Устройство для передачи грузов между судами в море в условиях качки

 

О Il И С А Н И И (и)958217

ИЗОБРЕТЕН ИЯ . К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Соцкапнстмческии республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 16 02 81 (2l) 3249352/27-11 с присоединением заявки РЙ (23) Приоритет (5! )М. Кл.

В 63 В 27/30

Ввударстневй квмнтвт ссйр во аеаам нзнбретеннй н открытий (53) УДК 629.12. .013/.015:6 1. .86/.87(088.8) Опубликовано 1 5, 09. 82 . Бюллетень М 34

Дата опубликования описания 15.09.82 .

В. А. Черняев и И, В; Гайдуков (72) Авторы изобретения (7l) 3аяв т аявитель

Астраханский технический институт рыбной пр и хозяйства (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ГРУЗОВ-МЕЖДУ СУДАМИ

В МОРЕ В УСЛОВИЯХ КАЧКИ!

Изобретение относится к судостро ению, в частности к устройствам для передачи грузов между судами в море в условиях качки.

Известно устройство для передачи грузов между судами в море в услови5 ях качки, содержащее ветви каната, заведенные на две тяговые лебедки, связанные с соединенными между собой и вторым электродвигателями постоянгого тока, имеющими обмотки возбуждения, грузовую тележку, прикрепленную к одной из ветвей каната и кинематически связанную с другой ветвью каната, а также электронный узел управления режимом работы электродви,гателей, включающий задатчики. сигналов натяжения в ветвях каната и сигналов перемещения грузовой тележки и две электрические цепи, связанные zo каждая с соответствующей тяговой лебедкой и содержащие каждая последовательно соединенные сумматор, регулятор натяжения и тиристорный преобразователь, а также датчик натяже ния ветви каната, выход которого и выходы упомянутых задатчиков подключены ко входам первого и второго сумматоров 31 1.

Недостатком известного устройства является значительное потребление им электроэнергии.

Цель изобретения - уменьшение стоимости устройства и затрат электроэнергии.

Поставленная цель достигается тем, что электронный узел управления режимом работы. электродвигателей снабжен датчиком тока, связанным с первым электродвигателем, инвертором и электрической цепью из последовательно соединенных задатчика тока, дополнительного сумматора, регулятора. тока и дополнительного тиристорного преобразователя, соединенного своими выхс дами с датчиком тока и вторым электродвигателем, причем задатчик сигналов перемещения соединен с первым

3 9582 сумматором через усилитель сигналов перемещения, с вторым сумматоромчерез упомянутый усилитель и соединенный с ним инвертор, а выходы тиристорных преобразователей подключены соответственно к обмоткам возбуждения электродвигателей.

На фиг. 1 дана.кинематическая схема устройства; на фиг. 2 — .функциональная схема устройства; на фиг.3 внешние характеристики силового тиристорного преобразователя ТП1; на фиг. 4 - регулировочная характеристика силового тиристорного преобразователя ТП1; на фиг. 5 - регулировочная характеристика маломощных тиристорных преобразователей ТП2, ТП3; на фиг. 6 - механические характеристики электродвигателей при выполнении операции натяжения каната;на фиг.7механические характеристики электродвигателей при выполнении операции перемещения тележки; на фиг. 8 — механические характеристики электродвигателей при отработке качки в случае увеличения натяжения в канатах, когда Е„-E þ 0, где Е1, Е2 - ЭДС элек. тродвигателей; на фиг. 9 - механические характеристики электродвигателей при отработке качки в случае увеличения натяжения в канате, когда

Е -Е1(О; на фиг. 10 — механические ,характеристики электродвигателей при отработке качки в случае уменьшения натяжения в канатах.

Устройство для передачи груза между передающим судном и прини- мающим судном 2 содержит мачты 3 и

4, между которыми натянуты ветви каната 5. Груз находится в тележке

6, соединенной с блоком 7, перемещающимся по верхней ветви каната 5, и жестко связанной с нижней ветвью каната, петля которого огибает блок

8 на мачте судна 2, а два конца, огибающие блоки 9 и 10 на мачте 3 судна 1, соединены с тяговыми лебедками 11 и 12, Лебедки 11 и 12 через редукторы 13 и 14 соединены со своими электродвигателями 15 и 16 постоян" ного тока. Последние подключены к до- о полнительному (силовому) тиристорному преобразователю Till. Сигнал управления О „ тиристорным преобразователем ТП1 поступает с выхода регулятора 17 тока. На дополнительный сум- 55 матор 18 этого регулятора подаются сигнал задания тока в силовой цепи

О » с выхода задатчика 19 тока и

17 4 сигнал обратной связи по току силовой цепи датчика 20 тока. Обмотки 21 и

22 возбуждения электродвигателей !5 и 16 подключены к маломощным тирис" торным преобразователям ТП2 и ТП3.

