Исследование и создание автоматизированного гидравлического монтажного комплекса ЛЭП Вл Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

КАРТОВЕНКО Алла Валерьевна

аспирант (МГТУ им. Н.Э. Баумана)

KARTOVENKO Alla Valerievna

Post-Graduate (MSTU named after N.E. Bauman)

УДК 621.315.177

Исследование и создание автоматизированного гидравлического монтажного комплекса ЛЭП ВЛ

А.В. Картовенко

Исследованы закономерности изменения динамических и кинематических параметров гидравлического монтажного комплекса воздушных линий электропередач. Даны рекомендации по созданию автоматизированной системы управления этим комплексом.

Ключевые слова: автоматизированный монтажный комплекс, автоматизированная система управления.

Investigation and Creation of Automated Hydraulic Assembly Complex of Overhead Power Lines

A.V. Kartovenko

The article considers the laws of dynamic and kinematical parameters variations for the hydraulic assembly complex of overhead power lines and recommendations to create its automated control system.

Keywords: automated assembly complex, automated control system.

Рассмотрим тормозную площадку монтажного комплекса для строительства линий электропередач (ЛЭП), состоящую из кабельного тормозного домкрата, кабельного барабана с намотанным сталеалюми-ниевым проводом марки АС и тормозной гидравлической машины.

На барабан (№ 20 по ГОСТ 5151—79) [1] намотан провод (для расчетов приняли марку АС 240/56 по ГОСТ 839—80) [2], который имеет разрывное усилие 99 кН, усилие тяжения 4,9 кН.

Для определения диаметра необходимо подсчитать число витков слоев провода на барабане:

L

620 ш

прАС240/56

где ¿620 ш — длина шейки барабана № 20; ^прАС240 / 56 — диаметр провода АС240/56.

Число слоев провода на барабане можно определить по формуле

m =

^620щ -Дб20ш

2d,

пр АС240 / 56

где D5204 — диаметр щеки барабана; D1520m — диаметр шейки барабана.

n

МАШИНОСТРОЕНИ

тогда диаметр провода в каждом слое, намотанном на барабан, равен (рис. 1):

ёсл г — ^520 ш "" (2г _ 1)ёпр АС240/56 ,

где г — номер слоя, г = 1...т. Радиус 1-го слоя (см. рис. 1):

^сл !

2

Рис. 1. Зависимость диаметра и радиуса провода АС от количества его слоев на барабане; суммарная длина провода АС в г-м слое ив т слоев:

1 Ьпр. сл ; 2 ёсл ; 3 гсл ; 4 Ьпр. Есл г

Длина провода в каждом слое, намотанном на барабан, (рис. 2):

Ь . — пё п,

пр. сл г сл г '

где г — номер слоя, г = 1...т.

Общую длину провода, намотанного на барабан (от 1-го до т-го слоя), вычисляем как сумму длин каждого слоя провода по формуле (см. рис. 1)

Ь

Епр. сл

т

-—2 ь

г—1

пр. сл г '

Теперь необходимо найти массу и момент инерции провода. Массу провода в каждом слое определяем по формуле [3, стр. 48]

т — пё пт ,

сл г сл г пр. уд '

где тпр уд — удельная масса провода, кг/м.

Общая масса провода, намотанная на барабан (от 1-го до т-го слоя), рассчитывается по формуле (см. рис. 2):

Масса провода в г-м слое, м Момент инерции провода в 1-м слое, м

аи /

310 V

250

210

170 ПО

300

275

Е

250 и о

Ч

и

225 3

2111)

И

о

175 со

о.

с

150 5

а

135 о. ПЗ

X

100 Н И

(и

Я

■/•> О

2

50

.17.

Номер слоя

Рис. 2. Масса и момент инерции провода:

1 — т • 2 — / ,.

т

Есл

г — 2тсл г.

г—1

При строительстве ЛЭП работают на двух площадках: натяжной и тормозной. Барабан с проводом АС монтируется на кабельном домкрате, который имеет тормозное устройство. Домкрат работает совместно с тормозной машиной на тормозной строительной площадке.

Момент инерции тормозного домкрата с проводом (рис. 4)

^д. сл г ^б. прод. оси " сл г '

где /(

б. прод. оси

— момент инерции барабана вдоль

продольной оси вращения

; сл г

момент

инерции суммы слоев провода АС на барабане, кг/м2.

