CC BY
10
УДК 621.86
Научная статья ► Check for updates
DOI: https://doi.org/10.26518/2071-7296-2022-19-1-36-47
ОЦЕНКА ПРИМЕНИМОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРИВОДА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАГРУЗКИ НА МЕХАНИЗМ ПОДЪЕМА КРАНОВ МОСТОВОГО ТИПА
С.Д. Иванов, А.Н. Назаров*
МГТУ им. Н. Э. Баумана, г. Москва, Россия
[email protected], https://orcid.org/0000-0002-7912-609X [email protected], https://orcid.org/0000-0002-8039-4331
Ответственный автор
АННОТАЦИЯ
Введение. Выявлена проблема существующих регистраторов параметров работы крана в направлении определения интенсивности работы механизмов. Определена потребность в увеличении числа информационных источников. Предложено применение текущих параметров электродвигателя в качестве источника первичной информации.
Материалы и методы. Представлены характеристики экспериментальной установки. Оценка достоверности информационных источников проводилась на механизме подъема. Приведены формулы определения ошибки вычисления параметров тока статора и активной мощности и определения коэффициента пропорциональности нагрузки на привод и информационного параметра.
Результаты. Представлены таблицы и графики вычисленной нагрузки на механизм по току статора и активной мощности во всём диапазоне рабочих нагрузок. Исследована зависимость точности определения нагрузки от изменения напряжения питающей сети.
Выводы. В качестве информационного источника о нагрузке на механизм подъема крана рекомендовано применять активную мощность привода. Данный параметр показал большую по сравнению с током статора устойчивость к изменениям напряжения. Удалось достичь точности определения нагрузки 2,6% при требовании 3%.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: механизм крана, нагрузка на механизм, информация о нагрузке на механизм, кран мостового типа, механизм подъема, активная мощность привода
БЛАГОДАРНОСТИ. Авторы статьи выражают свою благодарность сотрудникам кафедры «Подъёмно-транспортные системы» МГТУ им. Н.Э. Баумана и коллективу разработчиков приборов безопасности ЗАО «ИТЦ «КРОС» за их помощь, рекомендации, ценные замечания и критику.
Статья поступила в редакцию 10.12.2021; одобрена после рецензирования 20.01.2022; принята к публикации 28.02.2022.
Автор прочитал и одобрил окончательный вариант рукописи.
Прозрачность финансовой деятельности: автор не имеет финансовой заинтересованности в представленных материалах и методах.
Конфликт интересов отсутствует.
Для цитирования: Иванов С.Д. Оценка применимости электрических параметров привода для определения нагрузки на механизм подъема кранов мостового типа/ С.Д. Иванов, А.Н. Назаров // Вестник СибАДИ. 2022. Т.19, № 1(83). С. 36-47. https://doi.org/10.26518/2071-7296- 2021-19-1-36-47
© Иванов С.Д., Назаров А.Н., 2022
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.
DOI: https://doi.org/10.26518/2071-7296-2022-19-1-36-47 Original article
DRIVE ELECTRICAL PARAMETERS APPLICABILITY EVALUATION TO DETERMINE LOADS ON BRIDGE CRANE LIFTING MECHANISM
Sergey D. Ivanov, Alexander N. Nazarov*
Baumen Moscow State Technical University,
Moscow, Russia
[email protected], https://orcid.org/0000-0002-7912-609X [email protected], https://orcid.org/0000-0002-8039-4331
Corresponding author
ABSTRACT
Introduction. The problem of existing recorders of crane operation parameters in the direction of determining the intensity of work of mechanisms is revealed. The necessity of increasing the number of information sources is determined. Application of current parameters of the electric motor as a source of primary information is suggested. Materials and methods. The characteristics of the experimental setup are presented. The validity of information sources has been evaluated on the lifting mechanism. Formulas for determining the error of calculating the stator current and active power parameters and for determining the coefficient of proportionality of the load on the drive and the information parameter are given.
Results. Tables and graphs of calculated mechanism load in terms of stator current and active power over the whole range of operating loads are presented. The dependence of accuracy of load determination on changes of supply mains voltage has been investigated.
Conclusions. As information source of the load on the crane hoisting mechanism it is recommended to apply an active drive power. The given parameter has shown the big stability to voltage changes in comparison with a current of stator. It was possible to reach accuracy of definition of a load of 2,6 % at requirement of 3 %.
KEYWORDS: crane mechanism, mechanism load, mechanism load information, bridge crane, hoisting mechanism, active drive power
ACKNOWLEDGEMENTS. The authors of the article express their gratitude to the staff of the Lifting and Transport Systems Department of Bauman Moscow State Technical University and to the team of developers of safety devices ZAO CROS ITTS for their help, recommendations, valuable remarks and critics.
The article was submitted 10.12.2021; approved after reviewing 20.01.2022; accepted for publication 28.02.2022.
The authors have read and approved the final manuscript.
Financial transparency: the authors have no financial interest in the presented materials or methods.
There is no conflict of interest.
For citation: Ivanov S.D., Nazarov A.N. Drive electrical parameters applicability evaluation to determine loads on bridge crane lifting mechanism. The Russian Automobile and Highway Industry Journal. 2022; 19 (1): 36-47. https://doi.org/10.26518/2071-7296- 2022-19-1-36-47
© Ivanov S.D., Nazarov A.N., 2022
Content is available under the license Creative Commons Attribution 4.0 License.
