Разработка и исследование систем электроприводов, обеспечивающих бесперекосное движение мостовых кранов

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Специальность 05.09.03 - «Электротехнические комплексы и системы»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Разработка и исследование систем электроприводов, обеспечивающих бесперекосное движение мостовых кранов

Дорофеев Алексей Александрович

Липецк - 2010

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Липецкий государственный технический университет».

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Теличко Леонид Яковлевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, заслуженный изобретатель РФ, профессор

Литвиненко Александр Михайлович

кандидат технических наук, доцент Благодаров Дмитрий Анатольевич

Ведущая организация ОАО «Липецкий Гипромез» (г. Липецк)

Защита диссертации состоится 14 мая 2010 года в 1600 на заседании диссертационного совета Д 212.108.01 при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Липецкий государственный технический университет» по адресу: 398600, г. Липецк, Московская 30, административный корпус, ауд. 601

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Липецкий государственный технический университет».

Автореферат разослан « » апреля 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета В.И. Бойчевский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одной из основных проблем металлургической промышленности является высокая динамическая загруженность подъемно-транспортного оборудования. Среди этого оборудования в крайне тяжелых условиях работают мостовые краны. Наиболее характерными причинами динамических перегрузок кранов являются интенсивные повторно-кратковременные режимы их работы, наличие упругих механических связей, зазоров и несовершенство применяемых систем электроприводов. Все это приводит к преждевременному выходу из строя элементов крановой системы: усталостным разрушениям концевых балок крана, разрушениям тихоходных валов механизма передвижения, повышенному износу ходовых колес, расшатыванию и износу рельсов подкранового пути. Из всех причин ранних отказов работы мостовых кранов наиболее остро стоит проблема малого срока службы крановых колес. Выбраковка колес происходит в основном вследствие интенсивного износа их реборд из-за постоянных соударений и контакта с рельсами подкранового пути. По данным металлургических заводов, в среднем замена всех колес крана происходит в течение года, а подкрановые пути в пролете цеха меняются с интервалом в два - три года в зависимости от интенсивности работы мостовых кранов. Существует много способов повышения износостойкости крановых колес: применение специальной термообработки, смазывание реборд специальными составами, замена штампованной заготовки колес катанной и т.д. Однако все эти способы не устраняют первопричину, приводящую к износу реборд, - поперечное смещение колес относительно рельсов, возникающего вследствие перекоса мостового крана из-за несинхронного движения его опор. К тому же несинхронное движение опор вызывает упругие усилия в ферме моста, которые нагружают как металлоконструкцию, так и ходовые элементы крана. В связи с этим исследования, направленные на разработку систем электроприводов, способствующих снижению динамических нагрузок и обеспечивающих бесперекосное движение мостовых кранов, являются весьма актуальными.

Целью работы является снижение динамических нагрузок в электромеханической системе передвижения мостовых кранов с помощью электроприводов, обеспечивающих их бесперекосное движение.

Идея работы заключается в разработке системы управления электроприводами, обеспечивающей бесперекосное передвижение мостового крана путём регулирования скорости электродвигателей механизма передвижения в функции поперечного смещения ходовых колес с применением индуктивных датчиков, контролируемых поперечное смещение колес относительно рельсов подкранового пути.

Научная новизна работы:

- составлена трехмассовая математическая модель движения мостового крана по рельсовому пути, отличающаяся от известных учетом упругого скольжения вращающихся колес относительно рельсов, а также учетом поперечного смещения и поворота в горизонтальной плоскости мостового крана в пределах зазоров между ребордами колес и рельсами подкранового пути.

- получена универсальная характеристика максимальной демпфирующей способности параллельной электромеханической системы (двухдвигательного электропривода, соединенного упругой механической связью), свидетельствующая, что максимальная демпфирующая способность ЭМС зависит только от жесткости упругой механической связи между электродвигателями;

- получены аналитические выражения, показывающие, что при определенных сочетаниях параметров параллельной ЭМС, в ней будут протекать переходные процессы апериодического характера;

- разработана методика расчета индукционного сопротивления, отличающаяся от известных тем, что она позволяет определить параметры индукционного сопротивления для заданной величины пускового момента асинхронного двигателя, исключая циклический алгоритм последовательного приближения к требуемой величине;

- разработана система управления асинхронным электроприводом, отличающаяся от известных аналогов применением индуктивных датчиков поперечного смещения колес, обеспечивающая бесперекосное перемещение мостового крана по рельсовому пути.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

- получены универсальные зависимости, позволяющие определять оптимальные зоны изменения параметров электропривода параллельной ЭМС по критерию минимума колебательности в переходных режимах;

- разработана система управления двухдвигательным электроприводом, обеспечивающая бесперекосное движение мостового крана при минимальных динамических нагрузках, что позволяет повысить долговечность работы механизмов передвижения кранов и подкрановых конструкций.

