Система управления электроприводами моста крана

Предложена система управления электроприводами крана, содержащая мост, установленный на рельсах, первый и второй приводы, размещенные на первом и втором концах моста и кинематически связанные с колесами, взаимодействующими с рельсами, тележку, оснащенную механизмом подъема груза, установленную на мосту, первый и второй датчики смещения колес моста относительно рельсов, установленные, соответственно, с передней и задней сторон моста, блок умножения, вход которого соединен с выходом первого датчика смещения, первый компаратор, первый вход которого связан с выходом блока умножения, а второй вход соединен с выходом второго датчика смещения, первый сумматор и второй компаратор, первые входы которых соединены с задатчиком, вторые входы связаны с первым компаратором, причем выход второго компаратора соединен с первым приводом, а выход первого сумматора - со вторым приводом. Отличительными особенностями системы является то, что она снабжена датчиком массы транспортируемого груза, установленным на тележке, и датчиком положения тележки на мосту, выполненным в виде делителя напряжения. Сигналы этих датчиков дополняют сигналы датчиков, измеряющих перекос моста, и позволяют устранять перекос, если он возникает, более эффективно. Таким образом, техническими результатами разработки полезной модели является уменьшение смещений и перекосов моста крана при его движении по рельсовому пути, что повышает точность транспортирования грузов и надежность эксплуатации крана.

Предлагаемая полезная модель относится к средствам механизации и автоматизации подъемно-транспортных работ и может быть использована в качестве системы управления тяжелыми двухприводными кранами в механических цехах машиностроительных предприятий, на металлургических заводах и т.п.

Системы управления электроприводами моста крана, аналогичные предлагаемой, в настоящее время известны. Они включают в себя мост, установленный на параллельных рельсах с помощью колес, первый и второй приводы, размещенные на первом и втором концах моста и кинематически связанные с колесами, взаимодействующими, соответственно, с первым и вторым рельсами, тележку, оснащенную механизмом захвата и подъема груза, установленную на мосту с возможностью перемещения вдоль него перпендикулярно рельсам, задатчик управляющего сигнала, выполненный в виде пульта управления с контроллером, аппаратуру управления и коммутации, образующую единый блок управления, и электродвигатели. Пульт управления в них соединен с блоком управления, а последний подключен к двигателям, входящим в состав приводов моста. (А.Г.Яуре, Е.М.Певзнер. Крановый электропривод - М.: Энергоатомиздат, 1988, стр 43). При использовании системы оператор манипулирует пультом управления, включает и выключает приводы крана на определенное время и с помощью задатчика управляющего напряжения регулирует скорость электродвигателей приводов моста.

Достоинством системы-аналога является ее относительная простота. Однако высокой точности управления мостом такая система не обеспечивает. Не обеспечивает она и высокой надежности работы мостового крана. Это обусловлено тем, что характеристики электроприводов моста не абсолютно одинаковы, а колеса моста имеют не абсолютно равные диаметры. Указанные, а также иные факторы, приводят к тому, что при работе мостового крана мост зачастую движется по рельсам с перекосом.

Отмеченного недостатка в значительной степени лишена система управления электроприводами моста крана, описанная в статье «А.В.Щедринов, А.А.Коврыжкин. Системы автоматического управления электроприводами моста крана / Приборы и системы, управление, контроль, диагностика. 2009, 10, стр.6-9.» Предложенная в статье система управления, принятая нами за прототип, содержит мост крана, установленный на параллельных рельсах с помощью колес, первый и второй приводы, размещенные на первом и втором концах моста и кинематически связанные с колесами, взаимодействующими, соответственно с первым и вторым рельсами, тележку, оснащенную механизмом захвата и подъема груза, установленную на мосту с возможностью перемещения вдоль него перпендикулярно рельсам, первый и второй датчики смещения колес моста относительно рельсов, установленные, соответственно, с передней и задней сторон моста, первый блок умножения, вход которого соединен с выходом первого датчика смещения, первый компаратор, первый вход которого связан с выходом первого блока умножения (он умножает входной сигнал на два), а второй вход соединен с выходом второго датчика смещения, первый, второй, третий и четвертый задатчики напряжения, второй блок умножения, первый вход которого соединен с выходом первого задатчика, а второй вход - с выходом четвертого задатчика, блок деления, первый вход которого, предназначенный для ввода делимого, связан с выходом второго блока умножения, а второй вход, предназначенный для ввода делителя, соединен с выходом второго задатчика, третий блок умножения, первый вход которого соединен с выходом первого компаратора, а второй вход подключен к выходу блока деления, первый сумматор и второй компаратор, первые входы которых соединены с третьим задатчиком, а вторые входы подключены к выходу третьего блока умножения. Выход второго компаратора при этом подключен к управляющему входу первого электропривода, а выход первого сумматора - к управляющему входу второго электропривода.

