CC BY
38
УДК 621.86:639.2.061
Н. Г. Романенко Астраханский государственный технический университет
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОСТИ ПРОЦЕССА ПЕРЕНОСА ГРУЗА МЕЖДУ СУДАМИ ПРИ СВЯЗАННОМ УПРАВЛЕНИИ МНОГОСКОРОСТНЫМИ ПРИВОДНЫМИ АСИНХРОННЫ1МИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ
При использовании экспедиционной формы промысла рыбы в удаленных рыбопромысловых зонах Мирового океана экономически целесообразно рыбопромысловые и рыбообрабатывающие суда постоянно (до ремонта) держать на промысле, а снабжение довольствием и отправку готовой рыбопродукции производить крупнотоннажными транспортными судами. При этом возникает необходимость передачи массовых грузов в открытом море между судами.
Благодаря простоте конструкции, универсальности и надёжности грузовые стреловые устройства (ГСУ) нашли наиболее широкое применение на судах. Несмотря на определенные успехи в разработке новых грузовых стреловых устройств, систем управления и приемов работы, в настоящее время не созданы эффективные перегрузочные комплексы и автоматизированные системы управления, отвечающие современным требованиям. Именно поэтому совершенствование грузовых стреловых устройств и автоматизация управления являются важными условиями повышения эффективности перегрузочных операций в открытом море.
Наиболее перспективным путем повышения производительности перегрузочных операций является создание автоматизированной системы управления перегрузочным комплексом грузовых стреловых устройств.
Одним из вариантов автоматизированной системы управления перегрузочным комплексом является система с использованием штатных приводных электродвигателей (многоскоростных асинхронных с короткозамкнутым ротором) и управлением от магнитных станций. Для передачи управляющих сигналов от системы на магнитные станции предлагается использовать тиристорные (симисторные) блоки [1].
Несмотря на ряд недостатков (ступенчатость регулирования скорости и быстрый износ коммутационной аппаратуры), рассматриваемый вариант не требует сложной и дорогостоящей замены электромеханической части привода грузовых стреловых устройств.
Для определения оптимального процесса переноса груза необходимо найти параметры идеализированного перегрузочного процесса, использующего стандартный набор оборудования. Реализация такого процесса на практике будет заключаться в разработке централизованного управления комплексом на основе найденных параметров и данных от системы слежения. Это позволит снизить количество персонала, занятого в процессе,
улучшить условия его работы, уменьшить время перегрузочного цикла, снизить нагрузку на оборудование за счет адекватного переключения скоростей приводов лебедок, исключить человеческий фактор при неблагоприятных условиях работы.
При разработке автоматизированной системы управления перегрузочным комплексом, для исследования процесса переноса груза, встала задача разработки математической модели данного процесса.
В качестве объекта исследований был выбран перегрузочный комплекс, образованный на базе грузовых стреловых устройств БМРТ пр. № 394 («Маяковский») и ТР пр. № 585 (рис. 1).
Рис. 1. Схема перегрузочного комплекса грузовых стреловых устройств БМРТ пр. № 394 и ТР пр. № 585
На основе общей технологии процесса переноса груза были определены следующие требования к модели:
1) после окончания строповки груза в трюме он должен быть поднят на максимальной скорости до начальной высоты ко, на которой должно произойти торможение;
2) траектория переноса груза должна быть максимально приближена к прямой линии, что вместе с высокой скоростью работы приводов лебедок даст минимальное время процесса;
3) при подходе гака к положению над люком принимающего судна должны произойти торможение и дальнейший спуск на максимальной скорости с переходом на посадочную скорость 10-15 м/мин;
4) подъем и перенос порожнего гака в обратном направлении должен происходить аналогично прямому в обратном порядке.
Высоту К0 (без учета качки) определим из условия безопасности проноса груза: т. к. препятствием для перегрузки с наибольшей высотой на территории работы ГСУ являются фальшборт или леерное ограждение, то
К (1,5 *2) Кфб + hгр,
где Кфб - высота фальшборта или леерного ограждения; к1р - высота груза с площадкой и стропами.
Разработанная ранее математическая модель [2] является упрощенной в плане переключения скоростей приводов лебедок по мере переноса груза. Кроме того, из-за эллипсовидной траектории высота К02 больше К0 на 20-30 %, что выражается в увеличении времени процесса.
Для того чтобы обеспечить максимальную приближенность траектории движения груза к прямой линии и учесть реальную технологию перегрузки, описанную в [2], воспользуемся геометрическими построениями.
Введя условие для переключения скоростей двигателей в определенные (подлежащие расчету) моменты времени, можно получить оптимальную траекторию груза (рис. 2), представляющую собой 6 режимов работы приводов лебедок, 4 из которых реализуются при одном заторможенном приводе ГСУ (I, III, IV, VI), остальные 2 (II, V) - при их совместной работе.
