Способ демпфирования колебаний груза и устройство для его осуществления

Номер патента: 640960

Авторы: Богословский, Масандилов, Соколов, Фесенко, Яуре

ZIP архив

Текст

(22) Заявлено 19.06,2035717/29-1 М, К В 66 присоединением заявки Х3) Приоритет Государственный канате СССР ва делам язовретен и втнрвтнй(53) УДК 621.873/ /874 (088 8) Дата опубликовани писания 10 А, 1;Я с околов, Л. Б, Масанднлов, Ю, И, фе и А, П, Богословский М, М) Авторыизобретения Заявит ский ордена Ленина энергетнческн ос(54) СПОСОБ ДЕМПФИРОВАНИЯ КОЛЕБАНИЙ ГРУЗА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУШЕСТВЛЕНИЯ зобретение относительн бласт строения,граничения ванияеханнзвози. ани ия темы управления подъемно-транспортного машиноа именно, к устройствам для околебаний груза, перемещаемого подъемно-транспортным средством.Известен способ демпфирования колебний груза, основаннь 1 й на силовом воздействии на механизм перемещения 1,Известен ттакже способ демпфироколебаний груза, подвешенного к мму перемещения подъемво-транспортногосредства, заключающийся в силовомдействии на механизм перемещенияУказанные способы могут бь 1 ть осуществлены устройством для демпфировколебаний груза, содержащим реверсивный электропривод с системой управлени датчиком скорости 2Недостатком известных способов является недостаточно эффективное демпфирование колебаний груза,Целью изобретения является повышение эффективности демпфирования колебаний груза. Указанная цель достигается тем, что силовое воздействие осуществляют силой, равной по величине силе сопротивления движению и направленной в противоположную сторону, а также силой, пропорциональной скорости движения механизма перемещения и направленной противоположно этой скорости, Кроме того, силовое воздействие осуществляют также силой, пропорциональной ускорению механизма пьремещения и направленной в сторону этого ускорения.Отличие устройства состоит в том, что оно снабжено генератором импульсов, логическим элементом типа ИНЕ и поляризованным реле с нейтральным положением, причем вход поляризованного реле подключен к датчнку скорости, выход поляризованного реле соединен с входами системы управления и логического элемента, а выход логического элемента подключен к входу генератора импульсов, выход которого подсоединен к входуНа фиг, 1 изображена известная зависимость силь, сопротивления движениюмеханизма перемещения груза (напримертележки или механизма поворота) от еголинейной скорости; на фиг, 2 - зависимость силь 1, равной по величине и противоположной по знаку силе сопротивлениядвижению механизма перемещения, отего, линейной скорости; на фиг, 3 - зависимость силы, пропорциональной скорости 1 Омеханизма и направленной противоположноэтой скорости, от самой скорости; нафиг, 4 - усилия, действующие на тележкупри отклонении груза от своего положения равновесия; на фиг, 5 - зависимость 15момента, создаваемого электродвигателем механизма перемещения груза цляреализации способа, от его угловой скорости; на фнг, 6 - действуюшие на тележку усилия с учетом силь, пропорциональной ускорению, "на фиг, 7 - зависимостьмомента от времени, создаваемого приводным электроцвиготелем для осуществления компенсации силы сопротивлениядвижению механизма," на фиг, 8 - пример 25устройство, реализующего предлагаем ьйспособ демпфированИя колебаний груза сдатчиком скорости,Принцип действия предлагаемого способа демпфирования колебании груза 1можно рассмотреть для одного из вндовмеханизмов перемешения - механизмагрузовой тележки 2 электрического крана,Преположим, что сила сопротивлениядвижению тележки 2 определяется толькотрением и ее зависимость от скоростиимеет вид, показанный на фиг, 1. Еслис помощью приводного электродвигателя3 создать силу, равную по величине ипротивоположно направленнуЮ сиде сопротивления движению тележки (фиг, 2) иприложить ее к тележке, то эта силакомпенсирует силу сопротивления прилюбой скорости движения тележки, Движение тележки следовательно будет определяться только горизонтальной составльчошей Р , г силы натяжения .