При использовании системы-прототипа, ее предварительно настраивают. Для этого с помощью второго задатчика в блок деления вводят напряжение, отображающее величину , где М_М - масса моста, М_Т - масса тележки с механизмом захвата груза, - максимальная масса груза, транспортируемого краном. Далее с помощью четвертого задатчика во второй блок умножения вводят напряжение, отображающее М_М+М_Т+М _Г, где М_Г - масса груза, который предстоит в настоящее время транспортировать. После этого с помощью первого задатчика во второй блок умножения вводят напряжение, отображающее некоторый коэффициент К, зависящий от рабочего напряжения системы и максимального перекоса моста, принципиально возможного при эксплуатации крана (его подбирают эмпирически). В результате настройки системы на второй вход третьего блока умножения будет подано напряжение, отображающее величину Для включения системы в работу с помощью третьего задатчика на первые входы второго компаратора и первого сумматора подают напряжение, задающее требуемую скорость перемещения моста. Если в это время смещения и перекоса моста нет, то на выходе первого компаратора сигнал будет равен нулю, а, значит, на выходе третьего блока умножения он тоже будет равен нулю. В результате на выходах первого сумматора и второго компаратора будет напряжение, заданное третьим задатчиком, и первому и второму приводам будет задано работать с одинаковой скоростью. Если при их работе смещений и перекосов моста не будет, то система и дальше будет работать именно так.

Если же при перемещении моста произойдет перекос моста или его смещение относительно рельсов, то будет иметь место следующее. Первый датчик смещения выдает сигнал X ₁, а второй датчик смещения - сигнал Х₂. Как отмечается в статье, описывающей прототип, «разность Х ₁-Х₂ пропорциональна угловому смещению опоры моста крана относительно рельса; величина X₁ - определяется при этом линейным смещением опоры моста относительно рельса. Таким образом, сигнал 2·X₁-Х₂ обеспечивает одновременную коррекцию рассогласования угловых перемещений и поперечного смещения опор моста крана». Сигнал 2·X ₁-Х₂ поступает на вход третьего блока умножения, и это приводит к появлению на выходе указанного блока корректирующего напряжения, отображающего

Соотношение масс в дроби перед (2X₁ -X₂) в этом выражении учитывается в напряжении на выходе третьего блока умножения инерционность масс, перемещаемых приводами моста, как часть максимально допустимой массы. То есть, это есть коэффициент, учитывающий фактическую инерционность перемещаемых масс, которую должны преодолевать приводы перемещения моста.

Как показали эксперименты, описанные в статье, где предлагается система-прототип, учет инерционности масс, перемещаемых приводами моста, с помощью указанного коэффициента делает систему управления более устойчивой. Итак, при перекосе моста, и его смещении относительно рельсов, на выходе третьего блока умножения появляется сигнал, пропорциональный угловому перекосу и смещению моста относительно рельсов и инерционности перемещаемых масс. Этот сигнал поступает на первый сумматор и на вычитающий вход второго компаратора. В результате напряжения, поступающие на приводы скорректируются. Коррекция будет зависеть от знака сигнала на выходе третьего блока умножения. Если он отрицательный, то напряжение, поступающее на первый привод, увеличится, а на второй привод - уменьшится. Если положительный, то наоборот. Поскольку знак напряжения на выходе третьего блока умножения зависит от сигналов датчиков смещения, то коррекция скорости приводов произойдет в зависимости от этого знака, то есть, от направления и величины перекоса и смещения моста. Коррекция же скорости приводов приведет к уменьшению перекосов моста и смещений.

