авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Повышение безопасности эксплуатации кранов мостового типа на основе ограничителя грузоподъемности с расширенными функциональными возможнотями

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Орлов Денис Юрьевич

ПОВЫШЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ КРАНОВ МОСТОВОГО ТИПА НА ОСНОВЕ ОГРАНИЧИТЕЛЯ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ С РАСШИРЕННЫМИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ ВОЗМОЖНОТЯМИ

05.05.04. – Дорожные, строительные и подъемно-

транспортные машины

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Томск 2004

Работа выполнена в Томском государственном архитектурно-строительном университете

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент

Баранов Павел Рудольфович

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор

Суворов Дмитрий Григорьевич

- кандидат технических наук, доцент

Михайлов Леонид Константинович

Ведущая организация - НТЦ «Строймашавтоматизация»

(г. Москва)

Защита диссертации состоится 24 декабря 2004 г. в 14.00 на заседании диссертационного совета К 212.265.01 при Томском госу-дарственном архитектурно-строительном университете по адресу – 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2, корп. 4, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Томского государственного архитектурно-строительного университета.

Автореферат разослан «___»___________ 2004 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Кравченко С.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. По данным Ростехнадзора с 1998 г. наблюдается устойчивый рост травматизма и количества аварий на грузоподъемных кранах. Сложившееся неудовлетворительное положение с травматизмом и аварийностью при эксплуатации грузоподъемных машин обусловлено в первую очередь продолжающимся старением основных фондов. В настоящее время в России из почти 280 тысяч работающих грузоподъемных кранов более 85% отработали нормативный срок службы. Обновление фондов производится крайне медленно: при норме в 8-10% ежегодно обновляется не более 1% кранового парка.

Решение проблемы повышения надежности и безопасности эксплуатации грузоподъемных кранов во многом зависит от решения следующих задач:

- повышения организационно-технической и исполнительской дисциплины эксплуатации кранов;

- точного выполнения всех предписаний по техническому контролю, планово предупредительным ремонтам и техническому обслуживанию, как по времени и составу этих операций, так и по качеству;

- повышения уровня оснащенности грузоподъемных кранов приборами и устройствами безопасности с одновременным повышением их надежности и числа контролируемых параметров.

Из информационного письма от 21.04.2003 г. Головной организации по краностроению в части приборов безопасности НТЦ «Строймашавтоматизация» следует, что около четверти аварий и несчастных случаев происходит по причинам, связанным с приборами и системами безопасности, поэтому вопросам их применения придаётся большое значение. Перспективным для дальнейшего развития приборов и систем безопасности является расширение их функций с объединением в составе единой системы на основе применения бортовых компьютерных средств, задач обеспечения безопасности работы машин, задач управления, оперативного контроля и диагностирования.



В связи с этим, актуальным является совершенствование систем защиты кранов, расширение их функциональных возможностей с одновременным повышением надежности.

Цель работы. Исследование и оценка влияния опасных производственных воздействий на безопасность эксплуатации кранов мостового типа и разработка микропроцессорного ограничителя грузоподъемности c расширенными функциональными возможностями.

Методы исследований:

- классические методы дифференциального и интегрального исчисления;

- численный метод решения системы нелинейных дифференциальных уравнений;

- математическое моделирование и программирование;

- оценка достоверности результатов теоретических исследований путем сравнения их с результатами экспериментальных исследований полученных на реальном кране.

Научная новизна. В диссертации впервые:

- разработана математическая модель механизма подъема груза крана мостового типа, как сложной электромеханической системы, позволяющая исследовать динамические режимы работы с учетом жесткости моста, кинематических связей и сложного характера изменения электромагнитного момента приводного двигателя;

- теоретически и экспериментально доказана возможность использования косвенных методов определения массы поднимаемого груза по рабочим характеристикам приводного двигателя механизма подъема груза и определены параметры влияющие на точность измерений;

- разработана и запатентована блок-схема микропроцессорного ограничителя грузоподъемности с расширенными функциональными возможностями и встроенным регистратором параметров работы крана на основе использования косвенных методов определения массы поднимаемого груза;

- в перечень информации, хранимой во встроенном регистраторе параметров работы крана, предложено дополнительно включить информацию, характеризующую качество питающей сети и состояние привода.