ВВЕДЕНИЕ
Согласно принципам обеспечения безопасности на опасных производственных объектах, на которых эксплуатируются подъемные сооружения, необходимо выполнять соответствие грузовых характеристик и характеристик интенсивности работы, приведенных в паспорте и руководстве по эксплуатации, технологическому процессу (п. 9)1. Под характеристиками интенсивности понимают режимы работы, нагружения и использования механизмов и крана в целом [1,2, 3]. На сегодняшний день единственным средством объективного контроля интенсивности использования грузоподъемных машин (ГПМ) являются приборы регистраторы параметров (РП) [4, 5, 6, 7, 8]. К преимуществам РП относятся получение объективной информации о работе крана, хранение информации о каждом рабочем цикле за всё время эксплуатации ГПМ, автоматическая обработка информации с предоставлением расчетных характеристик (режима работы механизмов, крана в целом, остаточного ресурса) [9, 10].
Помимо указанных преимуществ РП обладают рядом недостатков. На данный момент производители РП не подтверждают соответствия своей продукции ГОСТ 3371 3-201 52. Данное несоответствие РП ГОСТу объясняется не только низким качеством регистрируемой информации (для ОГШ-23 экспериментально выявлены пропуски циклов нагружения, недостаточная точность определения исходных данных и расчетных параметров)4, но и отсутствием у большинства производителей функции определения режимов работы механизмов передвижения, вместо которой РП фиксируют только наработку механизма в мото-часах. Из опыта работы с ЗАО «ИТЦ «КРОС» известен метод определения нагрузки на механизмы передвижения по массе перемещаемого груза. Недопустимость такого подхода под-
тверждается методикой расчета механизмов передвижения крана. Согласно [11, 12, 13, 14] к факторам, влияющим на нагрузку на механизм передвижения, относятся масса крана и груза, трение реборд колес о головки рельсов, уклон подкранового пути, ветровая нагрузка, динамические нагрузки разгона и торможения, раскачивание груза. Очевидно, что значение, полученное на основе единственного косвенного параметра (массы перемещаемого груза), будет далеко от реально действующей нагрузки на механизм передвижения. Таким образом, в целях соответствия существующих РП ФНП в пункте определения параметров интенсивности работы механизмов выявлена потребность в расширении информационной наполненности РП за счет внедрения новых источников информации.
Согласно ГОСТ 3401 7-20165 значение нагрузки на механизм определяется для концевого звена кинематической цепи (канатный барабан, ходовое колесо) с учетом всех факторов, включая процессы неустановившегося движения. В качестве значения нагрузки могут использоваться нагрузки на других элементах кинематической цепи (сила натяжения тяговых канатов, момент на тихоходном валу и др.). Это обусловлено тем, что нагрузку в любом элементе кинематической цепи можно привести к концевому звену через передаточные числа и коэффициенты полезного действия, значения которых в процессе эксплуатации изменяются незначительно.
Существует две группы способов получения информации о нагрузке на механизм: определение силомоментных характеристик в механической части привода [15, 16, 17] и определение нагрузки по текущим параметрам электродвигателя [18, 19]. Преимуществом первого способа является близость датчика нагрузки к конечному звену кинематической цепи и, соответственно, меньшая восприим-
1 Приказ Ростехнадзора от 26.11.2020 N 461 «Об утверждении федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Правила безопасности опасных производственных объектов, на которых используются подъемные сооружения». URL: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_373321/ (дата обращения: 28.11.2021).
2. ГОСТ 33713-2015 Краны грузоподъемные. Регистраторы параметров работы. М.: Стандартинформ, 2016.
3. Руководство по эксплуатации ОГШ-2.7...10.00.00.00 РЭ URL: http://itc-kros.ru
4. Иванова Н. Ю., Иванов С. Д. Формирование информационной базы для уточнения расчета остаточного ресурса и улучшения методики планирования ремонтов подъемно-транспортного оборудования с использованием приборов безопасности - регистраторов параметров (на примере кранов) // материалы Всероссийской научно-практической конференции. Сборник докладов в области экономики и менеджмента, а также производственных технологий, информационных технологий и технологического менеджмента. М.: Московский государственный технологический университет «СТАН-КИН». 2019. С. 236-241.
5. ГОСТ 34017-2016 Краны грузоподъемные. Классификация режимов работы. М.: Стандартинформ, 2018.
Таблица 1
Основные параметры экспериментальной установки
Table 1
Basic parameters of the pilot installation
Высота Двигатель Мощность Номинальная
Кран Грузоподъёмность подъема механизма двигателя частота Груз
подъема подъема вращения
КМГ-201 2 т 8 м МТКН -112-6 5 кВт 915 об/мин 10 х 0,2 т
чивость к изменению КПД элементов привода в процессе эксплуатации. Однако такой метод требует встройки датчиков в механическую часть привода, что часто приводит к значительным изменениям в конструкции, определяющим высокую стоимость и трудоемкость изготовления и монтажа узлов встройки.
Второй способ лишен данного недостатка, и для приводов с незначительно изменяющимся кпд механизма в процессе эксплуатации является менее затратной альтернативой си-ломоментных датчиков. В литературе известны примеры применения параметров электродвигателя, таких как ток статора и ротора, скорость вращения вала двигателя, активная мощность6, с целью защиты механизма подъема от перегрузки [20].