Система-прототип обеспечивает более высокую точность и надежность работы мостового крана, чем системы-аналоги. Однако она, все же, ликвидирует перекосы и смещения моста крана не полностью. Одна из причин этого в том, что она не учитывает влияния на перекос моста такого важного фактора как силы трения качения колес по рельсам. Между тем, силы трения качения электроприводам моста крана приходится преодолевать как и силы инерции движущихся масс. Силы трения качения колес по рельсам зависят от распределения нагрузок на рельсы при работе крана. Указанное же распределение зависит от положения тележки на мосту. Это обстоятельство в прототипе не учтено, а потому и предложенная система - прототип не вполне ликвидирует перекос и смещение моста при работе мостового крана и не во всех производственных условиях обеспечивает требуемую точность и надежность крана.

Задачей разработки предлагаемой полезной модели является устранение отмеченного недостатка прототипа, а именно повышение точности и надежности работы мостового крана путем более эффективного устранения перекоса и смещения моста относительно рельсов за счет учета положения тележки на мосту крана.

Достигается решение поставленной задачи тем, что система управления электроприводами моста крана, содержащая мост, установленный на параллельных рельсах с помощью колес, первый и второй приводы, размещенные на первом и втором концах моста и кинематически связанные с колесами, взаимодействующими, соответственно с первым и вторым рельсами, тележку, оснащенную механизмом захвата и подъема груза, установленную на мосту с возможностью перемещения вдоль него перпендикулярно рельсам, первый и второй датчики смещения колес моста относительно рельсов, установленные, соответственно, с передней и задней сторон моста, первый блок умножения, вход которого соединен с выходом первого датчика смещения, первый компаратор, первый вход которого связан с выходом первого блока умножения, а второй вход соединен с выходом второго датчика смещения, первый, второй, третий и четвертый задатчики напряжения, второй блок умножения, первый вход которого соединен с выходом первого задатчика, блок деления, первый вход которого, предназначенный для ввода делимого, связан с выходом второго блока умножения, а второй вход, предназначенный для ввода делителя, соединен с выходом второго задатчика, третий блок умножения, первый вход которого соединен с выходом первого компаратора, а второй вход подключен к выходу блока деления, первый сумматор и второй компаратор, первые входы которых соединены с третьим задатчиком, вторые входы подключены к выходу третьего блока умножения, причем выход второго компаратора соединен с первым приводом, а выход первого сумматора соединен со вторым приводом, дополнительно снабжена датчиком массы транспортируемого груза, установленным на тележке, и датчиком положения тележки на мосту, выполненным в виде делителя напряжения, вторым сумматором, первый вход которого соединен с датчиком массы, второй вход связан с выходом четвертого задатчика, а выход подключен ко второму входу второго блока умножения, дополнительным задатчиком и дополнительным блоком умножения, выход которого соединен с шиной электропитания датчика положения тележки, первый вход связан с выходом второго сумматора, а второй вход связан с дополнительным задатчиком, при этом выходной канал сигнала, снимаемого с одного плеча делителя напряжения, подключен к третьему входу второго компаратора, а выходной канал сигнала, снимаемого с другого плеча делителя напряжения, подключен к третьему входу первого сумматора.

На рисунке приведена схема предлагаемой системы управления электроприводами моста крана.

