автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Разработка программно-аппаратных средств управления механизмами козловых кранов

ДОНЕЦКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

3 С.,

- . г,п На правах рукописи

5 ДПР ЬЬ',1

СЕРКУТАН Владимир Иванович

РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫХ СРЕДСТВ УПРАВЛЕНИЯ МЕХАНИЗМАМИ КОЗЛОВЫХ КРАНОВ

Специальность 05.09.03 — Электротехнические комплексы и системы, включая их управление и регулирование

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ДОНЕЦК - 1993

Работа выполнена в Мариупольском металлургическом институте

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор С. Ф. Жуков Официальные опгьненты - доктор технических наук,

профессор Е. С. Траубе.; • кандидат технических наук, Ф. Е. Алхименко , Ведущая организация - Украинский государственный институт по проектированию металлургических ваводов " Азовгипромез", г. Мариуполь

Защита диссертации состоится " чЛ^-СЬ^ЭТЛО^ээз Г-в час, на заседании специализированного Совета

К 068.20.01 при Донецком ордена Трудового Красного Знамени политехническом институте: 340000, Донецк, ул. Артема, 58.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Донецкого политехнического института.

Автореферат разослан " Яр^^ЗрЦИ^ 1993 гЬда.

Ученый секретарь специализированного совета канд. техн. наук, доцент

И. Т. Сидоренко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Основным транспортным средством при погрузочно-разгрузочных операциях грузов с массой от 25 до 1000 т, а также при монтаж и ремонте крупногабаритного оборудования металлургических заводов, корабельных секций, космических кораблей, агрегатов электростанций используются козловые краны.

Электропривод козловых кранов осуществляется раздельно для каждой из имеющихся опор. При перемещении груза возникают ситуации, когда одна из опор опережает (отстает) другую, что вызывает опасные механические напряжения в металлоконструкциях крана.

При достижении критического значения данной величины происходит деформация несущих металлоконструкций крана с последующим разрушением.

Имемиеся в настоящее время системы синхронного перемещения опор (СПО) не позволяют достичь значения рассогласования перемещения опор крана с необходимой точностью. Я то же время операции, проводимые с дорогостоящими грузами и уникальным оборудованием не допускают риска деформации или разрушении их. Этим обусловливается актуальность создания СПО повышенной точности и надежности обеспечивающих:

- синхронное перемещение опор козлового крана;

- предупреждение возникновения эффекта шагания опор козлового крана;

- универсальность использования СПО с системами электропривода как постоянного, так и переменного тока различной структуры и состава.

Научная актуальность работы заключается в необходимости более полного исследования процессов в системе СПО с учетом дасгкостей, упругостей, люфтов и случайных возмущений.

В частности, в выполненных ранее работах не достаточно исследованы погрешности датчиков пути, коррекция по накоплению ошибки измерения пройденного опорой пути осуществлялась эпизодически. Установление более полных закономерностей накоплен .я ошибки по пути крайне важно при выборе -структуры электропривода передвижения крана и системы СПО.

-3-

Цель работы и задачи исследования. Повышение точности систе! синхронизации крановых механизмов перемещения на основе исследованп существующих систем синхронизации и разработки математической моде ли, учитывающей специфические особенности крановых механизмов перед-вилйнчя, разработки м тода контроля и коррекции пройденного опорами крана пути, разработки технических требований и принципиально новых решений построения системы синхронизации и ее технико-экономических показателей.

В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие основные задачи:

1. Анализ существующих датчиков и систем синхронизации механизмов перемещения козловых кранов.

2. Математический^ анализ систем управления механизмами перемещения козловых кранов.

3. Создание и исследование автоматизированной цифровой системы синхронизации.

4. Разработка системы управления электроприводом.

5. Экспериментальные исследования характеристик цифровой системы синхронизации их методов определения и оценки.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались положениятеории автоматизированного электропривода, теория вероятностей, алгебры логики, теории надежности.

Исследования проводились с применением вычислительной техники, методов математического и физического моделирования, лабораторных и натурных экспериментов.

Научная новизна работы.

