книги из ГПНТБ / Живов Л.Г. Привод и автоматика самоходных кранов

тору, в 10— 11 раз меньше, чем сила тока, потребляемого двига­ телем при подъеме груза.

На рис. 3, б зафиксированы подъем и опускание груза массой 5 т. В этом случае машинист быстрее выводил ручку командоаппарата (время разгона при времени работы на подъем 42 с со­ ставляет 5,6 с, т. е. 14%). При резком замедлении (что наблюда­ лось в этом случае) двигатель переходил в генераторный режим и затем затормаживался. Время замедления около 3 с (6,4%). Режим опускания груза показан также на рис. 3, б. Гоператор­ ный режим при грузе массой 5 т почти отсутствует. Однако при замедлении двигатель переходит (так же, как и при подъеме гру­ за) в генераторный режим. Сила тока при опускании груза (вре­ мя работы в цикле 42 с, разгон около 8 с, т. е. 20%) в 4—5 раз меньше силы тока при подъеме груза. Время периода замедле­ ния около 10 с (26%).

Нагрузочные диаграммы двигателя поворота крана К-255 (рис. 3,s,а) и крана К-406 грузоподъемностью 40 т характери­ зуются временем разгона, равным 25— 50% рабочего времени цикла (при высоте стрелы 15 м). В режимах замедления двига­ тель может переходить в генераторный режим даже при грузах, масса которых не превышает 20% от номинального.

При подъеме стрелы периоды разгона и замедления почти не­ заметны, однако опускание стрелы происходит при силе тока, не превышающей 15% от силы тока при подъеме стрелы (рис. 3,5).

Характер нагрузочных диаграмм кранов, работающих на по­ стоянном токе, более спокойный, чем нагрузочных диаграмм кра­ нов, питающихся переменным током. Это отчасти объясняется большей грузоподъемностью кранов на постоянном токе и мень­ шими скоростями подъема для кранов с большими грузоподъем­ ностями.

При исследовании работы кранов грузоподъемностью 16, 25 и 40 т были определены среднесменные скорость иср.см, ускоре­ ние аСр.0М, высота подъема груза Я срхм, груз Qop.cm, цикл Тр (соб­ ственно рабочая часть цикла без паузы П за смену), мощность двигателя вращения Лзср.см и подъема Япср.см. Под среднесмен­ ным значением параметра принято понимать математическое ожидание данного параметра за смену. В течение значительного числа смен регистрирующие приборы записывали скоростные и мощностные диаграммы, отмечали чистое время работы приво­ дов, причем при определении п с р .с м принималась максимальная (для данного цикла) скорость. Все значения параметров'при раз­ ных вылетах стрелы приведены к минимальному вылету стрелы.

По данным проектов ГСКБТК для кранов К-255 расчетное значение скорости vp = 0,117 м/с (7 м/мин), математическое ожи­ дание Пор.см = 0,0637 м/с. Заштрихованное поле на рис. 4, а по­ казывает потери скорости крана за смену. Расчетное значение ускорения ар = 0,017 м/с2. Математическое ожидание ускорения йср.см = 0,0058 м/с2.

10

На рис. 4, б изображены среднесменное аСр.См и расчетное ус­ корения. Заниженные значения ускорения за среднесменный цикл указывают на недоиспользование электропривода в цикле и ре­ зерв по сокращению среднесменного цикла.

Рис. 4. Расчетные диаграммы и математические ожидания для крана К-255:

а — скорости; б — ускорения

На рис. 5 изображены осциллограммы скоростей в период разгона, причем фактические скорости (сплошные линии) мень­

ная мощность равна приблизи­ тельно (1,7—2) Рср.см-

Для кранов с приводом на переменном токе (типа К -162) вре­ мя работы двигателя в цикле состоит из + tp+ tp + . . . + tp= tP, где tp,. . . , tp — время включения двигателя в цикле. Средне­ сменные отношения времени работы двигателя в цикле Гр ко вре­ мени цикла Гц (без паузы) составляет (для двигателя вращения) • 0,2952, для двигателя подъемной лебедки — 0,4667. Среднесмен-

11

Расчетное значение и математическое ожидание параметров кранов грузоподъемностью 16—25 т

ное (математическое ожидание) отношение времени разгона ко времени включения двигателя tv/Tv для двигателя поворота рав­ но 0,41, для двигателя подъемной лебедки 0,31. Среднесменное отношение времени замедления ко времени работы двигателя по­

нальная (паспортная) скорость груза. Для двигателя поворота Дср.см/Дн = 0,31. Эти данные показывают, что время разгона от­ носительно велико, время замедления низко. Так же, как и на постоянном токе, Д0р.см «С Ря.

