Режими роботи, вимоги до електропривода та системи керування електроприводами мцд

1.2.1 Кранові механізми

Крани – це вантажопідйомні механізми, призначені для вертикального підйому вантажів і переміщення їх на невеликі відстані в горизонтальному напрямку [26, 28, 32, 43, 44, 57, 58, 60, 70]. Сучасне виробниче підприємство обладнане кранами, різноманітними за конструкціями, призначенням та способами переміщення вантажів. Найбільшого розповсюдження набули мостові крани, призначені для переміщення вантажів у цехах або складських приміщеннях.

Кранові механізми працюють у різноманітних умовах: від легких – у механічних цехах, до досить важких – у ливарних і металургійних. Піднімальні крани характеризуються повторно-короткочасним режимом роботи [32].

Основними механізмами кранів є механізми підйому, переміщення крана й візка. За графіком навантаження механізми кранів діляться на:

- механізми підйому, де графік навантаження складається із чотирьох ділянок: підйом і опускання вантажу, підйом і опускання ненавантаженого вантажозахоплювального пристрою;

- механізми переміщення, де графік навантаження має дві ділянки: робота з вантажем і без нього.

Електроприводи кранових механізмів виконуються як на змінний, так і на постійний струм. Вимогами до електропривода кранових механізмів є [16, 26, 53, 57, 58]:

1. Забезпечувати регулювання швидкості двигуна в порівняно широких межах (для звичайних кранів (3÷6):1, для кранів-штабелерів, контейнерних кранів (8÷20):1, для баштових кранів (10÷40):1. Причому для зменшення потужності електродвигуна і підвищенні продуктивності в механізмах підйому доцільно застосовувати двозонне регулювання швидкості. Застосування двозонного регулювання швидкості дозволяє великі вантажі переміщати з номінальною швидкістю, а більш легкі – підвищеною.

2. Забезпечувати мінімальну швидкість залежно від типу крана та виду механізму в межах від 0,02 до 0,25 м / с.

3. Мати жорсткі механічні характеристики, особливо регулювальні, щоб величина швидкості мало залежала від навантаження.

4. Обмежувати прискорення до допустимих меж при мінімальній тривалості перехідних процесів. Для основних типів кранів механізми пересування і повороту повинні мати прискорення в межах від 0,1 до 0,5 м/с. Це умова пов'язана з необхідністю послаблення ударів у механічних передачах при виборі зазорів, запобігання буксуванню ходових коліс, візків і мостів та зменшення розгойдування підвішеного на канатах вантажу, яке має місце при інтенсивному розгоні та різкому гальмуванні механізмів пересування і повороту.

5. Забезпечувати точну зупинку для крана-штабелера в межах 2÷10 мм, для контейнерного крана 25÷50 мм.

6. Забезпечувати реверсування електропривода і його роботу в двигунному і гальмівному режимі. У механізмах підйому забезпечувати пригальмовування при спуску та автоматичний перехід з двигунного в гальмівній режим залежно від ваги вантажу.

7. При багатодвигунному приводі, схема живлення повинна забезпечувати вирівнювання навантажень між двигунами, а для механізмів пересування – запобігання перекосу моста.

Розглянемо детальніше кінематичну схему кранового механізму [32].

Як механізм підйому мостових кранів виступає барабанна лебідка, головними елементами якої є поліспаст, канат, барабан і редуктор. Кінематичну схему механізму зображено на рис. 1.2, з якої видно, що на боці швидкохідного вала встановлені механічне гальмо і з’єднувальна муфта, що виконує одночасно і функцію гальмівного шківа.

Енергозбереження в підйомних установках досягається за рахунок виконання оптимальної діаграми швидкості, забезпечення нормованого завантаження підйомних посудин; вимкнення або скорочення роботи на неробочому ходу; контролю стану підйомних посудин, застосування вдосконалених видів електропривода [11, 29].

1 – двигун; 2 – муфта; 3 – гальмо; 4 – редуктор; 5 – барабан; 6 – поліспаст;

7 – нерухомий блок поліспаста

Рисунок 1.2 – Кінематична схема механізму підйому мостового крана

 

1.2.2 Промислові роботи

Робот – автоматична машина, що включає перепрограмований пристрій керування та інші технічні засоби, які забезпечують виконання тих чи інших дій (залежно від призначення робота), властивих людині в процесі її трудової діяльності [2, 3, 13, 37, 42, 65].

