Алгоритм управления усилием натяжения для стабилизации стрелы провиса участка кабельной линии электроснабжения напольных транспортных средств

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Основной целью управления процессом непрерывной обработки транспортируемого материала (бумажного полотна, отжигаемой полосы, ткани, корда и т.д.) во многих случаях является стабилизация стрелы его провиса е. Но из-за отсутствия качественных датчиков стрелы провиса построение систем управления производится, как правило, с обратной связью по усилию натяжения этого материала.

Рассматривается электропривод механизма натяжения промежуточного кабеля системы электроснабжения (СЭС) напольных транспортных средств [1, 2]. В состав такой СЭС входят два гибких кабеля: подвесной и промежуточный.

Первый кабель подвешен на кольцах к натянутому стальному канату. Одним своим концом он соединён через коммутационный аппарат с электрической сетью, а вторым - с токосъёмником подвижной каретки, установленной на канате.

Промежуточный кабель одним концом соединён через токосъёмник каретки с подвесным кабелем, а вторым, опираясь на направляющие ролики, через токосъёмное устройство барабана соединён с первичными обмотками силового трансформатора. Направляющие ролики установлены над кабиной транспортного средства, а ниже них установлен электродвигатель с намоточным барабаном.

При движении транспортного средства вдоль подвесной линии подвесной кабель либо собирается в кольца, либо распрямляется, а при его движении от подвесной линии либо к ней барабан будет сматывать либо разматывать промежуточный кабель. При этом длина размотанной части этого кабеля l будет пропорциональна пройденному транспортным средством расстоянию от подвесной линии. Очевидно, что для поддержания стрелы провиса е промежуточного кабеля на заданном уровне усилие натяжения F необходимо изменять в зависимости от величины l.

Основным отличительным признаком механизма натяжения является непостоянство расстояния l и расположение точек подвеса промежуточного кабеля на разных высотах. Одна точка находится на направляющих роликах, а вторая - на каретке. В зависимости от конструктивного исполнения подвесной линии разность высот точек подвеса Дh может изменяться от 0 до 3,0 м. В результате этого усилие натяжения будет представлять собой сложную функцию от допустимой величины стрелы провиса еД и значений l и Дh. Причем требования к погрешности стабилизации стрелы провиса ДеД и погрешности соответствующего изменения усилия натяжения, по-видимому, будут различными.

Зависимость стрелы провиса е от усилия натяжения F, удельной нагрузки кабеля pк, расстояния l, разности высот точек подвеса кабеля ?h для механизма натяжения с однорядной укладкой кабеля на барабане имеет вид

напольный транспортный провис электропривод

(1)

(2)

По этим соотношениям были построены и проанализированы графики зависимостей стрелы провиса для фиксированных значений F от 50,0 до 200,0 Н и различных Дh = 0; 0,5;…,3,0 м, при На рис.1 представлены кривые для разности высот точек подвеса Дh = 0 м и Дh = 3,0 м.

Рис. 1. Зависимость стрелы провиса кабеля от его длины и силы натяжения при разности высот подвеса: а - ?h =0; b - ?h =3 м

Из приведённых графиков следует, что при рабочем натяжении F = 100,0 Н и расстоянии l = 22,5 м стрела провиса е = 2,4 м. Высота расположения направляющих роликов для многих транспортных средств не превышает 2,4 м, поэтому кабель провисает до пола. Если требования к стреле провиса жесткие (при работе в заполненном складе), то для ее поддержания на заданном уровне необходимо усилие натяжения повышать по мере удаления транспортного средства от подвесной линии.

При стреле провиса, равной допустимой величине , из соотношений (1), (2) получим нелинейное уравнение

(3)

На основании этого уравнения с учётом (2) были построены графики для при фиксированных значениях еД = 0,25; 0,5;…,1,0 м и Дh = 0; 0,5;…,3,0 м. На рис. 2, 3 приведены графики для Дh = 0 м и Дh = 3,0 м, которые с погрешностью менее 6,0% аппроксимированы линейными соотношениями.

Рис. 2. Зависимость силы натяжения F и коэффициента пропорциональности k между усилием и стрелой провиса от расстояния l при ?h=0: а - еД =0,25 м; b - еД=1,0 м.

Рис. 3. Зависимость силы натяжения F и коэффициента пропорциональности k от расстояния l при ?h=3 м: а - =0,25 м; b - =1,0 м

(4)

где Fa - аппроксимирующая величина усилия натяжения.

В соотношении (4) FC - сила сопротивления, которую создают подвесные кольца при перемещении по стальному канату. Её величина

определяется числом колец n, удельной нагрузкой кабеля , коэффициентом трения м , расстоянием между соседними кольцами .

Зависимости начальной длины смотанного с барабана кабеля и коэффициента от допустимой величины стрелы провиса при фиксированных значениях разности высот точек подвеса представлены на рис. 4 и 5.

Рис. 4

Рис. 5

Из анализа графиков зависимостей (рис. 2 и 3) следует, что сила натяжения растет квазилинейно с уменьшением величины стрелы провиса, уменьшением и увеличением l.

Поэтому для выполнения цели управления (стабилизации стрелы провиса) натяжение должно изменяться согласно зависимостям, представленным на рис. 2 - 5 при движении транспортного средства от подвесной линии питания и несколько превышать силу сопротивления (FС < F ? 1,2FС) при движении вдоль подвесной линии.

Сигнал задания системы автоматического управления усилием натяжения, согласно (4), должен изменяться в соответствии с алгоритмом

(5)

где kОТ - коэффициент передачи датчика усилия натяжения.

После линеаризации выражений (1), (2) относительно величины получим зависимость приращения относительной силы натяжения от относительной величины стрелы провиса:

(6)

(7)

Изменение k в координатах при различных значениях еД и Дh приведены в виде графиков на рис. 2 и 3. Из этих графиков следует, что с увеличением и уменьшением величина коэффициента k уменьшается. Следовательно, требования к точности воспроизведения задания усиления натяжения будут более жесткими.

Зависимости минимальных значений коэффициента kmin = f () при различных приведены на рис. 6.

Рис. 6

В качестве примера в системе управления натяжением определим погрешность воспроизведения программы задания усилия натяжения для обеспечения стабилизации стрелы провиса кабеля на уровне с погрешностью при разности высот подвеса кабеля .

Для заданных значений и по кривой 3 рис. 6 находим kmin=0,27.

К воспроизведению программы усилия натяжения предъявляются почти в четыре раза более высокие требования (1/ kmin = 1/0,27 ? 3,7).

Погрешность воспроизведения программы силы натяжения должна быть не менее

Таким образом, проведённые исследования позволяют определить алгоритм задания усилия натяжения и величину погрешности его воспроизведения по заданной погрешности стабилизации стрелы провиса.

Литература

1. Пат. 2185296 RU, МКИ В 60'L9/00. Устройство для электроснабжения и управления безрельсовым транспортом / В.И. Котенев, В.В. Котенев и др. №2000131771/28; Заявлено 18.12.2000; Опубл. 20.07.2002; Бюл. №2.

2. Котенев В.И., Котенев А.В. Автоматизированный электропривод кабелесборочного механизма с ООС по току якоря системы электроснабжения безаккумуляторного электропогрузчика // Вестник СамГТУ. Сер. Технические науки. - 2005. - Вып. 20. - С. 134-140.

Размещено на Allbest.ru