А. В. Макурин Донбасский государственный технический университет




Скачать 94.96 Kb.
НазваниеА. В. Макурин Донбасский государственный технический университет
Дата публикации12.02.2014
Размер94.96 Kb.
ТипДокументы
uchebilka.ru > Математика > Документы
УДК 62-83: 621.87

ДИНАМИКА МЕХАНИЗМА ПЕРЕДВИЖЕНИЯ МОСТОВОГО КРАНА

А. В. Макурин

Донбасский государственный технический университет

пр. Ленина 16, г. Алчевск, Луганская обл., 94204. E-mail: andrey57al@narod.ru

Получена модель мостового крана как многомассовой упругой пространственной системы. Модель учитывает поперечное перемещение моста и его ограничение ребордами колес. Касание ребордами рельс принято упругим с большим коэффициентом жесткости. Выполнено построение динамической схемы и цифровой модели (MATLAB/Simulink и SimMechanics) механизма передвижения мостового крана совместно с электроприводом перемещения. Представлены переходные процессы при пуске электропривода передвижения с учетом и без учета упругости балок крана. Полученная модель может быть использована для исследования электропривода перемещения мостового крана.

^ Ключевые слова: мостовой кран, упругость балок, реборды колес, перекос.

ДИНАМіКА МЕХАНИЗМу персування МОСТОВОГО КРАНА

А. В. Макурін

Донбаський державний технічний університет

пр. Леніна 16, г. Алчевськ, Луганська обл., 94204. E-mail: andrey57al@narod.ru

Одержана модель мостового крана як багатомасової пружної просторової системи. Модель враховує поперечний зсув моста крану і його обмеження ребордами коліс. Дотик ребордами рейок прийнято пружним з великим коефіцієнтом жорсткості. Побудована динамічна схема і цифрова модель (MATLAB/Simulink й SimMechanics) механізму пересування мостового крана спільно з електроприводом пересування. Представлено перехідні процеси при пуску електропривода пересування з врахуванням та без врахування пружності балок крана. Одержана модель може бути використана для дослідження електропривода пересування мостового крана.

^ Ключові слова: мостовий кран, пружність балок, реборди коліс, перекіс.


АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. В современном металлургическом производстве роль технологических кранов трудно переоценить, их количество, например в конвертерном цехе может достигать нескольких десятков. Для принятия мер по их надежной работе и снижению износа механизмов передвижения (реборд колес), рельсового пути необходимо провести исследования динамики механизма перемещения крана с учетом его поперечного смещения.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Исследование динамики механизма передвижения крана с учетом его поперечного смещения.

МАТЕРИАЛ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. Для рассмотрения процессов в механизмах передвижения грузоподъемных кранов, изобразим элементы конструкций на схеме. Расчетная динамическая схема механизма передвижения представлена на рисунке 1. Схема состоит из горизонтальной а) фронтальной б) проекций и фронтальной проекции взаимодействия реборд и рельс в). Она содержит: – приведенные массы электродвигателей, редукторов, рабочих колес; , – распределенные массы торцевых балок крана;
– распределенная масса поперечной балки крана; – масса телеги; – масса груза; ,, – моменты инерции торцевых и поперечной балок крана.

Упругие связи учтены коэффициентами жесткости: ,,, – поперечной балки крана, действующая в направлениях продольной z и вертикальной у осей; , – половин торцевых балок крана, действующих в направлениях поперечной х и вертикальной у осей; – приведенные жесткости приводных валов; – коэффициент, учитывающий жесткость взаимодействия реборд с рельсом и металлоконструкциями при контакте реборд с рельсом.

Геометрия крана: – длина подвеса груза, – длина поперечной балки крана, – база крана,  – положение телеги с подвешенным грузом.

