Способ демпфирования колебаний груза и устройство для его осуществления

Способ демпфирования колебаний груза и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

640960

На фиг. 1 изображена известная зависимость силь>. сопротивления движению механизма перемещения груза (например, тележки или механизма поворота) от его линейной скорости; на фиг. 2 - зависимость силь1, равной по величине и противоположной по знаку силе сопротивления . цвижению механизма перемещения, от его. линейной скорости; на фиг. 3 — зависимость силы, пропорциональной скорости >0 механизма и направленной противоположно этой скорости, от самой скорости; на фиг, 4 - усидия, действуюшие на тележку при отклонении груза от своего положения равновесия; на фиг. 5 — зависимость f5 момента, создаваемого электродвигателем механизма перемещения груза для реализации способа, от его угловой скорости; на фнг. 6 — действующие на тележку усилия с учетом силь, пропорциональ- >о ной ускорению; на фиг, 7 - зависимость мол.ента от времени, создаваемого приводным электроцвигателем ддя осуществления компенсации сильг сопротивления движению механизма; на фиг. 8 — пример устройства, реализующего предлагаем ь и способ демпфированИя колебаний груза с датчиком скорости.

Принцип действия прецлагаемого способа цемпфирования колебании грузя 1 можно рассмотреть для одного из вндов механизмов перемешения — механизма грузовой тележки 2 электрического крана.

Преположим, что сила сопротивления движению тележки 2 определяется только трением и ее зависимость от скорости имеет виц, показанный на фиг. l. Если с помощью приводного электродвигателя

3 создать силу, равнук по величине и противоположно направленную силе сопро- 40 тивления движению тележки (фиг, 2) и приложить ее к тележке, то эта сила компенсирует силу сопротивления при любой скорости движения тележки. Движение тележки следовательно будет опре- 45 деляться только горизонтальной составлг«ошей F,, г силы натяжения .каната, которая при небольших углах отклонения каната с грузом от .своего положения равновесия пропорциональ>га величине от- 50 кдонения Х > . Оцнако, указанная компенсация силы сог1ротивления недостаточна для демпфирования колебаний груза, носкодьку при его отклонении горизонтальнач составляюшая силы натяжения каната вызовет движение тележки, которое не ограничивается никакими тормозяшими силами.

С помощью электродвигателя 3 тележдokkолнительно создают силу Г 1, пропорциональную скорости 1/,„ движения тележки и направленную противоположно этой скорости, Зависимость указанной силы Р1 от скорости приведена на фиг, 3, Движение тележки в данном случае при раскачивании груза опрецеляется следуюшими действуюшими на нее силами: горизонтальной составляюшей Vq силь> натяжения KBklBTB и указанной силой F 1 . Эти силы показаньг на фиг, 4.

В процессе раскачивания груза под действием горизонтальной составляюшей силы натяжения каната тележка движется в сторону отклоненного груза.

При этом возникает сила Р g ., направленная противополо>кно скорости цви>кения.

Раскачивающийся груз вьгзовет движение тележки и передает ей часть своей кинетической энергии, а последняя переходит в электрическую энергию в электродвигателе, который является источником силы Р< . Когда вся кинетическая энергия груза израсходуется, он перестанет раскачиваться, а тележка буцет неподвижной.

Предлагаемый способ демпфирования колебаний раскачивающегося груза обеспечивает передачу кинетической энергии от груза тележке и далее источнику силы.

Р даже при весьма небольших углах отклонения груза, когда горизонтальная составляющая силь. натяжения каната меньше силы сопротивления цвижению тележки.

Указанная cHJIEt P g может бь>ть созцана различными способами, Оцггн из способов состоит в создании составляющей момента приводного электродвигателя тележки, пропорциональной его скорости и противоположно ей направленной, При этом электродвигатель должен быть включен в схему, которая обеспечивает его работу на характеристике 4 (фиг, 5), Действительно, момент двигателя можно представить как cóììó двух составляюших, соответствующих характеристикам

5 и 6 (фиг. 5), Первая составляющая момента (характеристика 5) обеспечивает создание силь, компенсирующей силу сопротивления (см, фиг. 1 и характеристику 5 на фиг, 5), а вторая составляющая момента (характеристика 6) обеспечивает создание указанной силы, F 1 (см. фиг, 3 и характеристику 6 на фнг. 5).

Механическая характеристика 4 (фиг.

640960 может бьть реализована на основе известных реостятиь х способов регулирования скорости электродвигателей, Другой способ создания указанной силы F г состоит в использовании обрат- 5 ной связи по скорости тележки в системе ее электропривода. Элемент обратной связи воспринимает скорость тележки (или пропорциональную этой скорости другую величину) и подает сигнал в систе-lO му управления электроприводом цля организации силы Р .

