автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Разработка и исследование систем электроприводов, обеспечивающих бесперекосное движение мостовых кранов

На правах рукописи

Дорофеев Алексей Александрович

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ БЕСПЕРЕКОСНОЕ ДВИЖЕНИЕ МОСТОВЫХ КРАНОВ

Специальность 05.09.03 - «Электротехнические комплексы и системы»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Липецк - 2010

004601228

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 16е2 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

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 снижение затрат на техническое обслуживания 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, H.A. Лобов, Б.В. Квартальнов, В.И. Ключев, Ю.А. Борцов, Б.Ш. Бургин, В.Н. Тищенко, Г.Г. Соколовский, Л.Б. Масандилов, Р.П. Гераси-мяк, 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 трех-массовая 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

сШ

' ¿У; с!Пг

I а у,

---т, ——■

: (т2 + т3) • + т3 ■ 1п ■ ^ ■ соз(ф3) - т3 ■ 1п ■ бш(ф3 ); си ах ах

-т3 -в-1п ■8т(ф3) = т3 -1п ■—^ + -1п

2

с112 ^ " Л*

С05(ф3).

(1)

Поперечное смещение мостового крана за счет упругого скольжения колеса

(2)

р1 -|-Ф, -хы); Р2 =-с-(х2 -|-ф2 -хк2);

В в

^ = -с • (х, + ф, - хк3); Р4 = -с • (х2 + - ■• ф2 - хк4);

с и Е'р / ч

--р-(х,-х2) = ш1-^-;

Е • Б

р2+р4+--у--(х. -х2) =

= (ш2 + т3) ■ + т3 • 1п ■ ■ соб(ф4) - т3 • 1П • (^-)2 зт(ф4);

> • / \ 12 ¿2ф4 ё2х,

-т3 -§-1п ■8ш(ф4) = т3 -1п •-^г + т3 -1п ■-^.•со8(ф4).

Поперечное смещение колес приводные колеса

К,= -|-ф,-хк1).(У„ +К, -г,

»

-К2-Г2'®2к-(Ф2+Рк:)»

холостые колеса К, ах

В

К,

г?^^- = (с-(х1+--Ф1-хк3)-1^.(Ф1+Ркз))-у1; ^^(сЧх^-фг-Х,,)-^

(фа+Рк4»-Уу2.

(5)

Поворот крана в пределах зазоров между ребордами колес и рельсами

М3-М,-

М4-М2-

<кр, ёП, ёф2

:

¿2ф2 л2

(6)

где Рпрь РцР2 - тяговые силы приводных колес мостового крана; - силы

сопротивления передвижению крана; - дополнительные силы сопротив-

ления передвижению крана при касании реборд колес крановых рельсов; уь у2

- перемещение масс крана вдоль рельсов; ф3 - угол отклонения груза от вертикали по координате у; X], х2 - перемещение масс крана поперек рельсов; хк,^хк4

- перемещение колес крана поперек рельсов; ф4 - угол отклонения груза от вертикали по координате х; В - база крана; М^Мд - вращательные моменты концевых балок моста; т1; т2, т3 - приведенные массы моста и груза; .ТыДтг - моменты инерции приведенных масс моста; £ - коэффициент податливости моста

при действии на него поперечной силы; ри - монтажный угол перекоса колеса при установке; 1п - длина подвеса груза; Е - модуль продольной упругости пролетных балок крана; Б— площадь сечения, которая подвергается деформации; 1 -длина пролетной балки мостового крана; КьК2 - коэффициенты упругого скольжения; П£ - потенциальная энергия деформации пролетных балок; Р]-НР4 -упругие силы, действующие между ходовыми колесами и рамой моста; гьг2 -радиусы ходовых колес; соц,, ю2к - 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 проводит 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:

_(ТзГР + 1) "" '

^-^¡•Мз-Мс^.р-ш >

/Т< .14 I" г

(Тм-р + 1)

Т^р-М^О»,-!-«^),

(7)

где Тт, = 1,-о)б/Мб - механическая постоянная времени масс; Т5 = Мб /(ш6-С5) -постоянная времени жесткости; рц = рщШб/Мб - нормированное значение жесткости механической характеристики; М5=М5/'М6 - момент перекоса; ТЭ; - электромагнитная постоянная времени электродвигателей; \ - коэффициент приведения; Мс|=Мс,/М6— момент статического сопротивления; соб,Мб - базовые значения скорости и момента, соответственно; С5 - 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 (X). В результате исследования зависимостей Х.=Г(Р) 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 Т5).

Если в системе уравнений (7) принять р,„ = р2д = Р, Т^ = Т„12 = Тт, Тю = Т2э, 1 = 1, то из корней характеристического уравнения системы можно

получить двойное неравенство, в случае выполнения которого в параллельной ЭМС будет протекать апериодический переходный процесс:

IО , Т _ "Г

Исследования показали, что это неравенство выполнимо только при относительно малой жесткости параллельной ЭМС (большее значение параметра Т5). 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 (Р) 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 р, при которой демпфирующий эффект системы будет приближен к максимально возможному (рис.2 а).

