Совершенствование системы защиты и контроля технического состояния электромеханической системы крана мостового типа Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

______________________________________ © Ю.А. Орлов, Д.П. Столяров,

В.П. Бурков, 2011

УДК 621.31

Ю.А. Орлов, Д.П. Столяров, В.П. Бурков

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ И КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ КРАНА МОСТОВОГО ТИПА

Рассмотрены особенности электромеханической системы крана мостового типа как объекта управления. Проведено моделирование. Обосновано использование систем защиты и контроля технического состояния электромеханической системы крана мостового типа.

Ключевые слова: электропривод регулируемый, мостовой кран, моделирование.

^Доследования, проведенные в [1-2], позволили выявить наиболее опасные условия работы привода, при которых следует произвести вмешательство в управление приводом. 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 условиях работы увеличивается ток ротора и статора, что, в свою очередь, приводит к нагреву электродвигателя и, как следствие, ускоряет старение изоляции и сокращает срок службы двигателя. Для предотвращения таких нежелательных условий эксплуатации электродвигателя было предложено расширить функции системы защиты путем осуществления контроля параметров электрической сети.

Для реализации функций регистратора параметров, ограничителя грузоподъемности и автоматического контроля тормозного момента на базе микропроцессорного устройства, был произведен анализ работы механизма в статических и динамических режимах. Экспериментальные исследования влияния величины статического момента МС на валу двигателя на значение частоты вращения и активной потребляемой мощности при помощи нагрузочного стенда показали, что зависимости n2=f(МС) и РI=f(МС) имеют линейных характер.

Нагрузочный стенд представляет собой вывешенный на подшипниках двигатель (определение статического момента производилось при помощи рычага известной длины, прикрепленного к статору двигателя и динамометра), соединенный с валом генератора постоянного тока. Изменяя нагрузку на генераторе можно задавать статический момент на валу двигателя. Для подтверждения возможности осуществления контроля тормозного момента были построены экспериментальные зависимости А Ж1 = /(МТ), и Аптах=/ (МТ) и tТз=fMт). Полученные зависимости имеют сходство с расчетными на математической модели. Эксперимент проводился при помощи стенда приемосдаточных и типовых испытаний тормозов ТКГ-300, ТКГМ-300, ТКГ-400, ТКГМ-400, который представляет собой двигатель и тормоз, закрепленные на жесткой раме, а для имитации инерционных масс на втором валу двигателя установлен маховик.

В результате исследования статических режимов работы привода был предложен способ регистрации рабочего цикла крана при помощи зависимостей активной потребляемой мощности и частоты вращения вала электродвигателя от массы перемещаемого груза (рис. 1-2).

11;, об-мнит

___________(>цусканпс________^___________Подъем____________

Рис. 2. Зависимость п2 = Д(т 2)

В ходе исследования зависимостей были выявлены две характерные точки А и Б (рис. 1-2). Эти точки характеризуют потребляемую активную мощность и частоту вращения вала электродвигателя во время подъема (А) и опускания (Б) пустого грузозахватного органа. Предложено следующее условие определения рабочего цикла: если при подъеме груза изменение информационного параметра Р1 и п2 соответственно начинается с точки А, то это означает начало рабочего цикла, а при опускании груза и достижении значения в точке Б будет означать конец рабочего цикла и полную разгрузку (т2=0).

Контроль тормозного момента возможен с момента пуска двигателя и завершения электромеханических переходных процессов. Определение массы груза, напротив, следует производить в установившемся режиме после разгона двигателя. Для разработки методики определения момента завершения переходных процессов исследовались динамические режимы работы привода. В ходе исследований рассматривались (рис. 3): пуск на холостом ходу, пуск с предварительным натяжением каната, пуск под нагрузкой (с подвешенным грузом).

Р,10*Вт

и® 1 под нагрузкой

Им ц Р; при районе 1

~ ТГ“ \\ \ 11 с натяжкой каната

/ Р; при разгоне на х.х.

1 д

1 1 Л с

14 О

г \

л \ 1 \/Ь при разгоне на х х

1 >ь при разгоне с \ натяжкой каната

. 1 -

/ / ^ ../»> при разгоне под нагрузкой

е ^

/, с |

Рис. 3. Зависимость п=Д() и Pl=f(t) при разных режимах пуска

В результате проведенного анализа зависимостей, представленных на рис. 3, было предложено определять момент завершения переходных процессов при помощи величин dP\/dt и dn2/dt.

Для снижения динамических нагрузок и повышения точности определения массы поднимаемого груза было предложено ограничивать скорость подъема груза при пуске двигателя, при нарастании усилия в канате и при подъеме грузов близких к номинальным. Предложенное решение позволит также минимизировать влияние выбега вращающихся масс при отключении механизма.

По результатам исследований динамических и установившихся режимов работы привода подъема были разработаны алгоритмы работы прибора комплексной системы защиты и управления крана. Условно, алгоритмы, были разделены на части (блоки):

-«обучение»;

- регистратора параметров и ограничителя грузоподъемности;

- система автоматического контроля тормозного момента;

- контроль питающей сети и температуры двигателя.

Алгоритмы реализованы в среде «MATLAB-SimuПnk» с возможностью использования не только данных полученных в результате математического моделирования мостового крана, но и данных полученных в ходе эксперимента на натурном образце.

В результате экспериментальных исследований, проведенных на натур-ном образце мостового крана МК-10 в лаборатории железобетонных и каменных конструкций Томского государственного архитектурно-строительного университета, получены следующие результаты:

1. Экспериментально определена зависимость мощности потерь электромеханической энергии в механизме и двигателе от частоты вращения вала электродвигателя и усилия в полиспасте NП= Дпъ F2) крана МК-10 для использования ее в математической модели.

2. Произведена проверка работоспособности разработанных методов и алгоритмов регистратора параметров и системы оперативного контроля тормозного устройства при моделировании их в среде «MATLAB-Simulink» с использованием экспериментальных данных. Результаты экспериментальных исследований подтвердили возможность использования косвенных методов определения массы поднимаемого груза и регистрации рабочего цикла по частоте вращения и активной потребляемой мощности. Ошибка измере-367

ния массы по частоте вращения не превысила 3,7 %, а по активной потребляемой мощности - 1,1 %. Одновременно с этим подтверждена возможность автоматического контроля тормозного момента. Погрешность определения тормозного момента не превысила 0,8 % по времени затормаживания, 4,3 % по изменению потребленной энергии при пуске двигателя и 6,25 % по максимальному изменению частоты вращения вала при пуске двигателя.

1. Защита грузоподъемного крана на основе мониторинга параметров электропривода механизма подъема / Д.П. Столяров, Ю.А. Орлов, Ю.Н. Дементьев, Г.И. Однокопылов, Д.Ю. Орлов, И.Г. Однокопылов // Известия Томского политехнического университета.- Том 312.- №4.- Томск.: Издательство ТПУ, 2008.-С. 119-124.

2. Столяров Д.П. Способ ограничения грузоподъемного крана мостового типа / Д.П. Столяров, Ю.А. Орлов, Д.Ю. Орлов, Р.Н. Кахиев. // Сборник научных трудов Лесотехнического института. - Вып. 4. - Томск. Издательство ТГАСУ, 2009. - 187с. \£Ш

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ --------------------------------------------------------

Орлов Ю.А. - кандидат технических наук, доцент,ТГАСУ, г. Томск,

Столяров Д.П. - ст. преподаватель, ТГАСУ, г. Томск,

Бурков В.П. - студент, Юргинский технологический институт (филиал) Томского политехнического университета.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