Вопросы динамики многодвигательного электропривода на примере механизма наклона конвертера

Многодвигательным электроприводом оснащены многие тяжелые машины и механизмы горно-металлургической отрасли, например кислородные конвертеры. Уменьшение влияния недостатков, характерных для разветвленной многосвязной системы, возможно за счет создания систем регулирования на основе математических моделей рассматриваемых электромеханических систем (ЭМС). В полной математической модели учитывается число электродвигателей ЭМС, зазоры в передачах, упругости валопроводов, влияние диссипативных сил и т.д. Недостатком такого подхода является сложность таких моделей, что приводит к большим вычислительным и временным затратам при их реализации. Для анализа динамических процессов, возникающих в режимах разгона и торможения электромеханической системы механизма наклона конвертера, предлагается использовать упрощенную эквивалентную расчетную модель, которая учитывала бы изменение собственной частоты колебаний ЭМС для любого режима работы на основе технологических и конструктивных особенностей. На основании анализа расчетной модели сделан вывод о необходимости оценки механических нагрузок в системе методом сравнения их текущих и базовых значений, а также учет демпфирующих свойств электропривода. Для снижения динамических нагрузок предлагается сформировать закон изменения управляющего напряжения с помощью задатчика интенсивности, снижающего риски возникновения упругих моментов, значительно превосходящих допустимые для данного класса механизмов. Результаты термо- и вибродиагностики для оценки неисправностей основных звеньев механизма наклона конвертера, а также оценка поведения системы на базе модели Matlab Simulink при варьировании упругости валопроводов и приведенных зазоров показали существенное влияние последних на динамические нагрузки.

1. Кожевников С. Н. Динамика нестационарных процессов в машинах. Киев: Наук. думка; 1986. 228 с.

2. Большаков В. И., Буцукин В. В. Исследование динамики привода наклона конвертера. Металлургическая и горнорудная промышленность. 2001;(1):96-101.

3. Большаков В. И., Буцукин В. В. Влияние неодновременности нагружения ветвей на динамические нагрузки привода конвертера. Защита металлургических машин от поломок: сб. науч. тр. ПГТУ. 2002;6:39-48.

4. Большаков В. И., Буцукин В. В. Динамические нагрузки разветвленной механической системы привода наклона конвертера. Защита металлургических машин от поломок: сб. науч. тр. ПГТУ. 1997;2:16-24.

5. Ключев В. И. Ограничение динамических нагрузок электропривода. М.: Энергия; 1971. 320 с.

6. Борцов Ю. А., Соколовский Г. Г. Автоматизированный электропривод с упругими связями. 2-е изд., перераб. и доп. СПб.: Энергоатомиздат; 1992. 288 с.

7. Марголин Ш. М. Электрооборудование конвертерных цехов. М.: Металлургия; 1977. 248 с.

8. Cveticanin L. Dynamics of Bodies with Time-Variable Mass. Springer; 2016. 207 p.

9. Li Yejun, Song Meijuan, Zhang Shuang. In: Swinging Analysis of 1# Converter Vessel Tilting Mechanism for Steelmaking Hangzhou [J]. Steel Research. 2009;(37):37-40.

10. Чиликин М. Г., Ключев В. И., Сандлер А. С. Теория автоматизированного электропривода. Учеб. пособие для вузов. М.: Энергия; 1978. 616 с.

11. Łuczak Dominik. Mathematical model of multi-mass electric drive system with flexible connection. In: 2014 19th International Conference on Methods and Models in Automation and Robotics, MMAR. 2014:590-595. DOI: 10.1109/MMAR.2014.6957420

12. Michailov Oleg, Dayan Joshua. Analysis of the Multimass Electromechanical Drive System. IFAC Proceedings. 2004;37(14):389-394. DOI: 10.1016/S1474-6670(17)31135-7

13. Shahgholian G., Shafaghi P., Zeinali M., Moalem Sepehr. State Space Analysis and Control Design of Two-Mass Resonant System. In: 2009 International Conference on Computer and Electrical Engineering, ICCEE 2009. 2010;(1):97-101. DOI: 10.1109/ICCEE.2009.105

14. Gu Y. K. et al. The dynamics analysis of full mounted converter vessel tilting mechanism. Applied Mechanics and Materials. 2012;128(129):1242-1245.

15. Wenjun Shao, Shihong Guo. Dynamic Simulation of Full Mounted Converter Vessel Tilting Mechanism and the Adjusting of the Buffer Spring. Metallurgical Equipment. 2009;177:13-16.

16. Электромеханические системы автоматизации стационарных установок. Под общ. ред. проф. В. Ф. Борисенко. Машиностроение и техносфера XXI века, сб. тр. МНТК. Донецк: ДонНТУ; 2005. 281 с.

17. Гольдин А. С. Вибрация роторных машин. 2-е изд. испр. М.: Маш.; 2000. 344 с.

18. Song-Manguelle J., Schroder S., Geyer T., Ekemb G., Nyobe-Yome J. Prediction of mechanical shaft failures due to pulsating torques of variable-frequency drives. IEEE Transactions on Industry Applications. 2010;46(5):1979-1988.

19. Sarkar N., Ellis R. E., Moore T. N. Backlash detection in geared mechanism: modeling, simulation, and experimentation. Mechanical Systems and Signal Processing. 1997;11(3):391-408.

20. Борисенко В. Ф., Сидоров В. А., Мельник А. А. Подходы к оценке состояния электромеханических систем. Науч. тр. ДонНТУ. Сер.: Электротехника и энергетика. Донецк: ДонНТУ. 2004;79:23-26.

21. Nebojsa Mitrovic, Vojkan Kostic, Milutin Petronijevic, Borislav Jeftenic. Multi-Motor Drives for Crane Application. Advances in Electrical and Computer Engineering. 2009;9(3):57-62.

22. Brechting Robert, Prior Robert, Flack Ronald, Barrett Lloyd. Load direction effects on measured static and dynamic operating characteristics of tilting pad journal bearings. Australian Journal of Mechanical Engineering. 2005;2(2):143–150. DOI: 10.1080/14484846.2005.11464488

23. Costa Cesar, Brandao Iago. Vibration Analysis of Rotary Machines Using Machine Learning Techniques. European Journal of Engineering Research and Science. 2019;4(2):12-16. DOI: 10.24018/ejers.2019.4.2.1128

24. Xue S., Howard I. Torsional vibration signal analysis as a diagnostic tool for planetary gear fault detection. Mechanical Systems and Signal Processing. 2018;100:706-728.

25. Boulenger A., Pachaud C. Surveillance des machines par analyse des vibrations Du depistage au diagnostic. 2-tirage. Paris: AFNOR; 1998. 213 p.

26. Dong, Hao & Hu, Yahui. Dynamic load-sharing characteristic analysis of face gear power-split gear system based on tooth contact characteristics. AIP Conference Proceedings. 2018;1955(1):030028. DOI: 10.1063/1.5033627

27. Кравченко В. М., Сидоров В. А. Визуальное диагностирование механического оборудования. Учеб. пособие. Донецк: ООО «Юго-Восток, Лтд»; 2004. 120 с.