Рис.2. Демпфирование параллельной ЭМС

В третьей главе в программе визуального моделирования Ма^аЬ 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 на-гружении 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 2^4 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.

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;

- под держание 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 приве-

на конических колесах с системой синхронизации электроприводов

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 пускорегули-рующее 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 регулирова-

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 ЯЬ цепями, которые меняют свои параметры в зависимости от состояния полупроводникового элемента: Я = 0,01 Ом, при Ь = 10~6 Гн - диод открыт, при Ь = 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 МТР011-6, приведены на рис.6 и рис.7.

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

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 двухдвигатель-ном 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 требо-

вания 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.

Система ЭП работает следующим образом. Сигнал (Щат м) 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.

1,00

0,75

0,50

0,25

шо.е-Мо.е.

®д1 ®Д2 _________________1_________________

м, /

м5

. 1[с]

0 10 20 30 40 50 Рис.9. Значение силы перекоса, приводных моментов и скоростей двигателей при использовании системы ЭП с контролем поперечного смещения ходовых колес мостового крана

-1

-2

3 ф [рад]; Д5 [м] ■

2 Л ^1,2

1 А— Л ............

1 \ г

* вперед назад

0 « 1

................1 г

111 \

-1 Д5З,4 Ч Д8ц2

! г [с]

0 50 100 150 200 250 300 Рис.10. Поперечное смещение и угол поворота при использовании системы ЭП с контролем поперечного смещения ходовых колес мостового крана

ЗАКЛОЧЕНИЕ

В результате проведённых исследований была решена актуальная задача - разработана система электропривода, обеспечивающая бесперекосное движение мостов ого 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 двух-массовой 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 2-4 раза, действующих не только на металлоконструкцию крана, но и на подкрановые пути. Также следует отме-

тить, 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, A.A. 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, A.A. 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, A.A. 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, A.A. 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, A.A. 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, A.A. Дорофеев II Электротехнические комплексы и системы управления. 2008. №4 - С.23-28.

7. Теличко, Л.Я. Анализ демпфирующей способности двухдвигательного электропривода [текст] / Л.Я. Теличко, A.A. Дорофеев // Сборник статей научно-технической конференции посвященной 35-летию кафедры электропривода ЛГТУ.-Липецк: ЛГТУ, 2009. - С. 140-146.

Личный вклад автора в работах, написанных в соавторстве, заключается в следующем: в [1] предложены системы ЭП, обеспечивающие снижение динамических нагрузок в ферме моста; в [2] расчет нормированной схемы двухмас-совой параллельной ЭМС, разомкнутой и замкнутой по разности скоростей двигателей; в [3] исследование факторов, влияющих на перекос мостового крана; в [4] расчет линеаризованной системы уравнительного электрического вала; в [5] получение математической модели системы электропривода, собранного по схеме электромагнитного вала; в [6] получение математической модели системы с вентильными блоками синхронизации; в [7] расчет и анализ линеаризованной системы с вентильными блоками синхронизации.

Подписано в печать 01.04.2010 . Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Ризография. Объем 1,1 п.л. Тираж 110 экз. Заказ № 329 Полиграфическое подразделение Издательства Липецкого государственного технического университета. 398600 Липецк, ул.Московская, 30.

ВВЕДЕНИЕ.

1. ДИНАМИКА ПЕРЕДВИЖЕНИЯ МОСТОВОГО КРАНА.и

1.1. Причины возникновения сил перекоса мостового крана.

1.2. Составление математической модели мостового крана.

ВЫВОДЫ.

2. ЭЛЕКТРОПРИВОД МЕХАНИЗМА ПЕРЕДВИЖЕНИЯ МОСТОВОГО КРАНА.

2.1. Двухдвигательный асинхронный электропривод.

2.2. Анализ влияние параметров двухдвигательного асинхронного электропривода на динамику ЭМС передвижения мостового крана.

2.3. Динамика ЭМС передвижения мостового крана при введении обратной связи по разности скоростей приводных двигателей.

2.4. Двухдвигательный электропривод с электрическим валом.

ВЫВОДЫ.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ МОСТОВОГО КРАНА

С ДВУХДВИГАТЕЛЬНЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ.

3.1. Расчет и выбор пуско-регулирующей аппаратуры электроприводов механизма передвижения мостового крана.

3.2. Исследование движения мостового крана с двухдвигательным асинхронным электроприводом.

3.3. Исследование движения мостового крана с электроприводом работающего по схеме электрического вала.

3.4. Исследование динамики движения мостового крана с ходовыми колесами конического профиля.

3.4.1. Составление математической модели мостового крана с коническими колесами.

3.4.2. Исследование движения мостового крана с коническими колесами при использовании электропривода согласованного вращения.

ВЫВОДЫ.

4. СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ,

ОБЕСПЕЧИВАЮЩАЯ БЕСПЕРЕКОСНОЕ ДВИЖЕНИЕ

МОСТОВОГО КРАНА.

4.1. Электропривод механизма передвижения мостового крана с вентильными блоками синхронизации.