Эффективность демпфирования колебаний груза существенно повышается, если создать силу, компенсирующую силу со- Б противления, ввести укаэанную силу Р г и дополнительно создать силу, пропорциональную отклонению груза от своего положения равновесия и направленную в сторону этого отклонения. 20

В случае отклонения груза от положения равновесия горизонтальная составляющая силы натяжения каната вызывает движение тележки в сторону отклоненного груза, при этом кинетическая энергия 25 тележки воспринимается источником силы Р g . В случае приложения к тележке цополнительной силы, направленной в сторону отклоненного груза, тележка получает от этой силы дополнительное уско.рение в сторону положения равновесия груза и последний быстрее достигнет своего положения равновесия, чем при отсутствии этой дополнительной силы. Дополнительная сила тяк же, квк и пропорциональная массе груза горизонтальная составляющая силы натяжения каната, пропорциональна отклонению груза от положения равновесия и направлена в сторону этого отклонения. Поэтому эта до- 4о полнительная сила Vg оказывает на успокоение колебаний груза такое же действие, как и увеличение массь1 груза, а колебания более тяжелого груза, как известно, быстрее затухают, чем более легкого. 45

Для реализации силы Т2 требуется датчик отклонения грузя, что в некоторь х случаях привоцит к опрецеленным техническим и эксплуатационным осложнениям.

Эффективность цемпфирования колебаний груза также существенно повь1шается, если создать силу, компенсирующую силу сопротивления, вести указанную си55 лу Р и в цополнение к этому создать силу F2 пропорциональную ускорению тележки и по направлению совпадающую с этим ускорением. Для доказательства этого положения слецует рассмотреть уравнения движения тележки.

На фиг. 6 показаны усилия, приложенные к тележке 2 крана, которые с учетом сказанного выше предстввляютса в виде;

dV

2 2 (1-4)

2 2Д где К К К К - коэффицие тьг пропорциональности.

В случаях, когда дополнительная сила пропорциональна отклонению Хд груза или пропорциональна ускорению тележки, уравнения движения имеют вид соответственно: de

"H г "o к + и хо YA

dt (s) ,ау ач, („

"нл "o "Рт+) 2 gg =<т д гце nl — масса тележки.

Эти уравнения представляются следующим образом:

dV, (2+ Н.Г.г о "FT гн г (7)

dt кк.л

Ч Т

Уравнения (7) и (8) аналогичны друг другу.

Следовательно, приложение к тележке

М! силы г 2, пропорциональной ускорению тележки, приводит примерно к такому же эффекту, как и приложение силы F2 пропорциональной отклонению груза, и способствует эффективному демпфированию колебаний грузя.

Для созцания силы F2 требуется датчик ускорения тележки, что не встречает больших технических осложнений.

На фиг. 8 приведена схема устройства цля реализации предлагаемого способа с электродвигателем 3 постоянного тока и датчиком 7 скорости, используемь1м цля управления компенсацией силы сопротивления. В этом устройстве обеспечивается периодическое изменение момента приводного электродвигателя 3 тележки 2 в соответствии с графиком ня фиг. 7. Момент двигателя hhg изменяется в прецелах + Яо, где Ч - значение мо640960 мента, несколько меньше, чем момент от сил сопротивления движению тележки 2.

Если груз 1 не колеблется и канат расположен вертикально, то составляющая силы натяжения каната, вь зывающая дви- 5 жение тележки 2, равна нулю, При этом тележка 2 будет неподвижна, так как момент электродвигателя 3 меньше момента сопротивления, Если .канат с грузом 1 отклоняется на некоторый угол, то появляется составляющая силы натяжения каната, которая стремится вызвать движение тележки 2 в сторону отклонения груза.

Следует отметить, что период колебаний раскачивающегося груза 1 обычно большой — 4-5 секунд и более. При этом период Т (фиг. 7) колебаний .момента электродвигателя 3 следует задавать равным не более 0,4-0,5 секунды, т,е. на порядок меньше периода колебаний груза 1, . Движение тележки определяется следующими действующими на нее силами: горизонтальной составляющей силы натя25 жения каната, силой сопротивления движе- -5 нию и пульсирующей во времени силой, пропорциональной моменту двигателя.

Движение тележки возможно только в сторону отклонения груза, так как амплитуда пульсирующей силы меньше силь> трения, При этом движение тележки возникает даже при очень небольшом отклонении груза, Допустим, что груз отклонен на небольшой угол, при котором горизонтальная составляющая силы натяжения каната невелика и меньше силы трения,"

Движение тележки возникнет тогда, когда знак пульсирующей силы, пропорциональной пульсирующему моменту двигателя, совпадает с указанной составляющей сипы натяжения каната, а это совпадение произойдет чер з небольшой промежуток времени после начала отклонения груза, поскольку период изменения момента двигателя значительно меньше периода собственных молебаний груза, а амплитуда пульсирующего момента двигателя лишь ненамного меньше момента от силы сопротивления движению тележки, Из приведенных рассуждений следует, что даже при очень небольших углах отклонения груза 1 от своего положения равновесия начнется движение тележки 2, Если к валу приводного электродвигателя . Э тележки 2 присоединен

55 датчик 7 скорости тахогенератор (или хотя бы датчик знака скорости, который срабать>вает в начале движения тележки), то на его зажимах появится»апряжение при достаточно малых углах отклонения груза 1, а это напряжение можно использовать дпя управления работой электродвигателя 3 .на участке механической характеристики, расположенном в верхней, либо нижней полуплоскости (фиг. 5 ), или дпя управления созданием электродвигателем 3 момента, равного по величине и противоположного по направлению моменту от сил сопротивления (т,е. для управления процессом компенсации сип сопротивления).