На защиту выносятся:

- методика моделирования механизма подъема груза крана мостового типа с учетом жесткости моста, упругости кинематических связей и сложного характера изменения электромагнитного момента приводного двигателя в динамических режимах работы;

- результаты теоретических и экспериментальных исследований по определению возможности использования косвенных методов измерения массы поднимаемого груза по рабочим характеристикам приводного двигателя и выявлению параметров влияющих на точность измерений;

- блок-схема ограничителя грузоподъемности с расширенными функциональными возможностями на основе использования косвенных методов определения массы поднимаемого груза.

Практическая ценность:

- систематизированы научные знания в области обеспечения безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов мостового типа;

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

- применение косвенного метода определения массы поднимаемого груза позволило расширить область применения разработанного прибора и его функциональные возможности и отказаться от традиционных датчиков усилия;

- рассмотрены возможности дальнейшего развития ограничителя грузоподъемности с расширенными функциональными возможностями как экспертной системы.

Апробация работы. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований докладывались, обсуждались и получили одобрение на Международной научно-технической конференции "Архитектура и строительство. Наука, образование, технологии, рынок". Томск, 2002 г., IX Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых Современные техника и технологии". Томск, ТПУ, 2003 г., Международной научно-технической конференции "XI Бернардосовские чтения". Иваново, 2003 г., 4 Международной научно-практической конференции "Микропроцессорные, аналоговые и цифровые системы: проектирование и схемотехника, теория и вопросы применения". Новочеркасск, ЮРГТУ (НПИ), 2004г., Семинаре "Новые и перспективные разработки крановых и рольганговых электродвигателей". Томск, ОАО "Сибэлектромотор", 2004 г. и 7 семинаре "Приборы и системы безопасности грузоподъемных машин". Адлер, НТЦ "Строймашавтоматизация", 2004 г.

Публикации. Всего по данной тематике опубликовано 7 печатных работ, в том числе получен 1 патент.

Реализация работы. Результаты, представленные в диссертационной работе, использованы на предприятии ОАО "Новосибирский завод имени Коминтерна" при разработке ограничителей грузоподъемности электрических мостовых и козловых кранов ОГМК 1-1 "ВОЛНА".

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов по работе, списка использованных источников из 103 наименований и 1 приложения. Общий объем работы 155 с., в том числе основной текст - 102 с., приведены 40 рисунков и 8 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проводимых исследований, сформулирована цель диссертационной работы, основные задачи, научная новизна и практическая ценность исследований, приведены основные положения, выносимые на защиту, структура и объем работы.

В первой главе рассмотрены современные приборы безопасности, применение которых регламентировано действующими Правилами устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов (ПБ 10-382-00). К таким приборам относятся:

- ограничители грузоподъемности;

- регистраторы параметров работы кранов;

- устройства защиты от падения груза при обрыве одной из фаз питающей электрической сети;

Показано, что как теоретически, так и практически невозможно учесть и проконтролировать все факторы, вызывающие перегрузку. Большое число аварий часто с очень тяжелыми последствиями для людей и материальным ущербом происходит, несмотря на все меры предосторожности и высокую квалификацию крановщиков, что вызывает необходимость максимального обеспечения объективной, независящей от квалификации крановщика защиты крана от перегрузки. При этом следует также учитывать экономические аспекты, так как затраты на приборы безопасности должны быть в разумном соотношении с общей стоимостью машины.

При рассмотрении особенностей ограничителей грузоподъемности серии ПС-80, ОГМК «МОСТ-1», «ВОЛНА» ОГМК 1-1 и ОНК-140 отмечено, что наиболее слабым звеном существующих ограничителей грузоподъемности является датчики усилий, принцип действия которых основан на непосредственном измерении нагрузок возникающих от действия поднимаемого груза. Эта особенность датчиков усилия определяет условия их работы – восприятие механических и атмосферных воздействий, что зачастую является причиной выхода их из строя.

