Russian Federation
student
The study deals with the integration of stability control systems for mobile cranes and hydraulic drives when lifting operations include load path and crane position adjustments. The system’s general flowchart and algorithm are presented. Crane tip-over safety margin estimation methods and their possible implementations are proposed.
jib crane, safety, control, stability, dynamics, monitoring, hydraulic drive.
Основными задачами при автоматизации управления грузоподъёмными операциями является обеспечение оптимизации рабочего процесса, точности позиционирования, минимизации колебаний груза при соблюдении условий устойчивости к опрокидыванию [1]. Совместное решение этих задач требует интеграции системы обеспечения безопасности, включающей микропроцессорный ограничитель нагрузки крана, координатную защиту, системы мониторинга положения и состояния рабочего оборудования и системы управления исполнительными приводами рабочих органов.
Патентный анализ показывает, что в настоящее время ведутся работы в направлении интеграции и расширения функций систем управления и защиты. Способ и устройство по [4] предполагают мониторинг положения и состояния кранового оборудования в течение всего рабочего цикла для отключения приводов по фактору перегрузки либо по фактору ограничения перемещений. Управляющее устройство [5] выполнено с возможностью плавного или скачкообразного изменения предельно допустимой величины нагрузки в зависимости от времени, режима или стадии нагружения машины, с возможностью установки во время подъема груза минимального значения предельно допустимой величины нагрузки в рабочем диапазоне машины по углу азимута, с последующим сохранением ее и изменением в зависимости от угла азимута. При превышении значения нагрузки предельно допустимой величины управляющее устройство формирует предупреждающие сигналы для машиниста или сигналы блокирования движений машины.
В системе [6] управление гидрораспределителями происходит в зависимости от результата сравнения заданных и фактических скоростей изменения вылета и высоты подвеса крюка, от параметров ограничения крановых операций, возможности их совмещения из условия обеспечения безопасной работы крана.
Систему контроля грузовой устойчивости [7] осуществляют мониторинг текущего положения центра масс (или равнодействующей всех сил) относительно ребра опрокидывания с целью определения запаса устойчивости, определяемого степенью приближения точки приложения этой равнодействующей к границам опорного контура. Изменения величины 
в течение рабочего цикла косвенно учитываются по перемещению этой проекции. Если смещение проекции центра масс достигает зоны опасного снижения устойчивости, происходит формирование направленного воздействия стабилизирующего характера для ограничения скоростей или блокирования перемещения технологического оборудования.
Оптимизация рабочего цикла предполагает два направления: оптимизация траектории перемещения и оптимизация скоростных режимов приводных гидродвигателей. Это особенно важно при реализации сложных траекторий перемещения и частом переключении скоростного режима. Таким образом, система управления должна обеспечивать оптимальный режим по критерию быстродействия с наложением ограничения по суммарной нагрузке (вес груза и стрелового оборудования, динамические процессы, ветровая нагрузка и т.п.) с точки зрения обеспечения устойчивости.
Целью создания комплексной системы является недопущение создания аварийных ситуаций без отключения рабочих механизмов путем формирования оптимальных алгоритмов функционирования каждого из рабочих механизмов с учетом влияния каждого на безопасное выполнение грузоподъемных работ.
Для достижения этой цели необходимо решить задачу синтеза системы управления рабочими механизмами, предусматривающей:
1. Определение в каждый момент времени допустимых значений скоростей, ускорений перемещения элементов оборудования крана.
2. Формирование в соответствии с п. 1 управляющих воздействий, обеспечивающих отработку заданной траектории в оптимальном скоростном режиме.
3. Организация обратной связи, осуществляющей контроль правильности отработки системой управляющих воздействий.
Обобщенная функциональная схема такой системы отображена на рис. 2.
Положение кранового оборудования и груза контролируется информационной системой, включающей датчики угла поворота платформы , длины l и угла наклона стрелы
, датчик длины каната, а также вторичные преобразователи и линии связи. Согласно заложенной математической модели крана блок определения допустимой нагрузки рассчитывает значение 
для текущего пространственного положения машины.