Определим момент инерции тормозной машины:

^т.м — Мт. м Дт.м ,

где Мт м — масса тормозной машины (ее вращающихся барабанов), Мт. м = 1т; Дт м — радиус барабанов тормозной машины, Д м = 0,75 м .

Момент инерции тормозной площадки (рис. 5) представим в виде суммы моментов инерции

т

для домкрата с проводом АС и барабанов тормозной машины

1т.п г 1д. сл г 1т.м .

Сила торможения сухого тормоза кабельного домкрата определяется по уравнению

Г . =■

кд I

М„

где Мк

крутящий момент домкрата (гид-

равлической подставки), Мкр гп = 1 800 Нм; гсл (— радиус г-го слоя провода, намотанного на барабан.

Силу торможения тормозной машины (рис. 3) находим по формуле

Г . + Г = Г ,

кд г т.м н.м '

где Гн м — усилие тяжения натяжной машины, Гн м = 20 кН.

ЗхНГ 2^х103 2,8x103 2,7x103 2,6x103 2>103 2,4x103 2>103 2>103 2,1хЮ3 2x103 1,9x103 1,8x103

\ 4 ь 1

Ч

г

г А

гС ?

2

250 8 о

225 2 и

200 « о

175 о &

150 5

9 10 11 12 13 14 15 16 17

Номер слоя, шт

Рис. 3. Масса и момент инерции провода; сила торможения тормозного домкрата и тормозной машины:

1 — Г ; 2 — т .; 3 — I .; 4 — Г .

кл г' сл г' сл г' т.м г

Найдем момент торможения тормозной машины:

М = РА.

кр. гп т.м г т.м '

где Атм — радиус тормозной машины, Атм = = 0,75 м.

Время смотки провода с барабана (рис. 6) определяем по формуле

5x103

4,5x103

4хЮ3

3,5x103

52 ЗхЮ3

Я 2,5х103

Л

2 2x103

1,5х103

1х103

500

0

т слоев провода, м; М домкрата с проводом, кг /слоев провода и /домкрата, кг-м2

з _

з >

з <

з 4

з и

з > (

з

з

)

5x10 4,5х103 4х103 3,5x103 ЗхШ3 2,5х103 2х103 1у5х103 1х103 500 0

9 10 11 12 13

/

Количество слоев

Рис. 4. Масса и момент инерции провода и домкрата с проводом:

1 — тУ .; 2 — М .; 3 — 1У .; 4 — I .

Усл г' д. сл г' Усл г' д. сл г

Масса тормозной площадки, кг Момент инерции тормозной площадки, кг-м2

6x10' 5,5х10: 5х10; 4,5x10' 4х103 З,5х103 Зх10: 2,5x10" 2х10; 1,5х10; 1х10:

1

4

д,

4x10 З^Ю3 3,2x103 2,8x103 2,4х103 2x103 1,бх103 1,2x103 800 400 0

1 2 3 4 5 б 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 .1. / .17.

Количество слоев

Рис. 5. Масса и момент инерции тормозной площадки:

1 — Мт 2 — 1т .

L

г г =-

пр. Усл г

где V — скорость разматывания провода с барабана, г =5 км/ч.

Выводы

1. Время переходного процесса (разгона или торможения) измеряется несколькими минутами (около 5 мин, или 3 000 с), при этом переходной процесс протекает при смотке провода

V

МАШИНОСТРОЕНИ

5x103

4,5x103

2 4х103

<я

3,5x10

со

о а с ЗхШ3

03

и О 2,5х103

о

СЯ 2x103

* 1,5х103

1х103

500

0

Длина слоев провода, м Время смотки, с

1

N <2

5x10 4,5х103 4х103 3,5x103 ЗхШ3 2,5х103 2x103 1>103

1 2 3 4 5 6 7

9 10 11 12 13 14 15 16 17

Количество слоев, шт

Рис. 6. Длина слоев провода на барабане и время их смотки с барабана:

1

^пр .Есл ; 2

или кабеля в пределах длины одного слоя кабельного барабана.