Методы исследования. Поставленные в работе задачи решались методами теории автоматического управления, методами численных и аналитических решений уравнений, методами математического моделирования динамических процессов в ЭМС с упругими связями и зазорами в передачах, а также проведением экспериментальных исследований на лабораторной установке.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы использованы в процессе проведения пуско-наладочных работ при модернизации электрооборудования мостовых кранов в цехах ОАО «Новолипецкого металлургического комбината». Ожидаемый экономический эффект за счет снижения затрат на техническое обслуживание и ремонт кранового оборудования составляет 32,5 тыс. руб. в год на один кран. Разработки внедрены в учебный процесс на кафедре Электропривода Липецкого государственного технического университета.

Достоверность полученных результатов подтверждается сопоставлением результатов математического моделирования с результатами экспериментальных исследований (относительная погрешность не более 5%), а также с положениями общей теории электропривода.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались: на II ежегодной международной научно-технической конференции «Энергетика и энергоэффективные технологии» г. Липецк, 2007г.; на II международной выставке - интернет - конференции «Энергообеспечение и безопасность» г. Орел, 2008г.; на научно-технической конференции, посвященной 35-летию кафедры электропривода Липецкого государственного технического университета г. Липецк, 2009г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, отражающих ее содержание, в том числе 2 работы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка и 6 приложений. Общий объём работы составляет 231 стр., в том числе 193 стр. основного текста, 63 рисунка, 5 таблиц, библиографического списка из 100 наименований на 10 стр. и 6 приложений на 28 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи работы, отмечена научная новизна и практическая ценность результатов исследований, изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе диссертационной работы проведен анализ многочисленных публикаций, посвященных исследованиям динамических нагрузок, возникающих в механической части передвижения мостовых кранов, таких авторов как В.П. Балашов, Н.А. Лобов, Б.В. Квартальнов, В.И. Ключев, Ю.А. Борцов, Б.Ш. Бургин, В.Н. Тищенко, Г.Г. Соколовский, Л.Б. Масандилов, Р.П. Герасимяк, И.Я. Браславский и др. Было определено, что большинство работ, уделяющих особое внимание проблеме ограничения динамических нагрузок с помощью систем ЭП, проводились на основе представления моста крана в виде двухмассовой, а с учетом перемещаемого груза, трехмассовой параллельной ЭМС с одной степенью свободы. Тем не менее, практически всегда при движении мостового крана происходит его поперечное смещение и поворот относительно подкранового пути, которые ограничиваются ребордами ходовых колес при контакте с рельсами, вызывая при этом дополнительные перекосные усилия в металлоконструкции крана. К тому же постоянные соударения и контакты реборд колес с рельсами вызывает их интенсивный износ и, как следствие, преждевременный выход из строя элементов ходовой части мостового крана. Все это свидетельствует о том, что для определения факторов, вызывающих динамические нагрузки в механической части передвижения мостовых кранов, в первую очередь, необходимо более детальное исследование специфики его движения по рельсовому пути. Однако представление мостового крана в виде расчетной схемы с одной степенью свободы не позволяет определить причины, вызывающие его поперечное смещение и поворот относительно рельсов, а следовательно, и разработать мероприятия, устраняющие эти причины. Поэтому на основе ЭМС передвижения мостового крана (рис.1) была составлена его трехмассовая математическая модель, учитывающая эффект упругого скольжения вращающихся колес относительно рельсов, а также его поперечное смещение и поворот в пределах зазоров между ребордами колес и рельсами подкранового пути.

Рис.1. Расчетная схема мостового крана

Системы уравнений, позволяющие исследовать динамику крана как при свободном его движении, так и при контакте реборд колес крана с рельсами подкранового пути, выглядят следующим образом:

Движение мостового крана вдоль рельсов

(1)

Поперечное смещение мостового крана за счет упругого скольжения колеса

(2)

(3)

Поперечное смещение колес

приводные колеса

(4)

холостые колеса

(5)

Поворот крана в пределах зазоров между ребордами колес и рельсами

(6)

где Рпр1, Рпр2 - тяговые силы приводных колес мостового крана; W3, W4 - силы сопротивления передвижению крана; W5,W6 - дополнительные силы сопротивления передвижению крана при касании реборд колес крановых рельсов; y1, y2 - перемещение масс крана вдоль рельсов; ц3 - угол отклонения груза от вертикали по координате y; x1, x2 - перемещение масс крана поперек рельсов; xk1чxk4 - перемещение колес крана поперек рельсов; ц4 - угол отклонения груза от вертикали по координате х; В - база крана; М1чМ4 - вращательные моменты концевых балок моста; m1, m2, m3 - приведенные массы моста и груза; Jm1,Jm2 - моменты инерции приведенных масс моста; о - коэффициент податливости моста при действии на него поперечной силы; вki - монтажный угол перекоса колеса при установке; lП - длина подвеса груза; E - модуль продольной упругости пролетных балок крана; F- площадь сечения, которая подвергается деформации; l - длина пролетной балки мостового крана; К1,К2 - коэффициенты упругого скольжения; ПУ - потенциальная энергия деформации пролетных балок; F1чF4 - упругие силы, действующие между ходовыми колесами и рамой моста; r1,r2 - радиусы ходовых колес; щ1k, щ2k - угловые скорости ведущих колес; с - коэффициент жесткости концевой балки моста.

Во второй главе приведены аналитические исследования влияния параметров электрической и механической частей электроприводов на динамические свойства ЭМС передвижения мостового крана. Поскольку поперечное смещение и поворот моста происходят довольно медленно, то такие исследования можно проводить с помощью параллельной ЭМС (двухдвигательного ЭП, соединённого упругой механической связью) с одной степенью свободы.

В качестве исследуемого объекта была взята наиболее распространенная в настоящее время схема двухдвигательного асинхронного электропривода, линеаризованная система уравнений которого с учетом двухмассовой параллельной ЭМС крана выглядит следующим образом:

(7)

где Тmi = Ji·щб/Mб - механическая постоянная времени масс; Тs = Mб /(щб·Cs) - постоянная времени жесткости; вiд = вiд·щб/Mб - нормированное значение жесткости механической характеристики; MS=MS/Mб - момент перекоса; ТЭi - электромагнитная постоянная времени электродвигателей; i - коэффициент приведения; MCi=MCi/Mб - момент статического сопротивления; щб,Mб - базовые значения скорости и момента, соответственно; Cs - жесткость параллельной ЭМС.

Так как одним из факторов снижения динамических нагрузок является способность привода демпфировать упругие механические колебания, то с целью придания численных значений колебательности параллельной ЭМС система двухдвигательного электропривода была исследована на демпфирующую способность. В качестве прямой оценки демпфирующей способности был принят логарифмический декремент (л). В результате исследования зависимостей л=f(в) при различных параметрах системы (рис.2 а) была получена универсальная кривая максимального демпфирования двухмассовой параллельной ЭМС (рис.2 б), свидетельствующая, что в общем случае максимальная демпфирующая способность зависит только от жесткости системы (параметр Тs).

Если в системе уравнений (7) принять в1д = в2д = в, Tm1 = Tm2 = Tm, T1Э = T2Э, i = 1, то из корней характеристического уравнения системы можно получить двойное неравенство, в случае выполнения которого в параллельной ЭМС будет протекать апериодический переходный процесс:

. (8)

Исследования показали, что это неравенство выполнимо только при относительно малой жесткости параллельной ЭМС (большее значение параметра Тs). Однако, в связи с тем, что для конкретного механизма параметры механической части постоянны, то увеличить демпфирующий эффект системы возможно только путем увеличения жесткости механической характеристики (в) электродвигателей. Но, как видно из выражения (8), такое действие имеет предел, обусловленный параметрами самого электропривода, при превышении которого демпфирующий эффект параллельной ЭМС снова снижается, т.е. данное неравенство позволяет определить оптимальную зону изменения в, при которой демпфирующий эффект системы будет приближен к максимально возможному (рис.2 а).

а) б)

Рис.2. Демпфирование параллельной ЭМС

В третьей главе в программе визуального моделирования Matlab 6.5 с использованием уточненной математической модели мостового крана проведены исследования динамики его движения. Исследования проводились с целью определения основных факторов, влияющих на качество движения мостового крана, а также определения условий, обеспечивающих его бесперекосное перемещение по рельсовому пути. В качестве пусковых устройств электропривода передвижения мостовых кранов приняты индукционные резисторы (ИР), формирующие механические характеристики экскаваторного типа. Параметры ИР рассчитывались из условий надежного сцепления колес с рельсами при пуске крана. Для этого была составлена методика, позволяющая однозначно определять параметры ИР для заданного пускового момента асинхронного двигателя. Применение ИР позволило устранить все недостатки присущие стандартным контакторным схемам и исключить их влияние на динамику движения крана.

По результатам моделирования движения мостового крана с грузом при использовании системы двухдвигательного асинхронного электропривода было определено, что синхронное движение его опор обеспечивается только при нагружении металлоконструкции крана упругими силами, которые приводят к его поперечному смещению относительно рельсов. При этом реборды колес мостового крана прижимаются к рельсам и находятся в таком состоянии все время движения крана, что приводит к износу колес и рельсов подкранового пути. Использование различных систем синхронизации скоростей вращение электродвигателей, например, известную систему синхронного вращения - уравнительный электрический вал, в которой роторы асинхронных уравнительных машин подключены встречно-параллельно к друг другу, позволило решить проблему снижения динамических нагрузок в ферме мостового крана. Благодаря уравнительным машинам, взаимодействие которых обеспечивает синхронное вращение приводных электродвигателей, уровень динамических нагрузок, действующих на кран, снизился в 2ч4 раза (рис.3 а). Однако, как показали результаты моделирования, даже при синхронном движении опор мостового крана его поперечное смещение хоть и медленно, но все-таки происходит (рис.3 б). Это явление объясняется тем, что, во-первых, в переходных режимах пуска и торможения мостового крана с данной системой синхронизации все-таки образуется малый угол поворота крана, а, во-вторых, при качении ведущих колес происходит их упругое скольжение относительно рельсов, что приводит к нарушению равенства расстояний, пройденных опорами мостового крана, и, как следствие, дальнейшему увеличению его угла поворота и поперечному смещению.

а) б)

Рис.3. Переходные процессы ЭМС мостового крана

а) значение силы перекоса, 1- система ЭП без синхронизации скоростей;

2 - система ЭП с синхронизацией скоростей; б) поперечное смещение колес и угол перекоса крана при использовании системы ЭП с синхронизацией угловых скоростей вращения электродвигателей

Проведенный анализ динамики движения мостового крана с существующими системами электроприводов, нашедших в той или иной степени применение на практике, показал, что для обеспечения его бесперекосного движения необходимо выполнение как минимум двух условий:

- поддержание синхронного движения опор мостового крана;

- поддержание угла поворота мостового крана на нулевом значении.

Отсюда следует, что для выполнения условий бесперекосного движения моста с минимальными динамическими нагрузками необходимо применять кардинально другие решения, связанные не только с разработкой различных систем синхронизации ЭП, но и с решениями, исключающими поперечное смещение мостового крана в процессе его движения.

Один из способов осуществления бесперекосного движения мостового крана, нашедший применение на практике - замена ходовых колес цилиндрического профиля на колеса конического профиля. Данный способ применялся на мостовых кранах с центральным приводом, где отмечалось увеличение области существования его бесперекосного движения. Использование же индивидуального электропривода на каждую опору моста на динамику передвижения сказалось незначительно, так как стабилизация движения происходила лишь за счет сил уклона конических колес. Тем не менее, опираясь на результаты динамики передвижения мостового крана с центральным электроприводом, можно сделать вывод о том, что улучшить качество передвижения моста на конических колесах с двухдвигательным электроприводом возможно путем синхронизации приводных электродвигателей каждой из опор моста. Результаты моделирования движения мостового крана на конических колесах с системой синхронизации угловых скоростей вращения приводных электродвигателей приведены на рис.4.

