Способ управления стреловым краном с учётом дополнительных динамических нагрузок

INVESTIGA TION OF THE STRESS-STRAIN STA TE OF THE GIRDERS OF THE BRIDGE CRANES WITH OPTIMIZED MASS-DIMENSION PARAMETERS

V.Y. Anzev, A.S. Tolokonnikov, V.A. Obidenov

A comparative analysis of the stress and deformation structures of the span of beams bridge cranes general purpose with optimized dimensions of cross-sections. As the object of study adopted a bridge cargo crane with the bearing capacity 20 tons with flights to GOST 1575-87 «Lifting cranes. Series of the main parameters».

Key words: bridge crane, span of beam, optimization, size of section, stress, deformation.

Antsev Vitaliy Yurievich, doctor of technical science, professor, manager of department, Russia, Tula, Tula State University,

Tolokonnikov Alexander Sergeevich, candidate of technical science, docent, Russia, Tula, Tula State University,

Obydenov Valery Anatolievich, candidate of technical science, design engineer, Russia, Tula, CJSC «Production company «Himservice» name A.A. Zorin».

УДК 621.873.1

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СТРЕЛОВЫМ КРАНОМ С УЧЁТОМ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

А.В. Редькин

Предложен способ управления стреловым краном, позволяющий учитывать дополнительные опрокидывающие моменты, возникающие вследствие действия сил инерции и внешних возмущений в процессе выполнения грузоподъёмных операций.

Ключевые слова: стреловой кран, безопасность, устойчивость, система управления, инерционные нагрузки.

Исследования в области устойчивости к опрокидыванию стреловых кранов и динамики исполнительных механизмов кранов базируются на рассмотрении классических моделей колебательных систем. Исследованиям загруженности механизмов грузоподъёмных машин посвящены работы многочисленных авторов: Вайнсона А.А., Гохберга М.М., Зарецкого А.А., Гладких П.А., Васина Б.Г., Гобермана Л.А., и других. Существующая нормативная методика расчета устойчивости стреловых кранов, по сути, явля-

233

ется методикой статического расчета. А процесс опрокидывания крана является динамическим процессом.

В статическом состоянии отрыв внешних опор машины происходит мгновенно. Потеря динамического равновесия машины, вызывающая отрыв ее внешних опор от основания, не обязательно связана с ее опрокидыванием. Все зависит от изменения движения машины после потери контакта ее внешних опор с основанием, и как будет развиваться процесс перехода динамической системы из одного состояния в другое.

Недостатком известных способов управления грузоподъемными кранами [1] является то, что в них не учитывается динамика перемещаемого груза, и в зависимости от скорости движения могут возникать колебания груза низкой частоты. Другим недостатком является то, что в критических ситуациях происходит резкая остановка крановых механизмов, что в ряде случаев может привести к дополнительному возрастанию опрокидывающего момента.

Системы управления стреловыми кранами, как правило, решают следующий набор задач:

запуск и отключение приводов механизмов, перемещающих оборудование крана, путем воздействия на органы управления краном;

отключение приводов механизмов по фактору ограничения перемещений путем обработки сигналов датчиков, контролирующих положение подвижного оборудования;

отключение приводов механизмов по фактору перегрузки путем обработки сигналов датчиков, контролирующих положение подвижного оборудования крана и его нагрузку;

создание режима и сигналов выбора допустимой скорости движения в зависимости от нагрузки на кран.

В некоторых системах для снижения уровня раскачивания груза, вызванного инерционными силами в начале движения и при останове, предусмотрены установка дополнительного датчика длины каната и переключателя кратности полиспаста, сигналы которых используются для определения высоты подвеса груза и периода раскачивания груза. Однако, дополнительные силы инерции, возникающие при повороте стрелы крана с грузом, не определяются в достаточной степени для расчета и анализа опрокидывающего момента с последующим активным управлением процессом поворота.