4.2. Разработка системы управления двухдвигательным электроприводом с вентильными блоками синхронизации.

4.3. Исследование движения мостового крана при использовании системы электропривода с контролем поперечного смещения колес.

ВЫВОДЫ.

Актуальность. Из всего многообразия общепромышленных механизмов, работающих на металлургических предприятиях, можно выделить группу, для которой особенно остро стоит проблема чрезмерно высокого уровня динамических нагрузок. В такую группу оборудования промышленных предприятий в первую очередь входят подъемно-транспортные механизмы: мостовые и козловые краны, крановые перегружатели, транспортеры, конвейеры, питатели и т.д. Среди этих механизмов в наиболее тяжелых условиях и интенсивных режимах работают мостовые краны. Основными причинами динамических перегрузок этих механизмов являются интенсивные повторно-кратковременные режимы работы в сложных условиях окружающей среды металлургического производства, наличие упругих механических колебаний системы и упругих механических связей с зазорами, а также несовершенство применяемых систем электроприводов. Многочисленными исследованиями установлено, что упругие механические колебания в подавляющем большинстве случаев отрицательно влияют на работу электропривода, вызывая повышение динамических нагрузок, снижение точности работы механизма, появление механических вибраций и опасных резонансных явлений. Возникающий при этом чрезмерно высокий уровень динамических нагрузок, особенно при пусках, реверсах и торможениях ведет к преждевременному выходу из строя элементов механизмов кранов и подкрановых конструкций.

При исследованиях, посвященных проблеме снижения динамических нагрузок было установлено, что самым эффективным способом снижения динамических нагрузок, а следовательно, повышения долговечности механизмов передвижения кранов и подкрановых конструкций является модернизация существующих схем электроприводов и внедрение новых, которые обеспечивают снижение разницы в скоростях передвижения опор крана. Также следует отметить, что при определенных сочетаниях параметров, благодаря взаимодействию электрической и механической частей, электропривод эффективно демпфирует упругие механические колебания, существенно снижая динамические нагрузки в кинематических цепях.

Основным типом электропривода для механизмов передвижения кранов является электропривод на основе асинхронного двигателя с фазным ротором (АД ФР) при реостатном управлении с помощью силовых контроллеров или простейших релейно-контакторных схем. Недостатки таких схем управления общеизвестны. Во-первых, переключение ступеней пусковых сопротивлений в процессе разгона двигателя вызывает скачкообразные изменения его момента и броски токов в больших пределах, что усугубляется при снижении числа ступеней. Это может явиться причиной возникновения упругих механических колебаний и нарушить плавность протекания переходных процессов. Во-вторых, при использовании систем многодвигательного электропривода для мостовых кранов с относительно большим пролетом (25-ИО метров) не одновременное замыкание контактов релейно-контакторной схемы приводит к различным ускорениям каждого АД ФР, что вызывает дополнительные динамические нагрузки в механизмах и металлоконструкции крана, и, в конечном счете, к снижению производительности и преждевременному выходу из строя элементов крана. Использование релейно-контакторных схем управления, в первую очередь, обусловлено условиями работы мостовых кранов: троллейная система питания, высокое содержание электропроводящей пыли, влажность, загазованность, высокая температура и ее резкие колебания по длине пролета, высокая интенсивность работы крана, характеризующаяся большой продолжительностью и частотой включений.

В связи с тем, что главную роль в создании условий высокой производительности подъемно-транспортного оборудования отводится электроприводу, то с учетом сложной специфики работы такого оборудования необходимо отдавать предпочтение простым и высоконадежным системам электроприводов. Электропривод подъемно-транспортных механизмов для обеспечения заданных эксплуатационных показателей должен выполнять все предъявляемые к нему требования и обеспечивать высокую надежность работы оборудования. В настоящее время существуют два пути совершенствования кранового электропривода. Первый путь - это внедрение на крановые механизмы современных автоматизированных электроприводов на базе асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, построенных по экономичным принципам частотного управления. Однако, как показала практика, такие электропривода в сложных условиях эксплуатации металлургического производства не обеспечивают надежной работы оборудования и не оправдывают своей высокой стоимости. На сегодняшний день во многих случаях стремятся идти по второму пути — совершенствованию кранового электропривода в рамках модернизации существующего электрооборудования при использовании АД с ФР. Во - первых, это связано с относительно низкими затратами на совершенствование схем управления электроприводов, а во-вторых, надежность работы АД с ФР доказана многолетним опытом эксплуатации. Стремление максимально упростить крановый электропривод привело к применению индукционных резисторов (ИР), включенных непосредственно к выводам роторной обмотки, тем самым, исключив из системы управления асинхронным двигателем с фазным ротором громоздкую и ненадежную релейно - контакторную схему. Нелинейность сопротивления индукционного резистора, которое зависит от величины и частоты тока протекающего по обмотке ротора, позволило получить механическую характеристику экскаваторного типа, ограничить пусковой ток двигателя, и осу- , ществлять разгон электропривода с постоянным динамическим моментом.