Для определения текущей нагрузки 
могут быть использованы различные системы датчиков, производящих измерения как прямыми [4-6], так и косвенными [7, 8] методами. Устройство сравнения и определения запасов устойчивости может оперировать как непосредственно величинами и , так и связанными с ними параметрами (расстояние от центра масс до ребра опрокидывания в [8], давление в опорных гидроцилиндрах [9]). Параметры выбирают таким образом, чтобы привод имел заданное быстродействие, допустимые сдвиги по фазе, определяющие динамические свойства контура управления [10].
Таким образом, система, построенная по рассмотренному принципу (см. рис. 2), обеспечивает согласованную работу исполнительных приводов с точки зрения устойчивости к опрокидыванию и безопасной траектории перемещения, практически исключающую создание аварийных ситуаций без отключения рабочих механизмов и остановки выполняемых грузоподъемных операций. Оптимизация производительности и энергоэкономичности достигается путём автоматизации процессов регулирования скоростных и мощностных режимов работы механизмов крана.
1. Vatulin Ya.S., Potahov D.A., Potahov E.A. Modelirovanie poteri ustoychivosti svobodno stoyaschih strelovyh samohodnyh kranov // Vestnik Instituta problem estestvennyh monopoliy: Tehnika zheleznyh dorog. - 2016. - №4 (36). - S. 60-66.
2. Lagerev A.V., Konchic S.V., Bleyshmidt L.I. Ocenka riska pri ekspluatacii samo-hodnyh gruzopod'emnyh kranov strelovogo tipa v usloviyah nedostatochnoy in-formacii // Nauchno-tehnicheskiy vestnik Bryanskogo gosudarstvennogo universiteta. - 2017. - №2. - S. 77-94.
3. Ancev V.Yu., Vitchuk P.V., Krylov K.Yu. Defekty i otkazy avtomobil'nyh kra-nov // Izvestiya Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Tehnicheskie nauki. -2016. - №7. - S. 88-93.
4. Pat. 2309112 RF, MPK B66S23/88. Sposob upravleniya gruzopod'emnym kranom i ustroystvo dlya ego realizacii / Zatravkin M.I., Kaminskiy L.S., Mash D.I. i dr. № 2006106630/11; zayavl. 03.03.2006; opubl. 27.10.2007, Byul. №30.
5. Pat. 2448037 RF, MPK B66S23/88. Ogranichitel' nagruzki gruzopod'emnoy ili stroitel'noy mashiny / Korovin V.A., Korovin K.V. № 2010137361/11; zayavl. 07.09.2010; opubl. 20.04.2012, Byul. №11.
6. Pat. 2457170 RF, MPK B66S23/88. Sposob upravleniya gruzopod'emnym kranom i sistema dlya ego realizacii / Tihonov Yu.B. № 2011109322/11; zayavl. 11.03.2011; opubl. 27.07.2012, Byul. №21.
7. Red'kin A.V., Sorokin P.A. Metody obespecheniya ustoychivosti strelovyh samohod-nyh kranov pri nenormiruemyh vneshnih vozdeystviyah // Stroitel'nye i dorozh-nye mashiny. - 2016. - №9. - S. 16-19.
8. Red'kin A.V., Sorokin P.A., Il'in V.S. Sistema kontrolya gruzovoy ustoychivosti mobil'nyh gruzopod'emnyh mashin // Stroitel'nye i dorozhnye mashiny. - 2017. - №8. - S. 16-19.
9. Red'kin A.V. Analiz dinamiki ispolnitel'nyh privodov gidravlicheskih kranov chastotnymi metodami // Izvestiya Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Teh-nicheskie nauki. - 2012. - №9. - S. 166-171.
10. Red'kin A.V. Sposob upravleniya strelovym kranom s uchetom dopolnitel'nyh di-namicheskih nagruzok // Izvestiya Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Teh-nicheskie nauki. - 2013. - №12. - S. 238-244.