Система содержит мост 1, установленный на параллельных рельсах 2 с помощью колес 3, первый 4 и второй 5 приводы, размещенные на первом 6 и втором 7 концах моста и кинематически связанные с колесами, взаимодействующими, соответственно, с первым и вторым рельсами, тележку 8, оснащенную механизмом захвата и подъема груза, установленную на мосту 1 с возможностью перемещения вдоль него перпендикулярно рельсам 2, первый 9 и второй 10 датчики смещения колес моста относительно рельсов, установленные, соответственно, с передней и задней стороны моста, первый блок умножения 11 (он выполнен умножающим на два), вход которого соединен с выходом первого датчика смещения 9, первый компаратор 12, первый вход которого связан с выходом первого блока умножения 11, а второй вход соединен с выходом второго датчика смещения 10, первый 13, второй 14, третий 15 и четвертый 16 задатчики напряжения, второй блок умножения 17, первый вход которого соединен с выходом первого задатчика 13, блок деления 18, первый вход которого, предназначенный для ввода делимого, связан с выходом второго блока умножения 17, а второй вход, предназначенный для ввода делителя, соединен с выходом второго задатчика 14, третий блок умножения 19, первый вход которого соединен с выходом первого компаратора 12, а второй вход подключен к выходу блока деления 18, первый сумматор 20 и второй компаратор 21, первые входы которых соединены с третьим задатчиком 15, вторые входы подключены к выходу третьего блока умножения 19, причем выход компаратора 21 соединен с первым приводом 4, а выход первого сумматора 20 соединен со вторым приводом 5. Наряду с перечисленным, система снабжена датчиком массы 22 транспортируемого груза, установленным на тележке 8, и датчиком положения 23 тележки 8 на мосту 1, выполненным в виде делителя напряжения, дополнительным вторым сумматором 24, первый вход которого соединен с датчиком массы 22, второй вход связан с выходом четвертого задатчика 16, а выход подключен ко второму входу второго блока умножения 17, дополнительным задатчиком 25 и дополнительным блоком умножения 26, выход которого соединен с шиной электропитания датчика положения 23 тележки 8, первый вход связан с выходом второго сумматора 24, а второй вход связан с дополнительным задатчиком 25, при этом выходной канал сигнала, снимаемого с одного плеча делителя напряжения 23, подключен к третьему входу второго компаратора 21, а выходной канал сигнала, снимаемого с другого плеча делителя напряжения 23, подключен к третьему входу первого сумматора 20.

При использовании предлагаемой системы ее, подобно прототипу, предварительно настраивают. С помощью задатчика 14 в блок деления 18 вводят сигнал, отображающий величину , с помощью задатчика 13 в блок умножения вводят сигнал, отображающий коэффициент К, с помощью задатчика 16 в сумматор 24 вводят сигнал, отображающий величину М_М+М_Т . С помощью дополнительного задатчика 25 в блок умножения 26 вводят сигнал, отображающий некоторый коэффициент R. Этот коэффициент учитывает трение качения колес по рельсам, ускорение свободного падения g и рабочее напряжение системы и, аналогично коэффициенту К, подбирается эмпирически.

