CC BY
361
ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПОГРУЗОЧНЫМИ МАНИПУЛЯТОРАМИ
ELEKTROGIDRAVLICHESKAYA MANAGERIAL SYSTEM LOADING MANIPULATOR
В.И. Пындак, доктор сельскохозяйственных наук, профессор,
Н.В. Кривельская, кандидат технических наук, доцент И.А. Ляпкосова, кандидат технических наук, доцент Конт. т. 8 8442 414918
ФГОУ ВПО Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия
V.I. Pyndak, N.V. Kriveliskaya, I.A. Lyapkosova
Volgograd state agricultural academy
Рассматривается усовершенствованная схема и принцип действия автоматизированной электрогидравлической системы управления погрузочными манипуляторами.
It is considered advanced scheme and principle of the action automated elektrogidravlichkoy managerial system loading manipulator.
Ключевые слова: манипуляторы, схема, система, управление, электродвигатель.
Key words: manipulator’s, scheme, system, management, electric motor.
Погрузочные манипуляторы требуют регулирования скорости перемещения рабочего (грузозахватного) органа. В грузоподъёмных средствах с электроприводом обычно применяют асинхронные электродвигатели повышенного скольжения (серии АС и АОС), с повышенным пусковым моментом (АП и АОП) и двигатели с фазным ротором (АК и АОК) [1]. Однако подобные двигатели обеспечивают в основном «растянутый» пуск, воспринимают перегрузки при разгоне и торможении системы.
Для регулирования рекомендуются коллекторные электродвигатели постоянного тока [2]. Но необходимость в постоянном токе существенно ограничивает область применения грузоподъёмных средств с электроприводом.
Коллекторный электродвигатель с последовательным возбуждением может работать и на переменном токе [3]. Однако серийные коллекторные электродвигатели переменного тока - в случае их регулирования - имеют серийные недостатки: искрение на коллекторах, повышение тока на обмотке и её перегрев, снижение КПД.
Усовершенствованная нами система управления устраняет эти недостатки. Рассмотрим перспективную электрогидравлическую систему управления погрузочным манипулятором [4].
Манипулятор (рис. 1) содержит шарнирно-стержневую коренную секцию 1, смонтированную на опорно-поворотном устройстве 2, и рукоять 3 с грузозахватным органом. Объектами управления являются гидроцилиндры 4 и 5 пространственного приводного механизма (для подъёма и поворота стрелы) и параллельные гидроцилиндры 6 вертикального поворота рукояти. Здесь также формируется целенаправленный замкнутый силовой поток, проходящий, в частности, через специальный шарнир 7 и замыкаемый на основании посредством опорно-поворотного устройства 2 и шарниров 8 с двумя степенями свободы.
В данной системе запорно-распределительные устройства выполнены в виде электроуправляемых двухпозиционных кранов 9-12, которые сгруппированы в функциональные блоки 13 и 14. В каждом блоке размещены два крана с гидравлическими и электрическими коммуникациями; общее число блоков равно шести. Таким образом, для каждого гидроцилиндра предусмотрено два блока и четыре электроуправляемых крана. Блоки и краны унифицированы между собой.
Принцип управления манипулятором покажем на примере задействования одного из гидроцилиндров 4 приводного механизма. С помощью выносного электрического пульта управления 15 нажатием одной кнопки подаётся электрический сигнал на электрические элементы двух электроуправляемых двухпозиционных кранов (в данном случае кранов 9 и 12, крестообразно электрически связанных между собой линий 16). Краны 9 и 12 находятся в разных функциональных блоках 13 и 14, т. е. задействуются оба блока.
Элементы включения каждой пары электроуправляемых кранов сблокированы с цепью управления электродвигателем 17 - через тиристорный регулятор частоты вращения 18 и обмотку возбуждения 19. Вследствие этого включение любой кнопки на пульте управления является сигналом для запуска двигателя. Последний приводит во вращение гидронасос 20, который забирает рабочую жидкость из бака и нагнетает её в канал 21 (на рис. 1 нагнетание и слив обозначены Н и С). Откуда жидкость по гидролинии 22 поступает в открытый кран 9 блока 13 и далее по гидролинии 23 нагнетается в штоковую полость гидроцилиндра 4, вызывая перемещение штока с поршнем.
