WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Система уравнений напряжений и движения описывающая процессы электромеханического преобразования энергии в трехфазной асинхронной машине примет следующий вид:

(1)

; (2)

; (3)

; (4)

; (5)

, (6)

где s, r – индексы принадлежности статору и ротору соответственно;

U – напряжения в обмотках по осям;

i – токи в обмотках по осям;

М – взаимная индуктивность;

L – полная индуктивность обмоток по осям;

r – активное сопротивление обмотки.

Уравнение движения:

, (7)

где - момент от действия усилия в полиспасте F2 приведенный к валу двигателя;

- момент сил инерции вращающихся масс;

- тормозной момент;

p – число пар полюсов двигателя.

Математическая модель механической части основана на двухмассовой расчетной схеме крана мостового типа (рис.2).

Рис.2 - Расчетная модель мостового крана

Масса m1 складывается из приведенной массы кранового моста и массы тележки, а масса m2 – из массы груза и крюковой подвески или грейфера. Жесткость полиспаста обозначена через c2, а жесткость кранового моста – через c1 и зависит от положения тележки. Длина каната намотанного на барабан обозначена как l, х1 и х2 – координаты моста и груза соответственно.

Расчет механической части происходит в два этапа. На первом этапе происходит нагружение каната и прогиб моста,

. (8)

Второй этап начинается с момента, когда усилие в полиспасте F2 достигнет величины m2g. Уравнение движения для второго этапа выглядит следующим образом:

(9)

По этим уравнениям рассчитаны изменения перемещений и усилия, действующие в механизмах крана.

В модели учтено влияние момента развиваемого тормозом, демпфирования и момента от сил инерции вращающихся масс механизма.

Момент сил инерции МИН вращающихся масс механизма, отнесенный к валу электродвигателя, состоит из моментов сил инерции массы вала с ротором и масс остальных валов, приведенных к валу двигателя:

, (10)

где J1, J2,...,Ji – моменты инерции масс, расположенных соответственно на первом, втором и i-м валах;

- угловые ускорения соответственно первого, второго и i-го валов;

u1-2 и 1-2 – передаточное число и КПД между первым и вторым валами;

u1-i и 1-i – передаточное число и КПД между первым и i-тым валами.

Для исследования механизма подъема груза крана мостового типа, на основе разработанной математической модели, была создана программа «KranMost». На рис. 3 представлена блок-схема программы расчета.

Разработанная математическая модель позволяет:

- исследовать процессы нагружения крана мостового типа;

- исследовать режимы работы механизма подъема и его привода при отклонениях параметров питающей сети от номинальных значений;

- имитировать срабатывание ограничителя грузоподъемности и изучать происходящие при этом процессы.

В третьей главе проведены исследования режимов работы механизма подъема груза. На рис. 4 в графической форме представлены основные результаты работы программы «KranMost».

Рис.3. Блок-схема программы расчета

Рис.4. Результат работы программы «KranMost» (снимок экрана)

В результате теоретических исследований доказано, что о массе поднимаемого груза можно судить по таким информативным параметрам как частота вращения n и ток ротора I2 приводного двигателя механизма подъема. На рис. 5 представлены зависимости этих информативных параметров от массы поднимаемого груза m2.

Изучены режимы работы привода при отклонениях параметров питающей сети от номинальных значений и влияние этих отклонений на точность определения массы поднимаемого груза косвенными методами (по характеристикам приводного электродвигателя).

Наиболее существенное влияние на работу привода оказывают следующие показатели качества питающей сети:

- отклонение напряжения;

- изменение частоты питающей сети;

- несимметрия питающего напряжения.

Рис.5. Зависимости n=f(m2) и I2=f(m2) для двигателя МТF 311-6

Исследования, проведенные в данной главе, позволили выя-вить наиболее неблагоприятные режимы работы привода. К таким режимам работы асинхронного двигателя относятся:

- работа при пониженном напряжении;

- работа при повышенной частоте питающей сети;

- работа при несимметрии питающего напряжения, и как крайний случай – неполнофазный режим работы.

При таких режимах работы увеличивается ток ротора, что, в свою очередь, обуславливает ускоренное старение изоляции и сокращает срок службы двигателя.