В силу значительного отличия задач ограничения грузоподъемности и определения нагрузки на механизмы требования к первичной информации отличаются. Таким образом, в данной работе поставлена цель - определить применимость в качестве источников первичной информации текущие значения параметров электродвигателя для задачи определения реальной нагрузки, действующей на крановый механизм.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
На данном этапе исследования изучается применимость текущих электрических параметров электродвигателя для определения нагрузки на механизм подъема, а его результаты позволят перенести методику определения нагрузки на механизмы передвижения тележки и крана. В распоряжении авторов отсутствуют источники информации о нагрузке на механизм передвижения, альтернативных
исследуемому, что обуславливает отработку методики на механизме подъема, для которого существуют информационные источники, не связанные с исследуемым. Оснащенность лаборатории позволила произвести сопоставление значений нагрузок, полученных с помощью текущих параметров электродвигателя, массам поднимаемых грузов. Применимость такого подхода обоснована тем, что нагрузка на механизм подъема и масса поднимаемого груза линейно и прямо пропорционально связаны. В качестве экспериментальной установки использован двухбалочный мостовой кран КМГ-201, установленный в лаборатории кафедры «Подъемно-транспортные системы» МГТУ им. Н. Э. Баумана [21]. Система управления приводами крана - релейно-контакторная. Механизм подъема приводится в движение электродвигателем с короткозамкнутым ротором. Основные параметры экспериментальной установки приведены в таблице 1.
В силу линейной зависимости нагрузки на механизм подъема и массы поднимаемого груза возможно построить нормировочную характеристику по двум подъемам грузов различной массы. Далее производят подъем грузов других масс и оценивают отклонение вычисленных нагрузок от соответствующих значений на нормировочной характеристике. Для этого был использован наборный груз общей массой 2 т (10 х 0,2 т).
Определение электрических параметров электродвигателя механизма подъема производилось с помощью трехфазного электрического счетчика SPM 93. Измеряемые им характеристики, диапазон и точность измерения представлены в таблице 2. Счетчик устанавливается последовательно в силовую цепь питания соответствующего двигателя.
6· Орлов Д. Ю., Орлов Ю. А., Однокопылов Г И., Дементьев Ю. Н. Способ определения статического момента асинхронного двигателя для ограничения грузоподъемности крана мостового типа // Материалы Международной научно-технической конференции. Министерство образования Российской Федерации; Ивановский государственный энергетический университет; Академия технологических наук Российской Федерации; Верхне-Волжское отделение АТН РФ. 2003. 96 с.
Таблица 2
Значимые параметры трехфазного электрического счетчика SPM 93
Table 1
Significant parameters of SPM 93 three-phase electrical counter
Параметр Диапазон Точность Разрешение
Напряжение 184...276 В 0,2% 0,01 В
Ток 0...63 А 0,2% 0,001 А
Частота 47.65 0,2% 0,01 Гц
Активная мощность 0.24 кВт 0,5% 0,1 Вт
Реактивная мощность 0.24 квар 1% 0,1 вар
Коэффициент мощности -1.+1 0,5% 0,001
Полная мощность 0.24 кВт 0,5% 0,1 ВА
Интерфейс связи RS485
Обновление информации 1 с
На рисунке 1 представлена форма получаемых электрическим счетчиком SPM 93 данных и его общий вид.
а б
Рисунок 1 - а - вид данных в программном обеспечении PILOT SPM93 Free Configuration & Monitoring Software;
б - счетчик электроэнергии SPM93.
Составлено автором
Figure 1 - a - Data type in PILOT SPM93 Free Configuration & Monitoring Software;
b - SPM93 Power Meter. Compiled by the author
В экспериментах оценивалась применимость следующих информационных параметров электродвигателя: ток статора, активная мощность. Полученные графики сопоставлялись с изменением напряжения перед подъемом с целью определения их устойчивости к изменению параметров питающей сети. В течение всего времени проведения эксперимента амплитуда колебаний частоты питающей
сети не превышала 0,1% от номинального значения, поэтому влияние отклонения данного параметра на точность определения нагрузки не учитывали.
Среднее значение нагрузки, определяемое по динамическому процессу установившегося движения механизма подъема, вычислялось по формуле (1):
X R URTK±I ( 1 )
n
Прітдолткнтельп^ость RMH аОПЧОТСО ГО π po-цесса ООООООЛЯЛП 1C C. Текса N(TR)cTTOI\Ti f)aN4AN средних онанапнС сссаідіатмнмі ппесніитрон N
yCNTNP ΠΤΞΐ|ΝΙΡΤ,Ν£ϊ РАНПНА0НН0 СИфО-СТОНТ (—M.
таблншу AN ın|::)OBM,/M3jmc;n пр 10 Акпаіоеоноо.
ОшиКІКО ОПООІОЛЄНІЯ СВОДНОГО R RKCne-римлннава ik .кетон тпчнпнет очанопоо SPMCC
ОПрОДТЛОЛТОТ ПО фтрЭМЛІО eKC [ГЛП]|
гда от- - стандартное отклонение сыЕорки;
П - ПОПАО СК!ЕПСТЄ1^т^ЙІ|
-1сч р ошибпс ООрПреЛОТИT IPc3|KieGL3T|RG CCCîGk Ч HKOKK.
KOİTChRUCUİNIIHT ПрОПО^ТОЗОсН-ОСТО сктнв-нот мощности -toon гігаооігоП пофунпо на механизм определоли аоформ-лс (3):
л = I кзг
Δρρ
гтте AARRIH - т^юзщевно tkbhhhpH нм^ндоос^нк ROCO СТСТсСОМ аСТТТнООТНООЩОС ттортщстою 1ттт оооот пронкмеомонн всчон,
Опінедкке нн t сн^ ^со.] под нелантіым аоузна TCj GC OOHOCT ΐ:0°|Ν<ΓΤ13ΙΙ:>Ι^ HC^CCOPK^I-ÎTO^^^İR по-
IGOmottpt поаткпосооеон то ф-пиоле (4):
СОЄ m0 - наосо ипнесгноко фонт;
Ai(Ii) - эначение актив ной мощносон (то ка ст ато та) паи тсдып м е г ріні;. т мтооо Li m..
