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

Коснемся вопросов загрузки двигателя крана. При повторно­ кратковременной нагрузке, характерной для работы электропри­

янная времени охлаждения двигателя; для закрытых двигателей ТпХ = 2 и- 4 ч. Тогда допустимая кратность перегрузки двига­ теля может быть определена по формуле Л. Б. Гейлера:

Принимаем ап — отношение постоянных потерь к переменным, равным единице, ТрХ /Т„т ~ 0,7 и Тц = П + Гр; тогда

* = t = l / 2 ( 1 + i ° ' 7) - L

Обычно время паузы больше времени Гр, однако для боль­ шинства случаев П/Тр = 1, поэтому х = Рх/Рп = 1,5. Следователь­ но, электроприводы стреловых самоходных кранов можно на­ гружать до полуторакратной величины Рк. С точки зрения пре­ дельных моментов такие нагрузки допустимы.

Оптимальную мощность двигателей кранов необходимо опре­ делять исходя из среднесменной расчетной скоростной диаграм­

бавляется t%— время режима подтяжки. Учитывая,'что при t1, tz и U (рис. 7, б) двигатель работает с ухудшенными условиями ох­ лаждения, к этим временам вводят коэффициент 0,5, а к П—0,33. Напомним, что, исходя из расчетной среднесменной диаграммы, ускорение, замедление и скорость в период ti имеют максималь­ ные (проектные) значения.

20

3.ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ

Под ними подразумеваются обобщающие нормативные па­ раметры, которые характеризуют качественные стороны работы электроприводов как при эксплуатации, так и при создании но­ вых типов электроприводов. К таким параметрам необходимо отнести диапазон регулирования Д, эксплуатационный к. п. д. электропривода т), удельный расход электроэнергии у и коэффи­ циент качества электропривода а.

Под диапазоном регулирования подразумевают отношение скорости, максимально возможной, для регулирования данного электропривода, к минимальной ее величине, т. е. А = Птах/^тш- Э то отношение действительно при величине нагрузочного момен­ та, допустимого для этих скоростей. Плавность (скачок) регули­ рования характеризуется отношением скоростей вращения дви-

Когда Vk+i — Нл = 0, регулирование бесступенчатое. У электро­ приводов, регулирование скорости которых получается путем введения в ротор (якорь) двигателя сопротивлений, отношение перепада скорости на какой-либо характеристике Ап при измене­ нии момента на величину AM принято называть коэффициентом

пенью жесткости. При характеристике, параллельной оси абс­ цисс, р = оо.

Скоростная диаграмма в режиме замедления (рис. 7, б) сос­ тоит из периодов: от начала замедления до скорости дотяжки (точка а), периода дотяжки (точки а— б) и периода наложения тормоза (точки б— д). Время первого периода замедления t3 обусловливается системой регулирования привода и допустимой

величиной замедления а, и не может быть меньше t\ = —

flp

где ар — расчетная (допустимая) величина замедления. Период дотяжки — второй период замедления обусловливает­ ся в основном технологическими требованиями. Скорость дотяж­ ки определяется точностью останова груза. Под точностью оста­ нова груза подразумевается путь, который проходит груз после подачи команды на останов системы. Точность останова опреде­ ляется в основном технологическими требованиями, а также и тем, что детали большой массы останавливать на большой скорости труднее, чем легкие, и останов грузов значительной массы сопро­ вождается более сильным ударом, чем легких. Для рассматрива­ емых кранов при монтаже строительных конструкций (массой до 16 т) точность останова должна быть 5— 10 мм, что определяет скорость дотяжки 0,5 м/мин (диапазон регулирования А — 14), для грузов массой 25— 60 т — не более 5 мм или v = 0,25 мм (ди­ апазон регулирования Д = 28 -н 30).

21

Третий период — период наложения тормоза. Путь, проходи­ мый грузом от момента подачи сигнала на затормаживание до наложения тормоза,

х = vAtt + mv2j2 F Rm = v\{\/at + 1/2a3)>

где t t — время, определяемое суммарным действием системы уп­ равления на торможение; т — масса системы; — динамичес­ кое усилие при замедлении.

Рис. 8. Механические характеристики двигателя типа ДК-309Б:

Путь выбега после наложения тормоза равен niv2/2FAm, время выбега 0,5— 1 с.

На рис. 8 изображены механические характеристики двигате­ ля типа ДК-309Б (Р = 50 кВт, /г = 1460 об/мин, I = 260 А ). Диа-

22

характеристики с учетом уменьшения числа оборотов дизеля при увеличении нагрузки f5 = оо. Таким образом, для каждой из ха­ рактеристик жесткость и плавность иные.

Установлено, что при уменьшении числа оборотов дизеля с возрастанием нагрузки жесткость характеристик изменяется. В

1070

связи с этим диапазон регулирования при 1 = 0 равен ——= 9 85

для I = 240 А (с учетом уменьшения числа оборотов дизеля)

1390

А = - ^ = 13>90 (Для / = 100 А А = 17, для I = 150 А А = 16).

Фактически диапазон регулирования не превышает 10. Остаточ­ ный магнетизм генератора не' дает возможности снизить обороты менее 100, снижение же оборотов дизеля с увеличением нагрузки

Если бы можно было получить А = 30, то Пщы = 0,004 м/с. При такой скорости полностью достигаются любые скорости дотяжки и посадки груза, и поэтому диапазон регулирования, равный 30, обеспечивает любые режимы регулирования. Однако при увели­ чении Ушах до 15 или 20 м/мин диапазон регулирования должен быть существенно увеличен по максимальной скорости.

23

Желательно частоту вращения двигателя иметь равной 20— 30 об/мин, т. е. диапазон регулирования должен быть равен 30— 20. Жесткость характеристики 1 при Д = 50 — 38,2 = 11,8 и Дя =

тельное изменение момента на характеристиках /, 2, 3 вызывает относительно большие колебания скорости, что является весьма характерным для асинхронных двигателей с реостатным регули­ рованием.

Таким образом, краны на переменном токе имеют малый диа­ пазон регулирования и (при изменяющейся нагрузке, ветре и ук­ лоне) колебания скорости в цикле, что во многих случаях недо­ пустимо, особенно при работе по установке груза в заданную точку. Диапазон регулирования требует от существующих систем электропривода кранов значительных корректировок, чтобы по­ лучить более глубокое и устойчивое регулирование скорости.

Следующим основным параметром является эксплуатацион­ ный к. п. д. электропривода, определяемый за смену Тс. Опти­ мальный (максимальный) к. п. д. обеспечивается при нагрузке

х =

где Р — мощность на валу двигателя.

Оптимальный к. п. д. необходимо выбирать при средней квад­ ратичной нагрузке привода за эксплуатационный период, причем ее не следует смешивать со среднеквадратичной мощностью, так как последняя выбирается по наиболее тяжелому участку рабо­ ты за время, равное трем постоянным времени нагрева. Здесь же рассматривается среднеквадратичная нагрузка за продолжитель­ ное время — смену.

Электроприводы самоходных стреловых кранов работают в области малых нагрузок. Из нагрузочных диаграмм (см. рис. 1, 2 и 3) видно, что при максимальной нагрузке (Р„ — 50 кВт) электропривод работает 0,01 Тс, при 0,59 Рв период работы его в смене составляет 0,99 Тс, тогда

т. е. наивысший к. п. д. должен быть при нагрузке 0,6 Рк.

Для двигателей переменного тока, установленных на кранах грузоподъемностью 16— 100 т, при номинальной нагрузке т) = 0,8;

24

для двигателей постоянного тока, установленных на кранах гру­ зоподъемностью 25 т и более г|н = 0.85 ч- 0,88. Таким образом, при среднесменной нагрузке реальный к. п. д. гораздо ниже пас­ портного. Отсюда удельные потери электроэнергии в электропри­ воде превышают номинальные.

Удельный расход электроэнергии в кВт-ч/т является функци­ ей производительности крана:

троэнергии; Р.с — мощность холостого хода, включая мощность на

быть обеспечено только автоматическими системами управления электроприводом.

Весьма важным параметром является коэффициент качества электропривода, позволяющий оценить электропривод в эксплу­ атационном отношении.

Очевидно, что среднесменная скорость цикла определяется помимо других указанных причин тем, что машинист крана в не­ которых случаях при разгоне задерживает быстрое нарастание скорости при подъеме груза, затем резко увеличивает скорость и далее снижает ее, приноравливаясь к определенным внешним возмущающим факторам — ветру, уклону и т. д.

В связи с этим эксплуатационную оценку электроприводу на­ до давать исходя из соотношения фактически затраченных по-

25

терь й?ф и потерь номинальных Wa, т. е. W$jWs. В этом соотно­ шении в скрытом виде отображены глубина регулирования, за­ грузка электропривода, потери на регулирование и т. д.

Коэффициент качества электропривода

гателя при реостатном и любом способе регулирования и поло­ жительные качества при большом диапазоне регулирования

,системы Г— Д или системы тиристорный преобразователь — двигатель.

Чем больше а, тем ниже качество работы данной системы электропривода. Коэффициент оценки тем больше, чем ниже качественный комплекс параметров электропривода (меньше диапазон, больше расход электроэнергии, больше масса при

26

малой установленной мощности Р), поэтому при сравнении си­ стем электропривода коэффициент а различен (щ, « 2, ап).

Качество работы выше у того электропривода, у которого при основных сравниваемых равных параметрах G, Р, Q и Д меньше а, причем, если принять, что последние параметры сред­ несменные, то их должен быть также среднесменный, и он, оче­ видно, будет больше, чем при номинальных (паспортных) значениях G, Р, Q и Д.

4.КРИТЕРИИ ОПТИМАЛЬНОСТИ РАБОТЫ

Оптимальный режим работы механизма стрелового самоход­ ного крана ограничен следующими условиями: высота подъема

г.р

Н считается заданной и равной Н = j vdt, V(0 ) = 0, v^p) = 0.

о

Оптимальный режим работы кранового механизма опреде­ ляется оптимальным управлением, которое обеспечивает мини­ мально возможные потери в якоре электропривода при выполне­

данного перемещения за наименьшее время при заданном уров­ не потерь в якоре и при v — и I — / м.

Конкретизация этих определений обусловливает:

1) оптимальный график скорости, ускорения и рывка. Для

механизма подъема необходимо весьма плавное и все увеличи­ вающееся нарастание скорости при подъеме груза;

как скорость при окончании периода разгона должна быть максимальной. С другой стороны, минимальное время процесса разгона и замедления (оптимальная скоростная диаграмма) может не обеспечить минимальных усилий и потерь энергии

вякоре;

3)максимальные усилия при минимальной мощности элек­ тродвигателя и наименьшем расходе электроэнергии;

4)оптимальное передаточное число редуктора из условия

минимума потерь в якоре (роторе) электродвигателя. Оптимальные режимы системы крана должны быть обуслов­

лены: оптимальными соотношениями рабочих скоростей при совмещенной работе механизмов (наименьшим путем или наименьшим временем); максимальной производительностью и

27

минимальным временем выполнения операции механизмами крана при их совмещенной работе; при оптимизации работы крана в целом на основе автоматической системы управления краном.

5.ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РЕШЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОЙ ЗАДАЧИ

В1958 г. Л. Б. Гейлер поставил и решил следующую задачу.

наименее уклонялась от нуля. В этом случае график скорости

ких значений. При ограничении по скорости треугольная диаграмма переходит в трапецеидальную. Время Tv определяет­

идальном графике продолжительность цикла будет на 20% боль­ ше, скорость на 50% меньше, а Мэ на 30% меньше, причем рывок для треугольного и для трапецеидального графиков нара­ стает в момент пуска, что для привода поворота делает эти графики неоптимальными не только из-за физиологических; ощущений машиниста.

На основе вариационного исчисления Ю. П. Петров обобщил некоторые выводы из теории электропривода и сделал попытку определить параметры оптимальной скоростной и нагрузочной токовой диаграмм. Уравнение, связывающее потери энергии, перемещение и время, имеет вид

28

за единицу пути принят путь, пройденный за время t = 0 с; 0 — электромеханическая постоянная времени.

Когда начальная и конечные скорости равны, момент сопро-

м

тивления Мс постоянный, [л, = ц0 = -——‘ Основные характерн­

ей

стики оптимальной диаграммы (по Петрову) — это параболиче­

момент (минимальные потери) достигаются при разгоне меха­ низма подъема, подчиняющегося параболическому закону.

к оптимальной. Поэтому весьма важно установить возможность применения указанных положений к стреловым самоходным

Для кранов на переменном токе эти параметры имеют анало­ гичные значения. Из анализа соотношений Мс/Мв и MJMf„щ следует, что второй член выражения (5) является решающим при выборе оптимальной кривой разгона для привода кранов. Таким образом, так называемая оптимальная параболическая диаграмма не обеспечивает электроприводам стреловых само­ ходных кранов каких-либо преимуществ и качественно не может превалировать перед другими очертаниями скоростных диаграмм.

29