Тем не менее, следует отметить, что внедрение как новых, так и модернизированных электроприводов с одной стороны должно быть направлено на устранение основных факторов, вызывающих чрезмерные нагрузки в элементах механического оборудования, влияющих на работоспособность и производительность мостовых кранов, а с другой должно быть экономически целесообразным.

В настоящее время одной из основных причин ранних отказов работы мостовых кранов является интенсивный износ реборд ходовых колес и рельсов подкранового пути из-за постоянных соударений и контакта в процессе движения. Поэтому совершенствование систем электроприводов с целью повышения производительности за счет снижения динамических нагрузок и улучшения динамических свойств механизмов передвижения мостовых кранов должно быть направлено на устранение всех причин, вызывающих контакт реборд колес с рельсами подкранового пути. При этом нельзя забывать и о динамических процессах, проходящих в механической части привода электромеханической системы (ЭМС) передвижения мостового крана, которые оказывают существенное влияние на качество работы подъемно-транспортного оборудования. В ранее проведенных исследованиях отмечалось, что оптимизация электропривода по быстродействию с целью увеличения производительности механизмов, осуществляемая за счет формирования переходных процессов без учета динамики механической части привода, часто является причиной преждевременного выхода из строя механического оборудования и его аварийных простоев. В конечном счете, достигаемый эффект повышения производительности может быть сведён к нулю. В связи с этим, решение проблемы снижения динамических нагрузок и улучшения динамических свойств ЭМС с учетом сложных, противоречивых и своеобразных требований, предъявляемых к электроприводу механизмов передвижения мостовых кранов, представляет собой сложную и весьма важную для практики задачу. Для решения этой задачи требуется детальное изучение условий совместной работы ЭМС «электропривод передвижения -мостовой кран». Настоящая работа посвящена проблеме снижения динамических нагрузок с помощью относительно простых и надежных (по сравнению с частотно-регулируемыми) систем электроприводов с АД ФР механизмов передвижения мостовых кранов путем обеспечения, так называемого, бесперекосного движения мостового крана по рельсовому пути, т.е. устранения причин, вызывающих упругие динамические усилия в металлоконструкции крана, как при свободном его движении (когда ни одна реборда не касается головки рельса), так и при контактах реборд колес мостового крана с рельсами подкранового пути, тем самым повысить износостойкость не только элементов ходовой части крана, но и подкрановых путей.

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, путем регулирования скорости электродвигателей механизма передвижения в функции поперечного смещения ходовых колес с применением индуктивных датчиков, осуществляющих контроль их поперечного смещения относительно рельсов подкранового пути.

Задачи работы:

- составление математической модели движения мостового крана по рельсовому пути, учитывающей поперечное смещение и поворот крана в пределах зазоров между ребордами колес и рельсами подкранового пути;

- составление математических моделей систем электроприводов согласованного вращения на базе асинхронных двигателей с фазным ротором;

- исследования влияния параметров электропривода на динамические свойства электромеханической системы механизма передвижения мостового крана;

- анализ причин возникновения динамических нагрузок в механической части мостового крана на основе полученных уточненной математической модели мостового крана и математических моделей систем электроприводов;

- исследование особенностей движения мостового крана с ходовыми колесами различного профиля при использовании различных систем электроприводов с целью определения факторов, влияющих на поперечное смещение и поворот в пределах зазоров между ребордами ходовых колес и рельсами подкранового пути;

- разработка системы управления асинхронным электроприводом, обеспечивающей бесперекосное перемещение мостового крана по рельсовому пути.

Методы исследования. Поставленные в работе задачи решались методами теории автоматического управления, методами численных и аналитических решения дифференциальных уравнений, методами математического моделирования динамических процессов на ПК, методами моделирования ЭМС с упругими связями и зазорами в передачах, методами экспериментальных исследовании на лабораторных установках. В теоретических исследованиях использовались положения и методы теории электрических машин, теории электропривода, теории устойчивости движения, теории матриц, теории оптимального регулирования.

Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие новые научные результаты:

- 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 контротроля поперечного смещения колес, обеспечивающая бесперекосное перемещение мостового крана по рельсовому пути.

Практическая значимость работы:

- 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, позволяющая повысить долговечность работы механизмов передвижения кранов и подкрановых конструкций.

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

Реализация результатов работы. Научные и практические результаты диссертационной работы использованы в процессе проведения пуско-наладочных работ при модернизации электрооборудования подъемно-транспортных механизмов 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 при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Липецкий государственный технический университет»

На защиту выносятся:

- математическая модель мостового крана, учитывающая эффект упругого скольжения вращающихся колес относительно рельсов, а также поперечное смещение и поворот мостового крана в пределах зазоров между ребордами колес и рельсами подкранового пути;

- математические модели нелинейных и линеаризованных систем электроприводов согласованного вращения;

- методика расчета параметров индукционного сопротивления; ,

- результаты исследований динамики передвижения мостового крана с ходовыми колесами различного профиля при использовании различных систем электроприводов;

- сформулированные условия бесперекосного движения мостового крана по рельсовому пути;

- система управления двухдвигательным электроприводом с вентильными блоками синхронизации, обеспечивающая бесперекосное перемещение мостового крана по рельсовому пути;

- результаты, полученные с помощью математического моделирования и экспериментов разработанных систем.