2. Ускорение в переходных процессах разгона-торможения достигает 4 м/с2 при условии, что силы инерции не превысят 600 Н, т. е. 3% заданного номинального усилия тяжения. Это позволяет упростить динамическую модель гидравлического монтажного комплекса и не учитывать инерционные силы, вызванные ускорением в переходных процессах разгона и торможения, при расчете усилия тяжения в процессе работы комплекса.

Грубая настройка усилия тяжения может осуществляться регулировкой тормоза сухого трения кабельного домкрата. Точная регулировка должна производиться управлением гид-

Рис. 7. Гидравлические схемы натяжной (а) и тормозной (б) машин

равлическим приводом тормозной машины, работающим в режиме торможения (гидромотор работает в режиме насоса) (рис. 7).

Большое изменение момента на кабельном тормозном домкрате и нестабильность характеристик тормоза сухого трения (из-за влияния на условия трения температуры, износа) делает целесообразным управление усилием тяжения на тормозной площадке путем введения в конструкцию гидропривода тормозной машины автоматической системы управления с обратной связью по усилию тяжения. При этом для каждого случая задается усилие тяжения, расхождение (ошибка) между заданным и фактическим усилиями тяжения служит управляющим сигналом для регулирования.

Усилие тяжения, создаваемое тормозной гидравлической машиной, измеряется гидравлическим датчиком давления в гидроприводе тормозной машины.

Автоматизированная система управления монтажным комплексом может быть реализована путем оснащения гидравлической натяжной машины, системой автоматизированного управления (рис. 8), с помощью которой задается и поддерживается номинальное усилие тя-

Рис.

Принципиальная схема автоматизированной системы натяжной и тормозной машин монтажного

комплекса

жения и кабельного тормозного домкрата с гидравлической тормозной машиной должна быть оснащена такой же системой автоматизированного управления, поддерживающей усилие тя-жения ниже номинального в пределах допустимой точности поддержания усилия тяжения.

Регулируемыми параметром является давление в гидроприводе, соответствующее заданному усилию тяжения.

При настройке тормозной машины на усилие тяжения ниже номинального значения (3...5% номинального), поддерживаемого натяжной машиной, переходный процесс (разгон комплекса от 0 до скорости 5 км/ч) осуществляется в течение менее 1 мин (см. рис. 6).

Литература

1. ГОСТ 5151—79. Барабаны деревянные для электрических кабелей и проводов. Технические условия. Введ. 1991—01—03. М.: Стандартинформ, 2008. 17 с.

2. ГОСТ 839—80. Провода неизолированные для воздушных линий электропередачи. Технические условия. Введ. 1981—01—01. М.: Изд-во стандартов, 2002. 22 с.

3. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике (для научных работников и инженеров). Определения, теоремы, формулы. СПб.: Издательство «Лань», 2003. 832 с.

References

1. GOST 5151—79. Barabany dereviannye dlia elektricheskikh kabelei i pro-vodov. Tekhnicheskie usloviia. Vved. 1991—01—03 [State Standard 5151—79. Wooden drums for electric cables and wires Wire Specifications. Introduced. 1991—01—03]. Moscow, Standartinform publ., 2008. 17 p.

2. GOST 839—80. Provoda neizolirovannye dlia vozdushnykh linii elek-troperedachi. Tekhnicheskie usloviia. Vved. 1981—01—01 [State Standard 839—80. Bare wires for air electric troperedachi. Specifications. Introduced. 1981 — 01 — 01]. Moscow, Standartinform publ., 2002. 22 p.

3. Korn G., Korn T. Spravochnik po matematike (dlia nauchnykh rabotnikov i inzhenerov). Opredeleniia, teoremy,formuly [Mathematical Handbook (for scientists and engineers). Definitions, theorems, formulas]. St. Petersburg.«Lan'» publ., 2003. 832 p.

Статья поступила в редакцию 06.12.2012

Информация об авторе

КАРТОВЕНКО Алла Валерьевна (Москва) — аспирант кафедры «Компьютерные системы автоматизации производства». МГТУ им. Н.Э. Баумана (Россия, 105005, г. Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, стр. 1, e-mail: challacha@mail.ru).

Information about the author

KARTOVENKO Alla Valerievna (Moscow) — Post-Graduate of «Automation of Manufacturing Processes» Department. MSTU named after N.E. Bauman (BMSTU, building 1, 2-nd Baumanskaya, 5, 105005, Moscow, Russia, e-mail: challacha@mail.ru).