maplantsМашины и установки: проектирование, разработка и эксплуатацияMachines and Plants: Design and Exploiting2412-592XМОО "Стратегия объединения"maplants-175Research ArticleНАЗЕМНЫЕ ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА И КОМПЛЕКСЫGROUND TRANSPORTATION AND TECHNOLOGICAL FACILITIES AND COMPLEXESАнализ отклика электрических параметров электропривода на типовые группы дефектов в механизмах кранаAnalysis of the response of electric drive electrical parameters to typical groups of defects in crane mechanismshttps://orcid.org/0000-0002-7912-609XИвановС. Д.IvanovS. D.

Иванов Сергей Дмитриевич, доцент кафедры «Подъемно-транспортные системы», кандидат технических наук, доцент

105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5

Sergey D. Ivanov, Associate Professor of the Department of Lifting and Transport Systems 

105005, Moscow, 2nd Bauman str., 5

 

ptm-diagnostika@yandex.ruРомановМ. Ю.RomanovM. Yu.

Романов Михаил Юминович, аспирант кафедры «Подъемно-транспортные системы»

105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5

 

Mikhail Y. Romanov, Postgraduate student of the Department of Lifting and Transport Systems 

105005, Moscow, 2nd Bauman str., 5

mihailsolovev287@gmail.comМГТУ им. Н.Э. БауманаРоссияBauman Moscow State Technical UniversityRussian Federation202604062026013143Copyright © Иванов С.Д., Романов М.Ю., 20262026Иванов С.Д., Романов М.Ю.Ivanov S.D., Romanov M.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.maplants-journal.ru/jour/article/view/175

В статье рассмотрено математическое описание типовых механических дефектов элементов кранового электропривода для анализа их влияния на электрические параметры асинхронного двигателя. Моделирование выполнено на основе динамической модели двигателя в неподвижной двухфазной системе координат α–β с учетом электромеханической связи и инерционных свойств привода. Механические неисправности представлены в виде дополнительных моментных возмущений в уравнении вращательного движения ротора. Рассмотрены четыре расчетных случая, соответствующие различным группам дефектов: излом зуба, дефект сепаратора подшипника, люфт в муфте и стык рельсов. По результатам численного моделирования установлено, что указанные дефекты вызывают выраженные изменения тока статора, различающиеся по амплитуде и характеру проявления. Полученные результаты подтверждают перспективность использования электрических параметров для диагностики технического состояния механической части кранового привода.

The paper proposes a mathematical description of typical mechanical defects in crane electric drive components in order to analyze their influence on the electrical parameters of an induction motor. The modeling was carried out on the basis of a dynamic motor model in a stationary two-phase α-beta coordinate system, taking into account the electromechanical coupling and inertial properties of the drive. Mechanical faults are represented as additional torque disturbances in the equation of rotor rotational motion. Four calculation cases corresponding to different defect groups are considered: tooth breakage, bearing cage defect, coupling looseness, and rail joint irregularity. The results of numerical simulation show that these defects cause pronounced changes in the stator current, differing in amplitude and pattern of manifestation. The obtained results confirm the potential of using electrical parameters for diagnosing the technical condition of the mechanical part of a crane drive.

