Разработка мехатронной системы перемещения тележки мостового крана

Содержание

Введение

Глава 1. Анализ технического состояния и условий эксплуатации подъемно-транспортных механизмов предприятия

1.1. ОБОСНОВАНИЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА И ВЫБОР ДВИГАТЕЛЯ, Расчет момента статического, приведенного к валу двигателя, предварительный выбор двигателя, Расчет и построение тахограммы и нагрузочной диаграммы,

1.2. ВЫБОР ОСНОВНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ , Разработка однолинейной схемы, Разработка принципиальной электрической схемы,Выбор электрооборудования.

1.3. ВЫБОР СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ, Разработать систему автоматического регулирования с помощью математического пакета Matlab , получение графиков переходных процессов

1.4. Синтез мехатронной системы: от подбора сервоприводов до программирования логического контроллера

1.5. Техническая характеристика объекта автоматизации и анализ режимов работы кранового оборудования в цеховых условиях

1.6. Исследование динамических показателей существующей системы перемещения и идентификация проблем точности позиционирования

1.7. Обоснование требований к модернизируемой мехатронной системе с учетом специфики производственного цикла

1.8. Разработка алгоритмического обеспечения и программного кода для управления динамикой тележки

1.9. Расчет ресурсных показателей и точности функционирования модернизированного узла в режиме реального времени

Заключение

Список использованной литературы

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

Тема: Разработка мехатронной системы перемещения тележки мостового крана

Специальность: 15.02.10 Мехатроника и мобильная робототехника (по отраслям)

Направление: МАШИНОСТРОЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Современное развитие машиностроительного комплекса Российской Федерации характеризуется устойчивой тенденцией к внедрению мехатронных систем в конструкции подъемно-транспортного оборудования, что обусловлено необходимостью повышения производительности и точности позиционирования рабочих органов в условиях автоматизированных производственных линий. Мостовые краны, являющиеся неотъемлемой частью технологического цикла металлургических, машиностроительных и сборочных предприятий, в настоящее время эксплуатируются с системами управления, разработанными несколько десятилетий назад и не обеспечивающими требуемого уровня энергоэффективности и динамических характеристик. Согласно данным Минпромторга России, более 60% парка грузоподъемных машин отечественных предприятий требует модернизации систем привода и управления, что определяет актуальность внедрения современных мехатронных решений в данную отрасль.

Актуальность темы выпускной квалификационной работы определяется необходимостью разработки и внедрения интегрированных мехатронных систем перемещения тележки мостового крана, обеспечивающих снижение энергопотребления, повышение точности позиционирования груза и увеличение производительности технологических операций. В условиях импортозамещения и развития отечественного машиностроения создание конкурентоспособных систем управления подъемно-транспортным оборудованием на базе российских комплектующих и программного обеспечения приобретает стратегическое значение. Традиционные релейно-контакторные схемы управления характеризуются низкой надежностью, высокими эксплуатационными затратами и отсутствием возможности интеграции в автоматизированные системы управления производством, что приводит к технологическим потерям и снижению конкурентоспособности выпускаемой продукции.

Степень разработанности проблемы в отечественной научной и технической литературе характеризуется наличием значительного объема исследований в области электропривода, систем автоматического управления и мехатроники, выполненных в МГТУ им. Н.Э. Баумана, СПбПУ Петра Великого, МГТУ «СТАНКИН», однако комплексные решения по проектированию мехатронных систем для конкретных типов подъемно-транспортного оборудования представлены недостаточно полно и требуют адаптации к специфике производственных условий российских предприятий. Работы российских ученых посвящены преимущественно теоретическим аспектам синтеза систем управления, тогда как практическая реализация мехатронных систем на базе программируемых логических контроллеров отечественного производства и сервоприводов требует дополнительных исследований в части алгоритмического обеспечения и настройки параметров регуляторов.

Цель выпускной квалификационной работы — разработка мехатронной системы перемещения тележки мостового крана с улучшенными динамическими и точностными характеристиками на основе современных сервоприводов и программируемого логического контроллера.

Задачи исследования:

• провести анализ технического состояния и условий эксплуатации подъемно-транспортных механизмов предприятия с идентификацией проблем существующей системы управления;
• выполнить обоснование системы электропривода и расчет статических моментов, приведенных к валу двигателя, с построением тахограммы и нагрузочной диаграммы механизма передвижения тележки;
• разработать однолинейную и принципиальную электрические схемы силовой части мехатронной системы с выбором основного электрического оборудования;
• синтезировать систему автоматического регулирования скорости с применением математического пакета Matlab и получить графики переходных процессов;
• выполнить синтез мехатронной системы от подбора сервоприводов до программирования логического контроллера с разработкой алгоритмического обеспечения управления динамикой тележки;
• рассчитать ресурсные показатели и точность функционирования модернизированного узла в режиме реального времени с обоснованием технико-экономической эффективности внедрения.

Объект исследования — мехатронная система перемещения тележки мостового крана грузоподъемностью 10 тонн, эксплуатируемого в условиях механосборочного цеха машиностроительного предприятия.

Предмет исследования — процессы проектирования, расчета и программирования мехатронной системы управления электроприводом механизма передвижения тележки мостового крана с применением сервоприводов и программируемого логического контроллера.

Методологическая база исследования включает теоретические основы мехатроники, теории автоматического управления, электропривода и робототехники, изложенные в трудах отечественных ученых; инструментальные методы математического моделирования систем управления в среде Matlab/Simulink; расчетные методы определения статических и динамических нагрузок механизмов; методы синтеза регуляторов и настройки параметров систем автоматического регулирования; нормативную базу ГОСТ Р 56350-2015, ГОСТ Р 60.0.0.1-2016, ГОСТ 12.2.086-83, Федеральный закон №116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов», технические регламенты Таможенного союза ТР ТС 010/2011.

Научная новизна работы заключается в разработке комплексного подхода к проектированию мехатронной системы перемещения тележки мостового крана, включающего методику расчета приведенных моментов инерции с учетом упругих связей механической передачи, алгоритм автоматической коррекции траектории движения при переменной массе груза и программное обеспечение логического контроллера, реализующее адаптивное управление скоростью с компенсацией возмущающих воздействий.

Теоретическая значимость исследования состоит в систематизации методов синтеза мехатронных систем подъемно-транспортного оборудования и разработке математических моделей динамики механизма передвижения тележ

…