Аннотация. В работе приведены результаты экспериментальных исследований динамики перемещения мостового крана при оптимальном и ручном управлении.
Ключевые слова: оптимальное управление, ручное управление динамические нагрузки, колебания груза, оптимизация.
Технічні науки
УДК 621.873
Ловейкін Вячеслав Сергійович
доктор технічних наук, професор кафедри
конструювання машин і обладнання
Національний університет біоресурсів
і природокористування України
Крушельницький Віктор Васильович
майстер виробничого навчання кафедри
конструювання машин і обладнання
Національний університет біоресурсів
і природокористування України
Ловейкин Вячеслав Сергеевич
доктор технических наук, профессор кафедры
конструирования машин и оборудования
Национальный университет
биоресурсов и природопользования Украины
Крушельницкий Виктор Васильевич
мастер производственного обучения кафедры
конструирования машин и оборудования
Национальный университет
биоресурсов и природопользования Украины
Loveykin V.
doctor of Engineering, professor
National University of Life and
Environmental Sciences of Ukraine
Krushelnytskyi V.
master of education
National University of Life and
Environmental Sciences of Ukraine
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ДИНАМІКИ ПЕРЕМІЩЕННЯ ПРОЛЬОТНОГО КРАНА ПРИ ОПТИМАЛЬНОМУ КЕРУВАННІ
EXPERIMENTAL RESEARCH DYNAMICS MOVEMENT OF OVERHEAD CRANES WITH OPTIMAL CONTROL
Анотація. В роботі наведено результати експериментальних досліджень динаміки переміщення мостового крана при оптимальному та ручному керуванні.
Ключові слова: оптимальне керування, ручне керування, динамічні навантаження, коливання вантажу, оптимізація.
Аннотация. В работе приведены результаты экспериментальных исследований динамики перемещения мостового крана при оптимальном и ручном управлении.
Ключевые слова: оптимальное управление, ручное управление динамические нагрузки, колебания груза, оптимизация.
Annotation. The results of experimental investigations of the dynamics movement the overhead crane with optimal and manual control.
Keywords: optimal control, manual control, dynamic load, load fluctuations, optimization.
Переміщення вантажу прольотним краном можна умовно розділити на чотири етапи: процес розгону; рух на усталеній швидкості; гальмування та залишкові коливання крана. Всі ці процеси без виключення супроводжуються динамічними навантаженнями. Для покращення експлуатаційних параметрів крана, надійності та довговічності, дії динамічних навантажень, що виникають у металоконструкціях під час переміщення крана, необхідно уникати. В роботі [1] запропоновані диференціальні гальмівні системи, що включають гідравлічну та електричну складові, для забезпечення мінімального рівня напружень в металоконструкції при гальмуванні шляхом забезпечення рівності гальмівних моментів на ходових колесах крана. Автори роботи [2] запропонували інтелектуальні алгоритми керування вантажопідйомними машинами, які гуртуються на вирішені зворотної задачі динаміки і застосуванням нечіткої логіки і проводили дослідження на чутливість алгоритмів з варіаціями параметрів. В роботі [3] для дослідження вібрацій мостового крана запропонували використовувати бездротову вимірювальну систему з використанням датчиків Phidget 1056. В роботі [4] автори досліджували пороги спрацювання обмежувача вантажопідйомності на крані мостового типу КМГ-201 з використанням тахогенератора на валу двигуна механізму підйому і тензометричних датчиків, встановлених на мості крана для фіксації зусиль, що виникають в металоконструкції і тензометричний датчик балочного типу, встановлений на холосту гілку каната механізму підйому для фіксації зусилля в канаті. В роботі [5] для вимірювання вільних і вимушених коливань крана в горизонтальному і вертикальному напрямках використовували два сейсмометра СМ-3.
Спираючись на вище вказані дослідження, запропоновано зменшити динамічні зусилля, що діють в металоконструкції крана за допомогою методу варіаційного числення, наведеного у роботі [6], та використання спеціального обладнання для проведення експериментальних досліджень динаміки руху мостових кранів [7].
Проведення експериментальних досліджень виконувалося на мостовому однобалочному крані. Для визначення зусилля, яке виникає у мостовій балці крана використовувалися тензорезистори, а для визначення коливань вантажу енкодер, який кріпився на електроталі. Для реєстрації даних використовувалися аналого-цифрові перетворювачі m-DAQ 14 та комп’ютер із встановленим програмним забезпеченням. Реалізація оптимального керування виконувалася за допомогою частотного перетворювача та розробленого мікроконтролерного пристрою. Останній визначав вихідні параметри крана, які необхідні для проведення розрахунків за допомогою розробленої програми «Оптимальне керування мостовим краном» та подальшого керування частотним перетворювачем за оптимальним керуванням [6]. Реалізація останнього дозволило звести динамічні навантаження в металоконструкції крана до мінімуму. Загальний вигляд системи для реалізації оптимального керування краном та збору експериментальних даних зображено на рис.1.
Рис. 1 Загальний вигляд системи керування краном та збору експериментальних данних: 1 – комп’ютер з програмним забезпеченням для керування частотним перетворювачем; 2 – блок живлення для датчиків; 3 – комп’ютер з програмним забезпеченням для збору експериментальних данних; 4 – аналогово-цифрові перетворювачі m-DAQ-14; 5 – мікроконтролерний пристрій для визначення вихідних параметрів крана (довжини канату та маси вантажу); 6 – електрична шафа з частотним перетворювачем.
При ручному керуванні пікові динамічні навантаження виникають саме під час перехідного процесу пуску і становить 1139 Н (рис.2). При переміщенні крана на усталеній швидкості динамічні навантаження виникають від коливань вантажу, амплітуда яких становить 503 Н.
Реалізація оптимального керування дає пікове значення зусилля під час пуску механізму переміщення крана, яке становить 408 Н, що на 64% менше ніж при ручному керуванні. При переміщенні крана на усталеній швидкості динамічні зусилля в крановому мості не значні і становлять ±146 Н, що на 71% менше в порівнянні з ручним керуванням.
Рис. 2. Зусилля, що діє в мостовій балці крана у горизонтальній площині під час переміщення при оптимальному та ручному керуванні.
Оптимальне керування також дало змогу зменшити амплітуду коливань вантажу на 47% в порівнянні з ручним (рис.3). Слід відмітити, що максимальне відхилення вантажного канату при оптимальному керуванні відбувається під час перехідних процесів пуску та гальмування.
Рис. 3. Коливання вантажу відносно вертикалі при оптимальному та ручному керуванні
Висновки. При оптимальному керуванні під час перехідного процесу пуску механізму переміщення крана максимальне зусилля в мостовій балці крана зменшується на 64%, а при переміщенні крана на усталеній швидкості на 71%. Оптимальне керування механізмом переміщення крана дало змогу зменшити амплітуду коливань вантажу під час перехідного процесу пуску на 47%. При переміщенні крана на усталеній швидкості відхилення вантажного канату від вертикалі знаходиться в межах ±1°.
Література