крановый электроприводмеханические дефектыдиагностикаэлектрические параметрыматематическое моделированиеток статораcrane electric drivemechanical defectsdiagnosticselectrical parametersmathematical modelingstator currentReferencesНазаров А. Н. Исследования и разработки кафедры РК4 «Подъемно-транспортные системы» для создания современных приборов безопасности грузоподъемной техники / А. Н. Назаров // Машины и установки: проектирование, разработка и эксплуатация. – 2024. – № 4. – С. 34-40. – EDN JIIQKE.Nazarov, A. N. Research and development of the RK4 Department “Lifting and Transport Systems” for the creation of modern safety devices for hoisting equipment. Machines and Installations: Design, Development and Operation, 2024, no. 4, pp. 34-40. EDN JIIQKE.Иванов С. Д. Развитие направления «промышленная безопасность подъемных сооружений» на кафедре РК4 «Подъемно-транспортные системы» / С. Д. Иванов // Машины и установки: проектирование, разработка и эксплуатация. – 2024. – № 4. – С. 11-24. – EDN GACZBH.Ivanov, S. D. Development of the field of “industrial safety of lifting structures” at the RK4 Department “Lifting and Transport Systems”. Machines and Installations: Design, Development and Operation, 2024, no. 4, pp. 11-24. EDN GACZBH.Назаров А. Н. Разработка перспективного прибора безопасности кранов мостового типа / А. Н. Назаров, С. Д. Иванов // Вестник Сибирского государственного автомобильно-дорожного университета. – 2024. – Т. 21, № 6(100). – С. 826-843. – DOI 10.26518/2071-7296-2024-21-6-826-843. – EDN TYGGUV.Nazarov, A. N., Ivanov, S. D. Development of an advanced safety device for overhead cranes. Bulletin of the Siberian State Automobile and Highway University, 2024, vol. 21, no. 6(100), pp. 826-843. DOI: 10.26518/2071-7296-2024-21-6-826-843. EDN TYGGUV.Иванов С. Д. Оценка применимости электрических параметров привода для определения нагрузки на механизм подъема кранов мостового типа / С. Д. Иванов, А. Н. Назаров // Вестник Сибирского государственного автомобильно-дорожного университета. – 2022. – Т. 19, № 1(83). – С. 36-47. – DOI 10.26518/2071-7296-2022-19-1-36-47. – EDN XZSFJQ.Ivanov, S. D., Nazarov, A. N. Assessment of the applicability of electric drive parameters for determining the load on the hoisting mechanism of overhead cranes. Bulletin of the Siberian State Automobile and Highway University, 2022, vol. 19, no. 1(83), pp. 36-47. DOI: 10.26518/2071-7296-2022-19-1-36-47. EDN XZSFJQ.Система защиты мостового крана на основе мониторинга параметров электропривода механизма подъёма / Ю. А. Орлов, Ю. Н. Дементьев, Г. И. Однокопылов [и др.] // Известия Томского политехнического университета. – 2008. – Т. 312, № 4. – С. 119-124. – EDN JRGNRR.Orlov, Yu. A., Dementyev, Yu. N., Odnokopylov, G. I., et al. Protection system for an overhead crane based on monitoring the parameters of the hoist electric drive. Bulletin of Tomsk Polytechnic University, 2008, vol. 312, no. 4, pp. 119-124. EDN JRGNRR.Орлов Ю. А. Совершенствование системы защиты и контроля технического состояния электромеханической системы крана мостового типа / Ю. А. Орлов, Д. П. Столяров, В. П. Бурков // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). – 2011. – № S2. – С. 363-368. – EDN ONBUND.Orlov, Yu. A., Stolyarov, D. P., Burkov, V. P. Improvement of the protection and technical condition monitoring system for the electromechanical system of an overhead crane. Mining Informational and Analytical Bulletin (Scientific and Technical Journal), 2011, no. S2, pp. 363-368. EDN ONBUND.Объективная информация о работе подъемно-транспортных машин как основа повышения качества информационных систем грузообрабатывающих предприятий / Н. Ю. Иванова, С. Д. Иванов, С. А. Надеженков, А. Н. Назаров // Машины и установки: проектирование, разработка и эксплуатация. – 2023. – № 2. – С. 81-96. – EDN MRGIFW.Ivanova, N. Yu., Ivanov, S. D., Nadezhenkov, S. A., Nazarov, A. N. Objective information on the operation of lifting and transport machines as a basis for improving the quality of information systems of cargo-handling enterprises. Machines and Installations: Design, Development and Operation, 2023, no. 2, pp. 81-96. EDN MRGIFW.