Регистратор параметров работы крана выполняет функции регистрации, первичной обработки, накопления и хранения оперативной (обновляемой) и долговременной (длительного хранения) информации о параметрах работы крана в течение установленного срока, с целью осуществления непрерывного контроля и слежения за фактическим режимом его работы и прогнозирования безопасной эксплуатации крана по истечении нормативного срока службы.

Встроенный регистратор параметров работы крана существует в следующих ограничителях грузоподъемности: ОГМК «МОСТ-1», «ВОЛНА» ОГМК 1-1 и ОНК-140.

Отмечены отличительные особенности регистраторов параметров вышеперечисленных приборов. Особенностью регистратора параметров прибора ОГМК «МОСТ-1» является то, что в нем хранится характеристическое число за период работы между техническими обслуживаниями (ТО) для лебедок, а также информация о заданной наработке (характеристическом числе) для лебедки с целью определения необходимости проведения ТО.

Выгодно отличается регистратор параметров работы крана встроенный в прибор безопасности ОНК-140 удобным программным обеспечением процесса считывания и обработки информации. К недостаткам следует отнести отсутствие сквозного реального времени, что зачастую не позволяет определить точное время того или иного события.

Этот недостаток устранен в регистраторе параметров работы крана прибора «ВОЛНА» ОГМК 1-1. Несмотря на меньшую наглядность предоставления считываемой информации, по сравнению с прибором ОНК-140, объем и содержание регистрируемой информации не уступает вышеописанным приборам.

Помимо ограничителей грузоподъемности и регистраторов параметров работы кранов рассмотрены также конструкции и принцип действия устройств защиты от падения груза при обрыве одной из фаз питающей электрической сети, применение которых регламентировано п.2.12.15. Правил ПБ 10-382-00.

Анализ современного состояния автоматических систем обеспечения безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов показал, что одним из направления их развития является применение все большего количества приборов и устройств безопасности, дифференцированных по видам опасных производственных воздействий и выполняемым функциям. Однако, при этом значительно возрастает стоимость и снижается надежность системы за счет увеличения количества входящих в нее функционально обособленных блоков.





Другим, наиболее перспективным, направлением является разработка системы безопасности на базе единого микропроцессорного устройства, выполняющего функции не только защиты от опасных производственных воздействий и регистратора параметров работы крана, но и функции управления приводами, диагностики состояния ответственных узлов, конструкций и агрегатов в процессе работы крана. Разработка такого устройства требует системного подхода к грузоподъемному крану, как единой электромеханической или гидромеханической системе (в зависимости от типа привода), состоящей из ряда звеньев, оказывающих влияние друг на друга в процессе работы. Статические и динамические характеристики звеньев системы, в той или иной степени, несут информацию о величинах и характере внешних воздействий, однако степень информативности их различна. В связи с этим, представляет интерес оценка уровня информативности характеристик отдельных звеньев системы и их использование для реализации функций защиты крана от опасных производственных воздействий.

Во второй главе разработана математическая модель механизма подъема груза как наиболее информативного звена характеризующего нагрузку на кран и другие производственные воздействия. Механизм подъема груза электрического крана мостового типа рассматривался как сложная электромеханическая система в которой многомассовая механическая часть с упругими связями и электрическая часть в динамических режимах влияют друг на друга.

Процессы электромеханического преобразования энергии в асинхронных двигателях описываются уравнениями равновесия для напряжений контуров, уравнениями равновесия моментов, действующих на ротор, а также уравнением электромеханического преобразования энергии.

Для описания процессов происходящих в асинхронном двигателе в данной работе разработана его модель в заторможенной системе координат , , (рис.1), позволяющая исследовать режимы работы двигателя при отклонениях параметров питающей сети от номинальных значений.

 Модель трехфазной машины в-0

Рис.1. Модель трехфазной машины в заторможенной трехфазной системе координат

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».

 Блок-схема программы расчета -21

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;



Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.