1. Разработана математическая модель, адекватно отображающая структуру электропривода и систем синхронизации крановых механизмов передвижения, учитывающая наличие случайных и-постоянных возмущающих воздействий.

2. Разработана методика расчета электромеханической системы козлового крана методом сеток с использованием вычислительной техники.

3. Разработана методика экспериментальных исследований на макете, модели и реальном объекте.

4. Сформулированы технические требования к системам управления крановым электроприводом и системам синхринизации перемещения опор крана.

5. Получены принципиально новые решения узлов и блоков цифровой системы синхронизации.

6. Предложены методы оценки технико-экономических параметров системы синхронизации.

Практическая ценность работы состоит} в обосновании исходных данных и создании системы синхронизации опор коалового крана одинаково применимой как для электропривода переменного тока, так и для электропривода постоянного тока, доведение ее до использования в промышленности.

В результате выполненных исследований обоснованы пути совершенствования СПО и разработан новый способ синхронизаичи опор козлового крана, разработаны устройства: формирования сигналов датчиков ЦЦФ-З; формирования сигналов меток, гальванической развязки на опт-ронных ключах; измерения рассогласования; выходное устройство. Все эти устройства обеспечивают заданную точность перекоса по пути, прс • ходимого опорами крана.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Результаты выполненных исследований использованы: - институтом НИПКТИ "Тяжмаш" при разработке технической документации на козловые краны; - заводом "Атом-маш" для модернизации имеющихся козловых кранов гп 630 тс причала тяжеловесных грузов в г. Волгодонске; - завоем им. Ленинского Комсомола для модернизации козловых кранов гп 2 х 160 тс.

Апробация работы. Основные результаты и положения диссертации докладывались и обсуэдались: в Центральном институте Повышения квалификации руководящих сотрудников Минтяжмаша в работе "Современный электропривод и датчики" г. Свердловск, 1985 г.; в Донецком государственном унивеютете в работе "Управление промышленными объектами с помощью микроэвм", г. Донецк, 1987 г.; в Мариупольском металлургическом институте на городской научно-прак-гической конференции "Творческий союз высшей школы и производства яаучно-техническому прогрессу" в докладе "Синтез системы управления приводом механизма передвижения козлового крана" 13.04.88 г. г. Мариуполь;

4а кафедре электротехники и электрооборудования ММИ в докладе 'Система синхронизации крановых механизмов передвижения опор" [1.05. 80 г.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 5 печатных работ.

Структура и обЪем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, изложенных на 157 страницах машинописного текста, спискг. литературы из 54 наименований, четырех приложений, иллюстрируется 62 рисунками.

. КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ..

В первой главе проведен анализ погрешности существующих датчиков положения, способов их установки, вопросов совместимости с различными электрическими аппаратами и устройствами.

При разработке устройств синхронизации с повышенной точностью контроля перекоса крана прежде всего необходимо выявить источники погрешностей в системе синхронизации передвижения опор.

Общая погрешность работы системы синхронизации будет включать составляющие:

- систематические погрешности мерительного колеса, обусловленные его неточным изготовлением, они накапливаются между его двумя контрольными позициями на подкрановом пути;

- случайные погрешности мерительного колеса, обусловленные трением реборд' о рельсы и проскальзыванием, накопленные мезду двумя контрольными позициями;

- погрешность установки контрольных упоров;

- погрешности установки путевых выключателей;

- погрешности, обусловленные разбросом параметров путевых выключателей;

- погрешности сельсин-датчиков пути;

- динамические погрешности, обусловленные временем включения и выключения электромагнитных реле, муфт и т.д.

При рассмотрении погрешности работы датчиков можно выделить следующие составляющие:

- погрешность установки путевых выключателей вдоль затяжки крана;

- погрешность установки путевых выключателей на высоте;

- погрешность от допусков угла поворота рычага при срабатывании контактов;

- погрешность от задержки во время срабатывания выключателей.

Одной из составляющих погрешностей датчиков контроля перекосов

является погрешность изготовления и установки контрольных линеек на подкрановом пути.