РЕЗУЛЬТАТЫ
По записанным с помощью SPM 93 элек-
НІЭДССОККМ еОТОКЛн^ТТИКаМ ПДСЧЛТОПЫ 0рЄДг
ние значения тока статора и активной мощно-атн со ози подъеме грузов соответствующих мтоа тар (таблица 3). Знаком «н» обозначены
оннки, ИСПОЛЬЗТ-МЫе ДОЧ ПОЮфОЧИНТ НТс01И-Оовот н о 0 онракте -eвріе пн . о сше°ка о ai |N о ,- в. -ления нафсзкн ч них не опаеде-елсаь. По апнивноО мощноста ка токе стано-а по (О) роск анонсам массы псолппеомых фузов твыч.
Далее по двум точкам (0,2 т и 1,8 т) была построена нормировочная характеристика со-отаетотния те^щено онаамит-)о эласфодок сатена ні ессе п он н з зз а е зз о но озрз а : R сон ха пн 1 π о которые стоонаое норампровочнаа ха^птерлс стика, предъявлялись два требования: точки должны соответствовать подъемам грузов с н0Ит0ЛПЮ0П рОННОСТТЮ МЭСС; оомолониу НО-пражения питающей сети в этих точках должно оказынатк нокіоеньшое поодеіїютвнс пт л-с мерение (близость напряжения к медианному ПНТЧТНИТ) Нс тсН прсмо птокодения нкспери-з\^(т ^"и г^^^:
По (2) вычислены максимальные для серии экспериментов ошибки определения параметров тока статора и активной мощности, нолукенлые нот масса фнна 0,° т -табон^ Н
Торонто 0
ОткСоо нниедналаля лночні фунт но сок-[ лтттопн и погано— похропти
TaHltî 3
Error in тІ<^^е;гптіп .a tion af ІітсіВ отзз b- oK-tet -arrent ond ectiıe ротоз
1 2 н К Н 13 0 Т к ТО Е1
00 B і^;ррд, Т 3 тп,р^ 37Т 38Т 08-п Τ72Ο 379,-7 079Ш 0K0,7 080,6 ХХ 9,5 СТ 2
ро тпен тгаткрж
тгр,КГ 0 20К 40Н 60 0 800 100С 1200 1 400 1600 1800 РО 00
твыч, кг 430 200 368 542 -41 695 1014 1241 1530 1800 15 34
Δ, р/с - н 8,1 9,7 103 10,7 15,5 1 1,33 (1,4 е СС, 3
поактпоннн лнщпкннн
mrp , КГ 0 20К 40Н 60 0 800 100С 1200 1400 1600 1800 РО 00
ІР^ыч, кг 3 200 393 592 739 996 1214 1423 1605 1800 1940
Δ,% - н 1,7 1,4 7,6 0,4 1,2 1,6 0,4 н 3
Тосс нВВ, 0° 1.20н0
von 1 т , о о . і. снсо
© dOTe-TPe Влстис ТкТАДП ТОо Митохх ЛнюссНСп ооО РінП/ан РРпТл СхйгсаІ
Таблица 4
Максимальная ошибка определения тока статора и активной мощности
Table 4
Error determining stator current and active power
Пар аметр ар η ^сч Δ
Токстатора 0,034А 10 0,02А;(0,2%) 0,024А(0,24%)
Активная мощность 25 Вт 10 20 Вт; (0,5%) 32Вт(0,8%)
Таблицаб
Ошибка определения нагрузки в зависимости от величины колебания напряжения
Table5
Error determiningtheloadinrelation to voltagefluctuation
Ток статора Активная мощность
ΔU = 1,1В
^max,% 30,5 1,7
^ср, % 13,3 1,2
ΔU = 9,1 В
^max,% 105 7,6
^ср, % 42,8 5,3
382
380
378
376
374
372
370
368
366
напряжение
-Активная мощность Напряжиение
-Линейная аппроксимация (активная мощность)
382
380
CÜ
378 о 2
I
376 §
с
374 1
372 I %
370 I I
368
366
б
а
Рисунок 2 - а - график зависимости тока статора от массы поднимаемого груза (с напряжением питающей сети перед началом подъема); б - график зависимости активной мощности от массы поднимаемого груза
(с напряжением питающей сети перед началом подъема).
Составлено автором
Figure 2 - a - a graph of the dependency of the stator current on the mass of the cargo to be lifted (with the voltage of the supply network beforethestartofthelift);b-agraphofthedependency oftheactivepoweronthemassofthecargo
tobelifted(withthevoltageof thesupplynetworkbeforethestartofthelift).
Compiledbytheauthor
----Активная мощность
Напряжение перед пуском
а б
Рисунок 3 - Активная мощность (с ошибкой определения активной мощности и напряжения) при изменении
напряжения питающей сети: а - при = 2 т; б) при = 0 т.
Составлено автором
Figure 3 - Activepower (errorindeterminationofactivepowerandvoltage)at changeofsupplyvoltage:
а - at = 2tonnes; b- at=0tonnes.
