Система управления электроприводами, обеспечивающая бесперекосное передвижение мостовых кранов

УДК 621.313.3

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩАЯ БЕСПЕРЕКОСНОЕ ПЕРЕДВИЖЕНИЕ МОСТОВЫХ КРАНОВ

Л.Я. Теличко, А.А. Дорофеев

Проведены исследования динамики движение мостового крана по рельсовому пути, в результате которых была предложена система управления двухдвигательным электроприводом, обеспечивающая движение мостового крана с минимальными динамическими нагрузками без контактов и соударений реборд ходовых колес с рельсами подкранового пути

Ключевые слова: мостовой кран, система управления, двухдвигательный электропривод, динамические нагрузки

Одной из основных проблем металлургических предприятий является высокая динамическая загруженность подъемно-транспортного оборудования. Среди этого оборудования в наиболее тяжелых условиях работают мостовые краны. Опыт эксплуатации свидетельствует, что основной причиной преждевременного выхода из строя элементов механизмов мостовых кранов является их недолговечность. В частности в механической части передвижения мостового крана наблюдается интенсивный износ реборд его ходовых колес, из-за постоянных соударений и контакта с рельсами подкранового пути в процессе движения. Большинство известных работ, посвященных анализу причин возникновения динамических нагрузок во время движения мостового крана, проводилось на основе двухмассовой параллельной ЭМС [1]. Данные исследования показали, что снижение динамических нагрузок обеспечивается за счет введение обратной связи по разности скоростей электродвигателей каждой из опор мостового крана. Тем не менее, представление мостового крана в виде двухмассовой параллельной ЭМС не позволяет определить факторы, влияющие на поперечное смещение и поворот крана в пределах зазоров между ребордами колес и рельсами подкранового пути, так как изначально при использовании данной расчетной схемы предполагается, что поперечное смещение крана отсутствует. Следовательно, данное ограничение также не позволит определить мероприятия, устраняющие причины износа реборд колес и рельс подкранового пути. Поэтому при расчете динамических нагрузок, представление мостового крана в виде двухмассовой параллельной ЭМС правомерно только при его свободном движении, то есть когда ни одна реборда колеса не соприкасается с рельсами, в противном случае расчет динамических нагрузок, действующих на кран, будет не точен. Для анализа действующих на кран динамических нагрузок, как при свободном его движении, так и при

Теличко Леонид Яковлевич - ЛГТУ, д-р техн. наук, профессор, тел: (4742) 34-43-30.

Дорофеев Алексей Александрович - ЛГТУ, аспирант, e-mail: dor.alex@mail.ru.

движении с контактом реборд ходовых колес с рельсами подкранового пути была разработана уточненная математическая модель, которая учитывает эффект упругого скольжения вращающегося колеса относительно рельса, а также поперечное смещение и поворот в горизонтальной плоскости мостового крана в пределах зазоров между ребордами колес и рельсами подкранового пути. С помощью уточненной математической модели были проведены исследования динамики движение мостового крана со смещенной тележкой грузом к одной из опор, при использовании в качестве приводов механизма передвижения различных систем электроприводов (ЭП). Исследования показали, что применение систем ЭП с синхронизацией скоростей способствует снижению динамических нагрузок, действующих на кран (рис.1, кривые 2, 3), но не устраняют проблему поперечного смещения крана относительно рельсового пути.

п ЛІ-----1-----1------1-----1------1----1------1---

иЧ) 5 10 15 20 25 30 35 40

Рис.1. Значение силы перекоса, 1- система ЭП без синхронизации скоростей; 2 - система ЭП с синхронизацией скоростей

Это означает, что для осуществления так называемого бесперекосного движения мостового крана (т.е. когда движение крана проходит без контакта и соударений реборд его ходовых колес с рельсами подкранового пути) необходимо применять кардинально другие решения, связанные не только с разработкой различных систем синхронизации ЭП, но и с разными рода решениями, обеспе-

чивающими самовыравнивание крана при его движении.

Многочисленные эксперименты, проводимые с помощью уточненной математической модели при разных условиях и параметрах мостового крана, позволили сформировать три основных требования, при выполнении которых будет обеспечиваться бесперекосное движение моста крана:

1. Поддержания синхронного движения опор мостового крана.

2. Поддержания угла поворота мостового крана на нулевом значении.

3. Поддержания поперечного смещения колес мостового крана в нулевом значении.