Усилия, скорости и перемещения: , – упругие силы в поперечной балке крана; – упругие усилия, действующие на колеса со стороны приводных валов; , – приведенные тяговые усилия электродвигателей; ― силы трения скольжения, действующие на колеса в поперечном направлении; – силы, действующие встречно движению (трения качения колес и трения скольжения реборд); ,, – линейные скорости колес крана и центральных точек торцевых балок моста крана; – линейные смещения реборд крана относительно головки рельса; – линейные перемещения колес крана в направлении качения; – линейное перемещение груза относительно точки 2 подвеса груза.

Тяговые силы асинхронных двигателей с системой векторного управления, приведенные к ободу колес

, (1)

где – передаточное число редуктора;

– радиус ходового колеса;

– число пар полюсов двигателя;




Рисунок 1 – Динамическая схема механизма передвижения крана


 – коэффициент магнитной связи ротора;

– модуль потокосцепления ротора;

– составляющие тока статора двигателей 1 и 2 ().

Силы упругости между колесами крана и приводными валами

(2)

Силы упругого взаимодействия между ребордами колес и головкой рельса по оси x

(3)

где – коэффициенты, учитывающие жесткость взаимодействия реборд и рельс (при отсутствии контакта равны нулю).

Силы сопротивления движению по оси z

(4)

где – реакции опор ходовых колес ();

– коэффициенты трения качения и трения скольжения реборд по оси z.

Силы сопротивления движению по оси x

(5)

где – коэффициенты трения скольжения колес по рельсам по оси x ().

При работе механизма возникают колебания в его металлоконструкциях и трансмиссионных валах (из-за наличия упругой связи между массами m1 и m2), кроме того, происходит раскачивание груза (который вместе с канатом длиной Lп образует маятник с подвижной точкой подвеса). Динамические нагрузки в упругих связях механизмов передвижения могут в 37 и более раз превысить статические нагрузки [1], а маятниковые колебания груза вызывают неравномерное движение механизмов передвижения кранов или тележек и создают неудобства при их эксплуатации. В связи со сказанным при рассмотрении динамических нагрузок в механизмах передвижения возникают следующие проблемы:

1) ограничение динамических нагрузок в упругих связях при переходных процессах пуска или торможения, когда эти нагрузки достигают наибольших значений;

2) ограничение угла перекоса металлоконструкций крана для уменьшения износа реборд колес и рельсового пути;

3) управление углом перекоса крана для компенсации бокового поперечного смещения реборд относительно рельс;

4) анализ процессов раскачивания подвешенного на канате груза и разработка рациональных способов успокоения его колебаний.

Для решения вышеназванных проблем необходима соответствующая система управления краном, которая обеспечивала бы синхронность движения продольных балок крана. Но часто системы синхронного вращения имеют склонность к колебаниям, поэтому их взаимодействие с механизмом передвижения представляет большой интерес. Для изучения такого взаимодействия необходима модель механизма передвижения, построенная на базе расчетной схемы (рисунок 1) в пакет прикладного моделирования MATLAB и его приложениях Simulink и SimMechanics (рисунок 2). Модель SimMechanics представляет структуру машины, геометрические и кинематические отношения составляющих ее тел. SimMechanics преобразует это структурное представление к внутренней, эквивалентной математической модели, что избавляет пользователя от необходимости формировать математическую модель самостоятельно. Для построения модели механизма передвижения крана используются следующие блоки SimMechanics, специально предназначенные для моделирования машин:

– блоки тел, которые представляют компоненты машины и неподвижную окружающую среду;

– блоки соединений (кинематических пар), которые представляют степени свободы одного тела относительно другого тела или относительно точки основания;

– блоки-приводы и блоки-датчики, которые определяют силы или движения, прикладываемые к соединениям и телам.

Кроме того, в модели SimMechanics, с помощью блоков датчиков и приводов, используются блоки из других библиотек Simulink. Блоки SimMechanics соединяются между собой линиями связи через специализированные порты.