Сигналы управления тиристорными преобразователями U и U поступают с выходов регуляторов 23 и 24 натяжения. На сумматоры 25 и 26 этих регуляторов подаются сигнал задания натяжения U> с выхода задатчика 27 натяжения и сигналы обратных связей по натяжению датчиков 28 и 29 и, соответственно, на сумматор 25 — выходной сигнал усилителя 30 перемещения, а на сумматор 26, - выходной сигнал инвертора 31, на вход которого подается выходной сигнал усилителя 30 перемещения. Входным сигналом усилителя перемещения служит сигнал О н, поступающий с выхода задатчика 32 сигнала перемещения„

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии напряжения тиристорных преобразователей ТП1, ТП2, ТП3 равны нулю, сигналы управления О, U также равны нулю, а сигнал управлейия U равен 0,5 (фиг.4) .

Электродвигатели неподвижны.

Для выполнения операции задания натяжения сначала устанавливают заданную величину тока в якорной цепи электродвигателей 15 и 16. Для этого задатчиком 19 тока устанавливают номинальную величину сигнала задания тока U z на входе сумматора 18 и далее на входе регулятора 17 тока, что приводит к увеличению сигнала управления О „ на входе тиристорного преобразователя TllI (фиг. 2). На выходе этого преобразователя появляется максимальное напряжение (прямая

Отп„ на фиг. 3), что приводит к рос1 ту тока в якорных цепях электродвигателей 15 и 16, и как только ток электродвигателей превысит величину тока в точке А, соответствуюЩего заданному значению, на выходе датчика

20 тока появляется сигнал обратной связи, который уменьшает напряжение тиристорного преобразователя Till, ограничивая величину тока в якорной цепи заданным значением. Рабочая точка.тиристорного преобразователя

ТП1 перемещается вниз на промежуточные внешние характеристики (U, „...

Отп ) в точку Б, причем ток а точке

5 95821

Б отличается от тока в точке А на величину статической ошибки контура регулирования тока. В установившемся режиме напряжение на выходе тиристорного преобразователя ТП1 минимально и равно тп1 н "а где Е, E > " ЭДС соответственно элек тродвигателей 15 и 16, уменьшается, что приводит к уменьшению сигнала на выходе датчика 20 тока, а следова тельно, к увеличению сигнала управления Uy и в соответствии с регулировочной характеристикой тиристорного преобразователя ТП1 (фиг, 4) напряжение повышается до тех пор, пока ток якорной цепи не восстановится до прежней величины. При этом раз гон электродвигателей 15 и 16 происходит практически при постояНном токе. После разгона электродвигатели; работают в точках Б и 51 (кривые ш (S)1 и ы ($)2 фиг. 6) и выбирают слабину каната с максимальными моментами. По мере выбирания слабины каната увеличивается натяжение в нем, а следовательно, и сигналы на выходах датчиков 28 и 29 натяжения.

Напряжения тиристорных преобразователей ТП2, ТП3 уменьшаются, их рабочие ,точки переходят из точки А в точку

Б (фиг. Я, магнитные потоки электро . двигателей l5 и 16 уменьшаются. Одновременно с этим уменьшается ток якорной цепи электродвигателей f5 и 16, и контур регулирования тока уменьшает напряжение тиристорного преобразователя ТП1, поддерживая ток в якорной цепи постоянным. Так как уменьшение магнитных потоков происходит в меньшей степени, чем уменьшение напряжения тиристорного преобразователя

ТП1, то в соответствии с выражением (2) скорости вращения электродвигателей 15 и 16 уменьшаются. В установившемся режиме электродвигатели находятся в режиме стоянки под током (рабо чая точка Г,фиг.6),, и развивают одинаковйе тяговые моменты, равные. где Эн - номинальный ток якорей элек в тродвигателей 15 и 16;

СЯ,» - суммарное сопротивление . якорных цепей электродвигателей.

15 м„-м,- с„ Ф

I (4) де "тп

t где +=Cog -coAst - постоянный коэффициент, определяемый конструкцией электродвигателя.