На рис. 6-9 представлены результаты исследований по определению влияния отклонений частоты (f1=49Гц, f2=50Гц, f3=51Гц) и фазного напряжения (U1=198В, U2=220В, U3=242В) на точность измерения массы поднимаемого груза по частоте вращения и току ротора.

Рис.6. Зависимости n=f(m2) при различных значениях фазного напряжения

Рис.7. Зависимость n=f(m2) при различных частотах питающей сети

Рис.8. Зависимости I2=f(m2) при различных частотах питающей сети

Рис.9. Зависимости I2=f(m2) при различных значениях фазного напряжения

Из графиков наглядно видно, что отклонения частоты и фазного напряжения питающей сети могут значительно влиять на точность определения массы поднимаемого груза косвенными методами. В связи с этим, предложено при определении массы груза по заранее снятой зависимости m2=f(i), представлять ее в виде:

, (11)

где i – информативный параметр, по которому определяется m2;

kU – коэффициент, учитывающий изменение напряжения питающей сети;

kf - коэффициент, учитывающий изменение частоты питающей сети.

Полученные выше зависимости справедливы для приводных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором (сопротивление ротора R2=const). Для двигателей с фазным ротором, которые используются в электроприводах механизмов подъема с регулируемой частотой вращения за счет введения добавочных сопротивлений в цепи ротора, получены зависимости n=f(R2) и I2=f(R2) при постоянном значении m2 (рис. 10).

Рис.10. Зависимости I2=f(R2) и r=f(R2) при m2=const

Исследование математической модели механизма подъема груза позволило сделать следующие выводы:

- при совершенствовании ограничителей грузоподъемности необходимо уделить особое внимание проблеме выбега вращающихся масс, решение этой проблемы возможно за счет уменьшения скорости подъема при достижении величины момента от действия силы F2 к предельному значению, а также за счет использования быстро замыкающихся короткоходовых тормозов;

- на электрических кранах мостового типа возможно применение косвенных методов определения массы поднимаемого груза по частоте вращения n или току I2 ротора;

- определены предпочтительные области применения различных информативных параметров для определения массы поднимаемого груза;

- при использовании косвенных методов определения массы поднимаемого груза необходимо контролировать частоту и напряжение питающей сети и учитывать отклонения этих параметров от нормы.

В четвертой главе разработан алгоритм использования косвенных методов определения массы поднимаемого груза и структурная схема микропроцессорного ограничителя грузоподъемности расширенными функциональными возможностями (рис.11).

В предлагаемом приборе, зависимость информативного параметра от массы поднимаемого вводится в цифровой запоминающий блок непосредственно на кране путем поочередного поднятия грузов известной массы, что позволяет учитывать индивидуальные особенности привода. Предусмотрена возможность изменения предельных значений контролируемых параметров.

Применение прибора позволяет реализовать дополнительные функции, такие как:

- контроль качества питающей сети;

- защита от падения груза при обрыве хотя бы одной из фаз питающей сети;

- регистрация параметров работы крана;

- диагностика привода.

Экспериментальные исследования проводились на натурном образце мостового крана МК-10 лаборатории железобетонных и каменных конструкций Томского государственного архитектурно-строительного университета. В экспериментах использовалось современное контрольно-измерительное оборудование.

Рис.11. Структурная схема микропроцессорного

ограничителя грузоподъемности с расширенными функциональными возможностями

Результаты экспериментальных исследований подтвердили возможность применения косвенных методов определения массы поднимаемого груза по частоте вращения и току ротора. Ошибка измерения по частоте вращения не превысила 3,7%, по току ротора – 7,9%.

Заключение. В соответствии с целью и задачами диссертационной работы проведены теоретические и экспериментальные исследования влияния опасных производственных воздействий на характеристики механизма подъема груза и его привода. Основными результатами научных исследований, выполненных автором, являются:

1. Уставлено, что перспективным направлением развития систем безопасности кранов является разработка комплексных микропроцессорных систем безопасности с расширенными функциональными возможностями на основе косвенных методов определения массы поднимаемого груза.

2. Разработанная математическая модель механизма подъема груза крана мостового типа, позволяет исследовать динамические режимы работы с учетом жесткости моста, кинематических связей и сложного характера изменения электромагнитного момента приводного двигателя.