Модель состоит из следующих блоков и подсистем:

KOLESO_1 ÷ KOLESO_4 – подсистемы моделирующие движение колеса (рисунок 3), определяют плоскость его движения Z&X (блок плоского соединения PLANAR); с помощью блоков Sensor отображаются координаты (перемещения, скорости, реакции опор) для их последующей обработки в Simulink, и с помощью блоков Actuator прикладываются усилия к блокам SimMechanics;

подсистемы Trenie_X и Trenie_Z (рисунок 4) выполняют расчет сил трения скольжения по оси Х, трение качения по оси Z, трение скольжения по оси Z при контакте реборд с головкой рельса, в этом случае ограничивают перемещение колеса по оси X. Силы трения вычисляются как произведение реакций опор и коэффициентов трения, в случае касания реборд с рельсом, реакция опоры головки рельса находится как сила упругого взаимодействия колеса с головкой рельса, жесткость контакта реборды колеса с рельсом имеет зону нечувствительности с шириной равной зазору между ребордой и поверхностью рельса; подсистема MOTOR (рисунок 5,б) выполняет расчет двигателя и редуктора с учетом упругости выходного вала, ее выходом является усилие приведенное к ободу колеса, входными сигналами являются сигнал задания на скорость и линейная скорость колеса по оси Z;






Рисунок 2 – Цифровая модель механизма передвижения крана





Рисунок 3 – Подсистема KOLESO_1






а)



б)

Рисунок 4 ―Подсистемы: а) – подсистема Trenie_X, б) – подсистема Trenie_Y





а)



б)

Рисунок 5 – а) подсистема моделирования упругой связи по осям Z и Y,
б) подсистема расчета двигателя и редуктора с учетом упругости выходного вала




BALKA_1 – BALKA_3 – представляют собой тела с распределенными массами, определяющие продольные и поперечную балки крана с заданными размерами, массами и моментами инерции относительно трех осей, соединяемые между собой блоками с упругими связями Czy1, Czy2 и KANAT;

Czy1, Czy2 – блоки моделирующие упругие связи между балками крана, состоят из блоков соединителей стандартной библиотеки In-plane, представляющий собой два простых поступательных соединения направленных по осям Z, Y и X, Y соответственно. Жесткости и коэффициенты вязкого трения по осям движения задаются с помощью блока Juint Spring & Damper (рисунок 5,а);

KANAT – блок, моделирующий упругие свойства каната, состоит из простого поступательного соединения, и связанного с ним блока Juint Spring & Damper;

TELEGA, GRUZ – блоки тел с точечной массой, определяющие соответственно телегу и груз.

В качестве параметров объекта для моделирования приняты данные мостового крана участка перестановки шлаковых чаш грузоподъемностью 125т конвертерного цеха Алчевского металлургического комбината со следующими параметрами: mт13 = mт23 = 5000 кг; mп = 55000 кг, mт = 32700 кг, mг = 125000 кг, cxn = 4·107 Нм, cyn = 2.5·106 Нм, cn = 1.6·108 Нм,
crn = 2·108 Нм, сz13 + cz24 = 107 Нм, Lк = 17.5 м,
Lт = 14 м, Вк = 5.9 м, коэффициент трения качения kткz = 0.0062, коэффициент трения скольжения
kтсz = kткх = 0.15, время разгона и торможения 10 с, коэффициент регулятора скорости kрс = 5.

Расчеты на модели выполнялись для двух вариантов:

1) без учета упругих связей, но с учетом жесткого подвеса груза, с учетом трения реборд о рельсы;

2) с учетом упругих связей, с учетом жесткого подвеса груза и с учетом трения реборд о рельсы.

Результаты моделирования приведены на рисунках 6 – 8. Как видно, при касании реборд с рельсом в «жесткой» системе происходит наброс нагрузки с колебаниями скорости (рис. 6,а) и момента (рис. 6,б). Перекос крана быстрее наступает при равных условиях в системе с упругими связями (рис. 8), чем в «жесткой» системе (рис. 7), также из этих рисунков следует, что смещение центра торцевой балки крана для системы с упругими связями незначительно. Смещение центра торцевой балки крана для «жесткой» системы значительно, и может достигать величины зазора между головкой рельса и ребордой.