Величина тягового момента каждого электродвигателя соответствует задан+max

Сигнал управления на входе этого преобразователя близок к 0,5 (рабочая точка Б на фиг. 4), а электродвигатели 15 и 16 находятся в режиме стоянки под током. Потоки возбуждения элек- 20 тродвигателей равны нулю,и натяжение в канатной дороге также равно нулю. Далее подается сигнал задания натяжения 0 „ с выхода задатчика 27 натяжения на сумматоры 25 и 26 и затем 25 на входы регуляторов. 23 и 24 натяжения (фиг. 2). Это приводит к появлению сигналов управления 0»1и У„ ,на входах тиристорных преобразовате- . лей ТП2, Tfl3 и к появлению напряже- Зф йия. на выходе этих преобразователей. Так как сигналы датчиков 28 и

29 натяжения равны нулю, то на выходах ТП2, ТП3 устанавливается максимальное напряжение (рабочая точка

А, фиг. 5), максимальные потоки возбуждения в электродвигателях 15 и

16, определяемые насьицением магнитной цепи. При подаче на сумматоры 25 и 26 одного и того же сигнала 0 аф электродвигатели 15 и 16 работают по одинаковым механическим характеристикам (кривые ы(Б) 1 и м (S) 2 на фиг. 6) и разгоняются до скорости: вращения, определяемой выражением тО! н а

M1- M%- i (rL)

8 гпах

1С ф напряжение тиристорного преобразователя ТП1; коэффициент, определяемый конструкцией электродвигателя; максимальное значение потока электродвигателей.

7 6

По мере разгона электродвигателей ток якорных цепей, определяемый выражением (5) 7 9582 ному .натяжению и, как видно из выражения (ч), определяется величиной магнитного потока. При этом напряжеwe тиристорного преобразователя ТП1 минимально (рабочая точка Б,фиг. 3) и определяется выражением (1).

Для перемещения тележки 6, например, к судну 2 задатчиком 32 перемещения подается сигнал задания 0З на вход усилителя 30 перемещения 1о (фиг. 2), с выхода которого подается сигнал на сумматор 25 и на вход инвер-. тора 31. С выхода инвертора 31 на вход сумматора 26 подается выходной сигнал, равный по величине и проти- 15 воположный по знаку выходному сигналу усилителя перемещения. При этом увеличивается сигнал 0,2 управления на входе- тиристорного преобразователя

ТП2 и уменьшается сигнал управления gy

U на входе тиристорнога преобразоJ3 вателя ТП3. Контуры регулирования натяжения электродвигателей l5 и 16 отрабатывают этот сигнал (U>l ) таким образом, что магнитный поток элек- 2 тродвигателя 15 увеличивается, а магнитный поток электродвигателя 16 уменьшается на величину ьф.. Величина изменения потоков рф определяется статической ошибкой контуров Зр регулирования натяжения. В результате изменения магнитных потоков увеличивается момент стоянки электродвигателя 15 и уменьшается момент стоянки электродвигателя 16. Натяжение в ветви каната электродвигателя

l5 увеличивается, а натяжение в ветви каната электродвигателя 16 уменьшается, механическая характеристика электродвигателя l5 (кривая щ (5)1 фиг. 7) смешается вправо (кривая

QS)1 фиг. 6), рабочая точка пере,ходит из точки А в точку Б. Одновременно механическая характеристика

3 электродвигателя 16 (кривая tU(S) 2фиг. 7). смещается влево (кривая ж (S)2 фиг. 6), рабочая точка этого электродвигателя переходит из точки

А в точку В, Как только усилие s ветви каната электродвигателя 16 стаи Я новится больше, чем усилие в другои ветви, и достаточно, чтобы прокрутить лебедку электродвигателя 16 в сторону

"Травить", начинается перемещение тележки 6 в направлении принимающего судна. Электродвигатель 15 продолжает работать в движительном режиме, его скорость увеличивается в соотI ветствии с характеристикой ш(5)1 l7 8 а натяжение в ветви каната, связанной с ним, уменьшается. В то же время электродвигатель 16 начинает вращаться в.обратную сторону, переходит в генераторный режим и подпитывает якорную цепь электродвигателя 15.