каната,которая при небольших углах отклоненияканата с грузом от своего положенияравновесия пропорциональна величине отклонения Х д, Оцнако, указанная компенсация силы сог 1 ротивления недостаточна цля демпфирования колебаний груза,поскольку при его отклонении горизонтальнач составляющая силь натяжения канатавызовет движение тележки, которое неограничивается никакими тормозяшимисидами,С помощью электродвигателя 3 тележки 2 дополнительно создают силу Г 1 , пропорциональную скорости Чдвижения тележки и направленную противоположно этой скорости, Зависимостьуказанной силы Р 1 от скорости 7приведена на фиг, 3,Движение тележки в данном случаепри раскачивании груза опрецеляетсяследующими действуюшими на нее силами: горизонтальной составляюшейгсиль натяжения каната и указанной силой Р 1 . Эти силы показаньг на фиг, 4,В процессе раскачивания груза поддействием горизонтальной составляюшейсилы натяжения каната тележка движется в сторону отклоненного груза.При этом возникает сила Р, направленная противополокно скорости движения,Раскачивающийся груз вьгзовет движениетележки и передает ей часть своей кинетической энергии, а последняя переходитв электрическую энергию в электродвигателе, который является источником силы Р 1, Когда вся кинетическая энергиягруза израсходуется, он перестанет раскачиваться, а тележка буцет неподвижной,Предлагаемый способ демпфированияколебаний раскачивающегося груза обеспечивает передачу кинетической энергии отгруза тележке и далее источнику силы.Р 1 даже при весьма небольших углахотклонения груза, когда горизонтальнаясоставляющая силь натяжения канатаменьше силы сопротивления цвижениютележки.Указанная сила Рможет бьть созцана различными способами, Оцггн из способов состоит в создании составляющеймомента приводного электродвигателятележки, пропорциональной его скоростии противоположно ей направленной, Приэтом электродвигатель должен быть включен в схему, которая обеспечивает егоработу на характеристике 4 (фиг, 5),Действительно, момент цвигателя можнопредставить как сумму двух составляюгцих, соответствующих характеристикам5 и 6 (фиг. 5), Первая составляющаямомента (характеристика 5) обеспечиваетсоздание силы, компенсируюшей силу сопротивления (см, фиг, 1 и характеристику 5 на фиг, 5), а вторая составляющаямомента ( характеристика 6) обеспечивает создание указанной силы, г(см,фиг, 3 и характеристику 6 на фнг, 5),Механическая характеристика 4 (фиг, 640960может бьть реализована на основе известных реостетиьфх способов регулированияскорости электродвигателей,Другой способ создания указанной силы Рсостоит в использовании обратной связи по скорости тележки в системеее электропривода, Элемент обратнойсвязи воспринимает скорость тележки (или пропорциональную этой скоростидругую величину) и подает сигнал в систе-Ому управления электроприводом аля организации силы Р,Эффективность демпфирования колебаний груза существенно повыщается, еслисоздать силу, компенсирующую силу сопротивления, ввести укаэанную силу Ри дополнительно создать силу, пропорциональную отклонению груза от своегоположения равновесия и направленную всторону этого отклонения, 20В случае отклонения груза от положения равновесия горизонтальная составляющая силы натяжения каната вызываетдвижение тележки в сторону отклоненного груза, при этом кинетическая энергия 25 тележки воспринимается источником силы Р г, В случае приложения к тележке дополнительной силы, направленной в сторону отклоненного груза, тележка получает от этой силы дополнительное уско- ЗО .рение в сторону положения равновесия груза и последний быстрее достигнет своего положения равновесия, чем при отсутствии этой аополнительной силы, Дополнительная сила тек же, как и пропорциональная массе груза горизонтальная составляющая силы натяжения каната, пропорциональна отклонению груза от положения равновесия и направлена в сторону этого отклонения. Поэтому эта до полнительная сила Р оказывает на успокоение колебаний груза такое же действие, как и увеличение массь 1 груза, а колебания болеетяжелого груза, как известно, быстрее затухают, чем более легкого, 45Для реализации силь 1 Р требуется датчик отклонения груза, что в некоторьх случаях приводит к определенным техническим и эксплуатационным осложнениям,50Эффективность аемпфирования колебаний груза также существенно повышается, если создать силу, компенсирующую силу сопротивления, вести указанную си 55 лу Р и в дополнение к этому создать силу Р, пропорциональную ускорению тележки и по направлению совпадающую с этим ускорением, Для доказательства этого положения следует рассмотреть уравнения авижения тележки,На фиг. 6 показаны усилия, приложенные к тележке 2 крана, которые с учетом сказанного выще представляются в виде;ЮгР:к ( 1-4)дгде К К, К, К - коеффициектьгпропорциональности.