3. Теоретически и экспериментально доказана возможность использования косвенных методов определения массы поднимаемого груза по частоте вращения и току ротора приводного двигателя механизма подъема с достаточной, для практического использования точностью.

4. Установлено, что основными факторами, влияющими на точность измерения массы поднимаемого груза, являются отклонения частоты и напряжения питающей сети от номинальных значений. Разработана методика учета этих факторов.

5. На основании проведенных исследований разработан и запатентован микропроцессорный ограничитель грузоподъемности с расширенными функциональными возможностями. К дополнительным функциям этого прибора относятся:

- контроль качества питающей сети;

- защита от падения груза при обрыве хотя бы одной из фаз питающей сети;

- регистрация параметров работы крана;

- диагностика привода.

6. Полученные в диссертации рекомендации использованы при разработке ограничителей грузоподъемности мостовых и козловых кранов ОГМК 1-1 "ВОЛНА" серийно выпускаемых ОАО "Новосибирский завод имени Коминтерна".

7.Разработанный ограничитель грузоподъемности в качестве информативного звена, определяющего величины внешних воздействий, использует приводной электродвигатель механизма подъема груза. Поэтому результаты исследований и рекомендации справедливы для других типов электрических кранов, в том числе современных – с частотным управляемым приводом.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Д.Ю. Орлов. Математическая модель асинхронного двигателя с электромагнитным тормозным устройством / Д.Ю. Орлов, И.Г. Однокопылов, Ю.Н. Дементьев // Современная техника и технологии: труды IX Междунар. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. В 2-х т.-Томск: Изд-во Томского политехн. ун-та, 2003 г.-Т.1.- С.280-282.

2. Д.Ю. Орлов. Ограничитель грузоподъемности крана мостового типа по статическому моменту АД механизма подъема / Д.Ю. Орлов, И.Г. Однокопылов, Ю.А. Орлов // Современная техника и технологии: труды IX Междунар. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. В 2-х т.-Томск: Изд-во Томского политехн. ун-та, 2003 г.-Т.1.- С.282-284.

3. Д.Ю. Орлов. Микроконтроллерный датчик статического момента асинхронного электродвигателя механизма подъема для ограничителя грузоподъемности крана мостового типа / Д.Ю. Орлов, И.Г. Однокопылов // Микропроцессорные, аналоговые и цифровые системы: проектирование и схемотехника, теория и вопросы применения: Материалы IV Междунар. науч.-практ. конф.- Новочеркасск, ЮРГТУ, 2004 г.-С.24-27.

4. Д.Ю. Орлов. Измерительный частотный преобразователь тока / Д.Ю. Орлов, Г.И. Однокопылов // Микропроцессорные, аналоговые и цифровые системы: проектирование и схемотехника, теория и вопросы применения: Материалы IV Междунар. науч.-практ. конф.- Новочеркасск, ЮРГТУ, 2004 г.-С.28-31.

5. Д.Ю. Орлов. Повышение надежности и безопасности эксплуатации грузоподъемных кранов мостового типа / Д.Ю. Орлов, Г.И. Однокопылов, Ю.А. Орлов // Архитектура и строительство. Наука, образование, технологии, рынок: тез. докл. науч.-техн. конф. Секция «Совершенствование технологий строительного производства, повышение эффективности труда, уровня технической надежности».- Томск: Изд-во ТГАСУ, 2002. – С.93.

6. Способ определения статического момента асинхронного двигателя для ограничения грузоподъемности крана мостового типа/ Д.Ю. Орлов, Ю.А. Орлов, Г.И. Однокопылов, Ю.Н. Дементьев // Состояние и перспективы развития электротехнологии (XI Бенардосовские чтения): Тез. докл. Междунар. науч.-техн. конф. Том 2.- Иваново, 2003.- С.96.

7. Патент №41460 на полезную модель, МПК В 66 23/90. Ограничитель грузоподъемности электрического крана / Д.Ю. Орлов, Ю.А. Орлов, Ю.Н. Румянцев, А.А. Обгольц. -№2004118956; Заявл. 23.06.2004; Опубл. 27.10.2004, Бюл. №30.

Pages:     | 1 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»