Из поршневой полости этого цилиндра по гидролинии 24 жидкость, минуя закрытый кран 10, поступает в гидролинию 25, в открытый кран 12 блока 14 и посредством гидролинии 26 сбрасывается в сливной канал 27, оттуда - в бак. Для перемещения поршня со штоком в противоположную сторону включают другую кнопку управления и задействуют сдублированную электролинией 28 другую пару электроуправляемых кранов 11 и 10. Работа манипулятора сопровождается технологическим варьированием скорости перемещения штоков гидроцилиндров, что, в свою очередь, достигается изменением производительности насоса, при этом первичным регулятором этого процесса является изменение частоты вращения электродвигателя. Для этого коллекторный электродвигатель переменного тока выполнен с последовательным возбуждением и не имеет стабилизированной частоты вращения. Цепь управления электродвигателем снабжена также переменным сопротивлением 30, которое встроено в выносной электрический пульт 15 и функционирует во взаимодействии с тиристорным регулятором частоты вращения 18.
Благодаря нашим усовершенствованиям тиристорной схемы регулирования двигателя, достигнута стабильная и эффективная работа системы, в том числе автоматизированное регулирование в зависимости от внешней нагрузки, постоянство напряжения, запуск под нагрузкой и т.п.
Тиристор имеет два состояния: он открыт или закрыт - работает в режиме ключа, вследствие чего у него потребление мощности мизерное. Тиристор открывается и закрывается лавинообразно (мгновенно). Ток двигателя регулируется отпиранием и запиранием тиристора 100 раз в секунду (каждой полуволны), при этом происходит уменьшение тока до минимального значения со временем. Форма тока при тиристорном регулировании отличается от синусоиды, что делает невозможным применение других машин переменного или постоянного тока.
В крупномасштабной модели шарнирно-стержневого гидроманипулятора применён коллекторный электродвигатель переменного тока номинальной мощности 0,45 кВт, напряжением 250 В и номинальной частоты вращения 1450 мин -1. На рис. 2, а представлена взаимосвязь (по данным экспериментов) частоты вращения п, силы тока I в обмотках якоря и момента нагрузки Т, из которой следует, что по мере увеличения момента возможность автоматического регулирования частоты п снижается.
Модель манипулятора испытывали с грузом на крюке т = 5-20 кг. Для построения нагрузочных характеристик двигателя в составе модели записали значения силы тока I на якоре, частоты п и момента Т при нагрузке на крюке - массе т груза, а также без груза.
Рисунок 1 - Блок-схема управления манипуляторов
Пользуясь графиками на рис. 2 и зная момент Т (рис. 2, а) и соответствующую силу тока I на якоре (рис. 2, б), можно определить частоту вращения п двигателя при известной массе т груза. В зависимости от массы т и углов р определяется скорость V подъёма груза (рис. 2, в). При функционировании двигателя и модели манипулятора эти характеристики получаются автоматически. В пределах их диапазона, при ручном регулировании, возможны другие характеристики. При выходе за достигнутый диапазон двигатель перегружается, но тиристорная схема регулирования удерживает систему в указанном диапазоне.
Рисунок 2 - Нагрузочные характеристики электродвигателя при работе манипулятора
Тиристорная схема сочетается с электрогидравлической системой управления и сблокирована с нею - включение двигателя и соответствующих электрокранов происходит одновременно. Это означает, что двигатель практически не работает на холостом ходу и допускает запуск под нагрузкой. Управление манипулятором с выносного электрического пульта - это ещё одно преимущество системы.
Тиристоры потребляют мизерную энергию, долговечны и миниатюрны. Вся система регулирования малогабаритна и компактна. Схема характеризуется также существенным снижением силы тока в обмотках якоря, что предотвращает искрение и перегрев двигателя, снижает электропотребление. Двигатель работает в экономичном режиме почти постоянной мощности.
Благодаря этому, предложенная оригинальная схема регулирования способствует энергосбережению и улучшению эксплуатационно-технологических показателей погрузочных манипуляторов.
Библиографический список
1. Александров, М. П. Подъёмно-транспортные машины: учебник для вузов. - Изд. 5-е, перераб. и доп. / М.П. Александров. - М.: Высш. шк., 1979. - 558 с.
2. Забокрицкий, Е.И. Справочник по наладке электроустановок и электроавтоматики / Е.И. Забокрицкий, Б.А. Холодовский, А.И. Митченко. - Изд. 3-е, перераб. и доп. - Киев: Наукова думка, 1985. - 702 с.
3. Кацман, М.М. Электрические машины и электропривод автоматических устройств / М.М. Кацман. - М.: Высш. шк., 1987. - 335 с.
4. Кривельская, Н.В. Совершенствование сельскохозяйственных шарнирно-стержневых гидроманипуляторов с пространственным приводным механизмом: Дис. ... канд. техн. наук / ВГСХА. - Волгоград, 2004. - 196 с.