На рис. 2, а изображена циклограмма работы электропривода крана. Паузы между циклами составляют 3— 30 мин. Режим ра­ боты иррегулярный. Сокращать поцизионирование (уменьшать Гр) в этом случае весьма эффективно. Однако и здесь матема­ тическое ожидание (ДСр.см) не превышает 60% Г*н. На рис. 2, б показан обобщенный график (220 смен) включений электропри­ водов крана за смену при монтажных работах на строительных площадках. Из анализа его следует, что между циклами могут быть значительные паузы (до 4 ч и более). В этом случае двига­ тели могут работать со значительными перегрузками по нагреву, так как они успевают остыть в период пауз.

На рис. 6 изображены кривые нагрева Г = f (t) двигателей поворота и подъема при вылете стрелы 6 м. Кривые соответст­ вуют нагрузочной диаграмме на рис. 1. Изломы характеристик соответствуют периодам включения или выключения двигателя. При увеличении груза от 2,9 до 4,2 т характеристики нарастают более резко, но температура нагрева не превышает допустимого предела (95°С).

12

или путь движения поворотного механизма и среднесменный под­ нимаемый груз Qcp.'cm, но при этом среднесменное время цикла будет иное, чем в любой фактической скоростной диаграмме. В расчетной оптимальной диаграмме максимальная скорость цик­ ла v2, ускорение аь замедление п3 должны быть максимально допустимые. Исходя из того, что Я ор.см и Qcp.CM определяются общей технологией работ стреловых самоходных кранов, их кон­ кретные значения не могут быть изменены, если не изменена тех­ нология строительных работ на площадке. Наиболее радикаль­ ным средством была бы специализация кранов по видам выпол­ няемых работ. При ручном управлении краном величины а\, аз

Рис. 7. Скоростная диаграмма и = {(():

а— среднесменная и расчетная; б — пятигтернодная; в — шестнпернодная

иVi зависят от машиниста и обычно бывают меньше максималь­ ных. При максимальных значениях v2, а\ и аз время Тр будет меньше времени цикла среднесменной скоростной диаграммы. Исходя из площади среднесменной скоростной диаграммы, рав­

+ h3 — v2j2aM, поэтому аср.сы!аср.ш + vcp.zut2 = v2laK+ v 2ti.

Отсюда легко определить время равномерного хода расчет­ ной скоростной диаграммы

Параметр t"2 при максимальном значении v2 определяет h2, а й1, а3 и v2 обусловливают параметры tlt t2, hi и h2 расчетной

Среднесменная расчетная скоростная диаграмма является ос­ новным критерием качества работы крана. Однако когда кран является универсальной машиной и может работать на предель-

14

ных нагрузках, при проектировании кранов надо исходить из его максимальных возможностей.

Фиктивная скоростная диаграмма отличается от расчетной тем, что подъем максимального груза QMпроизводится на макси­ мальную высоту # м при паспортной (максимальной) скорости v2 и минимальном вылете стрелы. Число фиктивных подъемов за смену

= Q s /Q M ^действ»

где Qs — масса груза, фактически поднятого краном за смену, Причем ДдействЛгф 2,2 -т- 3,0 И ПдействМор.см = 1,2 — 1,8.

Фиктивная диаграмма не соответствует расчетной средне­ сменной диаграмме. Она необходима лишь для проверки работы привода на особых режимах (при максимальном грузе и макси­ мальной высоте # м) .

Нами за исходное принята среднесменная расчетная скорост­ ная диаграмма, обоснованная экспериментальными данными, ко­ торые через определенное время (каждые 3— 5 лет) должны кор­ ректироваться. Она является основой для учета ряда принципи­ альных положений. Время цикла работы стрелового самоходного крана, равное Тр + П = Тц, резко разделяется на паузу Я, кото­ рая целиком зависит от организации работ на строительной пло­ щадке и обусловливает характер циклограммы работы крана, и на собственное время работы электропривода крана Тр, на кото­ рое воздействуют многие параметры, в том числе и возмущаю­ щие внешние факторы. Однако в основном, как легко доказать, Тр = H/v2 + v2ja и при Я = const и v2 = const Тр — есть функция ускорения (замедления). Математические ожидания ускорения и скорости должны быть увеличены до оптимальных (среднесмен­ ных расчетных) значений, а сам процесс разгона и замедления должен быть обусловлен системой управления так, чтобы он был оптимален (см. § 6, гл. 1). Автоматические системы управления могут изменять произвольные скоростные диаграммы разгона и замедления и обеспечивать жесткий заданный график скорости.