ВЫВОДЫ. Получена модель мостового крана как многомассовой упругой пространственной системы, которая может быть использована совместно с моделью электропривода перемещения крана.

ЛИТЕРАТУРА

1. Масандилов Л.Б. Электропривод подъемных кранов / Масандилов Л.Б. – М.: МЭИ, 1998. – 100 с.

^ DYNAMICS OF MECHANISM OF MOVEMENT OF TRAVELLING CRANE

A. Makurin

Donbass State technical university

pr. Lenin 16, Alchevsk, Lugansk reg., 94204 Ukraine. E-mail: andrey57al@narod.ru

The model of traveling crane is got as a multimass resilient spatial system. A model is taken into account by the transversal moving of bridge and his limiting to rebords of wheels. A touch rebords of rails is accepted resilient with the large coefficient of inflexibility. The construction of dynamic chart is executed and to digital model (Matlab/simulink and Simmechanics) of mechanism of movement of traveling crane jointly electrically-actuated moving. Transients are presented at starting of electric drive of movement recognition and without the account of resiliency of beams of faucet. The got model can be used for research of electric drive of moving of traveling crane.

^ The keywords: traveling crane, resiliency of beams, rebords of wheels, defect.


REFERENCES

1. Masandilov L.B. (1998), Elektroprivod pod’emnikh kranov [Electric drive of lifting’s cranes], MEI, Moscow, Russia.







а)

б)

Рисунок 6 – Графики линейной скорости и движущего усилия, приведенного к ободу приводного колеса 1 для жесткой системы





Рисунок 7 – Поперечные смещения центров соответствующих колес X1 – X4 и смещение крана X
для жесткой системы





Рисунок 8 – Поперечные смещения центров соответствующих колес X1 – X4 и смещение крана X для системы с учетом упругих связей



Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

А. В. Макурин Донбасский государственный технический университет iconИнформационный лист Министерство образования и науки Украины Донбасский...
Всеукраинское общественное объединение «Украинская ассоциация экономической кибернетики»

А. В. Макурин Донбасский государственный технический университет iconРуководство отделом (в прямом подчинении 7 человек)
Высшее. Донбасский государственный технический университет. Факультет: механики и управления. Специальность: мехатроника и международный...

А. В. Макурин Донбасский государственный технический университет iconДоклад в двух экземплярах
Донецкий национальный технический университет, Брянский государственный технический университет и Таганрогский технологический институт...

А. В. Макурин Донбасский государственный технический университет iconДоклад в двух экземплярах
Донецкий национальный технический университет, Брянский государственный технический университет и Таганрогский технологический институт...

А. В. Макурин Донбасский государственный технический университет iconФгбоу впо «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова»
Фгбоу впо «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова», 656038, Российская Федерация, Алтайский край,...

А. В. Макурин Донбасский государственный технический университет iconЭ. А. Сухарев Ровно: изд. «Ровенский государственный технический университет», 1999. 218 с
Сухарев, Э. А. Прикладные задачи теории эксплуатационной надежности машин [Текст] : учеб. /. Э. А. Сухарев Ровно: изд. «Ровенский...

А. В. Макурин Донбасский государственный технический университет iconФгбоу впо «Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова»

А. В. Макурин Донбасский государственный технический университет iconМинистерство образования и науки российской федерации государственное...
Ректор Донецкого национального технического университета, д т н., проф., председатель оргкомитета

А. В. Макурин Донбасский государственный технический университет iconМинистерство образования и науки российской федерации государственное...
Ректор Донецкого национального технического университета, д т н., проф., председатель оргкомитета

А. В. Макурин Донбасский государственный технический университет iconГорбань Вячеслав
Харьковский государственный технический университет строительства и архитектуры

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
uchebilka.ru
Главная страница


<