Устройство для регулирования сил натяжения канатов многоточечного подвеса грузовой платформы подъемного крана
Устройство для регулирования сил натяжения канатов многоточечного подвеса грузовой платформы подъемного крана относится к автоматизированному многодвигательному электроприводу и может быть использована для регулирования сил натяжения канатов многоканального электропривода подвеса грузовой платформы маневренного подъемного крана при выполнении строительно-монтажных работ в условиях плотной городской застройки, когда рабочая зона транспортируемых грузов очень ограничена. Технический результат заключается в повышении надежности устройства. Устройство содержит шесть электроприводов барабанов с канатами для подвеса каждой парой канатов своей вершины треугольной грузовой платформы в виде стальной рамы и датчиками сил натяжения канатов, элемент выделения минимального из входных сигналов, задатчик и задатчик интенсивности, причем каждый из электроприводов включает в себя электродвигатель с датчиком тока, к оси которого подсоединены датчики скорости вращения и угла поворота, три элемента сравнения сигналов, регулятор длины травления каната, перемножитель сигналов, суммирующий усилитель, нелинейный усилитель, регулятор тока и управляемый преобразователь, подключенный выходом к цепи питания двигателя, вычислитель обратного значения коэффициента усиления участка прямой цепи электропривода, два элемента выделения модуля входного сигнала, два дифференцирующих фильтра и нелинейный преобразователь. 2 ил.
Полезная модель относится к автоматизированному многодвигательному электроприводу и может быть использована для автоматизации управления подъемно-транспортными машинами. В частности для регулирования сил натяжения канатов многоканального электропривода подвеса грузовой платформы маневренного подъемного крана при выполнении строительно-монтажных работ в условиях плотной городской застройки, когда рабочая зона транспортируемых грузов очень ограничена.
Известно устройство для регулирования сил натяжения канатов многоточечного подвеса грузовой платформы подъемного крана [см. статью Елсуков B.C., Сохадзе А.Г. Синтез сепаратных регуляторов многоканального подвеса груза подъемного крана // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки, 2001, №2, с.14, рис.1], содержащее шесть электроприводов барабанов с канатами для подвеса каждой парой канатов своей вершины треугольной грузовой платформы в виде стальной рамы и с датчиками сил натяжения канатов, которые подключены выходами ко входам блока регуляторов координации сил натяжения канатов, задатчик и пропорциональный регулятор высоты поднятия груза, задатчик интенсивности и поляризованное реле, которые подключены входами к выходу регулятора высоты поднятия груза, элемент сравнения, который подсоединен первым входом к выходу элемента выделения минимального из сигналов датчиков углов поворота осей электроприводов, вторым входом к выходу задатчика и выходом ко входу регулятора высоты поднятия груза, регулятор ограничения скорости, подключенный входом к выходу элемента выделения максимального из модулей сигналов датчиков скоростей вращения осей электроприводов и выходом к инвертору, причем каждый из электроприводов включает в себя электродвигатель, к оси которого подсоединены датчики скорости вращения и угла поворота и через редуктор свой барабан со стальным канатом, регулятор длины травления каната, элемент выделения максимального из входных сигналов, подключенный входами к выходам регулятора длины травления каната и инвертора, элемент выделения минимального из входных сигналов, подсоединенный входами к выходам регулятора длины травления каната и регулятора ограничения скорости, первый элемент сравнения сигналов, подключенный выходом к входу регулятора длины травления каната, первым входом к выходу задатчика интенсивности, вторым входом к выходу датчика угла поворота и третьим входом к соответствующему выходу блока регуляторов координации сил натяжения канатов, последовательно соединенные регулятор скорости травления каната и управляемый преобразователь, который подключен выходом к цепи питания электродвигателя, второй элемент сравнения сигналов,
подсоединенный выходом к входу регулятора скорости травления каната, первым входом к выходу датчика скорости вращения, вторым входом через нормально замкнутый контакт поляризованного реле к выходу элемента выделения минимального из входных сигналов и через нормально разомкнутый контакт поляризованного реле к выходу элемента выделения максимального из входных сигналов, и элемент выделения модуля входного сигнала, который подключен входом к выходу датчика скорости вращения и выходом к одному из входов элемента выделения максимального из модулей сигналов датчиков скоростей вращения всех электроприводов, а элемент выделения минимального из сигналов датчиков углов поворота осей электроприводов подсоединен входами к выходам указанных датчиков.