Рис. 2. Построение оптимальной траектории
Таким образом, посредством своевременного автоматического переключения скоростей асинхронных двигателей обеспечивается максимально возможная производительность с данным набором оборудования с учетом необходимой безопасности.
При условии, что для управления скоростями двигателей лебедок будет использоваться централизованная система управления, для ее работы необходимы параметры, на основе которых будет происходить переключение между режимами. Предлагается использовать датчики абсолютной длины вытравленного шкентеля на всех трех стрелах как наиболее экономичный и простой вариант системы слежения за процессом.
Полученные в реальном времени значения длин вытравливаемых/выбираемых шкентелей сравниваются со значениями, полученными в результате геометрического расчета, и при достижении их граничного значения на текущем этапе происходит переключение режимов работы двигателей.
Непосредственно геометрический расчет состоит из совместного решения на ЭВМ нескольких систем уравнений. Исходная схема расчета показана на рис. 2. Здесь:
- I, II, III, IV, V, VI - этапы движения груза;
- О1, О2, О3 - соответственно ноки стрел ГСУ 1, 2, 3;
- 012, О23 - фиктивные центры окружностей, приближенно заменяющих участки II и V, где движение происходит по участку эллипса;
- L1i, L2i, L3i - соответственно длины шкентелей ГСУ 1, 2, 3, где i -номер этапа;
- alfai, betai - фиксированные углы между конечным положением шкентеля на текущем этапе и хордой, соединяющей начальное и конечное положение груза;
- gammai - угол между шкентелями на i-м этапе;
- delta1i, delta2i, delta3i - изменяющиеся углы между начальным и текущим положением шкентеля ГСУ (соответственно 1, 2, 3) на i-м этапе движения;
- xi - длина i-го участка движения по горизонтали;
- S1, S2 - расстояния между 1 и 2, 2 и 3 ноками стрел ГСУ соответственно;
- alfaO 1 - фиктивный угол между радиусом R1 окружности с центром в точке 01 и отрезком, проведенным в точку пересечения данной окружности с окружностью радиусом R2 и центром в точке О2.
Для решения данной задачи были составлены уравнения и разработана программа для их решения в среде Matlab 6.1. В результате решения уравнений получены значения длин вытравливаемых/выбираемых шкентелей, при достижении которых должно происходит переключение режимов работы двигателей на текущем этапе и получена траектория движения груза (рис. 3).
П;н6агіт>гшг р«м?т
! ! ! ! 01? І *
і оэ |
; ^ ;
23 І І 02 { {
і і і і
,5і______________________________і____________________________і____________________________і____________________________і____________________________і____________________________і_____________________________і____________________________
-2 0 1 4 « І
Рис. 3. Расчетная траектория движения груза
Таким образом, разработана математическая модель переноса груза между ошвартованными судами в море, которая позволяет определять условия и параметры для работы автоматической системы управления грузовыми лебедками с максимальной производительностью. На основе этих параметров, а также текущих данных длин шкентелей должно происходить переключение скоростей электродвигателей лебедок таким образом, чтобы в результате траектория движения груза была максимально приближена к прямой горизонтальной линии как к наиболее краткому пути.
Результаты математического моделирования были сравнены с данными, опубликованными в [3]. При определенных начальных условиях процесс переноса груза с предлагаемой системой управления происходил в 2-3,5 раза быстрее, чем указано в [3].
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. А. с. 1418184 СССР, МКИ3 В63В27/08. Устройство для передачи грузов между судами в море / М. Г. Рябцев, Н. Г. Романенко (СССР); Заяв. 23.02.87; Опубл. 23.08.88; Бюл. № 31. - 2 с.
2. Симоненко А. С. Грузовые устройства сухогрузных судов. - Л.: Судостроение, 1988.
3. Чаплыгин Ф. Т. Работа грузоподъемных устройств в условиях промысла. -М.: Легкая и пищ. пром-сть, 1982.
Получено 19.09.05
THE OPTIMALITY ASSURANCE OF CARGO TRANSPORT PROCESS BETWEEN VESSELS AT INTERACTING MANAGEMENT OF MULTISPEED DRIVING ASYNCHRONOUS ELECTRIC MOTORS
N. G. Romanenko
Transfer complexes of cargo jib devices with multispeed driving asynchronous engines are used at the distant-waters fishing, for cargoes transfer to the open sea. One of the ways to increase cargo work efficiency is the development of a transfer complex automated control system with the use of a normal system of the electric drive. The geometrical constructions corresponding to an optimum cargo motion path were done for a specific pair of vessels. The expressions for boundary values of pendant lengths at which there should be a change of operating modes of electric motors are received. With the help of the program, in Matlab 6.1 environment, the diagram of a cargo motion path for the offered system was drawn. It has better parameters than at work under a transfer complex traditional control circuit.