Системи і комплекси, автоматизовані за допомогою роботів, прийнято називати роботизованими. Роботизовані системи та комплекси, у яких роботи виконують основні функції, називають робототехнічними [12, 25, 47, 63].

Роботи промислового призначення – промислові роботи (ПР), а автоматизовані на їх базі технологічні комплекси – роботизованими технологічними комплексами (інформаційні та керуючі; мобільні; маніпуляційні). ПР складають 90 % усього парку роботів у світі.

До основних технічних параметрів ПР належать: номінальна вантажопідйомність m_н (кг); число ступенів рухливості робота n; діапазони переміщень за ступенями рухливості S_i (мм), φ_i (рад); швидкості переміщення за ступенями рухливості – максимальні швидкості V_max (м/с), ω_max (1/с); максимальне прискорення за ступенями рухливості a_max (м/с²), ε_max (град/с²); похибка позиціонування робочого органа Δ (мм); кінематична структура маніпулятора; робоча зона робота; обсяг робочої зони V_рз (м³); тип системи координат; тип системи програмного управління (СПУ), обсяг пам'яті СПУ; габаритні розміри L, B, H (м); маса робота, маніпулятора, СПУ відповідно m_p, m_м, m_СПУ (кг).

Функціональну схему ПР наведено на рис. 1.3. До складу ПР входять наступні основні частини: маніпулятор (М), або інакше механічна система робота; інформаційна система; СПУ. У сукупності інформаційна система і система програмного управління утворюють пристрій автоматичного керування.

Маніпулятори ПР містять робочий орган у вигляді захоплювального пристрою, зварювальної головки, фарборозпилювача і т. д. і механізми, необхідні для виконання всіх його рухових функцій: передавальні механізми; виконавчі механізми; приводи; несучі елементи [38].

Виконавчий механізм ПР з приводом і захватним пристроєм називають рукою маніпулятора. Для переміщення М відносно технологічного обладнання використовуються пристрої пересування.

Усі маніпуляційні пристрої характеризуються маневреністю і коефіцієнтом сервісу, під яким розуміють можливість підходу робочого органа до заданої точки з різних напрямків. Коефіцієнт сервісу дає уявлення про рухові можливості М, тобто про його маневреність. Маневреність М – це число ступенів рухливості при фіксованому положенні робочого органа, яка визначає можливість обходу маніпулятором перешкод у робочому об’єм та здатність до виконання складних операцій.

До складу інформаційної системи входять чутливі (сенсорні) пристрої для контролювання зовнішнього середовища, система внутрішньої діагностики та пристрої контролю та блокувань. Інформаційна система забезпечує збір, первинну обробку та надходження до СПУ даних про функціонування механізмів маніпулятора робота і про стан зовнішнього середовища.

ІС – інформаційна система; Р – рука маніпулятора; ПП – пристрій пересування; РО – робочий орган; ЗС – зовнішнє середовище

Рисунок 1.3 – Функціональна схема ПР

 

СПУ призначена для формування і видачі керуючих впливів виконавчим механізмам М відповідно до керуючої програми.

Можливі два варіанти режиму роботи ПР: режим програмування (режим навчання), при якому в запам'ятовувальний пристрій вводиться керуюча програма, і режим виконання технологічних операцій (режим роботи).

Силовими модулями маніпуляторів промислових роботів слугують різні типи приводів – електричні, гідравлічні, пневматичні.

Поширені в експлуатації ПР з гідро- і пневмоприводами мають такі недоліки, як схильність до витоку робочого тіла (рідини або газу), обов’язкова наявність спеціальних станцій живлення, високий рівень шуму.

Основними параметрами приводів ПР є: потужність, швидкодія і точність відпрацювання командних сигналів.

Застосування сучасних електроприводів у промисловій робототехніці зумовлене рядом специфічних особливостей і вимог [51, 56]:

ПР мають складну кінематичну структуру, велику кількість керованих координат (від 3 до 7), кожна з яких керується окремим приводом;

для виконання заданої технологічної операції необхідно забезпечити групове керування приводами координат;

особливе значення має забезпечення заданої точності позиціонування за кожною координатою при напруженому динамічному режимі роботи та великій кількості кінематичних пар;

швидкодія, тобто здійснення рухів виконавчих механізмів з високими швидкостями і за малої похибки позиціонування;

широко змінюється діапазон навантажень на привод з переважанням інерційних зусиль, що істотно впливає на вибір типу привода;

до приводів ПР висувають жорсткі вимоги щодо габаритних розмірів і маси при високих енергетичних показниках, що забезпечується при великих значеннях відношення вихідної потужності до маси;

приводи ПР повинні тривалий час працювати в нерухомому, загальмованому стані (тобто створити рушійний момент при ω = 0);

можливість роботи в режимі автоматичного керування і регулювання, що забезпечує оптимальні закони розгону і гальмування при мінімальному часі перехідних процесів;

потрібний великий ресурс роботи і висока надійність при значних динамічних навантаженнях і без регламентованої експлуатації.