Compiledby the author
Ошибки определения массы груза по току статора и активной мощностив завиоимости от отклонения напряжение иипающей сени представлены в таблице 5. Значения тока ст а-тора и активной мощности прн ииссах г/уит 0,8 т и 2 т нельзя считась промехюми, fe/ наи во время данных подъемов иеп^жоинс онта-ющей сети было значительно мзже ниминплн-ного. Этот факт опредилмех невозможность достоверного вычисления массы фрзана их-нове непосредственнога измхеения исследув-мых параметров и опредилхен стюНхрдммс^^т^ включения в состав миихичной инсНорнигнции напряжения питающей пали.
Получены графикизависилдиси Tenac-onO-ра и активной мощности онмоюнлі нодннмае-мого груза (рисунок 2, а, б/. На фафик ихнакжю представлена информицию з мғх|гғ>^^1^ии питающей сети перед нананзиі яояпымы кпждоеп груза.
Коэффициент прЗHHOИXеEBЛЯHECTM (3) ЧИ тивной мощности и ИиИЛ нтстора ммиио иоим нимаемосо -юм^а сиютсиил cooτвeτcкпелчe
Rl А
кам = 1,34 — о kLC = 3,00064-.
Для определения влияния откло нен ия напряжения питающей тети от номиналиноге значения на показания активной мощности дополнительно проинидис по E подломов без груза и с номинальным ф^оии -рныунол °F.
Первый способ корректировки за ключкаса в умножении полученного с помощью актив-
ной мощности значения нагрузки на коэффи-циест и [-ί^Β]:
отне и - на пряжение аетед паиасем лодееян Фпмад
Лбом - номинальнае песряжанне сигз.
В резиневотю ина-нил одаcC)илoE Опіиі. мису-нон: д) иыло зарючоня, чно засвоииозть из-мнзıинид юктивпой МОЩНООИН он отнлонедия |[^τ|:)^>-:με)ιηι имеет линетссііН марсактер, а се-соснаЕ^л^сзи^ ι·|:)ηιοΤ)ηηο^ -ииснисг- й, а н ю покичіЮє ди, что F.E—на^05[з<зт пасеним мосняжоних з,:)н ИОДЬИМИ рОЗЯИОНЫХ фузов приводит к Онина--оиомо ОOeΠOНОΠHЖ актнвноИ мощнести (т. е. итоитстчупт їк^^исингос^еіз ли масон пиднима-ИМО-и фОПи). IHf НОЛОЗО ИЫЯВЯеННЫХ ИОООННт МериаЯЛОІй (ЁІІЭІЛЕ иірсоиноедоно —(.(.eei^TlCIOOBI^a ЗКТПИИО0 МОЩИДЫТИ Е31Г(К|ріэІ31 способом, закело ТКЛСМНЫКО н 3м)ибзчлскри к вычисление0 иб( фуЗКЕ e(-ЗOЛHИEeJΓеıHOΓE ПЛОООЄМЄГО ( ЗиКЗЧО) иОЇСІТ толоко ды ЛИМОНЕНИЯ ЧЕОРЯЖСНЧЯі
^>^^·(ί0Ηθ--ϋ), (5)
сси iEjТ^;·) - значение активной мощности, по-лyнeнноа при понъессо /-Й наф-зки иионряжел ніги б,-.
Результаты вычислений приведены в таблице 6.
Таблица 6
Влияние учета изменения напряжения на ошибку определения активной мощности
Table 6
Voltage change impact on active power error
А, Вт U, В k S m, кг т(с), кг m(S), кг
m = 0 т
1 1381 382,95 0,985 -29 20 0 -9
2 1394 382,92 0,985 -29 34 13 5
3 1280 372,46 1,041 75 -71 -28 -4
4 1385 383,63 0,981 -36 47 -1 -11
5 1287 371,45 1,047 86 -73 -13 13
A_max 107 41 кг 22 кг
1-
CN
II
/
1 4138 380,20 0,999 -1 2029 1998 2028
2 4071 371,97 1,044 60 1942 2053 2022
3 4052 371,55 1,046 63 1939 2048 2022
4 4050 371,20 1,048 66 1937 2051 2023
5 4166 382,68 0,986 -20 2017 1985 1993
A_max 92 кг 68 кг (2,7%) 35 кг
(4,6%) (1,4%)
Для проверки правильности выводов, полученных из анализа графиков рисунка 4, вторую корректировку применили к данным таблицы 3, таким образом оценили ее адекватность во всем диапазоне действующих на привод нагрузок (таблица 7).
Таблица 7
Применение корректировки по напряжению
Table 7
Application of voltage adjustment
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
по активной мощности
U , В 380,5 379 380 381,1 372,4 379,7 379,9 380,6 380,6 379,5 372
перед
т , кг 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
гр’
твыч, кг 3 200 393 592 739 996 1214 1423 1605 1800 1940
m(S), кг 6 - 393 584,5 796 998 1215 1419 1600 - 2000
Δ, % - н 0 2,6 0,5 0,2 1,2 1,4 0 н 0
ВЫВОДЫ
Для получения информации о нагрузке на крановые механизмы было предложено использовать значения текущих параметров соответствующего электродвигателя. В качестве таких параметров исследовались ток статора и активная мощность. Оба параметра показали линейную зависимость от массы поднимаемого груза. Однако даже при незначительном изменении напряжения питающей сети ^U = 1,1 В) ошибка определения нагрузки по току статора составила 30,5%, а при изменении на ΔU = 9,1 В ошибка составила 105%. На
основе измерения активной мощности удалось достичь точности определения массы (при ΔU = 1,1 В) 1,7%, и (при ΔU = 9,1 В) 7,6%.