Агейчева М. М. Учет реальных условий работы крана при расчете остаточного ресурса по данным регистратора параметров / М. М. Агейчева // Научное сообщество студентов XXI столетия. Технические науки: Электронный сборник статей по материалам CXXXI студенческой международной научно-практической конференции, Новосибирск, 09 ноября 2023 года. – Новосибирск: Общество с ограниченной ответственностью "Сибирская академическая книга", 2023. – С. 85-92. – EDN ECQRWT.Ageycheva, M. M. Accounting for real crane operating conditions when estimating residual life from parameter recorder data. Scientific Community of Students of the 21st Century. Engineering Sciences: Electronic Collection of Articles Based on the Materials of the 131st Student International Scientific and Practical Conference, Novosibirsk, November 09, 2023. Novosibirsk, Sibirskaya Akademicheskaya Kniga LLC, 2023, pp. 85-92. EDN ECQRWT.Иванов, С. Д. Формирование информационной базы для уточнения расчета остаточного ресурса и улучшения методики планирования ремонтов подъемно-транспортного оборудования с использованием приборов безопасности - регистраторов параметров (на примере кранов) / С. Д. Иванов, Н. Ю. Иванова // Цифровая экономика: технологии, управление, человеческий капитал : Материалы Всероссийской научно-практической конференции. Сборник докладов в области экономики и менеджмента, а также производственных технологий, информационных технологий и технологического менеджмента, Москва, 28 мая 2019 года. – Москва: Московский государственный технологический университет "СТАНКИН", 2019. – С. 236-241. – EDN OAZGZT.Ivanov, S. D. Formation of an information base for clarifying the calculation of the residual resource and improving the methodology for planning repairs of lifting and transport equipment using safety devices - parameter recorders (using cranes as an example) / S. D. Ivanov, N. Y. Ivanova // Digital economy: technologies, management, human capital : Proceedings of the All-Russian Scientific and Practical Conference. Collection of reports in the field of economics and management, as well as production technologies, information technology and technology management, Moscow, May 28, 2019. – Moscow: Moscow State Technological University "STANKIN", 2019. – pp. 236-241. – EDN OAZGZT.Томаков В. И. Состояние промышленной безопасности при эксплуатации грузоподъёмных кранов на объектах, подконтрольных Ростехнадзору / В. И. Томаков, М. В. Томаков // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. – 2017. – Т. 7, № 1(22). – С. 27-41. – EDN YLIIPX.Tomakov, V. I., Tomakov, M. V. The state of industrial safety during the operation of hoisting cranes at facilities supervised by Rostekhnadzor. Proceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technologies, 2017, vol. 7, no. 1(22), pp. 27-41. EDN YLIIPX.Nazarov, A. Configuring the algorithm of the load limiter with intermediate threshold / A. Nazarov, S. Ivanov, M. Yilmaz // E3S Web of Conferences. – 2024. – Vol. 515. – P. 02015. – DOI 10.1051/e3sconf/202451502015. – EDN NGQCHM.Nazarov, A. Configuring the algorithm of the load limiter with intermediate threshold / A. Nazarov, S. Ivanov, M. Yilmaz // E3S Web of Conferences. – 2024. – Vol. 515. – P. 02015. – DOI 10.1051/e3sconf/202451502015. – EDN NGQCHM.Бром, А. Е. Использование регистраторов параметров при эксплуатации мостовых кранов / А. Е. Бром, С. Д. Иванов, К. К. Шакаров // Механизация строительства. – 2016. – Т. 77, № 6. – С. 36-40. – EDN VZYBZX.Brom, A. E. The use of parameter recorders in the operation of overhead cranes / A. E. Brom, S. D. Ivanov, K. K. Shakarov // Mechanization of construction. - 2016. – Vol. 77, No. 6. – pp. 36-40. – EDN VZYBZX.Иванов, С. Д. Стенд для изучения работы ограничителя грузоподъемности и регистратора параметров работы мостового крана / С. Д. Иванов // Механизация строительства. – 2012. – № 8(818). – С. 32-37. – EDN PEWNOL.Ivanov, S. D. Stand for studying the operation of the load limiter and the recorder of the parameters of the bridge crane / S. D. Ivanov // Mechanization of construction. – 2012. – № 8(818). – Pp. 32-37. – EDN PEWNOL.Иванова, Н. Ю. Технико-экономические показатели эффективности подъемно-транспортных работ / Н. Ю. Иванова, С. Д. Иванов // Механизация строительства. – 2016. – Т. 77, № 6. – С. 15-21. – EDN VZYBYJ.Ivanova, N. Y. Technical and economic performance indicators of lifting and transport operations / N. Y. Ivanova, S. D. Ivanov // Mechanization of construction. – 2016. – Vol. 77, No. 6. – pp. 15-21. – EDN VZYBYJ.Иванов, С. Д. Обеспечение корректной работы ограничителей грузоподъемности кранов мостового типа / С. Д. Иванов // Механизация строительства. – 2014. – № 5(839). – С. 23-25. – EDN SEDUBX.Ivanov, S. D. Ensuring the correct operation of lifting capacity limiters for overhead cranes / S. D. Ivanov // Mechanization of construction. – 2014. – № 5(839). – Pp. 23-25. – EDN SEDUBX.