Наиболее весомой составляющей погрешности контрольных линеек является погрешность от установки подкранового пути, следовательно, уменьшение последней существенно увеличит точность датчиков контроля перекоса.

При разработке перспективных систем синхронизации, имеющих погрешность не более 50 мм и выполненных на -безконтактных логических элементах (микросхемах, микропроцессорах), возникает необходимость использования более точных датчиков, легко согласуотщхся со входами системы.

На некоторых действующих кранах используются безконтактные датчики контроля перекоса в виде постоянных магнитов, вмонтированных в бетонное основание подкрановых рельсовых путей и герконовых выключателей, установленных на опорах.

По своим параметрам и некоторым эксплуатационным свойствам маг-

нитоуправляемые герконы очень близки к полупроводниковой аппарату]: э

й при конструкторском решении практически не снижают надежности рао

боты сист мы электропривода и управления им. Они отличаются большой чувствительностью, стабильностью, не требуют регулировки и позволяют выполнить различные схемы включения, отключения и переключения.

Создание монтажных кранов, большой грузоподъемности и длины пролета поставило задачу разработки совершенных и точных систем синхронизации опор. Необходимость синхронизации в свою очередь, оказывает влияние на выбор типа и структуры применяемого электропривода передвижения крана, который представляет собой взаимосвязонную систему двух раздельных электроприводов опор с взаимными механическими, упругими и электрическими перекрестными синхронизирующими обратными связями. ,

Проведенный обзор и качестьенный анализ существующих систем устранения перекоса опор козловых кранов больших пролетов позволяет осветить состояние' вопроса и сформулировать задачи исследований.

Вторая глава посвящена математическому моделированию системы синхронизации опор козлового крана на базе многодвигательного электропривода переменного тока с обратными связями.

Большое практическое значение имеет определение статических и динамических ошибок при синхронизированной работе электропривода, анализ устойчивости таких САР.

Структура САР изображена на рис.1. Входной величиной двух каналов первого звена двигателя являются напряжения прямой и обратной последовательностей. Выходной величиной является электромагнитный

-7-

, _ _1А]___

¿¡г /!?2

| 1

Рис. 1. Структурная схема синхронизации опор крана.

момент двигателя. Передаточные функции для обоих приводов при пренебрежении электромагнитными процессами имеют вид:

(Р)= к ТРИ* • К к - Кшс • Л *

(1)

Записав по упрощенной формуле Клосса Мр для прямой и обратной последовательностей, окончательно получим значения для передаточных функций первых звеньев двигателя:

(2)

(3)

где: Ш,Мк - максимальные моменты прямой и обратной последовательностей;

Ек - критическое скольжение;

ит.Цт - напряжение прямой и обратной последовательностей, питавшие статор двигателя;

ин - номинальное напряжение сети.

Передаточная функция второго звена двигателя имеет следующий вид:

-электромеханическая постоянная времени;

J- приведенный момент инерции механизма;

р Г ли) т4и)»

; - жесткость механической характеристики в. конкретной е точг.е.

Датчики обратной связи по скорости ДС1 и ДС2 представлены в виде усилительных звеньев с коэффициентом усиления К дс. Напряжение Ua^ пропорционально разности углов поворота роторов двигате-

Бередаточная функция интегратора

= (Б)

Для простоты изображения структуры САР момент упругости металлоконструкции получен через напряжение ид1?« Исходя из этого, можно записать

KJ . I/ i/ ¿Jv ~

Myí = Kni.' KAí—p-> (6)

где c

Кн/ — " коэффициент усиления звена.

Иде

Устройства управления представлены в виде периодических звеньев с постоянной времени Ту1 и Ту2.