Кроме того, установлено, что одинаковое изменение массы поднимаемого груза приводит к изменению показаний активной мощности в 210 раз большим, чем тока статора. На основании представленных результатов сделан вывод о применимости активной мощности в качестве информационного параметра для определения нагрузки на механизм подъема в силу низкой восприимчивости к колебаниям напряжения питающей сети и большего по
сравнению с током статора коэффициентом пропорциональности нагрузке.
Для корректировки влияния изменения напряжения питающей сети были опробованы 2 метода. Первый метод учитывает массу поднимаемого груза, а значение поправочного коэффициента пропорционально квадрату изменения напряжения. Применение данного метода привело к уменьшению ошибки определения нагрузки в 1,7 раза.
На основе анализа экспериментальных зависимостей (рисунок 4) был разработан метод, не учитывающий массу поднимаемого груза. Поправочное слагаемое, прибавляемое к вычисленному на основе первичной информации об активной мощности значению нагрузки, прямо пропорционально изменению напряжения. Данный метод позволил для данных таблицы 6 снизить ошибку в 3,3 раза (см. таблицу 7). Таким образом, второй способ позволяет получить точность определения нагрузки в 2 раза выше, чем первый. Применение второго метода корректировки по напряжению во всем диапазоне нагрузок позволило снизить ошибку с 7,6% до 2,6% (в 2,9 раза).
Таким образом, с помощью измерения активной мощности с точностью первичной информации 0,5% по динамическому процессу подъема, определением средней нагрузки за цикл методом непосредственного осреднения и корректировки по напряжению питающей сети удалось достичь точности определения нагрузки на привод 2,6% во всём диапазоне нагрузок, что удовлетворяет требованию ГОСТ 33713-2015 (3%). Из этого следует, что на основе параметра активной мощности возможно разработать методику для определения нагрузки и на другие крановые механизмы - передвижения тележки и крана.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Москвичева Л. Ф., Чернякова Н. А. Исследования прочности, ресурса и надежности крановых металлоконструкций: обзор и результаты // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии. 2020. С. 933-955.
2. Климаш В. С., Соколовский М. А. Повышение энергетической эффективности комплекса подъемных кранов // Электротехнические системы и комплексы. 2020. С. 34-40.
3. Махутов Н. А., Гаденин М. М., Печёркин А. С., Красных Б. А. Расчетно-экспериментальные подходы к анализу обеспечения ресурса и срока безопасной эксплуатации промышленных объектов // Безопасность труда в промышленности. 2020. № 1. С. 7-15. DOI: 10.24000/0409-2961-2020-1-7-15
4. Пестич С. Д. Обзор регистраторов параметров кранового оборудования при строитель-
стве для предотвращения аварийных ситуаций // International scientific review of the problems and prospects of modern science and education. 2019. С. 16-18.
5. Воронцов Д. С. Применение данных с регистраторов параметров работы крана с целью определения ресурса работы грузоподъемных кранов с истекшим сроком службы // European Science. 2015. № 3(4). С. 10-17.
6. Яценко О. В., Омельчук М. В. Оценка технического состояния крана автомобильного стрелового КС-45-717-1, эксплуатирующегося в условиях Крайнего Севера // Северный морской путь, водные и сухопутные транспортные коридоры как основа развития Сибири и Арктики в XXI веке. 2018. С. 391-399.
7.Эпов Д. А. Использование приборов и устройств безопасности на подъемных сооружениях // Вестник современных исследований. 2021. № 3-5 (41). С. 12-15.
8. Горелов В. Н. Опыт применения данных регистратора параметров при расследовании аварии башенного крана QTZ160 // Транспортное, горное и строительное машиностроение: наука и производство. 2019. № 4. С. 12-18.
9. Мокшин В. В., Якимов И. М., Кирпичников А. П., Шарнин Л. М. Разработка системы мониторинга состояния грузоподъемных механизмов // Вестник Технологического университета. 2017. Т 20, № 19. С. 75-81.
10. Алексанкин В. А., Каминский Л. С., Каминский Ф. Л., Пятницкий И. А., Федоров И. Г Совершенствование устройств архивации и трансляции параметров работы грузоподъемных кранов // Строительство: новые технологии - новое оборудование. 2017. № 6. С. 42-49.
11. Каржавин В. В., Каменский С. В., Душанин И. В. Расчет крановых механизмов. Курсовой проект: учебное пособие // Екатеринбург: РГПДУ 2017. 115 с. Режим доступа: http://elar.rsvpu.ru/978-5-8050-0634-1.
12. Шугайло Т С. Управление движением козлового крана с грузом заданием ускорения // Вестник Санкт-Петербургского университета. Математика. Механика. Астрономия. 2020. С. 154-164.
13. Корытов М. С., Щербаков В. С., Беляков В. Е. Моделирование и исследование колебаний груза, перемещаемого грузоподъемным краном // Вестник СибАДИ. 2019. Т 16, № 5 (69). С. 526-533.
14. Шимкович Д. Г. Динамические нагрузки при колебаниях груза на канате // Вестник Московского государственного университета леса. Лесной вестник. 2012. № 4. С. 141-146.
15. Коган Б. И., Васильков С. А. Технологическое обеспечение качества узла встройки тензометрического датчика // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2010. № 4 (80). С. 46-53.
