桥式起重机机电系统动力学和控制的统一建模及其在负载升降过程分析中的应用

发布时间：2020-04-22 05:51

【摘要】：电动起重机是一种广泛用于冶金厂、机械制造厂、电站、港口、铁路等国民经济各部门的搬运设备,是在现代化生产、运输和国民经济建设和发展过程中发挥重要作用的、不可或缺的设备。正确地量化电动起重机系统在工作过程中的动力行为是起重机设计中至关重要的事情,是改进起重机控制和工作性能,保证电动起重机安全、可靠和经济性的关键。起重机概率设计和寿命设计是正在积极探索中的起重机设计方法,其中,必须解决的重要问题之一则是可以得到能够正确地反映工作过程中起重机组成元件或构件危险截面所受应力的时间历程。动力建模是获取这些应力时间历程的必要手段,因此,迫切需要构建能够更真实、更本质地反映起重机作业过程的动力学模型。基于电动起重机是机电耦合系统的认识,本文提出了考虑工作机构、金属结构、负载、电机及其驱动系统之间耦合效应的三维电动起重机机电系统动力学和控制统一建模的思想。在这个统一的三维动力模型中,不再需要事先假定电机的电磁扭矩或电机转子的转速,工作过程中起重机系统的动力响应可以在系统机电能量的交互过程中自然而然地确定,从而可以更真实地量化电动起重机中驱动机构运动的电动机的电磁扭矩时间历程以及起重机组成元件和构件的动力响应。这种方法在已公开发表的电动起重机动力学和控制的文献中还未见报道过。本文以转子串电阻调速系统和变频调速系统控制的单小车电动桥式起重机为例,提出了用于表达电动桥式起重机不同工作过程的负载-机构-结构系统的修正拉格朗日函数,以及应用起重机设计理论、分析力学、结构动力学、机械动力学、电机分析及其控制理论构建工作过程中的三维电动起重机机电系统动力学和控制统一模型的一般方法。这种方法不仅适合于电动起重机械,也可以推广到其它电动机械的机电系统动力学和控制的统一建模中。本文对由转子串电阻调速系统控制的、起升机构配置单机械制动器的32t桥式起重机吊运起升负载的全速上升过程,重载和半载全速下降过程,以及配置双机械制动器的32t桥式起重机的起升机构在双制动器作用下的异常制动过程和一个制动器失效情况下的异常制动过程进行了数值模拟。详细分析了这些动力过程中起重机系统的动力特点,讨论了正常负载升降过程中起重机司机的操作、电气控制方案、机电系统参数以及双制动器起升机构异常制动过程中机械制动器方案、负载大小、制动开始时负载的位置和起升速度等因素对起重机系统动力行为的影响。本文充分展示了电动起重机起升机构正常工作过程中的系统动态响应对司机操作非常敏感的特征和起升机构的起动过程中,尤其是,重物的下降制动过程中,电机的电磁扭矩和起升机构高速轴扭矩出现大幅度震荡的特点,以及起重机机电系统动力学和控制统一建模的必要性。发现：(1)降低司机的操作速度并不能导致系统动态响应峰值和幅值的单调减小；(2)对起重机自身而言,起升机构低速运行情况下发生的异常制动并不一定就比高速运行情况下的异常制动更安全；(3)对于配置双机械制动器的起升机构来说,为确保双制动器冗余功能的安全实施,一个机械制动器失效时发生的异常制动应该是设计过程中必须重视的一个重要工况。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TH215

【参考文献】