В случаях, когда дополнительная силапропорциональна отклонению Хд грузаили пропорциональна ускорению тележки,уравнения движения имеют вид соответственно: ачКнхо-к T +к Х щд 1"нл "о "Рт+ у =т дгае гП- масса тележки,Эти уравнения представляются следующим образом:кк к 37к к1 ТУравнения (7) и (8) аналогичны другдругу,Следовательно, приложение к тележкеМсилы г , пропорциональной ускорениютележки, приводит примерно к такому жеэффекту, как и приложение силы Рпропорциональной отклонению груза, и способствует эффективному демпфированиюколебаний груза,Для создания силы Р требуется датчик ускорения тележки что не встречает больших технических осложнений,Не фиг, 8 приведена схема устройствеаля реализации предлагаемого способа сэлектродвигателем 3 постоянного тока идатчиком 7 скоросщ, используемь 1 м аляуправления компенсацией силы сопротивления. В этом устройстве обеспечиваетсяпериодическое изменение моменте приводного электродвигателя 3 тележки 2 всоответствии с грефиком не фиг, 7. Момент двигателя М изменяется в пределах + Я , где Ч - значение момента, несколько меньше, чем момент отсил сопротивления движению тележки 2,Если груз 1 не колеблется и канат расположен вертикально, то составляюшаясиды натяжения каната, вьзьваюшая движение тележки 2, равна нулю, При этомтележка 2 будет неподвижна, так какмомент электродвигателя 3 меньше момента сопротивления, Если .канат с грузом 1отклоняется на некоторый угол, то появляется составляющая силы натяжения каната, которая стремится вызвать движениетележки 2 в сторону отклонения груза,Следует отметить, что период колебанийраскачивающегося груза 1 обычно большой - 4-5 секунд и более, При этом период Т (фиг. 7) колебаний моментаэлектродвигателя 3 следует задаватьравным не более 0,4-0,5 секунды, т,е,на порядок меньше периода колебанийгруза 1,, Движение тележки определяется следуюшими действующими на нее силами:горизонтальной составляющей силы натяэ 5жения каната, силой сопротивления движе- -5нию 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 отклоненна небольшой угол, при котором горизонтальная составляющая силы натяженияканата невелика и меньше силы трения,"Движение тележки возникнет тогда, когдазнак пульсируюшей сипак пропорциональной пульсирующему моменту двигателя,совпадает с указанной составляющейсипы натяжения каната, а это совпадениепроизойдет чер .з небольшой промежутоквремени после начала отклонения груза,поскольку период изменения моментадвигателя значительно меньше периодасобственных молебаний груза, а амплитуда пульсирующего момента двигателялишь ненамного меньше момента от силы сопротивления движению тележки,Из приведенных рассуждений следует,что даже при очень небольших углахотклонения груза 1 от своего положенияравновесия начнется движение тележки 2Если к валу приводного электродвигателя . Э тележки 2 присоединен55датчик 7 скорости тахогенератор(или хотя бы датчик знака скорости, который срабатывает в начале движения тележки), то на его зажимах появится напряжение при достаточно малых углахотклонения груза 1, а это напряжениеможно использовать ддя управления работой электродвигателя 3 .