Диссертация (Обоснование параметров металлоконструкций грузовых тележек кранов мостового типа на основе универсальной компоновочной схемы), страница 10

Для имитации работы механизма впорожнем состоянии количество дисков уменьшалось до двух, что соответствуетприведённому моменту инерции Jпр = 0,202 кг∙м2 [29]. И в том, и в другом случаемомент сопротивления движению механизма принимается одинаковым. Данноедопущение не приведёт к значительному искажению результатов эксперимента,так как действующий момент сопротивления весьма мал и обусловлен трением вподшипниковых опорах приводного вала экспериментальной установки. В ходеэксперимента работа механизма моделировалась в лёгком (30 включений в час),среднем (90 включений в час), тяжёлом (180 включений в час) и весьма тяжёломрежиме работы (360 включений в час) [29]. Для обеспечения принятых режимовцикл работы механизма не должен был превышать 120 с, 40 с, 20 с, и 10 с соответственно [29]. Эксперимент проводился для трёх случаев настройки системы55управления, в рамках которых время разгона и время торможении принималисьравными 5 с, 4 с, и 3 с.

В итоге получено 12 комбинаций исходных экспериментальных параметров R-t, где первой буквой обозначается имитируемый режим работы крана, а вторая буква показывает установленное при этом время разгонаторможения [29].Эксперимент включал в себя следующие этапы.1. На приводном валу закреплялась необходимая инерционная нагрузка.2. С помощью частотного преобразователя устанавливались требуемые значения времени разгона и торможения привода.3. Производилось моделирование работы привода для одной комбинацииисходных параметров в течении периода испытания, равного 5 минутам.4.

При помощи тепловизора определялась температура элементов привода исиловых цепей системы управления в заданный момент времени.3.3 Результаты экспериментального исследованияИзмерения температуры тормозного резистора и отдельных элементов привода экспериментальной установки проводились в конце каждого цикла работымеханизма, что позволило получить данные о росте температуры в течение одногоотдельно взятого периода испытания (рисунок 3.8) [29].а)б)Рисунок 3.8 – Термограммы тормозного резистора в течение одного периода испытаний: а – в конце первого цикла работы механизма; б – в конце заключительного цикла работы механизма56Диаграмма величин максимальных температур, достигнутых в рамках одного периода испытания с характерной комбинацией исходных параметров при работе механизма с полной инерционной нагрузкой, показана на рисунке 3.9 [29].Рисунок 3.9 – Диаграмма распределения максимальных температур тормозногорезистора при работе механизма с полной инерционной нагрузкойМаксимальная температура резистора увеличивается прямо пропорционально числу включений в час и обратно пропорционально времени торможениямеханизма.

Следует отметить, что для комбинаций параметров ВТ-4, Т-4 и Т-3максимальная температура резистора превысила верхний предел измерения тепловизора (110 °C). В ходе моделирования работы механизма для случая ВТ-3 произошла критическая перегрузка по току при торможении [29]. Данный режим работы в комбинации с минимальным из рассматриваемых временем разгонаторможения является недопустимым для электромеханической схемы приводапри данной нагрузке, даже несмотря на наличие в системе тормозного резистора,и тот факт, что технические параметры частотного преобразователя полностьюсоответствуют параметрам электродвигателя и подбирались в строгом соответствии с методикой производителя [29].Так же установлено, что максимальные температуры тормозного резисторав комбинациях С-3, Л-3 незначительно отличаются от максимальных температур,57определённых для комбинаций С-4, Л-4, и падают с увеличением времени разгона-торможения до 5 секунд (рисунок 3.10) [29].а)в)д)б)г)е)Рисунок 3.10 – Термограммы тормозного резистора для различных комбинацийэкспериментальных параметров в случае работы привода с полной инерционнойнагрузкой: а – комбинация С-3; б – комбинация Л-3; в – комбинация С-4;г – комбинация Л-4; д – комбинация С-5; е – комбинация Л-558Диаграмма величин максимальных температур, достигнутых в рамках одного периода испытания с характерной комбинацией исходных параметров при работе механизма без полезной нагрузки (порожнее состояние), показана на рисунке3.11 [29].

Можно отметить, что максимальные температуры резистора для каждойкомбинации экспериментальных параметров уменьшаются. Так, разность максимальных температур резистора для комбинаций ВТ-5, Т-5, С-5, Л-5 между двумямоделируемыми режимами нагружения в зависимости от режима работы достигает от 47% до 62% при уменьшении приведённого момента инерции на 31,3% (рисунок 3.12). Аналогично, максимальная температура резистора для комбинаций свременем разгона-торможения 3 и 4 секунды падает на 22-39% [29].Рисунок 3.11 – Диаграмма распределения максимальных температур тормозногорезистора при работе механизма без полезной нагрузкиИз диаграмм (рисунок 3.9 и рисунок 3.11) так же видно, что разницамаксимальных температур в комбинациях Т-5 и С-5 минимальна как при работемеханизма с полной нагрузкой, так и в порожном состоянии. Причём данноесоотношение характеризуется не только максимальными значениями температур,но так же наблюдалось при каждом замере в течение всего периода эксперимента.При других комбинациях экспериментальных параметров подобное соотношениене проявлялось [29].59а)б)Рисунок 3.12 – Термограммы тормозного резистора для комбинации параметровВТ-5: а – при работе механизма с полной инерционной нагрузкой; б – приработе механизма без полезной нагрузкиВ рамках эксперимента также были проведены замеры температуры нагрева корпуса электродвигателя при работе в различных режимах с пуском от преобразователя частоты и непосредственным подключением обмоток во внешнюю питающую сеть.

