствующих значительному уменьшению затрат энергии в процессе торможения. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили сформулировать следующие научные и практические результаты: 1. На основе анализа тормозных средств, накопителей энергии и областей их рационального использования установлено, что энергонакопительное торможение является перспективным способом повышения эффективности эксплуатации мостовых кранов. 2. Научно обоснован способ энергонакопительного торможения механизмов передвижения мостовых кранов, управляемого приводным электродвигателем, позволяющий сохранение кинетической энергии тормозимого крана в маховичном накопителе, и её последующее использование известными методами. 3. На основе анализа свойств дифференциальных планетарных передаточных механизмов обоснована структура энергонакопительной тормозной системы механизма передвижения мостового крана, реализующая предлагаемый способ торможения, включающая маховичный накопитель, соединяемый с приводом механизма передвижения мостового крана посредством дифференциального механизма. 4. Разработана математическая модель динамики энергонакопительного торможения тележки мостового крана с закрепленным на гибком подвесе грузом, осуществляемого посредством предложенной тормозной системы. 5. В результате исследований на математической модели установлены: - степень влияния основных конструктивных параметров тормозной системы, таких как передаточное отношение дифференциального планетарного механизма, момент инерции маховика на показатели эффективности торможения, и определить их предпочтительные значения. Из диапазона изменений передаточного отношения і и от -1 до -5 следует принимать значения близкие к -1, что позволит накопить большее количество энергии в маховике при незначительном увеличении времени торможения и амплитуды колебаний груза. Момент инерции маховика для грузовых тележек кранов грузоподъемностью 20т следует принимать до 0,5 кг-м2, поскольку дальнейшее увеличение не приводит к существенному росту количества накапливаемой энергии. - зависимости влияния массы транспортируемого груза, длины подвеса и фазового положения груза на количество накапливаемой энергии, время торможения и амплитуду колебаний груза. Данные факторы являются неуправляемыми но оказывают существенное влияние на показатели торможения, что обуславливает необходимость проведения регрессионного анализа для установления закона управления торможением. 6. Теоретически и экспериментально доказана работоспособность и эффективность энергонакопительной тормозной системы, позволяющей осуществлять управляемое тяговым электродвигателем торможение механизма передвижения мостового крана до полной остановки с сохранением до 40% кинетической энергии в маховичном накопителе. 7. Разработан алгоритм расчета рациональных параметров энергонакопительной тормозной системы и определения закона управления торможением, обеспечивающего накопление максимального количества энергии в маховике при соблюдении технологических требований к процессу торможения механизмов передвижения мостового крана. Практическое использование энергонакопительной тормозной системы для тележки мостового крана грузоподъемностью 20т, разработанной на основе алгоритма, позволит сохранить в маховике около 40% исходной кинетической энергии тележки.
