При произвольном положении поворотной платформы

где: φ - угол поворота платформы по отношению к направлению ветра (рис.23.14).

Среднеквадратичная величина, которая принимается при определении эквивалентного момента

Полная сила сопротивления для механизмов, работающих на открытом воздухе, определяется выражением:

23.8. Динамические и ударные нагрузки и способы их ограничения

Динамические нагрузки возникают при изменении скорости движения механизма в результате управляющих или возмущающих воздействий.

Ударные нагрузки возникают после выборки зазоров в передаче, а также в результате соприкосновения рабочего органа с обрабатываемым материалом или с препятствием.

Динамические моменты определяются величиной инерционных масс, приводимых в движение. Порядок расчета динамических моментов определяется кинематической схемой механизма. Здесь различают жесткие кинематические схемы, в которых скорость каждого звена схемы однозначно связана со скоростью вала электродвигателя, и кинематические схемы, в которых из-за наличия упругих элементов и зазоров, такая жесткая связь отсутствует. В первом случае динамическая система рассматривается как одномассовая с приведением моментов инерции вращающихся частей машины и поступательно движущихся масс к валу электродвигателя. Во втором случае механическая система рассматривается как многомассовая (чаще двухмассовая).

Для динамической системы динамический момент электропривода при заданном ускорении , которое обычно ограничено технологическими условиями, может быть определен из соотношения:

(23.17)

где: - суммарный приведенный момент инерции, включающий в себя момент инерции ротора двигателяи приведенный момент инерции всех вращательнои поступательно движущихся масс установки

Для большинства механизмов основную долю в моменте составляет момент инерции двигателя

В подъемных установках с двухконцевой лебедкой суммарный момент инерции превышает момент инерции двигателя в 2...10 раз [4-12], так как момент инерции определяется суммой движущихся массгде- массы соответственно противовеса, подъемного сосуда (кабины), груза, подъемного и компенсационного канатов.

У механизмов передвижения и поворота кранов и для механизмов поворота экскаваторов момент инерции движущихся масс может быть в 2...20 раз больше инерции двигателя. Поэтому для таких механизмов при большой частоте включения именно динамические нагрузки могут определять необходимую мощность двигателя.

Передача динамических усилий вызывает дополнительные потери в редукторе, которые желательно в расчетах учитывать, если динамические нагрузки передач соизмеримы со статическими или превышают их.

Учет потерь в редукторе производится при определении динамических моментов, приведенных к валу двигателя, путем деления на кпд редуктора (при пуске) или умножения (при торможении).

При проектировании электропривода в некоторых случаях необходимо учитывать зазоры в передачах, так как после выборки зазоров, возникают ударные нагрузки, которые по своей величине могут превышать пусковые моменты двигателя. Особенно это относится к механизмам с большими инерционными массами и передаточными числами. Например, при изношенном зубчатом венце механизма поворота экскаватора зазор может достичь 1...1,5 оборота вала двигателя, а для механизма поворота башенного крана 2...3 оборота двигателя. За счет возникающих в результате удара механических колебаний максимальная нагрузка в передаче возрастает в сравнении с той, которая имела бы место при жесткой связи масс и отсутствии зазоров. Отношение максимальной нагрузки к средней называют динамическим коэффициентом. Динамическая нагрузка передачи определяется ускорением в период выбора зазоров и соотношением приведенных инерционных масс двигателя и механизма. Если за время выборки зазора двигатель достигнет установившейся скорости, то ударная нагрузка при окончании выборки зазора будет тем больше, чем больше скорость двигателя.

Технические решения по ограничению динамических моментов и механических перегрузок

Для ограничения ударных моментов при выборке зазора для электропривода с параметрическим (реостатным) пуском предусматривают одну-две предварительные реостатные характеристики, обеспечивающие возможность снижения пускового момента до (0,4...0,6)М_С для выбора зазоров и слабины каната. При этом шунтирование сопротивления по мере разгона (торможения) осуществляется, как правило, в функции тока или времени.

Наиболее полно ограничение динамических и ударных нагрузок можно осуществить в случае использования регулируемых электроприводов с системами автоматического управления. В таких электроприводах для ограничения динамических и ударных моментов ис-пользуют задатчи-ки интенсивности ЗИ.