Полученные значения максимальных температур экспериментального цикла показаны на рисунке 3.13 [29]. Замеры проводились при работе привода в тяжёлом, среднем и лёгком режиме с установленным временем разгонаторможения равным 4 секундам (комбинации параметров Т-4, С-4, Л-4) [29].Как видно из диаграммы (рисунок 3.14) при подаче тока из внешней питающей сети без применения преобразователя частоты, максимальные температурынагрева корпуса двигателя для разных режимов работы значительно отличаются.Если параметры питающей сети задаются частотным преобразователем максимальные температуры корпуса электродвигателя для рассмотренных режимов работы близки по значению и находятся в районе 30 °C [29].60а)б)в)г)д)е)Рисунок 3.13 – Термограммы корпуса электродвигателя при работе привода вразличных режимах работы: а – привод работает в тяжелом режиме без ПЧ;б – привод работает в тяжёлом режиме с управлением от ПЧ; в – привод работаетв среднем режиме без ПЧ; г – привод работает в среднем режиме с управлениемот ПЧ; д – привод работает в лёгком режиме без ПЧ; е – привод работает в лёгкомрежиме с управлением от ПЧ61Рисунок 3.14 – Диаграмма максимальных температур корпуса электродвигателяпри работе привода в различных режимахПроведённый эксперимент наглядно демонстрирует влияние настроек системы управления (времени разгона-торможения, задаваемого с помощью преобразователя частоты) на нагруженность привода.

Полученный результат позволяетговорить о правильности настройки системы управления, как о важном факторе,определяющем величину динамических нагрузок, действующих на несущую металлоконструкцию тележки [29].3.4 Теоретическое исследование работы частотно-регулируемой системыуправления с перспективными типами приводовПри расчёте металлоконструкции тележки по I и II критерию работоспособности [31] необходимо производить учет горизонтальных динамических нагрузок,возникающих при работе механизма передвижения. Динамические эффекты, возникающие от движения тележки с грузом или без груза также напрямую зависятот характеристик приводов и настроек системы управления. Наиболее ярко дан-62ная зависимость может быть проиллюстрирована на примере работы перспективного привода механизма передвижения с линейным электродвигателем.Представленная в [45] конструктивная схема механизма передвижениятележкимостовогокомпактностьюикранаслинейнымотносительнойэлектродвигателемпростотой[25].отличаетсяДополнительнымпреимуществом данной схемы является отсутствие зависимости качествапередачи тягового усилия от загрузки тележки и распределения масс междуходовыми колёсами [25, 45].Все существующие линейные электродвигатели обладают высокой динамикой и в номинальном режиме работы развивают скорость более 1 м/с, что обусловлено их конструктивными особенностями.

Для получения меньшей скоростипередвижения, характерной для многих тележек мостовых кранов, применяютсясистемы управления с использованием частотного преобразователя [25, 45].Линейный электродвигатель непосредственно приводит в движениетележку крана при помощи поперечного тягового усилия, возникающего привзаимодействии электромагнитных полей первичного и вторичного элементов. Всвязи с отсутствием вращающихся масс уравнение движения центра масс тележкиимеет следующий вид [25, 45]:md F ДВ  WС ,dt(3.2)где Wc – общая сила сопротивления передвижению тележки, Н; Fдв– движущаяпоперечная сила, Н; mΣ – масса тележки с учётом транспортируемого груза илибез него, в зависимости от расчётного случая, кг [25, 45].Кроме движущей силы между первичной и вторичной частями линейногоэлектродвигателя возникает постоянная по модулю сила притяжения FD [25, 45].Указанная сила в зависимости от расположения линейного электродвигателя может уменьшать либо увеличивать опорную реакцию ходовых колёс и, какследствие, сопротивление движению Wc, что учитывается при определениисоставляющих [25, 45]:63– сопротивления передвижению от сил тренияWТР GГР  GТ  FD nЛ .

Д .(2  fd )k Р ,DХ . К .(3.3)где GГР – вес транспортируемого груза, Н; GТ – вес грузовой тележки, Н;d – диаметр цапфы вала, мм; DХ.К. – диаметр ходового колеса, мм; f – приведённыйкоэффициент трения для подшипников опоры колеса; μ – коэффициент трениякачения ходового колеса, мм; kр – коэффициент трения реборд; nл.д.