Рис.4. Поперечное смещение и угол поворота при движении крана

на конических колесах с системой синхронизации электроприводов

электропривод кран бесперекосный

Анализ графиков на рис.4 показывает, что движение крана на конических колесах «вперед», т.е. когда ведущие колеса оказываются спереди (по направлению движения мостового крана), оказывается бесперекосным, а движение «назад», когда ведущие колеса находятся сзади, происходит с постоянным соударением реборд колес крана с рельсами. Причем в определенные моменты времени при движении «назад» создается такая ситуация, при которой два выше сформулированных условия бесперекосного движения мостового крана выполняются, а реборды всех его колес оказываются прижатыми к рельсам. Такое движение крана на конических колесах происходит вследствие действия сил уклона конического ската, представляющие собой боковые силы, которые направлены к центру крана. В случае симметричного распределения масс на мостовом кране эти силы компенсируют друг друга. Однако при сколь угодно малом смещении тележки от центра крана это равенство нарушается, что приводит к поперечному смещению колес в процессе движения даже в случае нулевого угла поворота крана. Поэтому для движения мостового крана без перекоса необходимо третье условие:

- поддержание поперечного смещения колес мостового крана в нулевом значении.

Таким образом, использование уточненной модели мостового крана позволило сформулировать три условия его бесперекосного движения. При этом, как показывают результаты моделирования, для выполнения первого условия необходимо поддерживать скорости движения его опор одинаковыми, а вот выполнение второго и третьего условий путем синхронизации скоростей опор крана добиться невозможно. В то же время анализ движения мостового крана на конических колесах показал, что для выполнения двух последних условий достаточно осуществлять контроль поперечного смещения передних колес (по направлению движения крана) относительно рельсов. Это подтверждается результатами моделирования движения крана на конических колесах «вперед» (рис.4). Здесь, при одинаковых угловых скоростях вращения приводных электродвигателей (что обеспечивается системой синхронизацией ЭП) за счет изменения радиуса качения ведущих колес, устранение его поперечного смещения происходит автоматически. Получение аналогичного эффекта при движении мостового крана с колесами цилиндрического профиля возможно только в случае применения принципиально новой системы управления ЭП с прямым измерением поперечного смещение его передних колес (по направлению движения), например, с помощью индуктивных датчиков.

В четвертой главе разработана и исследована система управления электроприводом механизма передвижения мостового крана, обеспечивающая его бесперекосное движение по рельсовому пути.

Так как в настоящее время на мостовых кранах в основном используются асинхронные двигатели с фазным ротором, то экономически целесообразно систему управления, обеспечивающую бесперекосное движение, применять с существующими крановыми электроприводами. К примеру, можно провести модернизацию системы двухдвигательного электропривода с вентильными блоками синхронизации, предложенную профессором В.Н. Тищенко (рис.5), роторы приводных двигателей в которой соединены на общее пускорегулирующее сопротивление через неуправляемые выпрямители. В такой схеме условием одновременной работы обоих трехфазных выпрямительных мостов на общую нагрузку, то есть, когда они проводят ток, является равенство напряжений на выходе каждого из них, тем самым, обеспечивая взаимное регулирование скоростей.

Рис.5. Система согласованного вращения ЭП с вентильными блоками

синхронизации предложенной профессором В.Н. Тищенко

В связи с тем, что полупроводниковые элементы характеризуются переменной структурой силовой цепи со сложным, а иногда прерывистым характером электромагнитных процессов, математическая модель представленной на рис.5 системы ЭП была составлена с помощью уравнений, описывающих ее динамику в фазных координатных осях. Полупроводниковые элементы выпрямительных мостов при расчете были заменены RL цепями, которые меняют свои параметры в зависимости от состояния полупроводникового элемента: R = 0,01 Ом, при L = 10-6 Гн - диод открыт, при L = 106 Гн - диод закрыт. В результате проведенных исследований при таком математическом описании было определено, что в данной системе ЭП полного согласования скоростей вращения в случае различной нагрузки на электродвигателях не происходит. Для проверки адекватности программной модели была собрана лабораторная установка, с помощью которой были исследованы различные режимы работы данной системы ЭП, из которых выяснилось, что равенство напряжений на выходе выпрямительных мостов не является условием равенства угловых скоростей вращения. Это связано с тем, что при разности в нагрузках на активных сопротивлениях роторов электродвигателей происходит разное падение напряжения, которое при равных выпрямленных напряжениях приводит к рассогласованию ЭДС, а следовательно, и скоростей электродвигателей. Соответственно, чем больше величина сопротивления ротора двигателя и чем больше разность прикладываемой нагрузки, тем больше и рассогласование скоростей. Результаты, полученные в процессе моделирования, и результаты, полученные в процессе эксперимента для двигателей типа МТF011-6, приведены на рис.6 и рис.7.