При этом, как показали исследования, для выполнения всех трех требований бесперекосного движения крана достаточно осуществлять контроль поперечного смещения передних колес (по направлению движения крана), например, с помощью индуктивных датчиков. Датчики можно расположить на концевой балки рядом с ходовыми колесами крана. В связи с тем, что на механизмах передвижения мостовых кранов массово применяются асинхронные двигатели с фазным ротором (АД ФР), то экономически целесообразным направлением по внедрению такой следящей системы управления, обеспечивающей бесперекосное движение мостового крана, является модернизация существующих крановых систем ЭП. Одна из известных схем, которую можно применить для выполнения данной задачи, является система ЭП с синхронизацией по цепи постоянного тока [1,3] рис.2.

Линеаризованная математическая модель такой системы ЭП выглядит так [4]:

М1 =

Р1 • (^0 - _ М2 • Я, .

Тэ1 • Р + 1 Тэ1 • Р + 1

М =Р^(^^_^2) _ М1 • Я11 .

2 ТЭ2 • Р + 1 ТЭ2 • Р + 1

М1 _ М с1 = 11 • р • w1;

М2 _Мс2 = 12 • р• w2;

где Яі-Яа/(2 ЯГ1+ Яа), Яп -ЯД2 Яй+ Яа) -

отношение общего активного сопротивления к суммарному активному сопротивлению цепи ротора двигателя, приведенной к цепи постоянного тока;

ЯГ1, ЯГ2 - сопротивление ротора,

Яа - общее сопротивление стоящие на выходе выпрямительных мостов,

Р1 - жесткости механической характеристики электродвигателей;

ТЭ1 - электромагнитная постоянная времени электродвигателей;

11 - момент инерции электродвигателей.

Интеграция системы управления с системой ЭП заключается лишь в замене диодного выпрямительного моста на тиристорный, что позволит осуществлять регулирование скорости в необходимых пределах и сохранить все ее положительные динамические свойства [3]. Функциональная схема модернизированной системы ЭП, как один из вариантов совершенствования существующих схем управления крановых электроприводов с АД ФР, представлена на рис.3. Включение индукционных сопротивлений в цепь ротора такой системы ЭП позволит осуществлять плавный разгон по механическим характеристикам экскаваторного типа. Графики переходных процессов движения мостового крана с разработанной системой показаны на рис.4 и рис.5.

дов с электрической связью по цепи постоянного тока

Рис.3. Функциональная схема модернизированного электропривода с электрической связью по цепи постоянного тока

Рис.4. Значение силы перекоса, приводных моментов и скоростей при использовании системы ЭП с контролем поперечного смещения ходовых колес мостового крана

Рис.5. Поперечное смещение и угол поворота при использовании системы ЭП с контролем поперечного смещения ходовых колес мостового крана

Из графиков видно, что движение крана с применением системы регулирования в функции поперечного смещения колес осуществляется с выполнением всех условий бесперекосного движения, т.е. система управления модернизированной системы ЭП, получающая сигналы от датчиков поперечного смещения колес, как и в переходных режимах

разгона - торможения, так и в режимах установившегося движения мостового крана, регулирует приводные моменты электродвигателей опор крана так, чтобы устранить его поперечное смещение относительно рельс. При этом, как показывают результаты моделирования, такое управление электроприводами существенно снижает динамические нагрузки, действующие не только на кран, но и на подкрановые конструкции (рис.4), так как соударение реборд колес крана с рельсами подкранового пути будет происходить значительно реже.

Выводы: В результате проведённых исследований была решена актуальная задача ограничения динамических нагрузок, действующих как на металлоконструкцию мостового крана, так и на его ходовую часть, а также на подкрановые конструкции. Показано, что путём регулирования скорости системы электроприводов механизма передвижения мостового крана в функции поперечного смещения передних (по направлению движения) ходовых колес можно существенно снизить перекосные усилия в ферме моста, а также повысить долговечность элементов ходовой части мостового крана и подкрановых путей.

Литература

1. Тищенко В.Н., Анищенко Н.В., Шамардина В.Н., Образумов В.П. Влияние электрической связи роторов приводных двигателей на динамику грузоподъёмных кранов с нелинейными упругими элементами // Известия ВУЗов СССР. Электромеханика, 1983. №4. - С.54-59.

2. Лобов, Н.А. Динамика передвижения кранов по рельсовому пути // М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана 2003. - 230 с.

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

Липецкий государственный технический университет

ELECTRIC DRIVE CONTROL SYSTEM PROVIDING STEADY MOVEMENT OF BRIDGE CRANES

L.Y. Telichko, A.A. Dorofeev

The dynamic of the bridge crane movement is researched. As a result, the control system of the two-impellent electric drive is proposed in this paper that provides steady movement of the crane on a rail way with the minimum dynamic load

Key words: the bridge crane, a control system, the two-impellent electric drive, dynamic load