Скорость вращения электродвигателя

16 растет в соответствии с механической характеристикой Ш (5)2, магнитный поток и натяжение в ветви каната электродвигателя 16 увеличиваются. Как только электродвигатели 15 и 16 разгоняются, вступает в работу контур регулирования тока, который увеличивает напряжение тиристорного преобразователя ТП1 и восстанавливает заданное значение тока в якорной цепи. Разгон электродвигателя происходит практически при постоянном токе. В установившемся режиме электродвигателя работают в точке Г (фиг.7) практически при неизменном натяжении в ветвях каната и одной и той же скорости вращения, равной

Из выражения (5) следует, что при максимальной скорости перемещения грузовой тележки (чему соответствует максимальное д ф напряжение тиристорного преобразователя ТП1 также максимально, его рабочая точка находится в точке А (фиг. 3).

Так как при перемещении грузовой тележки часть мощности электродвигателя 15 возвращается обратно в якорную цепь электродвигателем 16 и работающим генератором, мощность, потребляемая тиристорным преобразователем Till из сети, уменьшается. Величина этой мощности определяется выражением !

Р = 1С,1 > 4 н+:1Н D, -;тм" Е Н или . P . P, (Ч) где,Р - мощность, потребляемая одним электродвигателем;

Р " потеря в якорной цепи электродвигателя;

ы 11, Фи " угловая скорость вращения и соответствующее ей приращение магнитного потока электродвигателя при максимальной скорости перемещения грузовой тележки.

9582

Из выражений (6) и (7) следует, что мощность тиристорного преобразователя ТП1-равна мощности одного электродвигателя, что снижает затраты электроэнергии и уменьшает первона- ° чальную стоимость устройства.

При качке или расхождении судов натяжение в канате изменяется.

Автоматическое регулирование натяжения происходит следующим. образом.

1а

При движении тележки 6 к судну 2 (фиг. 2) в установившемся режиме механические характеристики электродвигателей располагаются так, как показано на фиг, 8 и фиг. 9 (кривые и)(S)1 и и)(S}2, рабочая точка А).

Пусть судно 1 остается неподвижным, а качается судно 2. Если судно 2 качнулось вправо, то натяжение в ветвях каната возрастает на величину bS„ и скорость электродвигателя 15 уменьшается, а скорость электродвигателя

16 увеличивается, электродвигатель

15 переходит работать в точку А, а электродвигатель 16 - в точку А". И Одновременно с этим увеличиваются сигналы обратных связей датчиков 28 и 29, что приводит к уменьшению сигна лов управления 0> U> на входах тиристорных преобразователей ТП2, ТП3ЗЕ

Вследствие этого уменьшаются напряжения на выходах этих тиристорных преобразователей и магнитные потоки электродвигателей 15 и 16, а следовательно, и натяжение в ветвях каната. М

Рабочие участки механических характеристик электродвигателей смещаются влево в точку А (фиг. 8 и 9), и уменьшается натяжение, создаваемое электродвигателями. 49

Возможны два режима работы тиристорного преобразователя TAI

В первом режиме мощность, возвращаемая в якорную цепь электродвигателем в точку А" больше мощности, по- 45 требляемой электродвигателем 15 в точке А (фиг. 8). Это происходит ког- . да Е„-Е О. В соответствии с выражением (8) для тока тиристорного преобразователя ТП1 М п„- .- Ez) 3 = 3 - = с оп 5 (,Э) тп н pR

М режим работы тиристорного преобразоветеля выпрямительный. Сигнал управле ния 0 (фиг. 4) этого преобразова17 10 теля больше 0,5. Электродвигатели

15 и 16 работают на механических характеристиках о (S) 1 и о3 (5)2 (фиг.8), соответствующих меньшему напряжению тиристорного преобразователя ТП1.

Во втором режиме мощность, возвращаемая в якорную цепь электродвигателем в точке А" (фиг. 9), больше мощI ности электродвигателя 15 в точке А, или электродвигатель 15 под действием качки переходит в генераторный режим (в этом случае точка А распо-! лагается ниже оси моментов) . В обоих случаях выполняется условие Е„-ZZ(O.

Тогда в соответствии с выражением (8) режим работы тиристорного преобразователя ТП1 инверторный, так как сигнал управления 0 „ становится меньше 0,5 вследствие действия обратной связи контура регулирования тока, и тиристорный преобразователь ТП! начинает работать на внешние характерис.тики "тп< """. Ото 1 (Фиг. 3). Электродвигатели работают на механических характеристиках щ (S)1 и из(S)2 (фиг. 9), соответствующих отрицатель ному напряжению тиристорного преобразователя ТП1.

В установившемся режиме натяжение в канате остается практически неизменным 5, равным сумме натяжений 51 „ создаваемого электродвигателями,и в 51, создаваемого качкой, а ток тиристорного преобразователя ТП1 равен номийальйому. Электродвигатели работают с разными скоростями в точках

Б и В (фиг. 8 и 9).

