Устройство для управления приводом передвижения крановой тележки с гибкой подвеской груза Советский патент 1993 года по МПК B66C13/06 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к системам управления электроприводом грузоподъемных кранов. Изобретение может быть использовано при разработке электроприводов механизмов передвижения тележек и мостов перегрузочных и монтажных кранов, к эксплуатационным показателям (точность работы,производительность, энергопотребление), которых предъявляются повышенные требования.

Цель изобретения - упрощение устройства и повышение его надежности.

Для осуществления этой цели устройство для управления приводом передвижения крановой тележки с гибкой подвеской груза, содержащее блок сравнения, к выходу кото- . рого подключен исполнительный блок, сумматор, блок умножения, датчик длины подвеса, датчик углового отклонения подвеса, выход которого подключен к одному из входов блока умножения, и датчик скорости тележки, связанный с одним из входов блока сравнения, снабжено последовательно соединенными задатчиком скорости и за- датчиком интенсивности разгона тележки, блоком извлечения квадратного корня и блоком масштабирования, выход которого соединен с одним из входов сумматора, а вход - с выходом блока умножения, второй вход которого подключен к выходу блока извлечения квадратного корня, вход которого связан с датчиком длины подвеса, а выход задатчика интенсивности разгона тележки подключен к второму входу сумматора, выход которого соединен со вторым входом блока сравнения.

Сущность изобретения и его отличительными признаками является введение задатчиков скорости и интенсивности разгона тележки, позволяющих оператору крана формировать любую тахограмму привода тележки и, следовательно, отрабатывать любую величину передвижения, а также применение блока извлечения квадратного корня и масштабного блока, соединенных

ел С

xj ю ю

00

ь.

указанным выше образом, позволяющих сформировать сигнал коррекции скорости тележки, исключающий колебания подвешенного груза.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - структурная схема системы автоматического регулирования (САР) скорости груза; на фиг. 3 .- логарифмические амплитудно-частотные характеристики (ЛАЧХ) САР скорости груза; на фиг. 4 - кривые переходного процесса.

Устройство содержит задатчик 1 скорости тележки 2, подключенный к входу задат- чика 3 интенсивности разгона тележки, выход которого соединен с вторым входом сумматора -4. Выход сумматора 4 подключен к аторому входу блока 5 сравнения, первый вход которого связан с датчиком 6 скорости тележки, а выход подключен к входу исполнительного блока 7, выход которого связан с механизмом передвижения тележки. Датчик 8 углового отклонения подвеса 9, удерживающего груз 10, соединен с первым входом блока.11 умножения, выход которого через масштабный блок 12 подключен к .первому входу сумматора 4, а второй вход соединен с выходом блока 13 извлечения квадратного корня, вход которого подключен к датчику 14 длины подвеса 9, связанному с механизмом подьема 15.

Задатчкк 1 скорости тележки представляет собой, например, командоаппарат, формирующий сигнал задания требуемой величины скорости тележки в виде напряжения. Задатчик 3 интенсивности разгона тележки формирует сигнал, линейно изменяющийся во времени до величины, заданной задатчиком 1 скорости, и представляет собой, например, устройство, содержащее последовательно соединенные компаратор и интегратор, охваченные отрицательной обратной связью. Блок 5 сравне- ния представляет собой, например, пропорциональный регулятор скорости, вычисляющий рассогласование между заданным и фактическим значениями скорости тележки. Исполнительный блок 7 содержит, например регулятор тока, тиристорный преобразователь, являющийся источником питания привода, и электродвигатель, соединенный с механизмом передвижения . тележки. Масштабный блок 12 представляет собой усилитель с регулируемым коэффициентом усиления. Датчик 8 углового отклонения подвеса формирует сигнал, пропорциональный синусу указанного угла, например, с помощью сельсина. Датчик 14 длины подвеса представляет собой, например, устройство, преобразующее угол поворота барабана лебедки механизма подъема

0

в сигнал, пропорциональный длине выпущенного каната.