С увеличением ускорения и замедления, а также среднесмен­ ной скорости производительность крана возрастает. Эксплуата­

чение смены в ч: 6 — 6Г6В— обобщенный коэффициент; 6Г и 6В— коэффициент использования крана соответственно по грузоподъ­ емности и по времени; Q — грузоподъемность крана в т при дан­ ном вылете стрелы; п = 60/Тц— количество циклов за 1 ч рабо­ ты; Гц — время одного цикла в с; А — постоянный коэффициент,

15

крана. Однако это будет полностью верно, если величина Я от­ носительно соизмерима с величиной пути ускорения и замедле­ ния. При максимальном значении Я максимальный груз подни­ мают при минимальном вылете стрелы крана. Время ускорения /1 и замедления t3 (торможения) и время равномерного хода t2 далеко не одинаковы. При работе крана грейфером время разго­ на и замедления больше, чем to. Например, для крана К-255 вре­ мя разгона (7 с) и торможения (7 с) от времени равномерного хода (6,33 с) составляет 221%. В общем случае время разгона и

Соотношение между временем (/1 + t3) и U и анализ этого со­ отношения являются основными при решении вопросов повыше­ ния производительности и качества работы крана. Очевидно, что сокращать время позиционирования (t1 + t3) вряд ли целесооб­ разно при весьма продолжительном времени t2. С другой сторо­ ны, при малом значении t2 и большой паузе уменьшать время (t1 + t3) также не всегда рекомендуется.

Определить производительность стреловых самоходных кра­ нов довольно сложно. Для этого должно быть использовано зна­ чительное количество экспериментального статистического мате­ риала. Среднее время цикла позиционирования для серии подъ­ емных и поворотных операций может быть вычислено как мате­ матическое ожидание случайной величины времени цикла пози­ ционирования для одной операции.

Значения tu t2 и U (щ, а3 и vu v2 и vz), рассматриваемые с точки зрения процесса позиционирования, являются результатом совместного действия весьма большого количества случайных факторов. Случайные колебания указанных величин описывают­ ся нормальным законом распределения, плотность вероятности которого

где а — значение х, при котором f (х) имеет максимальную ве­ личину.

16

Эти случайные ф,акторы влияют на форму кривой скорости, начертание ускорения и замедления, на тормозные режимы, мо­ менты и зависят в основном от работы машиниста и организации работы крана на строительной площадке. Однако организация работы крана отражается в основном на паузе, уменьшение ко­ торой здесь не рассматривается, так как исследуется производи­ тельность цикла крана npri наименьшей возможной паузе.

На время Тр влияют многие факторы, в том числе и внешние, но как доказано, Гр является функцией ускорения и замедления. В этой связи конкретные предельные значения этой величины и ее производных (рывка, ощущения) имеют принципиальное зна­ чение. Скорость подъема установлена ГОСТом 9692—71. Время разгона 11 для кранов поэтому обусловливает в конечном итоге величину ускорения и является функцией следующих парамет­ ров: перегрузочной способности двигателя, резкого изменения числа оборотов дизеля при нагрузке, выбранной мощности дизе­ ля, перегрузочной способности основных деталей крапа. Перегру­ зочная способность двигателей постоянного тока для больше­ грузных кранов у ~ 2, Для крановых двигателей переменного то­ ка у ~ 2 -н 2,5. Следовательно, максимально допустимые ускоре­ ния можно определить из выражения ГПд = Q + am, откуда а = = {Fx>y)lm — Qlm, где Гпд = yFn = уГ3; F3, Fu, Гд — пусковое, но­ минальное и эквивалентное усилия, развиваемые двигателем. За­ менив Гэ = Qtp, где ф — коэффициент, характеризующий превы­ шение эквивалентной мощности над статической, получим мак­ симально допустимое ускорение груза, определенное по перегрузочной способности двигателя, а = Q/тпф (у — 1). Приняв

Y = 2, ф = 1,2, получим а = 1,4 Q/m.

Масса вращающихся элементов привода, приведенная к гру-

зу;

где GDznр-— приведенная маховая масса; й — передаточное число редуктора; г2 — передаточное число полиспаста; D6— диаметр ба­

= 63 000 кг, Q/(mi + m2) = 0,27. Для крана К-1001 при й = 87,6,

К-1001 а ~ 0,1 м/с2. Таким образом, для большегрузных кранов предельное ускорение равно 0,1—0,4 м/с2.

При нагрузке число оборотов дизеля уменьшается примерно на 20%, т. е. линейная скорость снижается до 0,8 ар, а ускорение

до 0,8ар, где ор и и р — расчетные значения скорости и ускорения.

17

Для большегрузных кранов отечественного производства, ра­ ботающих на постоянном токе, ускорение обусловливается мощ­

на 81,18 л. с. Если /| = 2 с, МД1Ш=11,3 кгс-м и РД1Ш= 30 л. с.,

что обусловливает при Рот = 72,63 л. с. мощность Р = 102,63 л. с.,

Для крана, работающего на переменном токе, грузоподъем­ ностью 63 т максимальная скорость подъема 0,15 м/с (9 м/мин). При времени разгона 3,1 с ускорение а = 0,0485 м/с2. При мини­ мальной скорости опускания груза v — 0,0275 м/с (1,65 м/мин) замедление а — 0,00886 м/с2. Для крана К-162 скорость подъема

0,006 м/с2. Таким образом, линейные ускорения при подъеме гру­ зового каната с номинальным грузом лежат в пределах 0,02— 0,05 м/с2 для большегрузных кранов, а для кранов таких как К-162 они достигают 0,15 м/с2. Это подтверждается также на рис. 1. При грейферной работе для кранов на постоянном токе

(К-255) v = 45 м/мин и а = 0,11 -=- 0,15 м/с2.

Необходимо подчеркнуть, что величины ускорения, рывка и ощущения являются сугубо средними (в проектах принято, что ускорение есть максимальная скорость, разделенная на время всего периода разгона). В действительности же значения их ко­ леблются около средней величины и в период пуска в 1,3— 1,5 ра­ за превышают средние (см. рис. 1). Отработка цикла Тр путем оптимизации режимов электропривода и автоматизации системы управления — одна из задач, которая вытекает из рассмотренных положений и экспериментальных данных.

В связи с тем, что высота подъема груза для кранов не яв­ ляется значительной (при высоте подъема 10— 18 м) по сравне­ нию с отрезками пути при разгоне и замедлении (для электро­ привода поворота она вообще конкретно определена), то увели­ чением ускорения и замедления, а также среднесменной скорости уменьшается время Гр, повышается к. п. д. цикла г), снижается удельный расход электроэнергии и увеличивается производитель­ ность крана. Следует подчеркнуть, что задача об увеличении среднесменного значения Я или среднесменного груза QCp.cM здесь не ставится.

Важнейшим элементом цикла является также скорость под­ хода груза к точке его останова. Необходимо различать некото-

18

рые условия этого процесса. В отличие от лифтов и подъемных машин электропривод стрелового самоходного крана, опустив и установив груз на заданное место, еще некоторое время продол­ жает работу, чтобы ослабить канаты для освобождений крюка от строп. Это движение происходит на малой скорости (на одной из начальных электромеханических характеристик электропри­ вода), так называемой скорости дотяжки цДОт. После установки груза с электропривода снимается часть нагрузки, при этом на­ клон его характеристики не должен быть изменен, чего добиться при ручном управлении без обратных связей нельзя или весьма трудно. Подъем и подведение груза к точке останова не всегда является решающим, ибо груз может быть поднят на 0,5 м и да­ же на 1,5 м выше заданной точки, но установка его должна про­ изводиться в большинстве случаев только при опускании.

Чтобы подвести груз к заданной точке, перебег для электро­ привода поворота должен отсутствовать. В этом случае точность имеет конкретное качество. Очевидно, что чем меньше допуск на ошибку и перебег, тем лучше.

Первый и второй случаи должны быть выполнены, когда диа­ грамма скорости имеет вид. показанный на рис. 7, б. В точке а при v = ОдОТ должен быть установлен груз. Последующее за этим наложение тормоза не дает возможности ослабить стропы. Имен­ но из-за этого необходим участок скоростной диаграммы со ско­ ростью ДОТЯЖКИ Цдот, который продолжится до точки б.

Для электропривода поворота, учитывая колебания груза и ка­ ната при останове и возможное отклонение скорости дотяжки от заданной пДОт [^дот(в) > ^дот(г)], такой участок также необходим. Он увеличивает время цикла скоростной диаграммы, но это уве­ личение времени на операции будет меньше времени, затрачен­ ного на установочные операции при скоростях, больших пДОт- В связи с этим скоростная диаграмма принимает форму пятипе­ риодной скоростной диаграммы. В некоторых случаях в период разгона необходимо вначале натянуть стропы, а затем плавно поднимать груз. Поэтому в скоростной диаграмме в период раз­ гона появляется участок подтяжки (рис. 7, в). Такие диаграммы должны быть оптимальны по производительности при минималь­ ном расходе электроэнергии, минимальных значениях (при пере­ ходных, в частности, пусковых режимах) силы тока (момента), оптимальных соотношениях рабочих скоростей (условия быстро­ действия или получения наикратчайшего пути в цикле) и наи­ меньшей продолжительности цикла. Однако оптимум может быть получен в основном только при определенных критериях позицио­ нирования (формы кривой разгона и замедления—-торможения), кроме того, указанные требования во многом противоречивы, как например, высокая производительность и минимальный мо­ мент, наименьшие потери и оптимальные скорости и т. д. при со­ вершенно конкретной, а не идеализированной скоростной диаг­ рамме.

19