на участкемеханической характеристики, расположенном в верхней, либо нижней полуплоскости (фиг, 5), или дпя управлениясозданием электродвигателем 3 момента,равного по величине и противоположногопо 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 постоянноготока, имеющего обмотку 8 независимоговозбуждения, подключен к реверсивномувентильному преобразователю, состоящемуиз двух вентидьных групп - 9 и 10, Вентидьные группы 9 и 10 управляются отсистемы управления 1 1, один из входовкоторой подключен к генератору 12 трапецеидальньх разноподярных импульсов,а последний - к выходу логического элемента 13 типа "И-НЕ", Вад электродвигателя 3 сочленен с валом датчика 7скорости, вьполненного, например в видетахогенератора, а зажим ь 1 последнегоподключены к поляризованному репе 14с нейтральным положением и двумя вьходами, один из которьх подсоединен квходу логического элемента 13, а другой - к входу системы управления 1 1,Устройство по схеме на фиг, 8 работает следующим образом,При приближении груза 1, перемешаемого краном, к месту его остановки электродвигатель 3 тележки 2 останавливается, а затем вкдючается в схему электропривода, показанную на фиг, 8, При этомна один из входов логического элемента13 подается задающий сигнал, запускающий генератор 12 импульсов, Поступление импульсов определяет возникновениемомента приводного электродвигателя 3тележки 2, изменяющегося по трапецеидальному закону в соответствии с графиком на фиг, 7, В случае отклонения груза1 под действием горизонтальной составляюшей 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, Выходной сигнал этого реле пос 640960 10тупвет нв один из входов логическогоэлемента 13 и вьзывает его отключение,что, в свою очередь, вьзывает прекращение генерации импульсов генератором 12,Выходной сигнал реле 14, подключенного 5также к системе управления 11, определяет возникновение момента электродвигателя 3, равного по величине и противоположно направленного моменту от силысопротивления движению 2, При этом оэлектродвигатель 3 будет работать нв требуемом участке характеристики 4 на фиг, 5и колебания груза будут демнфироввтьсч,Когда в процессе колебания груза 1 егоотклонение станет достаточно малымравно как и горизонтальная составляющаясилы натяжения каната, то скорость электродвигателя 3 снизится до достаточномалой величины, и ЭДС датчика 7 скорости уменьшится также до малой величины,вызывая отключение реле 14. Отсутствиесигнала нв входе логического элемента13 вызывает наличие сигнала на его выходе, При этом генератор 12 вновь начнет генерировать импульсь. В случаеотклонения груза 1 в противоположном направлении устройство работает аналогичным образом,формула изобретения1. Способ демпфирования колебаний груза, подвешенного к механизму перемещения подъемно-транспортного средства, заключающийся в силовом воздействии на механизм перемещения, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повыщения 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 ющ и й с я тем, что силовое воздействие осуществляют силой, пропорциональной ускорению механизма перемещения и направленной в сторону этого ускорения,3, Устройство для осуществления способа по п, 1, содержащее реверсивньй электропривод с системой управления и датчиком скорости, о т л и ч а ю - ш е е с я тем, что оно снабжено генератором импульсов, логическим элементрм типа "И-НЕ" и поляризованным реле с нейтральным положением, причем вход поляризованного реле подключен к датчику скорости, выход поляризованного реле соединен с входами системы управления и логического элемента, а вьход логического элмента подключен к входу генератора импульсов, выход которого подсоединен ко входу системы управления,Источники информации, цринятые вовнимание при экспертизе:1. Статья Теличко Л. Я, ограничениераскачивания грузов при работе механизмов передвижения и поворота кранов",труды фрунзенского политехническогоинститута, вьщ, 58, 1972,2, Патент фРГ Ъ 1278079,кл. 35 В 5/О 1, 1964.640960 Фи Фи Фиг Составитель А, Гедеоноведактор С, Байкова ТехрепЭ, Чужик Корректор Т. вич иал ППП Патент, г, Ужгород, ул, Проектная, 4 Заказ 7443/18 Тираж 991 ЦНИИПИ Государственного комитв по делам изобретений и о 113035, Москва, Ж, Раушс

Смотреть

Заявка

2035717, 19.06.1974

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

СОКОЛОВ МИХАИЛ МИХАЙЛОВИЧ, МАСАНДИЛОВ ЛЕВ БОРИСОВИЧ, ФЕСЕНКО ЮРИЙ ИГОРЬЕВИЧ, ЯУРЕ АНДРЕЙ ГЕОРГИЕВИЧ, БОГОСЛОВСКИЙ АЛЕКСАНДР ПЕТРОВИЧ

МПК / Метки

МПК: B66C 13/06

Метки: груза, демпфирования, колебаний

Опубликовано: 05.01.1979

Код ссылки

<a href="https://patents.su/6-640960-sposob-dempfirovaniya-kolebanijj-gruza-i-ustrojjstvo-dlya-ego-osushhestvleniya.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Способ демпфирования колебаний груза и устройство для его осуществления</a>

Похожие патенты