Далее систему включают в работу. Вначале с помощью механизма захвата и подъема груза, которыми оснащена тележка 8, поднимают подлежащий транспортированию груз. Датчик массы груза 22 выдает сигнал, отображающий эту массу М_Г, и вводит его в сумматор 24. На выходе сумматора 24 появляется сигнал, отображающий М_М+М_Т +М_Г, а на выходе блока 18 - сигнал отображающий инерционность перемещаемых масс. Поскольку мост крана стоит в это время в исходном положении, когда ни перекоса, ни смещения моста еще нет, на выходе компаратора 12 сигнал равен нулю, и на выходе блока умножения 19 тоже. Вместе с этим на вход блока умножения 26 поступит сигнал, отображающий массу М _М+М_Т+М_Г, и на выходе этого блока появится сигнал R·(M_М+М_Т+М_Г ) отображающий суммарную силу трения качения колес моста по рельсам. Этот сигнал создаст соответствующее напряжение питания датчика положения тележки 8 на мосту 1 (напомним, что он выполнен в виде делителя напряжения) и распределится между компаратором 21 и сумматором 20. На компаратор будет подано напряжение с одного плеча делителя, а на сумматор - с другого. Причем, чем дальше находится тележка от конца 6 моста 1 и чем ближе к концу 7, тем меньше напряжение от датчика 23 будет подано на компаратор 21 и тем больше - на сумматор 20. В противном случае - наоборот. Таким образом, на приводы 4 и 5 поступят напряжения, пропорциональные моментам сил трения качения колес по рельсам, которые должны быть преодолены, соответственно, тем и другим приводом. При включении задатчика 15 к этим напряжениям добавится напряжение, задающее требуемую скорость перемещения моста. Оно выбирается с учетом момента инерции масс, которые должны перемещаться. В результате приводы 4 и 5 начнут работать, преодолевая сопротивление сил инерции и сил трения. Мост начнет перемещаться. Если смещения и перекоса моста относительно рельсов не будет, то на приводы 4 и 5 напряжение и дальше будет подаваться так же. Если же смещение и перекос моста произойдут (а это, как уже отмечалось, зависит, в частности, и от распределения нагрузок на колеса, установленные на конце 6 и конце 7 моста, т.е. от положения тележки на мосту) то на выходе блока умножения 19 появится сигнал коррекции, поступающий на компаратор 21 и сумматор 20. Этот сигнал алгебраически сложится с сигналом, заданным задатчиком 15, и ему еще «помогут» сигналы, поступающие от датчика 23. Поскольку положение тележки 8 с грузом на мосту является одним из основных факторов, создающих смещение и перекос моста относительно рельсов, т.е. является одним из основных возмущающих воздействий на систему, то дополнительные блоки системы и их соединения вводят в систему дополнительный канал управления по возмущению. Он используется совместно с каналом управления по отклонению, что обеспечивается путем прямого измерения смещения и перекоса моста 1 датчиками 9 и 10 и дальнейшего использования их сигналов. В прототипе же использован только канал управления по отклонению. А известно, что комбинированное управление (по возмущению и отклонению) всегда точнее, чем только управление по отклонению (В.Н.Брюханов, М.Г.Косов, С.П.Протопопов и др. Теория автоматического управления - М.: Высшая школа, 2000, стр.15-17). Таким образом, предложенная система управления электроприводами моста крана более эффективно уменьшает смещение и перекос моста, чем прототип, что в большей степени обеспечивает точность перемещения грузов краном и надежность его работы. А это, в свою очередь, составляет технический результат полезной модели.

Система управления электроприводами моста крана, содержащая мост, установленный на параллельных рельсах с помощью колес, первый и второй приводы, размещенные на первом и втором концах моста и кинематически связанные с колесами, взаимодействующими, соответственно, с первым и вторым рельсами, тележку, оснащенную механизмом захвата и подъема груза, установленную на мосту с возможностью перемещения вдоль него перпендикулярно рельсам, первый и второй датчики смещения колес моста относительно рельсов, установленные, соответственно, с передней и задней сторон моста, первый блок умножения, вход которого соединен с выходом первого датчика смещения, первый компаратор, первый вход которого связан с выходом первого блока умножения, а второй вход соединен с выходом второго датчика смещения, первый, второй, третий и четвертый задатчики напряжения, второй блок умножения, первый вход которого соединен с выходом первого задатчика, блок деления, первый вход которого, предназначенный для ввода делимого, связан с выходом второго блока умножения, а второй вход, предназначенный для ввода делителя, соединен с выходом второго задатчика, третий блок умножения, первый вход которого соединен с выходом первого компаратора, а второй вход подключен к выходу блока деления, первый сумматор и второй компаратор, первые входы которых соединены с третьим задатчиком, вторые входы подключены к выходу третьего блока умножения, причем выход второго компаратора соединен с первым приводом, а выход первого сумматора соединен со вторым приводом, отличающаяся тем, что она снабжена датчиком массы транспортируемого груза, установленным на тележке, и датчиком положения тележки на мосту, выполненным в виде делителя напряжения, вторым сумматором, первый вход которого соединен с датчиком массы, второй вход связан с выходом четвертого задатчика, а выход подключен ко второму входу второго блока умножения, дополнительным задатчиком и дополнительным блоком умножения, выход которого соединен с шиной электропитания датчика положения тележки, первый вход связан с выходом второго сумматора, а второй вход связан с дополнительным задатчиком, при этом выходной канал сигнала, снимаемого с одного плеча делителя напряжения, подключен к третьему входу второго компаратора, а выходной канал сигнала, снимаемого с другого плеча делителя напряжения, подключен к третьему входу первого сумматора.