Особливостями електроприводів ПР є розширений діапазон малих моментів (до 0,05 Нм), підвищена максимальна частота обертання (до 15 × 10³ об/хв), мала інерція двигунів, можливість вбудовування в ЕД електромагнітних гальм і різних датчиків, а також наявність хвильових редукторів у механічних передачах [51, 56].

1.2.3 Екскаватори

Одноківшевим екскаватором називається самохідна виїмково-завантажувальна машина, що використовується під час земляних робіт у будівництві, на гідротехнічних спорудженнях, при видобутку корисних копалин під час відкритої розробки у вугільних і рудних кар'єрах [14, 19, 20, 27, 50, 64, 68].

Загальна схема кар'єрного екскаватора (рис. 1.4) складається з ковша 1, жорстко пов'язаного з руків'ям 2, шарнірно укріпленого на стрілі 3 з можливістю поступального переміщення.

Рисунок 1.4 – Загальна схема кар'єрного екскаватора

 

Робочий цикл екскаватора середньої й великої продуктивності відповідно становить 23 – 50 с і складається з наступних основних операцій: напору (тяги), піднімання ковша і його одночасного повороту на вивантаження, вивантаження ковша, поворот до місця копання й одночасного опускання ковша у забій. Повний цикл здійснюється трьома робочими механізмами: напірним, піднімальним і поворотним. У процесі робочого циклу навантаження екскаватора може значно перевищувати номінальне.

Режим роботи ЕП основних механізмів одноківшевого екскаватора характеризується їхнім частим пуском і реверсом, швидкими розгонами й зупинками, різкими поштовхами й піками навантаження. Число вмикань за годину двигуна досягає: у підіймальної лебідки – 200 – 300; у двигунів напору й повороту – 600 – 700. Піки навантаження двигунів часто в 2 – 3 рази перевищують середні навантаження й повторюються кілька разів протягом робочого циклу. Характерною рисою роботи ЕП основних механізмів екскаватора є можливість безаварійного стопоріння робочого органа під час зустрічі його з нездоланими перешкодами у процесі роботи, тому обов’язковим є автоматичне обмеження моменту, що розвиває ЕП. Ця вимога виконується забезпеченням механічної характеристики ЕП спеціальної форми – екскаваторною характеристикою (рис. 1.5) [4, 5, 9].

Рисунок 1.5 – Механічна характеристика ЕП одноковшевого екскаватора

Робота екскаватора відбувається за досить важких умов з різкозмінним навантаженням, високим вібраційним рівнем для всього устаткування при значних змінах температури й вологості, великій запиленості. Тому до механічного й електричного устаткування висувають жорсткі вимоги з вібростійкості, припустимого числа вмикань, надійності.

 

Для основних механізмів екскаваторів характерним є вплив пружних механічних зв'язків, зазорів у передачах і робочому устаткуванні. У зв'язку з цим має виконуватися вимога забезпечення максимальної продуктивності машини при мінімальних навантаженнях електричного й механічного устаткування.

Системи електроприводів основних механізмів екскаватора повинні забезпечувати: надійне обмеження моменту й струму двигуна припустимими значеннями у режимах пуску й гальмування; реґулювання швидкості у необхідному діапазоні для економічного керування переміщеннями робочого органа з необхідною точністю; мати максимальне наближення механічної характеристики до екскаваторного вигляду [46, 67].

Для виконання зазначених вище вимог використовують наступні системи ЕП екскаваторів:

- частотно-керований асинхронний ЕП;

- система,,ґенератор-двигун’’ із силовим магнітним підсилювачем (або електронно-машинним підсилювачем);

- система,,ґенератор-двигун’’ з тиристорним збудженням;

- система тиристорний перетворювач-двигун.

 

Практичне заняття №1