- ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ МЕХАНИЗМА
В настоящее время вопросы автоматизации механизмов не только сложных, но и самых простейших не вызывает сомнения, так как лишь автоматизированные системы могут оптимально решать все стоящие задачи перед устройствами, установками и комплексами в процессе их эксплуатации, максимальной производительности, качества выпускаемой продукции, надёжности, долговечности, минимизации себестоимости, техники безопасности и так далее. Вопрос совершенно в другом – определится в каждом конкретном случае с целесообразной степенью автоматизации, качества переходных процессов, быстродействия, количества регулируемых координат, учёта различных факторов и тому подобное, то есть в конечном итоге найти, оптимальное соотношение между возможностями и глубиной решаемых задач стоящими перед установками и комплексами и их стоимостью. В теоретическом плане необходимо разработать теорию и провести исследования применительно к определённым группам механизмов, характеризуемых общностью назначения, технологией процесса, конструкцией и тому подобное.
В области подъёмно-транспортных и перегрузочных работ имеет место значительное количество механизмов, которые отличаются по своему технологическому назначению и, соответственно, по своему конструктивному исполнению. В связи с этим применяется множество различных приводов от самых простейших до достаточно сложных. При этом различна степень их автоматизации. Всё это объясняется рядом объективных и субъективных причин.
Подъёмно-транспортные и перегрузочные механизмы – один из древнейших механизмов. Их привод по мере развития науки и техники пошёл путь, начиная от ручного до современного электрического.
Однако и сегодня электропривод подъёмно-транспортных и перегрузочных механизмов весьма многообразен, а его степень автоматизации в подавляющем большинстве не соответствует современному уровню науки и техники. Это связанно со значительным сроком эксплуатации оборудования, и следовательно, имеет и место фактор морального старения электропривода; с отсутствием практических разработок соответствующих современному развитию науки и техники и пригодных для использования в качестве автоматизированных электроприводов для тех или иных механизмов с оптимальным регулированием тех или иных координат; практически с не востребованием в последнее десятилетие подъёмно-транспортных и перегрузочных механизмов, из за застоя в экономике и производстве, со слабостью уровня или отсутствием должных практических институтов и так далее.
Одним из распространённых и ответственных механизмов является механизм вылета стрелы портального крана, а его привод наиболее сложным, так как работает в повторно-кратковременном режиме с постоянно меняющимся приведённым моментом инерции Jпр как от цикла к циклу, так и в течении самого цикла. При этом должен решаться важнейший вопрос – устранения процесса раскачивания перемещаемого груза несмотря на постоянно меняющиеся управляющие и возмущающие воздействия, наличие существенных гибких и упругих связей, зазоров и нелинейностей. В качестве электроприводов механизма вылета стрелы используются системы различных типов сложности и степени автоматизации. При этом на различие существенно сказывается грузоподъёмность кранов.
Однако существующие системы электропривода не отвечают в полной мере современным требованиям процессов погрузочно-разгрузочных работ. Вместе с тем за последние 10-15 лет произошли существенные сдвиги в области развития систем электропривода. Также имеет место заметный прогресс в области создания силовой элементной полупроводниковой базы (силовые транзисторы, оптотиристоры и т.д.), что позволяет реализовать достижения науки и техники в области создания современных систем электропривода крановых механизмов.
В настоящее время нет системных проработок по обоснованию применения того или иного привода, его уровня и системы управления. В результате имеет место необоснованное многообразие применяемых систем электропривода, что вызывает трудности при импортных закупках кранового оборудования, создании отечественных систем электропривода, проведении системной модернизации уже существующих электроприводов и их наладку.
Определённый класс исполнительных механизмов работает с изменяющимся приведённым моментом инерции Jпр. все механизмы данного класса можно условно разделить на две группы. На механизмы, у которых в процессе работы график изменения приведённого момента с определённой периодичностью строго повторяется. Сюда относятся прежде всего механизмы, у которых в процессе работы графики изменения приведённого момента от цикла к циклу не повторяются. Сюда относятся погрузочно-разгрузочные , у ряда которых к тому же изменения приведённого момента инерции Jпр от цикла к циклу вызывают не только различием масс, но и изменением радиуса приведения, а также имеет место непостоянство продолжительности цикла. Всё это приводит к непредсказуемому, в пределах допустимых нагрузок, вида тахограмм и нагрузочных диаграмм исполнительного двигателя. Такие механизмы, а соответственно и их приводные двигатели, работают постоянно в динамических (переходных) повторно-кратковременных режимах, сопровождающихся постоянно меняющимся управляющим и возмущающим воздействием. Поэтому для получения оптимальных динамических процессов по тем или иным координатам у подобных механизмов требуются сложные системы регулирования со специальными настройками, а в ряде случаев системы управления с изменяющимися параметрами или структурой.