При допущении, что момент сопротивления Мз не зависит от перекоса, получено выражение для ошибки:

J PJ = (Шг В -Ыз1-Й)+%' МаИ • К»'Me, • Е) (7) Кдс • С

Где: 4=0opZ + Qsp+C/2; (8) В-ёо

do-Tí/i +Тт • Ki éo-Ttfz-'THZ'Kz

a-i=(fy +THi )-Ki ¿/=(Т9г + 1мг) • Кг

С-Сор^+^рч+егрЗ+Сзр^Сьр +Cs J (10) Со = O 0 So

С i - ÜO 8z +Qi во +<2v h+Qo Ke

Сз-Ot £¡ +/o/rj- +doK¿

С>/р= О о !уг (1;

(11)

(12)

о1{-(\о*04 Цг

(Лг^йг

/

; (13)

КучЧг) ■ \ц//(2) ' К"о>/(1)-Кас

п

Кэ(ь)=п<(2) 'К^(З) ' Кдс;

(14)

(15)

V1(2)-К три'(2)' КЗ/ (2) - X три* (2) • К*0>/ (г)

(16)

Полученное выражение (16) позволяет анализировать устойчивость системы известными из теории автоматического регулирования методами.

Статическая ошибка по пути для одинаковых значений из (1!31,и32) определяется следующим образом

Анализ выражения (17) показывает, что установившееся значение перекоса зависит от параметров электрической части многодвигательного привода, вида и параметров обратных связей, а также жесткости металлоконструкций.

Обратная связь по разности углов поворота в установившемся режиме уменьшает перекстс за счет перевода электропривода на другие механические характеристики. Жесткость металлоконструкции уменьшает перекос только .за счет перераспределения нагрузок на двигатели различных опор.

Поведение многодвигательного электропривода с синхронизирующими обратными связями исследовалось также на модели с помощью аналоговой вычислительной машины МН-10.

(К2 -К1)Ш +Кч (-*■<!) Мел -Кз (Нг +1) Не КЦс -¿V

(17)

-И-

В главе проведен расчет электромеханической системы (ЭЫС) козлового крана, которая описывается следующими уравнениями:

р!Ь

М,1=С<гЫ<г-*г)

- (и) 2 -и>з)

фУ-МИзь+Нг-МсгУ-^-

ч

о!ь

ь* Т^ гг ^

(18)

(19)

(20)

(21)

(22)

(23)

(24)

(25)

(26)

где: у - момент.инерции 1-ой сосредоточенной массы; Чс скорость 1 - той сосредоточенной массы; Мс - момент статического сопротивления, приложенный к 1-ой сосредоточенной массе; Мп - упругий момент;возникаюшдй в упругом звене, соединяющем 1-ю и }-ю сосредоточенные массы; момент двигателя;

коэффициент жесткости упругого авена, соединяющего 1-ю и массы; угол отклонения каната с грузом от нормали и угол скручивания вала;

длина каната и ускорения свободного падения; величина суммарного зазора. Расчетная схема замещения механизма крана представляет четырехмассовую систему и приведена на рис. 2.

Ш

си

✓о </

е,5 5"

Мч

иЛ

и)л

Рис. 2.

Расчет ЭМС проводился на ЭВМ методом сеток. Анализ результатов расчета подтвердил работоспособность разомкнутой и замкнутой по скорости систем привода как без синхронизации опор по ошибке пути, так и при_наличии синхронизации(см. рис.3), л 9>,нн

.0,5 С

лОг

0,1 0,1 о

со*-60 ко 1 го

Рис. 3.

Третья глава. Принципиальным недостатком существующих систем синхронизации являются низкая точность регулирования рассогласования положения опор крана как в статическом, так и 'в динамическом режимах, сложность схем измерения рассогласования положения опор, отсутствие универсальности системы синхронизации для различных типов электроприводов.

В связи с этим в данной главе проведена разработка аппаратных средств синхронизации механизмов козловых кранов. На основе сравнения различных устройств, с учетом тенденции развития средств управления для синхронизации опор козлового крана можно рекомендовать следующие схемы: измерение пути с помощью тахогенраторов, импульсных датчиков скорости, датчиков углового положения ходовых колес. Для контроля истинного пространственного положения опор необходимо через определенные расстояния вводить поправку. При наличии входа импульсных сигналов схема позволяет перейти к непрерывному измерению пути. Следовательно, для универсальности схема должна иметь:

аналоговый вход: 0.......10 В;