Для описания сущности работы устройства его следует рассматривать как систему автоматического регулирования скорости груза. В нее входит замкнутый контур регулирования скорости тележки, включающий в себя блок 5 сравнения, исполнительный блок 7, датчик 6 скорости тележки, который с достаточной степенью точности может быть представлен звеном второго порядка с передаточной функцией

, .УТ(Р) -«с

5

0

5

0

W3C(p) V

V3K (P) тГр2+2ЈТср + 1

(1)

VT

где Кс ут- - коэффициент усиления замкV3K

нутого контура регулирования скорости тележки;

VT - скорость тележки;

VSK сигнал задания скорости тележки;

Тс - постоянная времени замкнутого контура скорости тележки;

Ј - коэффициент затухания.

Подвешенный груз представляет собой консервативное звено с передаточной функцией

УГ(Р) 1

-

Wr(p)

+ 1

(2)

5

0

5

0

5

Мр т1Ргде Vr - скорость груза;

Тк - постоянная времени звена, равная периоду собственных колебаний груза и определяемая выражением

Тк VI,(3)

9 где I - длина подвеса;

g - ускорение свободного падения. Резонансная частота консервативного звена определяется выражением 1 1

(4)

1 к Vg

Ускорение груза в результате воздействия на него силы, возникающей при отклонении подвеса от вертикали, определяется выражением

g-slna,(5)

где с: -угол отклонения подвеса от вертикали.

При работе устройства на выходе масштабного блока 12 формируется сигнал коррекции скорости тележки в соответствии с выражением

VK Кк Sin а Vg . |,(6) где Кк - коэффициент усиления масштабного блока 12.

Выражение (6) можно с учетом (3) и (5) записать в виде выражения

VK К -Тк

dVr dt

из которого видно, что сигнал VK пропорционален производной от скорости груза и периоду свободных колебаний груза. Этот сигнал подается на первый вход сумматора 4, где алгебраически суммируется с сигналом V3 задания скорости тележки, формируемым задатчиком 3 интенсивности разгона. Таким образом, устройство представляет собой САР с обратной связью по производной от скорости груза (см.фиг. 2). Так как постоянная времени Тк, как правило, значительно превышает величину Тс, можно пренебречь влиянием колебаний груза на скорость тележки и считать, что прямой канал регулирования скорости груза включает в себя последовательно соединенные замкнутый контур регулирования скорости тележки с передаточной функцией (1) и консервативное звено с передаточной функцией (2), а цепь обратной связи содержит дифференцирующее звено с передаточной функцией

Woc(P) лШ Тос Р ,, (8)

где Toe постоянная времени дифференцирования, определяемая выражением Тос Кк -Тк.- (9) ЛАЧХ 16 прямого канала регулирования (см.фиг. 3) имеет горизонтальный участок с коэффициентом усиления Кс и резонансный всплеск на частоте . Асимптотическая характеристика 17 на этой частоте имеет излом и далее следует с наклоном 40 дБ/дек. Для определения коэффициента усиления Кк масштабного блока, обеспечивающего апериодический характер изменения скорости груза, на фиг. 3 построена ЛАЧХ 18 звена второго порядка, имеющего декремент затухания, равный 2/2- Коэффициент усиления этого звена на частоте Шр равен:

К(й)р) (10)

Обратная ЛАЧХ 19 звена обратной связи, имеющая наклон минус 20 дБ/дек, проведена таким образом, чтобы ее коэффициент усиления на частоте (Ор также был равен величине Кс/ /2. При этом ось or эта ЛАЧХ пересекает в точке, соответствующей частоте Obc, определяемой выражением

Кс

Woe 0)р

V2

(11)

Прямая ЛАЧХ 20 звена обратной связи проходит через точку с наклоном плюс 20 дБ/дек.