К подобной группе механизмов относятся портальные краны, у которых наиболее сложные режимы имеют место в приводах механизмов вылета стрелы. Здесь все погрузочно-разгрузочные работы осуществляются в повторно-кратковременном режиме с постоянно меняющимся приведённым моментом инерции Jпр из-за различной величины перегружаемых масс и изменения радиуса приведения.
Исследование и разработку системы электропривода для механизма с изменяющимся моментом инерции приведён для электропривода механизма вылета стрелы портального крана типа GANZ 5/6 – 30 – 10,5. Это позволит предельно и безотносительно на базе реальных параметров конкретного механизма проверять полученные теоретические положения и результаты. Кроме того, опора на конкретный механизм позволит создать соответствующий прототип физической модели для проведения натуральных исследований по проверке соответствия теоретических результатов практическим. И далее – это позволит без дополнительных исследований разработать инженерную методику расчёта систем электропривода подобных механизмов, создать и реализовать функциональную систему электропривода для конкретного механизма.
Объектом управления в настоящей работе является портальный электрический кран «ГАНЦ» (GANZ). Портальный кран был спроектирован Конструкторским бюро Кранового завода Венгерского Судо- и Краностроительного комбината в городе Будапеште (Венгрия). Этот же завод осуществляет серийный выпуск кранов.
По своей конструкции и техническому уровню данный кран предназначен для погрузочно-разгрузочных работ в морских и речных портах и для механизации ряда трудоемких операций на крупных гидротехнических стройках, а также в других отраслях промышленности.
По функциональным возможностям – это перемещающийся и полноповоротный кран, имеющий грузоподъёмность независимо от вылета стрелы 5 тонн в тяжёлом режиме и 6 тонн в обычном рабочем режиме. Минимальный вылет стрелы 8 метров, а максимальный составляет 30 метров. Поворотная часть с колонной и прямой уравновешенной стрелой располагается на четырёхопорном портале (Ходовых тележках) и обеспечивает горизонтальное перемещение подвешенного на крюк груза при изменении вылета стрелы. Наибольшая высота подъёма груза над головкой рельса составляет 23 метра, а глубина опускания, считая от той же отметки – 15 метров. Кран по желанию может быть использован как в крюковом , так и в грейферном режимах.
Электропитание крана осуществляется посредством гибкого кабеля. Управление краном производится из кабины крановщика и осуществляется одним человеком.
Механизм изменения вылета стрелы, рисунок 1.1, служит для перемещения подвешенного на крюк груза или грейфера в горизонтальном направлении в пределах крайних положений стрелы путём изменения её вылета. Груз, подвешенный на крюк или расположенный в грейфере, перемещается со скоростью примерно 1 метр в секунду (м/с).
Рисунок 1.1 – Кинематическая схема изменения вылета стрелы
где А – электродвигатель; Б – эластичная муфта; В – качающийся редуктор;
Первая передача: 1 – вал-шестерня; 2 – зубчатое колесо.
Вторая передача: 3 – вал-шестерня; 4 – зубчатое колесо.
Открытая передача: 5 – шестерня реечная; 6 – рейка.
Механизм изменения вылета стрелы состоит из следующих узлов:
а) электродвигатель типа MTF – 311 – 6, мощностью 11 кВт с частотой вращения 945 об/мин, относительной продолжительностью включения 40%, весом 170 кг;
б) редуктор типа VP – 450G с передаточным отношением i=42,38, весом 820 кг;
в) две зубчатые рейки, расположенные симметрично по обеим сторонам колонки и превращающие усилие выходного вала редуктора в поступательное движение (вперёд – назад). Зубчатые рейки посредством промежуточного элемента связанны со стрелой;
г) подвижной противовес, обеспечивающий уравновешивание стрелы, при помощи которого могут быть получены различные положения равновесия.
Одновременно с этим упомянутый противовес участвует в установке равновесия поворотной части крана и всего крана. Подвесной противовес крепиться к хоботу стрелы через блочную систему колонны при помощи тросов.