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 выставки - Интернет - конференции «Энергообеспечение и безопасность» г. Орел, 2008г.; на научно-технической конференции, посвященной 35 - летаю 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. Объем работы составляет 231 страница, в том числе 193 страницы текста, 63 рисунка, 5 таблиц, библиографического списка из 100 наименований, 6 приложений на 28 страницах.

ВЫВОДЫ

1. Создана математическая модель системы согласованного вращения с электрической связью в цепи постоянного тока, достаточно точно отражающая процессы, проходящие в реальной системе.

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

3. Проведен анализ и синтезирована замкнутая система двухдвигательно-го электропривода с обратной связью по напряжению ротора.

4. Определено, что в системе ЭП с вентильными блоками синхронизации изменение общего сопротивления, стоящее на выходе выпрямительных мостов не влияет на демпфирующую способность параллельной ЭМС.

5. В связи с тем, что в системе ЭП с вентильными блоками синхронизации при различных нагрузках на двигатели их скорости вращения различны, то поведение данной системы, при использовании ее на мостовом кране, совпадает с ЭП без синхронизации.

6. Представлена функциональная схема системы управления модернизированного двухдвигательного электропривода с вентильными блоками синхронизации с использованием датчиков контроля поперечного смещения колес, и приведено описание принципа ее работы.

7. Проведенные исследования движения мостового крана с использованием модернизированной системы двухдвигательного электропривода показывают, что система ЭП с контролем поперечного смещения колес реализует все перечисленные условия бесперкосного движения мостового крана по рельсовому пути. При этом применение такой системы регулирования приводит к существенному снижению динамических нагрузок, действующих как на металлоконструкцию крана, так и на подкрановые пути.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведённых исследований была решена актуальная задача - разработана система электропривода, обеспечивающая бесперекосное движение мостового крана с применением индуктивных датчиков положения ходовых колес, позволяющая путём регулирования скорости электропривода передвижения крана в функции поперечного смещения ходовых колес существенно снизить динамических 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. С помощью математической модели можно исследовать как свободное движение мостового крана, так и движение при контактах реборд ходовых колес с 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, зависящей 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 2+4 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.

1. Лобов, Н.А. Динамика грузоподъёмных машин текст. // М.: Машиностроение 1987. 160 с.

2. Александров, М.П. Подъемно-транспортные машины текст. // М.: Машиностроение. 1979. — 558 с.

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

4. 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.

5. Балашов, В.П. Поперечные силы при движении мостовых кранов с центральным приводом механизма передвижения текст. // Тр. ВНИИП-ТМАШ 1967. вып. 8/24 С.24-59.

6. Балашов, В.П. Моделирование сил перекоса мостового крана текст. // Тр. ВНИИПТМАШ 1970. вып. 8/103 С.117-129.

7. Балашов, В.П. Нагрузки в кранах мостового типа при раздельном электроприводе механизма передвижения текст. // Тр. ВНИИПТМАШ 1970. вып.1/96 — С.96-103.

8. Балашов, В.П. Исследование динамических характеристик металлоконструкций мостовых кранов текст. // Тр. ВНИИПТМАШ-1969. вьп. 7/91 -С. 91-127.

9. Масандилов, Л.Б. Электропривод подъемных кранов текст. // М.: изд-во МЭИ. 1998.-99 с.

10. Ю.Писаренко, Г.С. Сопротивление материалов текст. / Г.С. Писаренко, В.А. Агарев // К.: Вища шк. Головное изд-во 1986. 775 с.

11. П.Амосов, А.А. Вычислительные методы для инженеров текст. / А.А. Амосов, Ю.А. Дубинский // М.: издательство МЭИ, 2003. 595 с.

12. Хайрер, Э. Решение обыкновенных дифференциальных уравнений. Жесткие и дифференциально-алгебраические задачи текст. / Э. Хайрер, Г. Ваннер // Пер. с англ. М.: Мир, 1999. 685 с.

13. Соколов, М.М. Электромагнитные переходные процессы в асинхронном электроприводе текст. / М.М. Соколов, Л.П. Петров, Л.Б. Масандилов, В .А. Ладензон // М.: Энергия. 1967. 200 с.

14. Эпштейн, И.И. Автоматизированный электропривод переменного тока текст. // М.: Энергоиздат 1982. 192 с.

15. Бесекерский, В.А. Теория систем автоматического управления текст. / В.А. Бесекерский, Е.П. Попов // СПб.: Изд-во Профессия, 2004. 752 с.

16. Мещеряков, В.Н. Динамика электромеханических систем подъёмно-транспортных механизмов с асинхронным электроприводом. Монография текст. // Липецк. ЛГТУ, 2002. 120 с.

17. Чиликин, М.Г. Теория автоматизированного электропривода. Учеб. пособие для вузов текст. / М.Г. Чиликин, В.И. Ключев, А.С. Сандлер // М.: Энергия, 1979.-616 с.