Однако рассматриваемое устройство не может гарантировать монотонный характер, т.е. требуемую плавность изменения скорости транспортирования груза. Дело в том, что масса грузовой платформы с транспортируемым грузом и, соответственно, эквивалентный момент инерции электропривода подвеса платформы являются переменными величинами. Кроме того, это устройство обладает недостаточно высокой надежностью в связи с тем, что, во-первых, в нем не контролируется и не ограничивается на допустимом уровне значение тока электродвигателей, во-вторых, алгоритм работы его блока регуляторов координирующих сил натяжения канатов является излишне сложным [см. статью Елсуков B.C., Загороднюк В.Т., Сохадзе А.Г. Система автоматического управления стабилизационной платформы подъемного крана // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки, 2001, №1, с.34.].
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению (прототипом) является устройство для регулирования сил натяжения канатов многоточечного подвеса грузовой платформы подъемного крана [см. статью Булгаков А.Г., Елсуков B.C. Система селективно-координирующего управления многоканальным подвесом грузостабилизационной платформы строительного подъемного крана // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки, 2006, №1, с.4, рис.1], содержащее шесть электроприводов барабанов с канатами для подвеса каждой парой канатов своей вершины треугольной грузовой платформы в виде стальной рамы и с датчиками сил натяжения канатов, которые подключены выходами ко входам блока регуляторов координации сил натяжения канатов, задатчик и регулятор высоты поднятия груза в виде последовательно соединенных управляемого ключа, интегратора и сумматора, второй вход которого подключен к выходу задатчика, элемент сравнения, подсоединенный первым входом к выходу элемента выделения максимального из сигналов датчиков углов поворота осей электроприводов, вторым входом к выходу задатчика и выходом к входу поляризованного реле и сигнальному входу управляемого ключа, информационный вход которого подключен через пороговый элемент к выходу элемента выделения максимального из сигналов задания тока электроприводов, регулятор ограничения скорости, подключенный входом к выходу элемента выделения максимального из модулей сигналов датчиков скоростей вращения осей электроприводов и выходом к
инвертору, причем каждый из электроприводов включает в себя электродвигатель с датчиком тока, к оси которого подсоединены датчики скорости вращения и угла поворота и через редуктор свой барабан со стальным канатом, регулятор длины травления каната, элемент выделения максимального из входных сигналов, подключенный входами к выходам регулятора длины травления каната и инвертора, элемент выделения минимального из входных сигналов, подсоединенный входами к выходам регулятора длины травления каната и регулятора ограничения скорости, первый элемент сравнения сигналов, подключенный выходом к входу регулятора длины травления каната, первым входом к выходу регулятора высоты поднятия груза, вторым входом к выходу датчика угла поворота и третьим входом к соответствующему выходу блока регуляторов координации сил натяжения канатов, перемножитель сигналов, подсоединенный первым входом через нормально замкнутый контакт поляризованного реле к выходу элемента выделения минимального из входных сигналов и через нормально разомкнутый контакт поляризованного реле к выходу элемента выделения максимального из входных сигналов, нелинейный усилитель с характеристикой насыщения, подключенный входом к выходу перемножителя сигналов и выходом к одному из входов элемента выделения максимального из сигналов задания токов электродвигателей, последовательно соединенные регулятор тока и управляемый преобразователь, который подключен выходом к цепи питания электродвигателя, второй элемент сравнения сигналов, который подключен первым входом к выходу нелинейного усилителя, вторым входом к выходу датчика тока и выходом к входу регулятора тока, первый элемент выделения модуля входного сигнала, который подключен входом к выходу датчика скорости вращения и выходом к одному из входов элемента выделения максимального из модулей сигналов датчиков скоростей вращения всех электроприводов, вычислитель обратного значения коэффициента усиления участка прямой цепи электропривода, который подсоединен выходом к второму входу перемножителя сигналов, первым входом через последовательно соединенные второй элемент выделения модуля входного сигнала и первый дифференцирующий фильтр к выходу перемножителя сигналов и вторым входом через последовательно соединенные третий элемент выделения модуля входного сигнала и второй дифференцирующий фильтр к выходу датчика скорости, а элемент выделения максимального из сигналов датчиков углов поворота осей электроприводов подключен входами к выходам указанных датчиков.