импульсный вход: 5 В; аналоговый рыход: 0....... 10 Е

Значения сигналов являются стандартными для интегральных схем. Разработанная цифровая система синхронизации предназначена для получения сигнала пропорционального величине рассогласования в движении опор козлового крана и сигнала "Аварийный перекос"^ при превышении рассогласования допустимой величины, равной 250 мм, которая соответствует

250

^-- 192 ' импульсам. (27)

(2*1000/2400)

Она содержит измерительные колеса К1 и К2 диаметром 1000 мм, установленные на механизмах передвижения опор крана и механически соединенные с импульсными датчиками Д1 и Д2, конечные выключатели ВК1 и ВК2, срабатывающие при прохоэдении крана вдоль линеек контрольных позиций, входные переключатели В1-В5, устройство формирования сигналов меток, устройство измерения рассогласования, выходное устройство и источники питания +15 В и 5 К

При движении крана вдоль подкранового пути врашзются измерительные колеса К1 и К2. На выходах датчиков Д1 и Д2 появляются импульсы напряжения Б1, Б1', Б2, Ей', которые через переключатели В1 и ВЗ поступают на входы оптронных ключей.

Оптронные ключи предназначены для обеспечения гальванической развязки между выходами Д1 и Д2 и выходами микросхем 31, .32 в целях обеспечения помехоустойчивости системы и для согласования по уровню выходных сигналов датчиков ПДФ-З с уровнем входных сигналов микросхем 31, 32.

Устройство формирования сигналов датчиков ПДФ-3 предназначено для учетверения числа выходных импульсов по сравнению l числом входных импульсов, определения направления вращения вала да^чжа ГЩФ-З по каждому входному импульсу, формирования входных имлульсоь заданной формы и длительности.

Входные импульсы устройства формирования сигналов датчиков ЦЦФ-З представлены в парофазном коде и в зависимости от направления вращения вала датчиков Д1 и Д2 появляются на выходах BAI, ВА2 или BA2Í ВА2'и ВБ1 или ВБ2, ВБ2'соответственно. Импульсы BAI, ВА2, ВБ1, ВБ2 поступают на входы устройства измерения рассогласования, а импульсы BAI, ВА2, ВБ1, ВБ2 на входы устройства формирования сигналов меток.

Устройство формирования сигналов меток предназначено для получения импульсов, количество которых пропорционально истинному рассогласованию в движении опор крана. При наезде крана на метки (упоры контрольных позиций в виде линеек, установленные вдоль подкранового пути) срабатывают выключатели ВК1 и ВК2. Напряжение Е через переключатели В4 и В5 и делители напряжения RI, R2, R3, R4 поступает на входы устройства формирования сигналов меток. На выходе устройства формирования сигналов меток появляются сигналы М1 или М2, в зависимости от того, какой из выключателей срабатывает первым ВК1 или ВК2 и направления движения крана. Далее импульсы поступают на входы устройства измерения рассогласования. Кроме того, устройство формирования сигналов меток формирует сигналы, управляющие работой измерения рассогласования. Сигнал R - сигнал сброса появляется после нажатия кнопки "Сброс".

Сигнал RM - сигнал сброса.

Сигнал L - разрешение записи, появляющийся при црохожде-нии краном меток.

Сигнал "Аварийный перекос" - поступает на входы выходного устройства.

Устройство измерения рассогласования предназначено для получения числа в двоичном коде, пропорционально величине текущего рассогласования (по сигналам ВБ1, ВВ2, ВА1, ВА2)"и истинного рассогласования по сигналам (VM1 и VM2) и движении опор крана. Работа устройства основана на подаче числа импульсов в реверсивном счетчике поступивших с выходов устройств формирования сигналов датчиков и меток таким образом, что импульсы ВА1, ВАЯ. VM1 увеличивают содержимое счетчика, а импульсы ВБ1, ВБ2, VM2 уменьшают содержимое счетчика.

-15-

Выходы устройств измерения рассогласования 01:09 (0,9 - знаковый разряд) соединены с входами выходного устройства.