10

Постоянная времени дифференцирования звена обратной связи определяется выражением

т - 1 - 2 loc

которое с учетом (4) принимает вид:

.(12)

Сравнивая 12) с (9) и учитывая (3), получим выражение для определения коэффициента усиления масштабного блока 12: 2

Кк

(13)

0

5

0

5

0

5

0

5

5

На фиг. 3 жирной линией показана результирующая ЛАЧХ замкнутой системы регулирования скорости груза.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии тележка и поднятый на некоторую высоту груз находятся в состоянии покоя. При этом длина подвеса равна величине I, а угол «отклонения подвеса от вертикали равен нулю. Для транспортировки груза по команде оператора крана на вход задатчика 3 интенсивности разгона с помощью задатчика 1 скорости подается сигнал задания требуемой скорости тележки. На выходе задатчика 3 сигнал Уз начинает линейно увеличиваться. При этом темп нарастания этого сигнала выбирается из условия отсутствия буксования тележки. Сигнал Va через сумматор 4 проходит на второй вход блока 5 сравнения, являющийся входом САР скорости тележки. Под действием САР, отрабатывающей задание по скорости, тележка начинает движение и ее фактическая скорость в этот момент пропорциональна сигналу задания V3.

При движении тележки из состояния покоя подвес, удерживающий груз, отклоняется от вертикали на некоторый угол а , в результате чего возникает сила, под действием которой груз также начинает движение. На выходе датчика 8 возникает сигнал, пропорциональный синусу угла а , а на выходе масштабного блока 12 формируется сигнал VK в соответствии с выражением (6). Этот сигнал подается на вход сумматора 4 со знаком, противоположным знаку сигнала V3, тем самым уменьшая результирующий сигнал задания скорости V3K. Благодаря такому действию отрицательной обратной связи по ускорению груза, постоянная времени которой определена в соответствии с выражением (12), движение груза осуществляется плавно, без колебаний скорости как при разгоне (торможении), так и при транспортировке груза. При этом длина подвеса I может изменяться на любом этапе движения тележки, не оказывая влияния на качество переходного процесса, а величина перемещения и уровень скорости на этапе равномерного движения могут изменяться в широком диапазоне. На фиг. 4 приведены кривые изменения тока электродвигателя Ig скорости VT тележки, скорости Vr и ускорения dVr/dt груза при разгоне тележки крана. Таким образом, благодаря перечисленным свойствам, область применения устройства существенно расширяется. Кроме того, оно содержит незначительное количество датчиков и блоков, что упрощает его реализацию и повышает надежность в работе. Демпфирование колебаний груза при его транспортировке устраняет колебания тока электродвигателя, что снижает его нагрев. Эти факторы улучшают эксплуатационные характеристики устройства и являются источником положительного эффекта. Формула изобретения Устройство для управления приводом передвижения крановой тележки с гибкой

I I

подвеской груза, содержащее блок сравнения, к выходу которого подключен исполнительный блок, сумматор, блок умножения, датчик длины подвеса, датчик углового отклонения подвеса, выход которого подключен к одному из входов блока умножения, и датчик скорости тележки, связанный с одним из входов блока сравнения, отличающееся тем, что, с целью

повышения надежности, оно снабжено последовательно соединенными задатчиком скорости и задатчиком интенсивности разгона тележки, блоком извлечения квадратного корня и блоком масштабирования,

выход которого соединен с одним из входов сумматора, а вход - с выходом блока умножения, второй вход которого подключен к выходу блока извлечения квадратного корня, вход которого связан с датчиком длины

подвеса, а выход задатчика интенсивности разгона тележки подключен к второму входу сумматора, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения.

1

Использование: в области машиностроения, а именно в системах управления элек- троприводом грузоподъемных кранов. Сущность изобретения: устройство содержит задатчик скорости, задатчик интенсивности разгона тележки, сумматор, блок сравнения, датчик скорости тележки, исполнительный блок, датчик углового отклонения, блок умножения, масштабный блок, блок извлечения квадратного корня, датчик длины подвеса, механизм подъема. 1-3- 4-5-7-15, 7-6-5, 15-14-13-11-12-4, 8-11. 4 ил.

Фиг i.

Фиг, 2

Редактор С. Кулакова

Составитель В. Холодный

Техред М.МоргенталКорректор В. Петраш