Данное устройство, в отличие от аналога, гарантирует монотонный характер изменения скорости транспортирования груза. Это обеспечивается введением в устройство параметрически стабилизирующей обратной связи. Указанная обратная связь содержит вычислитель обратного значения коэффициента усиления участка прямой цепи электропривода, два дифференцирующих фильтра, второй и третий элементы выделения модуля входного сигнала и замыкается через перемножитель сигналов. Кроме того, рассматриваемое устройство обеспечивает ограничение токов электродвигателей за
счет введения в него соответствующих контуров регулирования с нелинейным усилителем на входе. И более высокую точность регулирования высоты поднятия груза, так как регулятор высоты поднятия груза содержит интегральную составляющую. Но это устройство, как и аналог, обладает недостаточно высокой надежностью в связи с тем, что алгоритм работы его блока регуляторов координирующих сил натяжения канатов является излишне сложным [см. ту же статью Булгаков А.Г., Елсуков B.C. Система селективно-координирующего управления многоканальным подвесом грузостабилизационной платформы строительного подъемного крана // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки, 2006, №1, с.6]. Более того, в прототипе, как и в аналоге, регулятор высоты осуществляет регулирование усредненной высоты поднятия груза. Но эту же функцию по сути выполняют и регуляторы длины травления канатов. Поэтому включение в устройство регулятора высоты поднятия груза повышает сложность устройства и, соответственно, снижает его надежность.
Задача полезной модели - упрощение устройства, за счет чего обеспечивается повышение его надежности.
Решение задачи достигается тем, что устройство для регулирования сил натяжения канатов многоточечного подвеса грузовой платформы подъемного крана, содержащее шесть электроприводов барабанов с канатами для подвеса каждой парой канатов своей вершины треугольной грузовой платформы в виде стальной рамы и датчиками сил натяжения канатов, задатчик, причем каждый из электроприводов включает в себя электродвигатель с датчиком тока, к оси которого подсоединены датчики скорости вращения и угла поворота и через редуктор свой барабан со стальным канатом, регулятор длины травления каната, первый элемент сравнения сигналов, подключенный выходом к входу регулятора длины травления каната и первым входом к выходу датчика угла поворота, перемножитель сигналов, нелинейный усилитель с характеристикой насыщения, подключенный входом к выходу перемножителя сигналов, последовательно соединенные регулятор тока и управляемый преобразователь, который подключен выходом к цепи питания электродвигателя, второй элемент сравнения сигналов, который подключен первым входом к выходу нелинейного усилителя, вторым входом к выходу датчика тока и выходом к входу регулятора тока, вычислитель обратного значения коэффициента усиления участка прямой цепи электропривода, который подсоединен выходом к второму входу перемножителя сигналов, первым входом через последовательно соединенные первый элемент выделения модуля входного сигнала и первый дифференцирующий фильтр к выходу перемножителя сигналов и вторым входом через последовательно соединенные второй элемент выделения модуля входного сигнала и второй дифференцирующий фильтр к выходу датчика скорости вращения, снабжено задатчиком интенсивности, элементом выделения максимального из входных сигналов и индивидуальными для каждого электропривода суммирующим усилителем, третьим элементом сравнения сигналов и нелинейным преобразователем с
характеристикой типа зоны нечувствительности, при этом задатчик подключен выходом через задатчик интенсивности ко второму входу первого элемента сравнения сигналов всех электроприводов, элемент выделения минимального из входных сигналов подсоединен входами к выходам датчиков сил натяжения канатов, третий элемент сравнения сигналов каждого электропривода подключен первым входом к выходу своего датчика силы натяжения каната, вторым входом к выходу элемента выделения минимального из входных сигналов и выходом через нелинейный преобразователь к первому входу своего суммирующего усилителя, который подсоединен вторым входом к выходу перемножителя сигналов и выходом ко входам нелинейного усилителя и первого дифференцирующего фильтра, а перемножитель сигналов подключен своим первым входом к выходу регулятора длины травления каната.
На фиг.1 и фиг.2 представлены соответственно функциональная схема устройства для регулирования сил натяжения канатов многоточечного подвеса грузовой платформы подъемного крана и кинематическая схема канатного многоточечного подвеса грузовой платформы.