18. 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.

19. Йог, В.И. Состояние и перспективы развития электропривода по системе «Рабочий электрический вал» текст. // М.: ИНФОРМЭЛЕКТРО, 1978. -57 с.

20. Унгру, Ф. Системы согласованного вращения асинхронных электроприводов текст. / Ф. Унгру, Г. Иордан // Л.: Энергия, Ленингр. отд-ние, 1971.- 182с.

21. Усманходжаев, Н.М. Система согласованного вращения асинхронных двигателей текст. / Н.М.Усманходжаев, П.И. Сагинов // Известия ВУЗов СССР. Электротехника 1976. №2 С.46-51.

22. Андреев, В.П. Основы электропривода текст. / В.П. Андреев, Ю.А. Сабинин // М-Л.: Госэнергоиздат, 1963. 772 с.

23. Чиликин, М.Г.Основы автоматизированного электропривода. Учеб. пособие для вузов текст. / М.Г. Чиликин, М.М. Соколов, В.М. Терехов,

24. A.В. Шинянский // М.: Энергия, 1974. 568 с.

25. Справочник по автоматизированному электроприводу текст. / Под ред.

26. B.А. Елисеева, А.В. Шинянского //М.: Энергоатомиздат, 1983. 808 с.

27. Теличко, Л. Я. Линеаризация асинхронного электрического 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.

28. Усманходжаев, Н.М. Теория и методы расчета систем согласованного вращения многодвигательного асинхронного электропривода текст. / Н.М. Усманходжаев, П.И. Сагинов, Р.И. Белоковский // Ташкент. Из-во. "ФАН" 1989.- 176 с.

29. Ковчин, С.А. Теория электропривода: Учеб. для вузов текст. /

30. C.А.Ковчин, Ю.А. Сабинин // СПб.: Энергоатомиздат. Санкт-Петербургское отд-ние, 2000. 496 с.

31. Попов, Е.П. Автоматическое регулирование и управление текст. // М.: изд-во Наука, 1966. 388 с.

32. Ключев, В.И. Теория электропривода текст. / Учеб. для вузов. 2-е изд. перераб. и доп. // М.: Энергоатомиздат, 1998. 704 с.

33. Клемин-Шаронов, В.А. Многодвигательный электропривод с электрической связью асинхронных машин текст. / В.А. Клемин-Шаронов, В.Н. Тищенко // Известия ВУЗов СССР. Электротехника 1975. №7. С.25-27.

34. Тищенко, В.Н. Исследование переходных процессов многодвигательного электропривода текст. // Известия ВУЗов СССР. Электротехника 1977. №2 С.33-36.

35. Тищенко, В.Н. Влияние электрической связи роторов приводных двигателей на динамику грузоподъёмных кранов с нелинейными упругимиэлементами текст. / В.Н. Тищенко, Н.В. Анищенко, В.Н. Шамардина,

36. B.П. Образумов // Известия ВУЗов СССР. Электромеханика, 1983. №4.1. C.54-59.

37. Сандлер, А.С. Динамика каскадных асинхронных электроприводов текст. / А.С. Сандлер JI.M. Тарасенко JI.M. // М.: Энергия, 1977. 200с.

38. Теличко, JI. Я. Модель двухдвигательного асинхронного электропривода текст. / JT. Я. Теличко, А. А. Дорофеев // Электротехнические комплексы и системы управления. 2008. №4 С.23-28.

39. Богрый, B.C. Математическое моделирование тиристорных преобразователей текст. / B.C. Богрый А.А.Русских // М.: Энергия, 1972. 184 с.

40. Онищенко, Г.Б. Асинхронные вентильные каскады и двигатели двойного питания текст. / Г.Б. Онищенко, И.Л. Локтева // М.: Энергия, 1979. -200 с.

41. Онищенко, Г.Б. Асинхронный вентильный каскад текст. // М.: Энергия,1967.- 152 с.

42. Копылов, И.П. Математическое моделирование электрических машин текст. // М.: Высш. школа. 2001. 327 с.

43. Петров, Л.П. Моделирование асинхронных электроприводов с тиристор-ным управлением текст. / Л.П. Петров, В.А. Ландезон, Р.Г. Подзолов, А.В. Яковлев // М.: Энергия, 1977. 200с.

44. Квартальнов, Б.В. Динамика электропривода с упругими связями текст. // Л.: Энергия, Ленинградское отделение 1965. — 87с.

45. Казак, С.А. Динамика мостовых кранов текст. // М.: Машиностроение1968.-332с.

46. Ануфриев, И.Е. MATLAB 7 текст. / И.Е. Ануфриев, А.Б. Смирнов, Е.Н. Смирнова// Спб.: БХВ- Перербург, 2005. 1104с.

47. Герман-Галкин, С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0. текст. // СПб.: КОРОНА принт, 2001. 320 с.

48. Дьяконов, В.П. MATLAB анализ, идентификация и моделирование систем. Специальный справочник текст. / В.П. Дьяконов, В.А. Круглов // СПб.: Питер, 2002. 448 с.