Входное устройство предназначено для преобразования импульсов поданных на его вход в аналоговый сигнал. Сигнал с выхода цифроана-логового преобразователя пропорциональный величине рассогласования между опорами крана и сигнал "Аварийный перекос" являются выходными сигналами системы синхронизации.

Для визуального контроля величины рассогласования используется "Индикатор перекоса" и индикатор "Аварийный перекос".

Для контроля работоспособности всего устройства используется генератор импульсов с амплитудой 15 В, конструктивно совмещенный с истрчником питания +15 В, иммитирующим сигналы датчиков ПДФ-3 ("сигнал контроля 1",,"сигнал контроляй").

Контроль за работой устройства осуществляется эпизодически. Для этого, после подачи питающего напряжения, нажимается кнопка "Сброс", в результате чего в устройстве формирования сигналов меток генерируется импульс, который обеспечивает установку в нулевое состояние счетчиков импульсов в устройстве измерения рассогласования. Затем переключатели В1,В2 устанавливаются в верхнее по схеме положение, при этом вместо сигналов датчиков ПДФ-3 Б1, Б2 на входы устройства. формирования сигналов датчиков ПДФ-3,с выхода +15 В источника питания +15 В,подается сигнал "Логическая единица", разрешающая прохождение сигналов контроля.

Переключателем ВЗ на входы устройства формирования сигналов датчиков ПДФ-3 подаются сигналы контроля таким образом, что отдельно иммитируется вращение каждого из валов датчиков ЦДФ-3 в ту или другую сторону. Это соответствует непрерывному росту величины забегания одной опоры относительно другой в реальной обстановке.

О правильности работы устройства формирования и выходного устройства судят по показаниям индикатора перекоса и сигналу на выходе "Аварийный перекос". Если устройство формирования сигналов датчиков ПДФ-3, устройство измерения рассогласовании и выходное устройство работают нормально, то показания индикатора непрерывно растут относительно нулевого положения, а на выходе - сигнал "Аварийный перекос" в момент превышения числа выхода с устройства измерения рассогласования числа соответствующего аварийному рассогласованию.

Дня контроля работоспособности устройства формирования сигналов меток переключателями В4 и Ю иммитируется сгаОатылани? выключателей

-]б-

ВН1 и BK2. О правильности работы устройства судят по показателям индикаторов "метки А", "метки Б", индикатора перекоса.

Для повышения помехоустойчивости системы синхронизации используются прямые Б1, Б2 и инверсные El, Б2 сигналы датчиков ПДФ-3.

Прямые и предварительно проинвертированные инверсные сигналы поступают на входы схем совпадений Э1-2; Э1-4; 32-2; Э2-4. Таким образом, сигнал на выходе схем совпадений появится только тогда, когда на два входа последних поступят одновременно прямой и проинвертиро-ванный сигналы.

Сигналы с выходов схем совпадений 31-2; 31-4; 32-2; Э2-4 поступают на входы инверторов 33-1; 33-2; 34-1; 34-2 соответственно.

Выходные сигналы схем совпадений 31-2; 31-4; 32-2; 32-4 и выходные сигналы инверторов 33-1; 33-2; 34-1; 34-2 являются входными для формирователей-учетверителей, собранных на элементах 35:38 (микросхема типа 134TJD3) и 39, 310 (микросхема типа 134ЛБ2А).

При наличии на входах 03, 05, 10, 12 элементов 35:38 высокого уровня напряжения, а на входах 02, Об, 09, 13 отрицательного перепада напряжений на выходах 01, 07, 08,14 появляется отрицательный импульс длительностью 150:600 с. Выходные сигналы элементов 31-2, 31-4, 32-2, 32-4, 33-2, 33-1, 34-1, 3;-2 поданы на.соответствующие входы элементов таким образом, что импульсы появляются на выходах элементов 35, 37 или 35, 38 в зависимости от направления вращения валов датчиков ПДФ-3.

Выходные сигналы элементов 35, 36 и 37, 38 подаются на входы элементов 39 и 310 соответственно, выполняющих логическую функцию "или-не". На выходах элементов Э9г1, 310-1 или 39-2, 310-2 появляются положительные импульсы с частотой следования, превышающей в четыре раза частоту следования импульсов с выхода датчиков ПДФ-3.