Предлагаемый способ управления [2] предусматривает, кроме перечисленных, следующие действия:

1. Создание режима и сигналов предварительного ограничения перемещения по результатам вычисления по факторам перегрузки и ограничения перемещений, а также по результату вычисления поправки к расстоянию в зависимости от периода раскачивания подвешенного груза.

2. Вычисление по сигналам датчиков, контролирующих положение

подвижного оборудования крана, инерционных показателей оборудования, фактических скоростей и ускорений оборудования при запуске и отключении приводов для определения моментов отключения и включения приводов механизмов и создания автоматического режима импульсного управления, зависящего от периода и фазы раскачивания подвешенного груза.

3. Создание режима логической обработки данных, объединения сигналов запуска и сигналов отключения приводов механизмов и подключения их к усилителям, включающим исполнительные механизмы.

4. Определение текущего значения опрокидывающего момента и сравнивается с допустимым, после чего определяются оптимальные значения величины длинны стрелы, высоты подвеса, скорости и ускорения при совершении дальнейшего движения, предоставляются оператору на индикаторной панели.

При возникновении случая превышения текущего значения опрокидывающего момента над допустимым система слежения автоматически осуществляет плавное снижение скорости для предоставления возможности оператору изменить параметры движения - высоту подвеса, скорость и ускорение движения, вылет стрелы. Оператору предоставляют возможность изменить рекомендованные параметры, при возникновении случая приближения текущего значения опрокидывающего момента к максимально допустимому для данного положения стрелового оборудования система управления автоматически осуществляет плавное снижение скорости для предоставления возможности оператору изменить параметры движения -высоту подвеса, угол наклона или длину стрелы, ускорение движения, в случае превышения допустимого опрокидывающего момента движение плавно останавливают, дальнейшее движение оставляют только в рекомендованном режиме.

Для реализации поставленной задачи управления краном во время поворотного движения наиболее целесообразным является расчет текущего опрокидывающего момента и сравнение его с допустимым, заданным в микропроцессоре в виде грузовысотной характеристики, численное значение коэффициента грузовой устойчивости крана определяется по формуле:

М уд к =—у^ > 1,2 ,

М опр

где М уд - значение удерживающего момента в текущее время, М опр -

опрокидывающий момент, созданный весом груза и весом стрелы.

В памяти микропроцессора содержится информация о допустимом значении опрокидывающего момента для каждого значения вылета стрелы, измеряется натяжение каната при совершении поворотного движения (см. рисунок).

Текущее значение опрокидывающего момента определяется относительно точки контакта опоры крана и грунта по формуле:

235

Мтек _ ^  (/ + А/) + Рин  (И + АИ) + Мс, где С - значение силы тяжести груза, Рин - значение силы инерции, действующей на груз в процессе перемещения стрелового оборудования, Мс - опрокидывающий момент, создаваемый стрелой, / - плечо действия силы тяжести груза, А/ - величина, на которую увеличивается или уменьшается плечо действия силы тяжести при действии силы инерции, И - высота на которой находится груз до начала поворотного движения, имеет прямую зависимость от значения высоты подвеса (длины каната), АИ - величина, на которую увеличивается высота, на которой находится груз во время действия силы инерции.

Расчётная схема инерционных нагрузок

Вычисление Dl и Dh возможно производить в зависимости от значения угла a = arccos(G / F), на который отклоняется канат с грузом при совершении поворотного движения (см. рисунок):

Dl = 1c sin a, Dh = 1c - Dlc cos a, где 1с - высота канатного подвеса.

Расчет инерционной нагрузки производится по формуле:

_ Fnn= Т - G, _

где F ин - вектор силы инерции, Т - вектор силы натяжения каната, G -вектор силы тяжести груза, или, согласно рис. 2,

FHH =V T 2 - G 2 ,

где Fm - значение силы инерции, T - значение силы натяжения каната, G - значение силы тяжести груза.

Сущность предложенного способа заключается в следующем (см. рисунок). На груз 1, подвешенный на канате 2, действуют сила тяжести и

236

сила инерции, результирующая сила передается по канату через оголовок 3 стрелы 4, изменение натяжения каната определяется датчиком 5, и на основании полученных данных определяют изменение радиуса и высоты действия сил относительно ребра опрокидывания грузоподъемного крана.

