Груз на канатном подвесе качается как маятник после каждого разгона и торможения крана. Ниже описаны два способа погасить качку электроникой, данные, которые для этого нужны, пределы таких систем и вопросы к поставщику при выборе крана или модернизации привода. Причины раскачки при подъеме и устройство частотного преобразователя рассмотрены в отдельных статьях.
Раскачивание груза на подвесе и период колебаний
После остановки тележки груз продолжает двигаться по инерции и качается по закону маятника. Период одного колебания равен T = 2π√(l/g), где l длина подвеса от точки подвеса до центра тяжести груза, g ускорение свободного падения. При малых углах масса и размах колебаний в формулу не входят. Тяжелая заготовка и пустая тара на одном подвесе без стропов качаются с одинаковым периодом.
Длина подвеса меняется вместе с высотой подъема: чем выше поднят крюк, тем короче маятник и тем выше частота колебаний. Таблица показывает период и размах качки после резкой остановки тележки на скорости 0,5 м/с, то есть 30 м/мин. Скорость и длины подвеса заданы для примера как аргументы формулы.
Однобалочные опорные мостовые краны
Весь раздел →
Кран мостовой однобалочный опорный однопролётный г/п 3,2 т пролет 22,5 м
Кран мостовой однобалочный опорный однопролётный г/п 3,2 т пролет 16,5 м
Кран мостовой однобалочный опорный однопролётный г/п 3,2 т пролет 13,5 м
| Длина подвеса, м | Период колебаний, с | Отклонение от вертикали, м |
|---|---|---|
| 2 | 2,8 | 0,23 |
| 4 | 4,0 | 0,32 |
| 6 | 4,9 | 0,39 |
| 9 | 6,0 | 0,48 |
| 12 | 6,9 | 0,55 |
Размах считается из равенства кинетической энергии груза и работы его подъема: x = v√(l/g). Это верхнее приближение для мгновенной остановки, при плавном торможении размах меньше. Он растет линейно со скоростью и с корнем из длины подвеса.
Без демпфирования колебания затухают медленно. Один из производителей кранового оборудования называет в описании своей функции ожидание затухания качки до нескольких минут. Крановщик ждет или ведет кран медленнее, и обе меры удлиняют цикл.
Разомкнутая и замкнутая система управления качкой
Первую схему называют разомкнутой. Привод меняет закон разгона и торможения моста и тележки так, что колебания не возникают. Датчик угла качания не нужен. Алгоритм вычисляет профиль скорости по длине подвеса и ускорению привода. Профиль повторяет прием опытного крановщика: ускорение, короткая полка почти постоянной скорости, пока груз догонит тележку, снова ускорение.
Для одиночного разгона работает простой критерий: если постоянное ускорение длится ровно один период колебаний, остаточной качки нет. Остаточный размах пропорционален |sin(πt/T)| и обращается в ноль при t = T, то есть на подвесе 6 м при разгоне за 4,9 с. Для разгона короче периода алгоритм дробит ускорение на ступени с паузами.
Вторую схему называют замкнутой. Датчик измеряет угол каната или смещение груза, и контроллер вводит поправку в команды приводу. Датчиком служит камера на тележке с отражателем на крюковой подвеске либо блок с акселерометрами и гироскопами. Схема реагирует на отклонение после его появления, поэтому действует медленнее разомкнутой. Камера, подсветка и обработка изображения повышают расходы на оборудование.
Однобалочные опорные мостовые краны
Весь раздел →
Кран мостовой однобалочный опорный однопролётный г/п 3,2 т пролет 10,5 м
Кран мостовой однобалочный опорный однопролётный г/п 3,2 т пролет 7,5 м
Кран мостовой однобалочный опорный однопролётный г/п 3,2 т пролет 4,5 м
| Способ | Что нужно на кране | Что гасит | Предел |
|---|---|---|---|
| Навык крановщика | Практика | Качку, которую крановщик видит и ловит | Медленнее, результат зависит от исполнителя |
| Разомкнутая схема | Данные о длине подвеса, программа в приводе | Качку от собственных ускорений и торможений | Не измеряет начавшуюся качку и ветер |
| Замкнутая схема | Камера или инерциальный датчик, контроллер | Начавшуюся качку, ветер, перекос груза | Выше расходы, реакция с запаздыванием |
| Механические средства | Диагональная запасовка каната, направляющие механизмы | Качку механически | Высокая стоимость, добавочный вес и изгибающий момент конструкции |
Автор отраслевого обзора относит замкнутые системы к кранам с большим числом циклов на открытом воздухе, например контейнерным, где ветер оправдывает расходы. В цеховых условиях, где ветер слабо влияет на качку, лучше подходит разомкнутая схема.