Наличие помехи при остановленном вале датчика ПДЗ^З-(вследствие вибрации при остановке на границе импульса одной серии) приводит к появлению импульсов на 39-1 и 39-2 или 310-1 и 310-2. Эти импульсы компенсируют друг друга при обработке информации на инверсном счетчике импульсов в устройстве измерения рассогласования, т.к. один из них подается на вход сложения, а другой на вход вычитания. Элементы 33-3; 33-4, 34-4, 311-1, Э11-4 служат для получения отрицательных и положительных выходных сигналов устройства формирования сигналов датчика ПДФ-3.

При наезде крана на линейки контрольных позиций появляются импульсы на входах VM1 или VM2.

В реверсивном счетчике Э14, Э15 Э13-2 накапливаются числа пропорциональные истинному рассогласованию. По сигналу "Сигнал L" происходит передача числа из счетчика Э14, Э15, Э13-2 в счетчик 311, Э12, 313-1, а по сигналу " Сигнал РМ" сброс в нулевое состояние. Таким образом, на выходах устройства 01: 086 "Знак Z" появляются скорректированные значения текущего рассогласования.

Для преобразования числа, подающегося на входы 01:08 в аналоговый сигнал используется цифрово-аналоговый преобразователь, преобразованный инверторами Э1;Э4, реостатной лестницей Р2: Р26 операционными усилителями Э7, 38. Т. к. число импульсов, соответствующее аварийному рассогласованию составляет 192, то контроль величины рассогласования достаточно осуществить путем контроля в 7 и 8 разрядах реверсивного счетчика импульсов. Этот контроль осуществляется схемой "И" Э5-2, Э5-3. Сигналы с выхода схем Э5-2, Э5-3 и сигнал "Аварийный перекос" с выхода устройства формирования сигналов меток поступают на входы элемента Э8-2, выполняющего роль схемы "или", и далее на выход сигнал "Аварийный перекос".

Сигнал "Аварийный перекос" индицируется на пульте управления, в кабине крановщика и одновременно производит отключение электропривода перемещения крана. Результат работы системы СПО виден на рис. 4.

Цт, '-■ '■ "■ ............................""........ "..........................................-.............

В четвертой главе разработана методика экспериментальных исследований распорных и перекосных сил на модели козлового крана, проведен анализ размерных и весовых показателей крана, что необходимо для определения расчетных•параметров ЭМС.

Результаты экспериментальных исследований на макете позволили определить перекосную жесткость металлоконструкции крана, продольную и поперечную жесткости, по данным исследования макета крана, получены следующие данные (см. табл. 1):

¿г.

Sz

s<--

Рис. 4.

Таблица 1

1 1 | Режимы Забегание гибкой опоры, мм |

| нагружения 0 250 '500 750 1000 1250 |

| Жесткостная

| /невесомая/

| модель о 5,09 11,9 17,0 23,8 28,89|

| Только соб. вес 70,0 80,1 88,6 92,3 94,8 96,8 |

I Груз у жесткой

| опоры 70,8 75,4 90,1 94,8 101,7 109,6 |

| Груз посредине

| пролета 90, 4 94,8 119,3 124,2 126,6 133,8 |

I Груз у гибкой

| опоры 98,3 104,6 I 124,1 129,0 134,0 136,6 | |

Кроме того проводились исследования реальных объектов с целью подтверждения расчетных параметров системы синхронизации.

В результате применения системы синхронизации для управления электроприводами передвижения затяжек козлового крана полностью устранен эффект "шагания". Точность устранения перекоса не выходит за заданные 100 м. В режиме регулирования при переходе с установочной скорости 2 м/мин. на промежуточную (30 м/мин) и основную (39 м/мин) наблюдалось скачкообразное увеличение скорости с 2-х до 30 м/мин. Это привело к раскачиванию груза, затруднению проведения монтажных операций, динамическим перегрузкам в звеньях механизма. Для оператора крана резкие различия скоростей и более интенсивное ускорение крана создавали кроме объективных, субъективные неудобства в работе. После применения системы синхронизации на кране г/п 480 т реализована следующая разбивка скоростей: установочная скорость 2 м/мин; промежуточные 20 м/мин и 30 м/мин и основная скорость 39 м/мин. Значительно повысилась плавность переходных процессов, что видно из полученных осциллограмм (рис.5) электропривода крана г/п 480 т.