49. Лазарев, Ю. Моделирование процессов и систем в MATLAB текст. // СПб.: Питер; Киев: Издательская группа BHV, 2005. 512с.

50. Потемкин, В.Г. Система инженерных и научных расчетов MATLAB 5.x. В 2-х томах текст. // М.: Диалог-МИФИ, 1999.

51. Теличко, Л.Я. Исследование динамики электромеханической системы механизма передвижения мостового крана текст. / Л.Я. Теличко,

52. A.В. Щедринов, В.Н. Мещеряков // Известия ВУЗов СССР. Электромеханика 1984. №7-С. 109-112

53. Теличко, Л.Я. Повышение надежности много двигательных асинхронных электроприводов механизмов передвижения мостовых кранов текст. / Л.Я. Теличко, А.В. Щедринов, В.Н. Мещеряков // Состояние и перспективы развития электротехнологии. Горький: 1985. С. 14

54. Теличко, Л.Я. Снижение нагрузок на электродвигатели привода передвижения моста крана текст. / Л.Я. Теличко, А.В. Щедринов,

55. B.Н.Мещеряков // Энергосбережение в электрическом приводе. Межвуз. сб. тр. МЭИ №55 Москва, 1985. С. 150-156

56. Власов, В.Г. Некоторые вопросы теории и расчета асинхронных электродвигателей с индукционным сопротивлением в цепи ротора текст. // Электротехническая промышленность 1969. вып. 330

57. Власов, В.Г. Экспериментальные исследования и методика расчета асинхронных электродвигателей с индукционным сопротивлением в цепи ротора текст. // Электротехническая промышленность. 1968. вып.29-С. 3-6.

58. Воскобойников, Б.А. Применение индукционных реостатов для крановых электроприводов текст. // Пром. энергетика 1976. №11 С.25-27.

59. Фомин, С.А. Крановый электропривод с тиристорным управлением на базе асинхронного двигателя с фазным ротором // Дис. канд. тех. наук: 05.09.03. Челябинск, 2005. 139 с, электронный ресурс. www.diss.ru

60. Мещеряков, В.Н. Расчет параметров индукционных сопротивлений для асинхронного двигателя с фазным ротором текст. / В.Н. Мещеряков, С.В. Морозов, Л.Я. Теличко // Известия ВУЗов СССР. Электромеханика 1989. №3 С.50-52

61. Вольдек, А.И. Электрические машины текст. // Л.:Энергия, 1978 832 с.

62. Костенко, М.П. Электрические машины. Часть II текст. / М.П. Костен-ко, Л.М. Пиотровский // М.-Л.: Государственное энергетическое издательство, 1958.-652с.

63. Яуре, А.Г. Крановый электропривод: Справочник текст. / А.Г. Яуре, Е.М. Певзнер // М.: Энергоатомиздат, 1988. 344 с.

64. Власов, В.Г. Характеристики динамического торможения асинхронных двигателей с индукционным сопротивлением текст. / В.Г.Власов, В.Л.Иванов, Л.И. Тимофеева// Электротехника 1971. №12. С.46-49.

65. Герасимяк, Р.П. Динамика асинхронных электроприводов крановых механизмов текст. //М.: Энергоатомиздат, 1986. 168 с.

66. Теличко, Л.Я. Настройка электропривода для уменьшения перекоса крана текст. / Л.Я. Теличко, В.Н. Мещеряков // Электротехника 1984. №11. С.22-24

67. Шеффлер, М. Грузоподъемные краны текст. / М. Шеффлер, X. Дресиг, Ф. Курт / под ред. Александрова // в 2-х кн. М.: Машиностроение, 1981.

68. Ковальский, Б.С. Вопросы передвижения мостовых кранов текст. // Луганск: ВУГУ, 1998.-34 с.

69. Алексеев, Ю.В. Крановое электрооборудование. Справочник текст. / Ю.В. Алексеев, А.П. Богословский, Е.М.Певзнер, А.А. Рабинович, А.Г. Яуре / под ред. Рабиновича А.А. // М.: Энергия 1979. 240 с.

70. Варданян, Г.С. Сопротивление материалов с основами теории упругости текст. / Г.С. Варданян, В.И. Андреев, Н.М. Атаров, А.А.Горшков // М.: Издательство АСВ, 1995. 568 с.

71. Бидерман, В.Л. Теория механических колебаний текст. // М.: Высш. школа, 1980.-408 с.

72. Болотин, В.В. Динамическая устойчивость упругих систем текст. // М.: Гостехиз-дат, 1956. 600 с.

73. Борцов, Ю.А. Автоматизированный электропривод с упругими связями текст. / Ю.А. Борцов, Г.Г. Соколовский // С.-П.: Энергоиздат СП отд., 1992.-288с.

74. Борцов, Ю.А. Тиристорные системы электропривода с упругими связями текст. / Ю.А. Борцов, Г.Г. Соколовский // Д.: Энергия, Ленингр. отд-ние, 1979.- 160 с.