При уменьшении натяжения в канате (судно 2 качнулось влево) система отрабатывает этот сигнал таким .образом, что механические характеристики электродвигателей смещаются snpaso в точку А1 (кривые ы (5) 1, и)(Ь)2 фиг. 10), а натяжение s ветвях каната, создаваемое электродвигателями, увеличивается до натяжения 5 (фиг.10). Суммарное натяжение в канате равно разности натяжений 5,1, создаваемого электродвигателями, и д81, создаваемого качкой. Напряжение тиристорного преобразователя ТП1 в точке А1, больше, чем напряжение в точке А, а ток преобразователя равен номинальному (работает контур регулирования тока). Электродвигатели работают с разными скоростями в точках Б и В (фиг. 10) .

При совместной качке обоих судов в канатной дороге происходит алгебра11 958217 12 ическое суммирование натяжений, создаваемых качкой судов 1 и 2. Поэтому система отрабатывает результирую-. щее воздействие, равное алгебраической сумме натяжений, создаваемых кач- S кой судов 1 и 2.

Аналогично поддерживается натяжение в канатах при расхождении или сближении судов.

Для остановки тележки 6 сигнал задания по скорости уменьшается до нуля, и тележка останавливается. Система осуществляет поддержание постоянства натяжения в канатах. 1$

При реверсе, т. е. при возврате грузовой тележки на судно 1, меняется полярность задающего сигнала по скорости перемещения U, что приводит к увеличению сигнала управления 20

U > на входе тиристорного преобразователя, ТП3 и уменьшению сигнала 0 на входе тиристорного преобразователя ТП2 (фиг. 2). В результате увеличивается магнитный поток электродви- 25 гателя 16 и натяжение в ветви каната, связанной с ним, и уменьшаются магнитный поток электродвигателя 15 и натяжение в ветви каната, связанной с данным электродвигателем. 39

Электродвигатель 16 работает в двигательном режиме, электродвигатель

15 переходит в генераторный режим и подпитывает якорную цепь электродвигателя 16, а тиристорный преобразователь ТП1 работает с номинальным током-. При этом направление токов преобразователей ТП1, ТП2, ТП3 остается неизменным, что позволяет использовать нереверсивные преобразователи, а следовательно, уменьшает стоимость и инерционность системы.

Подъем и опускание тележки 6 на палубу передающего или принимающего . судна осуществляется путем изменения натяжения в канатной дороге воздействием на магнитные потоки электродвигателей или на ток якорных цепей электродвигателей.

Как видно из выражений (6) и (7), применение предлагаемого устройства позволяет уменьшить установленную мощность силового тиристорного преобразователя ТП1 примерно в 2 раза при одной и той же мощности тяговых элекSS тродвигателей, что уменьшает затраты электроэнергии при передаче грузов в море и стоимость устройства. формула изобретения

Устройство для передачи грузов между судами в море в условиях качки, содержащее ветви каната, заведенные на две тяговые лебедки, связанные с соединенными между собой первым и вторым электродвигателями постоянного тока, имеющими обмотки возбуждения, грузовую тележку, прикрепленную к одной из ветвей каната и кинематически связанную с другой ветвью каната, а также электронный узел управления режимом работы электродвигателей, включающий задатчики сигналов натяжения в ветвях каната и сигналов перемещения грузовой тележки и две электрические цепи, связанные каждая с соответствующей тяговой лебедкой и содержащие каждая последовательно соединенные сумматор, регулятор натяжения и тиристорный преобразователь, а также датчик натяжения ветви каната, выход которого и выходы упомянутых задатчиков подключены к входам первого и второго сумматоров, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения стоимости устройства и затрат электроэнергии, электронный узел управления режимом работы электродвигателей снабжен датчиком тока, связанным с первым электродвигателем, инвертором и электрической цепью из последовательно соединенных задатчика тока, дополнительного сумматора, регулятора тока и дополнительного тиристорного преобразователя,соединенного своими выходами с датчиком тока и вторым электродвигателем, причем задатчик сигналов перемещения соединен с первым сумматором через усилитель сигналов перемещения, с вторым сумматором - через упомянутый усилитель и соединенный с ним инвертор, а выходы тиристорных преобразователей подключены соответственно к обмоткам возбуждения элек-. тродвигателей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке Н 2909451, кл. В 63 В 27/30, 16.04.80 (IlpOTOTHfl),