-19-

л-

А----

Рис. 5

Аналогичные, исследования проводились и для козловых кранов с грузоподъемностью 25, 100, 160, 200, 320, 630 тс.

Пятая глава посвящена экономическому анализу проведенной работы и расчёту"экономического эффекта. Разработанная система синхронизации позволит значительно снизить рабочую величину рассогласования опор крана и боковых нагрузок на ходовые колеса и рельсы, что позволит в свою очередь :

- снизить мощность приводных двигателей за счет уменьшения потерь на заклинивание крана при перекосах;

- снизить величину аварийного перекоса крана за счет повышения надежности и точности системы синхронизации;

- уменьшить жесткость опор и затяжек крана при его гарантированной устойчивости в аварийных ситуациях и соответственно уменьшить

металлоемкость крана;

- уменьшить жесткость и, следовательно, стоимость подкрановых

строений.

Общая экономия от внедрения новой системы синхронизации на одном кране составила

Зоб. - Ээд + Эмет + Эконст, ' Эоб. - 2832 + 17340 + 53000 =71172 руб. ,

где:

Ээд - экономия от замены электродвигателя на менее мощные;

Эмет - экономия от снижения металлоемкости крана; Эконст - экономия от уменьшения жесткости конструкции подкранового пути.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1- Разработана математическая модель адекватно отражающая зависимость момента двигателя от скольжения и раскачивания груза.

2. Разработала блок схема двухдвигательного электропривода, с определением статистических й динамических ошибок при синхронизированной работе электропривода. Получено значение напряжения пропорциональное разности углов поворота роторов двигателя. Проведен анализ устойчивости системы регулирования.

3. Проведен расчет электромеханической системы, выведена система уравнений, описывавшая поведение двигателя, регулятора и промежуточного усилителя.

4. Проведен анализ основных критериев оценки способов синхронизации и обоснована тенденция выбора синхронизации.

5. Разработаны функциональная и принципиальная схемы системы синхронизации, позволяющей достичь заданного рассогласования опор козлового крана.

6. Показано, что наибольшая точность перемещения опор крана достигается при непрерывном контроле перевода пути с эпизодической коррекцией.

7. Проведены исследования на макете козлового крана, позволившие определить параметры жесткости, продольные и поперечные перекосные упругости при различных вариантах н.агружения балки крана.

8. Проведены исследования на реальных объектах - козловых кранов грузоподъемностью 25; 100;160;200;320;480 и 630 тт. Полученные результаты позволяют судить о процессах, происходящих в электроприводе при работе системы синхронизации.

9. Впервые разработана и внедрена на реальном кране цифровая система синхронизации перемещения опор козлового крана, осуществляющая непрерывнуй синхронизацию перемещения и отключающая- электропри вод при аварийном перекосе.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Создание систем синхронизации механизмов передвижения козловых кранов с большой длиной пролета: Отчет о НИР (заключ. )/ВШ1ИМЕТ-МАШ; руководитель Серкутан В. И. -И ГР 79046457; инв. N 0284. 0069450 -М. 1984. - 89 с.

2. Серкутан В. И. Современный электропривод и датчики /ЦИПК Свердловск, 1985 г. - 51 с.

3. Устройство для управления приводом передвижения опор крана/А. с. 1227"89. (СССР), МКИ Вбб С 13182,9/16

4. Серкутан В. И. Управление промышленными объектами при помощи ЗЩ/Донгу. -Донецк, 1987г. -47 с.

5. Серкутан В. И. Гор. науч. -практ. конф. -Мариуполь, 1988. -

с. 18-22. Синтез системы управления приводом мёхантзма передви;«ения козлового крана//Творческий союз высшей школы научно-техническому прогрессу.