ВВЕДЕНИЕ 7
1 Изучение конструкции кранов, подбор датчиков и схемы системы
управления 8
1.1 Устройства и конструкция крана 8
1.2 Датчики 11
1.3 Внедрение системы в кран 21
1.4 Вывод по разделу 25
2 Математическая модель 26
2.1 Оценка возможных перекосов 26
2.2 Математическая описание крана 28
2.3 Моделирование привода 32
2.4 Выводы по разделу 36
3 Реализация в Matlab simulink 37
3.1 Модель привода 37
3.2 Модель крана 38
3.3 Система управления 41
3.4 Моделирование всей системы 42
3.5 Вывод по разделу 44
4 Экспериментальный измерительный макет 45
4.1 Общая структура 45
4.2 Блок управления 46
4.3 Лазерные дальномеры 47
4.4 Готовое устройство 48
4.5 Испытания 48
4.6 Вывод по разделу 50
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 51
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 52
ПРИЛОЖЕНИЕ А 54
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 55
ПРИЛОЖЕНИЕ В 56
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 57
ПРИЛОЖЕНИЕ Д
Уже несколько веков в мире используются краны мостового типа или грузоподъемные краны различных типов. Тяжело представить современную промышленность без использования мостового крана в качестве инструмента транспортировки материалов. Они активно применяются в металлургии, строительной и транспортных сферах, устанавливаясь в портах, на заводах, на судостроительных верфях, в цехах и складах. В 70-ые годы в СССР выпускалось около 7 тысяч единиц кранов мостового типа в год. В 2000-е годы их выпуск в России сократился до 1000-1500 единиц техники. Их сравнительная простота конструкции, широкий спектр характеристик и универсальность создают им большой спрос в мире уже несколько веков.
Одна из проблем, не имеющая простого и универсального решения, в конструкции кранов подобного типа - это определение и контроль перекоса несущей металлоконструкции крана при его движении по подкрановым рельсам. Причин получаемого перекоса много: неравномерная выработка колес, дефекты рельс, неровности подкранового пути, неточная установка тупиковых упоров, неравно-мерности в работе приводов, неравномерная нагрузка концевых балок крана в процессе работы. Последствия перекоса могут быть разными: от незначительного износа деталей ходового устройства крана до обрушения крана, вызванного накоплением усталостных повреждений, полученных в результате сверхнормативного перекоса металлоконструкции в самом тяжелом случае.
Колеса на кранах устанавливаются двухребордные, иногда одноребордные. Вследствие перекоса крана реборды начинают тереться о рельсы, что вызывает износ и дополнительную нагрузку из-за трения, что, в свою очередь, еще сильнее увеличивает перекос балки. В лучшем случае колеса и рельсы будут медленно изнашиваться, стачиваться, в худшем - может произойти сход крана с рельсов с последующим обрушением моста крана. Также, безусловно, при повышении трения при движении повышается нагрузка на приводы, что может привести к их преждевременному выходу из строя.
Проблема перекосов крана актуальна почти в ста процентах случаев использования крана. Внедрить разрабатываемую систему возможно практически в любую модель крана, однако устранению этой проблемы подвергаются краны только с раздельным типом привода.
Наиболее удобным датчиками для использования в разрабатываемой системе является лазерные дальномеры. Их установка, эксплуатация, и реализация программного кода для работы с ними наиболее проста по сравнению с камерами или лидарами. Они отлично подходят для работы в цехах с мостовыми кранами, т.к. не особо прихотливы к внешним условиям.
Для построения математической модели и дальнейшей ее реализации в Matlab/Simulink выбрана модель крана компании Stahl Crane Systems. Расчеты показали, что теоретическая величина отклонения для крана примерно 79 мм при величине пролета 15 метров. Разработана модель в Matlab/Simulink на основе математического описания процесса перекоса мостового крана, и доказано ее соответствие заданным требованием. Получена система управления, парирующая процесс перекоса мостового крана, в которую входят две модели лазерных даль-номеров и ПИ-регулятор. Система управления успешно корректирует скорости приводов и, тем самым, сводит угол отклонения крана от перпендикуляра к нулю. Система протестирована при различных массах полезного груза, переносимого краном, а также при различных положениях этого груза на несущей металлоконструкции крана.
Также одним из результатов работы является разработка исследовательского измерительного устройства, способного работать автономно и получать данные о перекосе крана в момент его работы, не вмешиваясь в его работу. Про-веден эксперимент, в результате которого доказана работоспособность, надежность и стабильность разработанного устройства. Полученное устройство поможет в дальнейшем исследовании процессов перекоса различных моделей кранов и усовершенствовании как математической модели самого крана, так и разрабатываемой системы управления.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