75. Браславский, И .Я. Асинхронный полупроводниковый электропривод с параметрическим управлением текст. //М: Энергоатомиздат, 1988.-244 с.

76. Быков, Ю.Г. Жесткость тяговой характеристики асинхронного двигателя с учетом ускорения ротора при срыве сцепления текст. / Ю.Г. Быков, A.JI. Лувишис // Электротехника пром. сер. Тяговое и подъемно-транспортное оборудование.- 1984.- №6/86. С. 1-3.

77. Вейц, В.Л. Динамика управляемого электромеханического привода с асинхронными двигателями текст. / В.Л. Вейц, П.Ф.Вербовой // Киев. Из-во. Наукова думка 1988г. 272 с.

78. Вешеневский, С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе текст. // 6-е изд. исправленное. М.: Энергия, 1977. -432 с.

79. Вудсон, Г. Электромеханическое преобразование энергии текст. / Г.Вудсон, Д. Уайт // М.: Энергия, 1964. 527 с.

80. Данилов, П.Е. Математическое моделирование асинхронных электроприводов с фазным регулированием в роторе текст. / П.Е. Данилов, В.А.

81. Барышников, В.Н. Ешнин // Уральский гос. тех. университет. Доклады Х-ой научной тех. конференции. Электроприводы переменного тока. Екатеринбург. 1995. С.90-93.

82. Егоров, В.Н. Цифровое моделирование систем электропривода текст. / В.Н. Егоров, Корженевский О.В. // Д.: Энергоатомиздат. 1986. -168 с.

83. Егоров, В.Н. Динамика систем электропривода текст. / В.Н. Егоров, Шестаков В.М. // Л.: Энергоатомиздат. 1983. 216 с.

84. Загальский, Л.Н. Частотный анализ систем автоматического электропривода текст. / Л.Н. Загальский, М.Э. Зельбербан // М.: Энергия, 1968. -112 с.

85. Зайцев, А.И. Переходные процессы в асинхронном электродвигателе текст. / А.И. Зайцев, Д.А. Снегирёв. // Воронеж: ВГТУ. 2002.

86. Каширский, Ю.В. Марочник сталей и сплавов текст. // М.: Машиностроение, 2001. 672 с.

87. Мещеряков, В.Н. Система электропривода с асинхронным двигателем с фазным ротором. Монография текст. // Липецк. ЛГТУ, 2001. 76 с.

88. Мещеряков, В.Н. Системы электроприводов с асинхронным двигателем с фазным ротором для механизмов общепромышленного назначения. Монография текст. // Липецк. ЛГТУ, 2006. 96 с.

89. Мещеряков, В.Н. Электромеханические системы с асинхронным двигателем с фазным ротором для подъёмно-транспортных механизмов. Авто-реф. дис. на соискание ученой степени д.т.н. текст. // Липецк. ЛГТУ, 1999.-40с.

90. Мощинский, Ю.А. Математическая модель асинхронного двигателя в синхронно вращающихся координатах текст. / Ю.А. Мощинский, М.М. Киселёв // М.: Электричество, 1998. 146 с.

91. Мядзель, В.Н. Методы определения передаточных функции объектов с распределёнными параметрами текст. / В.Н. Мядзель, Л.Н. Рассудов, А.А. Прокопов // Известия ЛЭТИ имени В.И. Ульянова. 1974. Вып.151. -С. 64-81.

92. Рапутов, Б.М. Системы электропривода с асинхронным двигателем с фазным ротором. Учеб. Пособие текст. // Липецк. ЛГТУ, 1999г. 80 с.

93. Рассудов, Л.Н. Электроприводы с распределенными параметрами механических элементов текст. / Л.Н. Рассудов, В.Н. Мядзель// Л.: Энерго-атомиздат, Ленингр. отд-ние, 1987. 144 с. '

94. Руденко, Н.Ф. Курсовое проектирование грузоподъемных машин текст. / Н.Ф.Руденко, М.П. Александров, А.Г. Лысяков // М.: Машиностроение, 1966.-332 с.

95. Слежановский, О.В. Системы подчиненного регулирования электропривода переменного тока с вентильными преобразователями текст. / О.В. Слежановский, Л.Х. Дацковски, И.С. Кузнецов // М: Энергоатомиз-дат, 1988. -256 с.

96. Теличко, Л.Я. Ограничение нагрузок в металлоконструкциях мостовых кранов путем синхронизации скоростей приводных двигателей текст. / Л.Я. Теличко, А.В. Щедринов, В.Н.Мещеряков // Известия ВУЗов СССР. Электромеханика, 1986. №3. С.93-98

97. Филиппов, А.П. Колебание деформирующих систем текст. // М.: Машиностроение, 1970. 736 с.

98. Шинянский, А.В. Моделирование работы мостового тиристорного преобразователя на ЦВМ. Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию автоматизированных электроприводов текст. // М. МЭИ 1977. С.25-33.

99. Шубенко, В.А. Расчет характеристик асинхронных машин при вентель-ном управлении текст. // Доклады V научной технической конференции. Томского политехнич. института 1967. — С.27-33.