Подобрать оборудование под вашу задачу
Высота подъема и стропы в расчете длины подвеса
Разомкнутая схема считает период по длине подвеса, поэтому длину ей нужно сообщить. Положение крюка по высоте определяют одним из пяти способов:
- заранее заданная высота, на которую поднимают крюк перед перемещением груза;
- переключатель на две или три высоты, которым управляет крановщик;
- концевой выключатель механизма подъема с двумя или тремя зонами высоты;
- абсолютный энкодер на отдельном тросике, прикрепленном к крюковой подвеске;
- инкрементный энкодер на двигателе механизма подъема.
Последний вариант дает высоту на любом уровне, в том числе при подъеме и опускании во время перемещения.
Точность длины важна. Расчетная длина маятника должна совпадать с реальной в пределах 10%. Период пропорционален корню из длины, поэтому ошибка длины на 10% дает ошибку периода около 5%.
При длинных стропах или захватном приспособлении движение усложняется эффектом двойного маятника. В таких случаях в систему вводят поправку к длине подвеса на стропы, оснастку и крупный груз. Заранее заданные значения поправки выбирают переключателем.
Однобалочные опорные мостовые краны
Весь раздел →
Кран мостовой однобалочный опорный однопролётный г/п 1 т пролет 22,5 м
Кран мостовой однобалочный опорный однопролётный г/п 1 т пролет 16,5 м
Кран мостовой однобалочный опорный однопролётный г/п 1 т пролет 13,5 м
Пределы системы и привычки оператора мостового крана
Разомкнутая схема не измеряет качку, которая уже есть. Ветер и перекос груза остаются вне ее модели. Включить функцию можно только пока механизмы крана неподвижны. Уже идущую качку, ветер и такой перекос закрывает замкнутая схема.
Обе схемы вставляют в замедление одну или несколько пауз. Мост и тележка останавливаются позже и проходят чуть больший путь, поэтому оператор отпускает рукоятку раньше, чем без системы. К этому привыкают не сразу. На кранах с кабиной ступенчатый профиль скорости может вызывать укачивание, и его смягчают настройкой агрессивности системы.
Система действует через ход моста и тележки. Поворот вокруг вертикальной оси она не гасит: приводы хода не создают для этого момента. В Казахстане действуют Правила обеспечения промышленной безопасности при эксплуатации грузоподъемных механизмов (приказ № 359). Пункт 435 запрещает оттягивание груза во время подъема, перемещения и опускания и допускает для разворота длинномерных грузов крючья или оттяжки соответствующей длины. Антираскачивание эти требования не отменяет.
Где антираскачивание дает выигрыш в цехе
На работу крана под управлением оператора в ряде производств приходится до 20% производственного цикла, по данным разработчика систем антираскачивания. Каждая секунда, сэкономленная на успокоении при перемещении, сокращает эту долю.
Размах качки растет с длиной подвеса, поэтому на длинном подвесе выигрыш больше: таблица первого раздела показывает от 0,23 м на подвесе 2 м до 0,55 м на подвесе 12 м. В высоком цехе при позиционировании деталей в оснастке и штабелях система сокращает время на успокоение.
По данным разработчика, правильно настроенная система снижает размах качки на 85–95 процентов.
Полевые испытания, по тем же данным, показали, что функция помогает повысить производительность на 25–50 процентов. Обе цифры принадлежат производителю, и на своем кране их проверяют пробным пуском.
Если приводы хода однобалочного опорного мостового крана питаются от частотных преобразователей, функцию можно встроить прямо в них. Программа обменивается данными с приводом много раз в секунду и превращает команды крановщика в выверенные профили скорости. Отдельный программируемый контроллер (ПЛК) или плата расширения могут повышать расходы и снижать надежность. Место функции антираскачивания среди прочих функций умного крана описано в отдельной статье.
Мостовые краны
Весь раздел →
Кран мостовой однобалочный опорный однопролётный г/п 1 т пролет 10,5 м
Кран мостовой однобалочный опорный однопролётный г/п 1 т пролет 7,5 м
Кран мостовой однобалочный опорный однопролётный г/п 1 т пролет 4,5 м
Что уточнить при выборе крана и частотного преобразователя
Готовую функцию от обещания отличают ответы на такие вопросы:
- где работает алгоритм, в преобразователе или во внешнем ПЛК;
- откуда система берет данные о длине подвеса и есть ли ввод поправки для стропов и захватов;
- работает ли функция на кране с несколькими механизмами подъема на одном мосту;
- одинаково ли она действует в режимах скалярного управления V/f, векторного без датчика и векторного с датчиком;
- как она сочетается с замедлением у концевых выключателей, плавной остановкой и существующим пультом, панелью оператора или радиоуправлением.
При пусконаладке результат проверяют прямо на кране. Задают известную длину подвеса, разгоняют кран до рабочей скорости и останавливают, затем измеряют отклонение груза по разметке на полу. Опыт повторяют с включенной и отключенной функцией и сравнивают оба размаха с расчетом по формуле из первого раздела.