Из полученного значения натяжения микропроцессором определяется текущее значение опрокидывающего момента и сравнивается с допустимым, вычисленным для данного вылета стрелы согласно грузовысотной характеристике. Учитывая возможность изменения положения стрелового оборудования, определяют оптимальные значения величин: длинны стрелы, высоты подвеса, скорости и ускорения при совершении дальнейшего движения. Машинисту предоставляется возможность изменения рекомендованных параметров при возникновении случая приближения текущего значения опрокидывающего момента к максимально допустимому. Для данного положения стрелового оборудования автоматически осуществляется плавное снижение скорости для предоставления возможности машинисту изменить параметры движения - высоту подвеса, угол наклона или длину стрелы, ускорение движения, в случае превышения допустимого опрокидывающего момента движение плавно прекращается, причем возможность дальнейшего движения остается только в рекомендованном режиме.

Полная остановка движения осуществляется автоматически в случае, если выполняемые оператором операции ведут к дальнейшему увеличению динамической нагрузки и превышении допустимого опрокидывающего момента, причем дальнейшее движение возможно только в рекомендованном режиме с учетом положения стрелы крана и груза в заданном рабочем пространстве с учетом имеющихся препятствий.

Отличительными чертами способа управления краном с целью уменьшения динамической нагрузки является: в способе предлагается более точно измерять действующие силы инерции и учитывать возможность действия случайных нагрузок, в том числе просадки грунта под опорами и порывы ветра, в результате активного управления не исключается возможность движения при достижении максимально допустимого значения опрокидывающего момента, а также существует возможность установки дополнительного контрольно-измерительного оборудования, так как в основе действий способа лежит математическая модель крана, находящаяся в памяти бортового микропроцессора, и может быть изменена в зависимости от типа крана и его индивидуальных особенностей и усложнена при предъявлении более жестких требований и по мере развития исследований, т.е. устойчива к моральному старению.

Список литературы

1. Приборы безопасности грузоподъемных машин: Сборник документов. Серия 10. Выпуск 66/ Колл. Авт. М.: Федеральное государственное

унитарное предприятие «Научно-технический центр по безопасности в промышленности», 2005. 429 с.

2. Патент РФ № 2440924 В66С13/18. Способ управления грузоподъёмным краном / Сорокин П. А., Чернов А.В., Редькин А.В. Опубл. в Б.И. №

3, 2012.

Редькин Алексей Владимирович, канд. техн. наук, доц., ra171171 @yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

CONTROL METHOD OF JIB CRANE WITH THE DEFINITION OF ADDITIONAL DYNAMIC LOADS

A. V. Redkin

A method for controlling jib crane, allowing to take into account additional overturning moments that occur during the execution of lifting operations because of the forces of inertia and external disturbances.

Keywords: jib crane, security, stability, control system, inertial loads.

Redkin Aleksey Vladimirovich, candidate of technical sciences, docent, ra171171 ayandex. ru, Russia, Tula, the Tula state university

УДК 621.873.1

МОДЕРНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРИВОДАМИ БАШЕННОГО КРАНА С УЧЁТОМ ВЕТРОВОГО НАГРУЖЕНИЯ

А.В. Редькин, П. А. Сорокин

Рассмотрена возможность модернизации системы безопасности стационарных башенных кранов путём введения управления на основе нечёткой логики с интегрированными датчиками направления ветра и крутящего момента и использования гидродинамической муфты.

Ключевые слова: башенный кран, безопасность, устойчивость, система управления, гидродинамические муфты, ветровые нагрузки.

При разработке систем управления рабочими операциями стационарных башенных кранов важнейшим условием является обеспечение устойчивости к опрокидыванию. Производительность грузоподъёмных операций, выполняемых башенными кранами, и, в значительной степени, безопасность работ зависят от информированности оператора о текущем положении рабочего оборудования в течение всего времени выполнения

238