Устройство для регулирования сил натяжения канатов многоточечного подвеса грузовой платформы 1 подъемного крана, содержащее шесть электроприводов 2÷7 барабанов с канатами для подвеса каждой парой канатов своей вершины треугольной грузовой платформы 1 в виде стальной рамы и датчиками 8÷13 сил натяжения канатов, задатчик 14, причем каждый из электроприводов 2÷7 включает в себя электродвигатель 15 с датчиком 16 тока, к оси которого подсоединены датчики 17 и 18 скорости вращения и угла поворота и через редуктор 19 свой барабан 20 (21) со стальным канатом, регулятор 22 длины травления каната, первый элемент 23 сравнения сигналов, подключенный выходом к входу регулятора 22 длины травления каната и первым входом к выходу датчика 18 угла поворота, перемножитель 24 сигналов, нелинейный усилитель 25 с характеристикой насыщения, подключенный входом к выходу перемножителя 24 сигналов, последовательно соединенные регулятор 26 тока и управляемый преобразователь 27, который подключен выходом к цепи питания электродвигателя 15, второй элемент 28 сравнения сигналов, который подключен первым входом к выходу нелинейного усилителя 25, вторым входом к выходу датчика 16 тока и выходом к входу регулятора 26 тока, вычислитель 29 обратного значения коэффициента усиления участка прямой цепи электропривода, который подсоединен выходом к второму входу перемножителя 24 сигналов, первым входом через последовательно соединенные первый элемент 30 выделения модуля входного сигнала и первый дифференцирующий фильтр 31 к выходу перемножителя 24 сигналов и вторым входом через последовательно соединенные второй элемент 32 выделения модуля входного сигнала и второй дифференцирующий фильтр 33 к выходу датчика 17 скорости вращения, задатчик 34 интенсивности, элемент 35 выделения максимального из входных сигналов и индивидуальными для каждого электропривода суммирующим усилителем 36, третьим элементом 37 сравнения сигналов и нелинейным преобразователем 38 с
характеристикой типа зоны нечувствительности, при этом задатчик 14 подключен выходом через задатчик 34 интенсивности ко второму входу первого элемента 23 сравнения сигналов всех электроприводов, элемент 35 выделения минимального из входных сигналов подсоединен входами к выходам датчиков 8÷13 сил натяжения канатов, третий элемент 37 сравнения сигналов каждого электропривода подключен первым входом к выходу своего датчика 8 силы натяжения каната, вторым входом к выходу элемента 35 выделения минимального из входных сигналов и выходом через нелинейный преобразователь 38 к первому входу своего суммирующего усилителя 36, который подсоединен вторым входом к выходу перемножителя 24 сигналов и выходом ко входам нелинейного усилителя 25 и первого дифференцирующего фильтра 31, а перемножитель 24 сигналов подключен своим первым входом к выходу регулятора 22 длины травления каната.
Грузовая платформа 1 в виде стальной треугольной рамы сверху прикрепляется своими углами с помощью шести стальных канатов, по два на каждый угол, к аналогичной верхней раме 39. Снизу к платформе 1 крепятся клещевые либо магнитные схваты для перемещаемого груза. Верхняя рама 39, в свою очередь, жестко закрепляется в горизонтальной плоскости на тележке мостового или башенного подъемного крана. При этом в каждом углу верхней рамы 39 монтируется по два управляемых автономными электроприводами канатных подвеса двух ближайших углов грузовой платформы 1.