Описанный принцип использован в устройстве, структурная схема которого приведена на фиг, 8.

Якорь электродвигателя 3 постоянного тока, имеющего обмотку 8 независимого возбуждения, подключен к реверсивному вентильному преобразователю, состоящему из двух вентильных групп — 9 и 10, Вентильные группы 9 и 10 управляются от системы управления 11, один из входов которой подключен к генератору 12 трапецеидальных разнопопярных импульсов, а последний — к выходу логического элемента 13 типа "И-НЕ", Вал электродвигателя 3 сочленен с валом датчика 7 скорости, вь>полненного, например в виде тахогенератора, а зажимы последнего подключены к поляризованному репе 14 с нейтральным положением и двумя вь>ходами, один из которьх подсоединен к входу логического элемента 13, а другой - к входу системы управления 11, Устройство по схеме на фиг. 8 работает следующим образом.

При приближении груза 1, перемещаемого краном, к месту его остановки электродвигатель 3 тележки 2 останавливается, а затем включается в схему электропривода, показанную на фиг. 8. При этом на один из входов логического элемента

13 пода ется задающий сигнал, запускающий генератор 12 импульсов, Поступление импульсов определяет возникновение момента приводного электродвигателя 3 тележки 2, изменяющегося по трапецеидапьному закону в соответствии с графиком на фиг. 7. В случае отклонения груза

1 под действием горизонтальной составляющей силы натяжения каната и указан.ого момента электродвигателя 3 тележка 2 крана стронется с места в сторону отклонения. груза 1, При этом на зажимах датчика 7 скорости появится напря- жение, которое приводит к включению реле 14. Вь>ходной сигнал этого реле пос640960

10 тупвет нв один из входов логического элемента 13 и вь>зывает его отключение, что, в свою очередь, вь>зывает прекращение генерации импульсов генератором 12.

Выходной сигнал реле 14, подключенного 5 также к системе управления 11, определяет возникновение момента электродвигателя 3, равного по величине и противоположно направленного моменту от силь> сопротивления движению 2. При этом >о электродвигатель 3 будет работать нв требуемом участке характеристики 4 на фиг. 5 и колебания груза будут демц.

Когда в процессе колебания груза 1 его отклонение станет достаточно малым, >5 равно как и горизонтальная составляющая силы натяжения каната, то скорость электродвигателя 3 снизится до достаточно малой величины, и ЭДС датчика 7 скорости уменьшится также до малой величины, вызывая отключение реле 14. Отсутствие сигнала на входе логического элемента

13 вызывает наличие сигнала на его выходе. При этом генератор 12 вновь начнет генерировать импульсь>. В случае отклонения груза 1 в противоположном направлении устройство работает аналогичным образом.

Формула изобретения

1. Способ демпфирования колебаний груза, подвешенного к механизму перемещения подъемно-транспортного средства, заключающийся в силовом воздействии нв механизм перемещения, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности, силовое воздействие осуществляют силой, равной по величине силе сопротивления движению и направленной в противоположную сторону, а также силой, пропорциональной скорости движ ния механизма перемещения и направлен-, ной противоположно этой скорости.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а юш и и с я тем, что силовое воздействие осуществляют силой, пропорциональной ускорению механизма перемещения и направленной в сторону этого ускорения.

3. Устройство для осуществления способа по и, 1, содержащее реверсивнь>й электропривод с системой управления и датчиком скорости, о т л и ч в ю щ е е с я тем, что оно снабжено генератором импульсов, логическим элементрм типа "И-НЕ" и поляриэованньм реле с нейтральным положением, причем вход поляризованного реле подключен к датчику скорости, вьход поляризованного реле соединен с входами системы управления и логического элемента, а вь>ход логического элмента подключен к входу генератора импульсов, выход которого подсоединен ко входу системы управления.

Источники информации, принятые ао внимание при экспертизе:

1. Статья Теличко lI. Я, "Ограничение раскачивания грузов при работе механизмов передвижения и поворота кранов", труды Фрунзенского политехнического института, вып, 58, 1972.

2. Патент ФРГ % 1278079, кл. 35 В 5/О1, 1964.

Фиг.г

ФигЗ

Фиг.S

Фиг. У

Фиг.8

Составитель А. Гедеонов

Редактор С, Байкова ТехрепЭ. Чужик Корректор Т. Иашкович

Заказ 7443/1 8 Тираж 991 Подписное

11НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5 филиал ППП Патент, r Ужгород, ул. Проектная, 4