Моделирование перегрузок механизма подъема мостовых кранов металлургических предприятий

Рассмотрены электромеханические процессы, протекающие при подъеме груза мостовым краном. Основная идея работы заключается в идентификации аварийного режима (перегрузки крана) методом, основанным на контроле тока статора электродвигателя подъема. Для получения диаграмм тока статора электродвигателя разработана математическая модель мостового крана (трехмассовой схемы), которая включает в себя уравнения, описывающие упругие свойства балок крана и его каната. Для описания приводного асинхронного электродвигателя принята система (α, β)-координат, неподвижных относительно статора электродвигателя. Цикл подъема груза рассматривается как последовательность трех этапов: выбор «слабины» каната; натяжение каната; отрыв и подъем груза. Для каждого этапа составлены системы дифференциальных уравнений, описывающие движение масс элементов мостового крана и поведение электрических параметров электродвигателя. Определены начальные и граничные условия для каждого из этапов. Проведены предварительные преобразования систем уравнений к решению численными методами и последующее моделирование этапов подъема грузов разной массы. Последовательное решение трех краевых задач позволяет получить величины интересующих токов статора в момент отрыва груза. Получены диаграммы токов фазы статора электродвигателя для грузов различной массы. Результаты моделирования  свидетельствуют о наличии поддающейся фиксации разнице величин токов статора после отрыва груза от опорной поверхности. На основании разработанной модели и полученных результатов исследования предложена функциональная схема устройства защиты крана от перегрузки и описан принцип его работы, который заключается в контроле поднимаемой массы груза и контроле тока статора при подъеме груза. Сделан вывод о целесообразности и эффективности контроля электрических величин электродвигателя подъема для организации защиты мостового крана от перегрузок. Оценена эффективность работы предложенной системы.

1. Прокофьев Б.И., Попов М.Ю. Безопасная эксплуатация кра-новых сооружений: Учебное пособие. – Томск: изд. Томского государственного архитектурно-строительного университета, 2014. – 160 с.

2. Eihib M. Dynamics and Control of Cranes: А Review. Department of Engineering Science and Мechanics, МС 0219. – Virginia Polytechnic Institute and State University, Blacksburg, 2001. – 46 p.

3. Пат. 2144901 РФ. Устройство для измерения и ограничения грузоподъемности лебедки / Платонов Г.Г., Кудрявцев А.В., Сологубов С.Н.; заявл. 20.05.1998; опубл. 27.01.2000. Бюл. № 3.

4. Пат. 2464220 РФ. Тензометрическая ось для измерения нагрузки на крюке грузоподъемного крана / Потапов В.А., Тимин Ю.Ф., Корников М.В.; заявл. 24.03.2011; опубл. 20.10.2012. Бюл. № 29.

5. Пат. 2483016 РФ. Ограничитель нагрузки мостового крана / Коровин В.А., Коровин К.В.; заявл. 24.08.2011; опубл. 27.05.2013. Бюл. № 15.

6. Пат. 2381984 РФ. Устройство для определения веса груза мостового крана / Кадыров Х.М.; заявл. 28.07.2008; опубл. 20.02.2010. Бюл. № 5.

7. Сафин Н.Р., Прахт В.А., Дмитриевский В.А. Диагностика неисправностей вентиляторных установок с помощью спектрального анализа токов статора // Энергобезопасность и энергосбережение. 2016. № 4. С. 37 – 42.

8. Савельев А.Н., Кипервассер М.В., Аниканов Д.С. Диагностика аварийных режимов ленточных транспортеров в горно-металлургической промышленности // Изв. вуз. Черная металлургия. 2015. Т. 58. № 12. С. 906 – 911.

9. Казак С.А. Динамика мостовых кранов. – М.: Машиностроение, 1968. – 332 с.

10. Сипайлов Г.А., Кононенко Е.В., Хорьков К.А. Электрические машины (специальный курс). – М.: Высшая школа, 1987. – 287 с.

11. Alan L. Sheldrake. Handbook of Electrical Engineering: For Practitioners in the Oil, Gas and Petrochemical Industry. – John Wiley & Sons Ltd, 2003. – 631 р.

12. Савельев А.Н., Кипервассер М.В., Аниканов Д.С., Реморов В.Е. Об использовании метода контроля состояния машин технологических агрегатов по энергетическим параметрам привода // Изв. вуз. Черная металлургия. 2013. № 12. С. 31 – 33.

13. Ansari А., Deshpande D. Mathematical Model of Asynchronous Machine in MATLAB Simulink // International Journal of Engineering Science and Technology. 2010. Vol. 2. No. 5. Р. 1260 – 1267.

14. Arya M.K., Wadhwani S. Transient Analysis of Three Phase Squirrel Cage Induction Machine using Matlab // International Journal of Engineering Research and Applications (IJERA). 2009. Vol. 1. No. 3. P. 918 – 922.

15. William F. Trench. Elementary differential equations. Department of Mathematics Trinity University San Antonio. – Texas, USA, 2017. – 663 p.

16. David J. Logan. First course in differential equations for scientists and engineers. – Springer-Verlag, 2015. – 380 p.

17. Jeffrey R. Chasnov Introduction to Differential Equations. – The Hong Kong University of Science and Technology, 2016. – 147 p.

18. Zhengyan Zhang D. Chen and Min Feng “Dynamics model and dynamic simulation of overhead crane load swing systems based on the ADAMS, “2008 9th International Conference on ComputerAided Industrial Design and Conceptual Design. – Kunming, 2008. P. 484 – 487.

19. Mark S. Gockenbach. MATLAB Tutorial to accompany Partial Differential Equations: Analytical and Numerical Methods, 2nd edition. – SIAM, 2010. – 136 p.

20. Howard P. Solving ODE in MATLAB. – Fall, 2007. – 22 p.