Устройство для регулирования сил натяжения канатов многоточечного подвеса грузовой платформы подъемного крана работает следующим образом. Пусть, например, диаметр намотки каната на барабан 20 оказался больше диаметров намотки канатов подвеса грузовой платформы на другие барабаны. Тогда при подъеме груза сила натяжения соответствующего каната с датчиком 8 силы натяжения окажется больше силы натяжения любого другого каната. Сигналы с датчиков 8÷13 сил натяжения канатов поступают на входы элемента 35 выделения минимального из входных сигналов. На его выходе появляется наименьший из входных сигналов. Этот сигнал с выхода элемента 35 выделения минимального из входных сигналов поступает на второй вход третьего элемента 37 сравнения сигналов, на первый вход которого поступает выходной сигнал датчика 8 силы натяжения. На выходе элемента 37 сравнения сигналов появляется разностный сигнал, пропорциональный разности сил натяжения в более нагруженном и менее нагруженном канатах. И как только выходной сигнал элемента 37 сравнения сигналов превысит величину зоны нечувствительности характеристики нелинейного преобразователя 38, он поступит через этот нелинейный преобразователь 38 на первый вход суммирующего усилителя 36. Выходной сигнал суммирующего усилителя 36 уменьшается и через нелинейный усилитель 25 поступает на первый вход второго элемента 28 сравнения сигналов, т.е. на вход контура регулирования тока электродвигателя 15 с датчиком 16 тока, регулятором 26 тока и управляемым преобразователем 27. Ток электродвигателя 15 уменьшается, что приводит к снижения вращающего момента на его оси, связанной
через редуктор 19 с осью барабана 20. Сила натяжения нагруженного каната и выходной сигнал датчика 8 силы натяжения этого каната также уменьшаются. Причем это будет происходить до тех пор, пока разброс выходных сигналов датчиков 8÷13 сил натяжения канатов не станет равным или меньше зоны нечувствительности характеристики нелинейного преобразователя 38.
Заметим также, что снабжение устройства задатчиком 34 интенсивности регламентирует скорость подъема и опускания груза, что и позволяет исключить из него регулятор ограничения скорости и ряд других связанных с ним элементов. Что касается включения в устройство элемента 35 выделения минимального из входных сигналов и индивидуальных для каждого электропривода суммирующего усилителя 36, третьего элемента 37 сравнения сигналов и нелинейного преобразователя 38, то повышение этим сложности устройства не сопоставимо с ее снижением, обусловленным исключением из него гораздо более сложных и менее надежных блока регуляторов координации сил натяжения канатов.
Устройство для регулирования сил натяжения канатов многоточечного подвеса грузовой платформы подъемного крана, содержащее шесть электроприводов барабанов с канатами для подвеса каждой парой канатов своей вершины треугольной грузовой платформы в виде стальной рамы и датчиками сил натяжения канатов, задатчик, причем каждый из электроприводов включает в себя электродвигатель с датчиком тока, к оси которого подсоединены датчики скорости вращения и угла поворота и через редуктор свой барабан со стальным канатом, регулятор длины травления каната, первый элемент сравнения сигналов, подключенный выходом к входу регулятора длины травления каната и первым входом к выходу датчика угла поворота, перемножитель сигналов, нелинейный усилитель с характеристикой насыщения, подключенный входом к выходу перемножителя сигналов, последовательно соединенные регулятор тока и управляемый преобразователь, который подключен выходом к цепи питания электродвигателя, второй элемент сравнения сигналов, который подключен первым входом к выходу нелинейного усилителя, вторым входом к выходу датчика тока и выходом к входу регулятора тока, вычислитель обратного значения коэффициента усиления участка прямой цепи электропривода, который подсоединен выходом к второму входу перемножителя сигналов, первым входом через последовательно соединенные первый элемент выделения модуля входного сигнала и первый дифференцирующий фильтр к выходу перемножителя сигналов и вторым входом через последовательно соединенные второй элемент выделения модуля входного сигнала и второй дифференцирующий фильтр к выходу датчика скорости вращения, отличающееся тем, что оно снабжено задатчиком интенсивности, элементом выделения минимального из входных сигналов и индивидуальными для каждого электропривода суммирующим усилителем, третьим элементом сравнения сигналов и нелинейным преобразователем с характеристикой типа зоны нечувствительности, при этом задатчик подключен выходом через задатчик интенсивности ко второму входу первого элемента сравнения сигналов всех электроприводов, элемент выделения минимального из входных сигналов подсоединен входами к выходам датчиков сил натяжения канатов, третий элемент сравнения сигналов каждого электропривода подключен первым входом к выходу своего датчика силы натяжения каната, вторым входом к выходу элемента выделения минимального из входных сигналов и выходом через нелинейный преобразователь к первому входу своего суммирующего усилителя, который подсоединен вторым входом к выходу перемножителя сигналов и выходом ко входам нелинейного усилителя и первого дифференцирующего фильтра, а перемножитель сигналов подключен своим первым входом к выходу регулятора длины травления каната.