Рис.23.15. Комбинированный задатчик интенсивности

Рис.23.16. Диаграммы работы комбинированного задатчика интенсивности

Задатчик интен-сивности изменяет скорость по линей-ному закону, т.е. с постоянным уско-рением. В этом случае ускорение при выборке зазора и после выборки не изменяется, что не всегда удобно, так как для выборки зазора необходимо небольшое ускорение, а после выборки, с целью повышения производительности ускорение целесообразно увеличить. Характеристику, отвечающую этим требованиям, можно получить с помощью комбинированного задатчика интенсивности (КЗИ), одна из возможных схем которого представлена на рис.23.15. КЗИ состоит из последовательно соединенных задат-чиков рывка ЗР, ускорения ЗУ и скорости ЗС. Задатчик рывка представляет собой операцион-ный усилитель с релейной характеристикой. Ограничение выходного напряжения задат-чика рывка обеспечивается блоком БО1. В качестве задат-чика ускорения используется интегральный операционный усилитель с ограничением напряжения U_зу блоком БО2.

Т

Рис.23.16. Диаграммы работы комбинированного задатчика интенсивности

емп изменения выходного напряженияU_зу и его знак зависят от величины и знака напряжения рывка U_зр. Задатчик скорости также собран по схеме интегратора, поэтому темп и направление изменения его выходного напряжения U_зс зависят от значения и полярности U_зу. Структурная схема и диаграмма изменения во времени выходного напряжения КЗИ приведены на рис.23.16.

Время нарастания U_зу определяется из выражения ,

где: а, ρ – ускорение и рывок (м/с² и м/с³).

Взамкнутых системах регулирования с суммирующим усилителем, как правило, применяют токовые отсечки, а в системах подчиненного регулирования используют ограничение задания на ток (напряжение на выходе регулятора скорости). Ограничение тока достигается также применением задатчика интенсивности.

Х

Рис.23.17. Экскаваторные механические характеристики

1

3

2

арактеристики с ограничени-ем момента называются экска-ваторными. Качество ограничения момента обычно характеризуется заполнением экскаваторной харак-теристики, которое тем больше, чем жестче ее рабочий участок и чем круче участок отсечки.

Идеальная экскаваторная характеристика (1) показана на рис.23.17. Там же представлены реальные экскаваторные характеристики с разным заполнением (кривые 2, 3). При достаточной жесткости рабочего участка заполнение характеристик оценивается коэффициентом отсечки

Максимальные нагрузки элементов привода в процессе стопорения увеличиваются за счет динамической нагрузки. Отношение максимальной нагрузки к установившейся [4-12] определяет динамический коэффициент:

Перегрузки тем больше, чем больше начальная скорость ω_нач, момент инерции J₁ и жесткость рабочего оборудования С₁₂. При уменьшении коэффициента отсечки К_отс (увеличение жесткости на участке отсечки) затухание колебаний происходит быстрее. Поэтому для подъемных лебедок экскаваторов-лопат и грейферных кранов желательна характеристика с коэффициентом отсечки 0,7...0,8. Такая форма экскаваторной характеристики одновременно уменьшает частоту стопорений, так как обеспечивает заблаговременные снижения скорости при механической перегрузке еще до достижения стопорной нагрузки. При этом по снижению скорости машинист оценивает нагрузку двигателя и своевременно предпринимает действия, направленные на уменьшение перегрузки, например уменьшение напорного усилия экскаватора-лопаты при перегрузке электропривода подъема.

Уменьшение пускового момента при двухмассовой механической системе достигается, как и при жесткой связи, уменьшением ускорения (замедления), а снижение амплитуды колебания после завершения пуска (торможения) можно получить двумя путями: первый способ – принимают время пуска равным периоду собственных колебаний механической системы; второй – демпфированием колебаний с помощью регулирования жесткости механической характеристики электропривода.

Время пуска регулируется двумя способами: с помощью задатчика интенсивности и ограничением тока электродвигателя с помощью САР. В первом случае, ввиду жестких механических характеристик двигателя, считается, что груз подвешен к жесткой опоре, и колебания определяются, исходя из закона колебания материальной точки, подвешенной на гибкой нити. Частота свободных колебаний определяется следующими формулами: