【摘要】：電動起重機是一種廣泛用于冶金廠、機械制造廠、電站、港口、鐵路等國民經(jīng)濟各部門的搬運設備,是在現(xiàn)代化生產(chǎn)、運輸和國民經(jīng)濟建設和發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用的、不可或缺的設備。正確地量化電動起重機系統(tǒng)在工作過程中的動力行為是起重機設計中至關重要的事情,是改進起重機控制和工作性能,保證電動起重機安全、可靠和經(jīng)濟性的關鍵。 起重機概率設計和壽命設計是正在積極探索中的起重機設計方法,其中,必須解決的重要問題之一則是可以得到能夠正確地反映工作過程中起重機組成元件或構件危險截面所受應力的時間歷程。動力建模是獲取這些應力時間歷程的必要手段,因此,迫切需要構建能夠更真實、更本質(zhì)地反映起重機作業(yè)過程的動力學模型。 基于電動起重機是機電耦合系統(tǒng)的認識,本文提出了考慮工作機構、金屬結構、負載、電機及其驅動系統(tǒng)之間耦合效應的三維電動起重機機電系統(tǒng)動力學和控制統(tǒng)一建模的思想。在這個統(tǒng)一的三維動力模型中,不再需要事先假定電機的電磁扭矩或電機轉子的轉速,工作過程中起重機系統(tǒng)的動力響應可以在系統(tǒng)機電能量的交互過程中自然而然地確定,從而可以更真實地量化電動起重機中驅動機構運動的電動機的電磁扭矩時間歷程以及起重機組成元件和構件的動力響應。這種方法在已公開發(fā)表的電動起重機動力學和控制的文獻中還未見報道過。 本文以轉子串電阻調(diào)速系統(tǒng)和變頻調(diào)速系統(tǒng)控制的單小車電動橋式起重機為例,提出了用于表達電動橋式起重機不同工作過程的負載-機構-結構系統(tǒng)的修正拉格朗日函數(shù),以及應用起重機設計理論、分析力學、結構動力學、機械動力學、電機分析及其控制理論構建工作過程中的三維電動起重機機電系統(tǒng)動力學和控制統(tǒng)一模型的一般方法。這種方法不僅適合于電動起重機械,也可以推廣到其它電動機械的機電系統(tǒng)動力學和控制的統(tǒng)一建模中。 本文對由轉子串電阻調(diào)速系統(tǒng)控制的、起升機構配置單機械制動器的32t橋式起重機吊運起升負載的全速上升過程,重載和半載全速下降過程,以及配置雙機械制動器的32t橋式起重機的起升機構在雙制動器作用下的異常制動過程和一個制動器失效情況下的異常制動過程進行了數(shù)值模擬。詳細分析了這些動力過程中起重機系統(tǒng)的動力特點,討論了正常負載升降過程中起重機司機的操作、電氣控制方案、機電系統(tǒng)參數(shù)以及雙制動器起升機構異常制動過程中機械制動器方案、負載大小、制動開始時負載的位置和起升速度等因素對起重機系統(tǒng)動力行為的影響。 本文充分展示了電動起重機起升機構正常工作過程中的系統(tǒng)動態(tài)響應對司機操作非常敏感的特征和起升機構的起動過程中,尤其是,重物的下降制動過程中,電機的電磁扭矩和起升機構高速軸扭矩出現(xiàn)大幅度震蕩的特點,以及起重機機電系統(tǒng)動力學和控制統(tǒng)一建模的必要性。發(fā)現(xiàn)：(1)降低司機的操作速度并不能導致系統(tǒng)動態(tài)響應峰值和幅值的單調(diào)減��；(2)對起重機自身而言,起升機構低速運行情況下發(fā)生的異常制動并不一定就比高速運行情況下的異常制動更安全；(3)對于配置雙機械制動器的起升機構來說,為確保雙制動器冗余功能的安全實施,一個機械制動器失效時發(fā)生的異常制動應該是設計過程中必須重視的一個重要工況。
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TH215

【參考文獻】

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本文編號：2636223