а) б)

Рис.6. Графики изменения скорости (а), тока и напряжения (б) при набросе нагрузки на один из двигателей, полученные при моделировании

а) б)

Рис.7. Графики изменения скорости (а), тока и напряжения (б) при набросе нагрузки на один из двигателей, полученные при эксперименте

Из представленных графиков видно, что расхождение между реальными данными и данными, полученными с помощью моделирования, не превышает 5%, что позволяет использовать математическую модель ЭП при разработке системы управления, обеспечивающей бесперекосное движение мостового крана по рельсовому пути.

Для осуществления плавного регулирования скорости в двухдвигательном ЭП с вентильными блоками синхронизации необходимо лишь заменить трехфазный диодный мост на тиристорный. Отличительная особенность такой схемы заключается в необходимости синхронизации импульсно-фазового управления с частотой роторного напряжения, а все остальное остается так же, как и в обычных системах ТП-Д. В связи с тем, что к мостовым кранам, работающим в металлургическом производстве, не предъявляются высокие требования по качеству регулирования скорости, то одним из самых простых вариантов реализации замкнутой системы регулирования скорости модернизированной системы ЭП является система с обратной связью по напряжению ротора.

Функциональная схема электропривода передвижения крана, как одного из вариантов модернизации схемы двухдвигательного электропривода с вентильными блоками синхронизации представлена на рис.8.

Рис.8. Функциональная схема модернизированного электропривода

Система ЭП работает следующим образом. Сигнал (Uдат кi) от индуктивных датчиков положения поперечного смещения колес, которые устанавливаются на нижний край концевой балки моста на уровне рельсов подкранового пути, поступает на регулятор напряжения (РН), причем сигнал поступает от тех датчиков, которые при движении крана оказываются «спереди». Также на вход РН поступает сигнал обратной связи от датчика напряжения, включенного в роторную цепь. С регулятора РН сигнал поступает в плату СИФУ, где происходит согласование управляющих импульсов, подаваемых на тиристоры, с напряжением ротора. Кроме того, на вход РН поступает сигнал задания на уровень скорости от задатчика интенсивности, позволяющего сформировать оптимальный темп разгона крана с целью минимизации амплитуды раскачивания груза, которая, как показали исследования, является одной из основных причин, вызывающих перекосные усилия в ферме моста.

Графики переходных процессов движения мостового крана с разработанной системой показаны на рис.9 и рис.10. Из графиков видно, что движение крана при использовании системы регулирования в функции поперечного смещения колес осуществляется с выполнением всех трёх условий бесперекосного движения. Регулирование моментов приводных двигателей опор крана в динамических режимах движения происходит так, что устраняется его поперечное смещение относительно рельсов. После окончания переходных процессов по выравниванию крана относительно рельсов, он занимает определенное положение и в дальнейшем продолжает движение только вдоль подкранового пути без перекоса (рис.10). При этом существенно снижаются динамические нагрузки, действующие не только на кран, но и на подкрановые конструкции, так как система управления исключает соударение реборд колес мостового крана с рельсами подкранового пути.

Рис.9. Значение силы перекоса, приводных моментов и скоростей двигателей при использовании системы ЭП с контролем поперечного смещения ходовых колес мостового крана

Рис.10. Поперечное смещение и угол поворота при использовании системы ЭП с контролем поперечного смещения ходовых колес мостового крана

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведённых исследований была решена актуальная зада- ча - разработана система электропривода, обеспечивающая бесперекосное движение мостового крана с применением индуктивных датчиков положения ходовых колес, позволяющая путём регулирования скорости электродвигателей передвижения крана в функции поперечного смещения ходовых колес существенно снизить динамические нагрузки, действующие как на металлоконструкцию мостового крана, так и на его ходовую часть и на подкрановые конструкции.

Материалы работы позволяют сформулировать следующие основные выводы:

1. Создана математическая модель мостового крана, отличающаяся от ранее известных тем, что она учитывает эффект упругого скольжения вращающихся колес относительно рельсов, а также поперечное смещение и поворот в горизонтальной плоскости мостового крана в пределах зазоров между ребордами колес и рельсами подкранового пути.

2. Получена универсальная кривая максимального демпфирования двухмассовой параллельной ЭМС, свидетельствующая, что, в общем случае, максимальная демпфирующая способность зависит только от жесткости системы.

3. Получены аналитические выражения, показывающие, что при определенных сочетаниях параметров параллельной ЭМС при использовании различных систем ЭП, в ней будет протекать переходные процессы апериодического характера.

4. Определены необходимые и достаточные условия бесперекосного движения мостового крана, при выполнении которых нагрузки на крановую конструкцию будут минимальны:

- поддержание синхронного движения опор мостового крана;

- поддержание угла поворота крана в нулевом значении;

- поддержание поперечного смещения колес крана в нулевом значении.

5. На основе проведенных исследований доказано, что выполнение всех трех условий бесперекосного движения мостового крана осуществляется при устранении поперечного смещения его «передних» колес (по направлению движения) относительно рельсов подкранового пути.

6. Экспериментально установлено, что в системе ЭП с вентильными блоками синхронизации существует ошибка по согласованию скоростей вращения, зависящая как от величины роторных сопротивлений, так и от разности статических моментов сопротивления, прикладываемых к электродвигателям.

7. Разработана система управления электроприводом передвижения мостового крана, реализующая все условия бесперекосного движения. Система контролирует величину поперечного смещения ходовых колес с помощью индуктивных датчиков, воздействующих на скорость передвижения опор моста. При этом, как показывают результаты моделирования, такое управление приводит к снижению динамических нагрузок в 2ч4 раза, действующих не только на металлоконструкцию крана, но и на подкрановые пути. Также следует отметить, что предлагаемый принцип управления позволяет не только строить системы ЭП, основанные на использовании асинхронных двигателей с фазным ротором, применяемых на кранах более чем в 90% случаев, но и использовать системы на базе частотно-регулируемого электропривода с АДКЗ, обеспечивающие наилучшие энергетические показатели.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Теличко, Л.Я. Снижение динамических нагрузок в ферме мостового крана [текст] / Л.Я. Теличко, А.А. Дорофеев // Сборник тезисов и докладов научной конференции и аспирантов ЛГТУ. - Липецк: ЛГТУ, 2005. - С.110-111.

2. Теличко, Л.Я. Анализ демпфирующей способности по критерию минимум колебательности параллельных электромеханических систем [текст] / Л.Я. Теличко, В.Н. Мещеряков, А.А. Дорофеев // Известие высших учебных заведений. Электромеханика 2006. №5 - С.33-35.

3. Теличко, Л.Я. Анализ причин возникновения сил перекоса мостового крана [текст] / Л.Я. Теличко, А.А. Дорофеев // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2006. №7 - С.57-60.

4. Теличко, Л. Я. Линеаризация асинхронного электрического уравнительного вала [текст] / Л.Я. Теличко, А.А. Дорофеев // Сборник докладов II ежегодной международной научно - технической конференции «Энергетика и энергоэффективные технологии». - Липецк: ЛГТУ, 2007. - С.293-298.

5. Теличко, Л. Я. Снижение динамических нагрузок в ферме мостового крана при помощи «электромагнитного вала» [текст] / Л.Я. Теличко, А.А. Дорофеев, С.Г. Букарев// «Энергообеспечение и безопасность». Сборник материалов II международной выставки - Интернет - конференции - Орел: изд-во Орел ГАУ, 2008. - С.218-224.

6. Теличко, Л. Я. Модель двухдвигательного асинхронного электропривода [текст] / Л.Я. Теличко, А.А. Дорофеев // Электротехнические комплексы и системы управления. 2008. №4 - С.23-28.

7. Теличко, Л.Я. Анализ демпфирующей способности двухдвигательного электропривода [текст] / Л.Я. Теличко, А.А. Дорофеев // Сборник статей научно-технической конференции посвященной 35-летию кафедры электропривода ЛГТУ. - Липецк: ЛГТУРазмещено на Allbest.ru