16. Каминский Л. С., Каминский Ф. Л., Пятницкий И. А., Федоров И. Г. Повышение эффективности использования приборов безопасности грузоподъёмных кранов // Научная перспектива. 2016. № 1. С. 140-144.
17. Тимин Ю. Ф. Применение ограничителей грузоподъемности типа ОГШ в кранах мостового типа // Подъемно-транспортное дело. 2010. № 2 (57). С. 10-11.
18. Семыкина И. Ю., Кипервассер М. В., Гера-симук А. В. Исследование токов привода подъема мостовых кранов металлургических предприятий для раннего диагностирования превышения массы груза // Записки Горного института. 2021. Т 247, № 1. С. 122-131.
19. Орлов Ю. А., Столяров Д. П., Бурков В. П. Совершенствование системы защиты и контроля технического состояния электромеханической системы крана мостового типа // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2011. № 2. С. 363- 368.
20. Орлов Ю. А., Дементьев Ю. Н., Однокопы-лов Г И., Орлов Д. Ю., Однокопылов И. Г, Столяров Д. П. Система защиты мостового крана на основе мониторинга параметров электропривода механизма подъёма // Известия Томского политехнического университета. 2008. Т 312, № 4. С. 119-124.
21. Рощин В. А., Иванов С. Д., Михальчик Н. Л. Разработка и экспериментальная проверка алгоритма самонастройки ограничителя нагрузки ОГШ для кранов мостового типа // Вестник СибАДИ. 2018. № 4. С. 514-524. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2018-4-514-524
22. Иванов С. Д., Назаров А. Н., Михальчик Н. Л. Selection of a rational algorithm for data processing of the weight measuring system of a hoisting crane // Journal of Physics: Conference Series. 2021. № 1926. 7 cdoi:10.1088/1742-6596/1926/1/012047
23. Попов Д. А. Исследование влияния изменения напряжения сети на потери мощности при испытании асинхронных двигателей методом взаимной нагрузки // Вестник Чувашского университета. 2020. № 1. С. 145-154.
REFERENCES
1. Moskvicheva L.F., Chernyakova N.A. Issle-dovaniya prochnosti, resursa i nadezhnosti kranovykh metallokonstrukcij: obzor i rezul'taty [Research on Strength, Service Life and Reliability of Crane Metal Structures: Review and Results]. Zhurnal sibirskogo federal'nogo universiteta. Seriya: tekhnika i texnologii, 2020: 933-955.
2. Klimash V.S., Sokolovskij M.A. Povyshenie energeticheskoj effektivnosti kompleksa podemnykh kranov [Improving the energy efficiency of the crane complex]. Elektrotekhnicheskie sistemy i kompleksy, 2020: 34-40.
3. Maxutov N.A., Gadenin M.M., Pechyorkin A.S., Krasnykh B.A. Raschetno-eksperimentalnye podрody k analizu obespecheniya resursa i sroka bezopasnoj ekspluatacii promyshlennyx obektov [Calculation and experimental approaches to the analysis of ensuring the service life and safe operation period of industrial facilities]. Bezopasnost' truda v promyshlen-nosti, 2020, 1: 7-15. DOI: 10.24000/0409-2961-2020-1-7-15
4. Pestich S.D. Obzor registratorov parametrov kranovogo oborudovaniya pri stroitelstve dlya predot-vrashheniya avarijnykh situacij [Review of crane equipment parameter recorders in construction to prevent accidents]. International scientific review of the problems and prospects of modern science and education, 2019: 16-18.
5. Voronczov D.S. Primenenie dannyр s registratorov parametrov raboty krana s celyu opredeleni-ya resursa raboty gruzopodemnyh kranov s istekshim srokom sluzhby [Application of data from crane operating parameter recorders to determine the service life of cranes with expired service life]. European Science, 2015, 3(4): 10-17.
6. Yacenko O.V., Omel'chuk M.V. Ocenka teh-nicheskogo sostoyaniya krana avtomobil'nogo strelo-vogo KS-45-717-1, ekspluatiruyushhegosya v uslovi-yax krajnego severa [Assessment of the technical condition of the automobile jib crane KS-45-717-1, operated in conditions of the far north]. Severnyj mor-skoj put', vodnye i suxoputnye transportnye koridory kak osnova razvitiya sibiri i arktiki v XXI veke, 2018: 391-399.
7. Epov D.A. Ispol'zovanie priborov i ustrojstv bezopasnosti na podemnyh sooruzheniyah [Use of safety devices and appliances on lifting structures]. Vestnik sovremennyh issledovanij, 2021, 3-5(41): 12-15.
8. Gorelov V.N. Opyt primeneniya dannyh regis-tratora parametrov pri rassledovanii avarii bashennogo krana QTZ160 [Experience of using parameter recorder data in the investigation of the QTZ160 tower crane accident]. Transportnoe, gornoe i stroitel'noe mashi-nostroenie: nauka i proizvodstvo, 2019, 4: 12-18.
9. Mokshin V.V., Yakimov I.M., Kirpichnikov A.P, Sharnin L.M. Razrabotka sistemy monitoringa sostoyaniya gruzopodemnyh mexanizmov [Development of a system for monitoring the condition of lifting devices]. Vestnik Texnologicheskogo universiteta, 2017, .19: 75-81
10. Aleksankin V.A., Kaminskij L.S., Kaminskij F.L., Pyatniczkij I.A., Fedorov I.G. Sovershenstvovanie ustrojstv arxivacii i translyacii parametrov raboty gru-zopodemnyр kranov [Improvement of archiving and broadcasting devices for crane operation parameters]. Stroitel'stvo: novye texnologii - novoe oborudovanie, 2017, no. 6, pp. 42-49.
11. Karzhavin V.V., Kamenskij S.V., Dushanin I.V Raschet kranovy'x mexanizmov. Kursovoj proekt. Uchebnoe posobie [Calculation of crane mechanisms. Course project. Manual]. Ekaterinburg: RGPDU, 2017, 115. URL: http://elar.rsvpu.ru/978-5-8050-0634-1.
12. Shugajlo T.S. Upravlenie dvizheniem kozlo-vogo krana s gruzom zadaniem uskoreniya [Gantry crane motion control with acceleration setting]. Vestnik Sankt-Peterburgskogo universiteta. Matematika. Mex-anika. Astronomiya, 2020, pp. 154-164.
13. Korytov M.S., Shherbakov V.S., Belyakov V.E. Modelirovanie i issledovanie kolebanij gruza, peremeshhaemogo gruzopodemnym kranom [Modeling and study of oscillations of cargo transported by a
crane]. The Russian Automobile and Highway Industry Journal, 2019, 5(69): 526-533.
14. Shimkovich D.G. Dinamicheskie nagruzki pri kolebaniyax gruza na kanate [Dynamic loads during oscillation of the load on the rope]. Vestnik Moskovsko-go gosudarstvennogo universiteta lesa Lesnoj vestnik, 2012, 4: 141-146.
15. Kogan B.I., Vasil'kov S.A. Texnologicheskoe obespechenie kachestva uzla vstrojki tenzometrich-eskogo datchika [Technological quality assurance of the strain gauge insertion unit]. Vestnik Kuzbasskogo gosudarstvennogo texnicheskogo universiteta, 2010, 4(80):. 46-53.
16. Kaminskij L.S., Kaminskij F.L., Pyatniczkij I.A., Fedorov I.G. Povyshenie effektivnosti ispol'zo-vaniya priborov bezopasnosti gruzopodyomnyh kran-ov [Increasing the efficiency of crane safety devices/ Nauchnaya perspektiva, 2016, 1: 140-144.
17. Timin Yu.F. Primenenie ogranichitelej gruzo-podemnosti tipa ogsh v kranax mostovogo tipa [Use of ogsh-type load-limiters in overhead cranes]. Podem-no-transportnoe delo, 2010, 2(57): 10-11
18. Semykina I.Yu., Kipervasser M.V., Gerasimuk A.V. Issledovanie tokov privoda podema mostovyh kranov metallurgicheskix predpriyatij dlya rannego diagnostirovaniya prevysheniya massy gruza [Study of currents of the lifting drive of overhead cranes of metallurgical enterprises for early diagnosis of excess weight]. Zapiski Gornogo instituta, 1: 122-131.
19. Orlov Yu.A., Stolyarov D.P., Burkov V.P Sovershenstvovanie sistemy zashhity i kontrolya teh-nicheskogo sostoyaniya elektromehanicheskoj sistemy krana mostovogo tipa [Improvement of the system of protection and control of the technical condition of the electromechanical system of the bridge-type crane]. Gornyj informacionno-analiticheskij byulleten (nauch-no-texnicheskij zhurnal), 2011, 2: 363-368.
20. Orlov Yu.A., Dementev Yu.N., Odnokopylov G.I., Orlov D.Yu., Odnokopylov I.G., Stolyarov D.P Sistema zashhity mostovogo krana na osnove monito-ringa parametrov elektroprivoda mehanizma podyoma [Overhead crane protection system based on monitoring parameters of the electric drive of the hoisting mechanism]. Izvestiya Tomskogo politehnicheskogo universiteta, 2008, 4: 119-124
21. Roshhin V.A., Ivanov S.D., Mixal'chik N.L. Razrabotka i eksperimentalnaya proverka algoritma samonastrojki ogranichitelya nagruzki OGSh dlya kranov mostovogo tipa [Development and experimental verification of the self-tuning algorithm for the load limiter for overhead cranes]. The Russian Automobile and Highway Industry Journal 2018, 4: 514-524.
22. Ivanov S.D., Nazarov A.N., Mixal'chik N.L. Selection of a rational algorithm for data processing of the weight measuring system of a hoisting crane. Journal of Physics: Conference Series, 2021, 1926: 7. doi:10.1088/1742-6596/1926/1/012047.
23. Popov D.A. Issledovanie vliyaniya izmeneni-ya napryazheniya seti na poteri moshhnosti pri ispy-tanii asinxronnyh dvigatelej metodom vzaimnoj nagruzki [Study of the effect of changes in mains voltage on power losses when testing asynchronous motors by the method of mutual load]. Vestnik Chuvashskogo, 2020, 1: 145-154.
ВКЛАД СОАВТОРОВ
Иванов С. Д. Формирование направления исследования, формулировка цели и задач.
Назаров А. Н. Обзор литературы, проведение экспериментов, анализ результатов.
COAUTHORS’ CONTRIBUTION
Sergey D. Ivanov. Stating the direction of the study, formulating goals and objectives.
Alexander N. Nazarov. Literature review, experimentation, analysis of results.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Иванов Сергей Дмитриевич - канд. техн. наук, доц.
Назаров Александр Николаевич - аспирант.
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Sergey D. Ivanov - Cand. of Sci., Associate Professor of the Hoisting and Transport Systems Department.
Alexander N. Nazarov - Postgraduate student of the Hoisting and Transport Systems Department.