Иванов, С. Д. Информация о характере работы ПТМ как основа метода поддержания работоспособности на этапе эксплуатации / С. Д. Иванов, А. Н. Назаров // Машины и установки: проектирование, разработка и эксплуатация. – 2025. – № 4. – С. 27-44. – EDN KWPORZ.Ivanov, S. D., Nazarov, A. N. Information on the operating conditions of lifting and transport machines as the basis of a method for maintaining serviceability at the operation stage. Machines and Installations: Design, Development and Operation, 2025, no. 4, pp. 27-44. EDN KWPORZ.Йылмаз, М. Ю. Диагностика привода подъемно-транспортных машин на основе информации о токе электродвигателя / М. Ю. Йылмаз, С. Д. Иванов // Инновационное развитие техники и технологий наземного транспорта : Сборник статей VI Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 95-летнему юбилею кафедры подъемно-транспортных машин и роботов, Екатеринбург, 13 декабря 2024 года. – Екатеринбург: Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, 2025. – С. 203-206. – EDN CHTOTC.Yilmaz, M. Yu., Ivanov, S. D. Diagnostics of the drive of lifting and transport machines based on electric motor current information. In: Innovative Development of Engineering and Technologies of Land Transport: Proceedings of the 6th All-Russian Scientific and Practical Conference Dedicated to the 95th Anniversary of the Department of Lifting and Transport Machines and Robots, Yekaterinburg, December 13, 2024. Yekaterinburg, Ural Federal University named after the first President of Russia B. N. Yeltsin, 2025, pp. 203-206. EDN CHTOTC.Йылмаз, М. Ю. Возможность использования электрических параметров для оценки работы кранового привода / М. Ю. Йылмаз // Подъёмно-транспортные, строительные, дорожные, путевые, мелиоративные машины и робототехнические комплексы : Сборник материалов 29-ой Московской международной межвузовской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, Москва, 23 апреля 2025 года. – Москва: Межрегиональная общественная организация содействия развитию культуры образования, спорта "Стратегия объединения", 2025. – С. 11-15. – EDN QJHKZT.Yilmaz, M. Yu. Possibility of using electrical parameters to assess the operation of a crane drive. In: Lifting, Transport, Construction, Road, Track, Reclamation Machines and Robotic Systems: Proceedings of the 29th Moscow International Interuniversity Scientific and Technical Conference of Students, Postgraduates and Young Scientists, Moscow, April 23, 2025. Moscow, Strategy of Unity, 2025, pp. 11-15. EDN QJHKZT.Никитин К. Д. Аварии грузоподъемных кранов как следствие опасных дефектов / К. Д. Никитин, Т. А. Крыгина, А. А. Кузнецов // Подъемно-транспортное дело. – 2007. – № 6(44). – С. 17-21. – EDN NJAPLL.Nikitin, K. D., Krygina, T. A., Kuznetsov, A. A. Accidents of hoisting cranes as a consequence of hazardous defects. Hoisting and Transport Engineering, 2007, no. 6(44), pp. 17-21. EDN NJAPLL.Романов, М. Ю. Применение электрических параметров для оценки технического состояния кранового привода / М. Ю. Романов // Проблемы функционирования систем транспорта : материалы Всероссийской (национальной) научно-практической конференции: сборник статей, Тюмень, 18–19 декабря 2025 года. – Тюмень: Тюменский индустриальный университет, 2026. – С. 180-184. – EDN MVZMSE.Romanov, M. Yu. Application of electrical parameters for assessing the technical condition of a crane drive. In: Problems of Transport System Functioning: Proceedings of the All-Russian Scientific and Practical Conference, Tyumen, December 18-19, 2025. Tyumen, Tyumen Industrial University, 2026, pp. 180-184. EDN MVZMSE.Йылмаз, М. Ю. Анализ переходных процессов в асинхронных двигателях крановых приводов для диагностики механических неисправностей / М. Ю. Йылмаз, С. Д. Иванов // Вестник Сибирского государственного автомобильно-дорожного университета. – 2025. – Т. 22, № 4(104). – С. 512-523. – DOI 10.26518/2071-7296-2025-22-4-512-523. – EDN NDLRWQ.Yilmaz, M. Yu., Ivanov, S. D. Analysis of transient processes in induction motors of crane drives for diagnosing mechanical faults. Bulletin of the Siberian State Automobile and Highway University, 2025, vol. 22, no. 4(104), pp. 512-523. DOI: 10.26518/2071-7296-2025-22-4-512-523. EDN NDLRWQ.Yang, L.-t.; Shao, Y.-m.; Jiang, W.-w.; Zhang, L.-k.; Wang, L.-m.; Xu, J. Effects of Tooth Surface Crack Propagation on Meshing Stiffness and Vibration Characteristic of Spur Gear System. Appl. Sci. 2021, 11, 1968. https://doi.org/10.3390/app11041968Yang, L.-T., Shao, Y.-M., Jiang, W.-W., Zhang, L.-K., Wang, L.-M., Xu, J. Effects of tooth surface crack propagation on meshing stiffness and vibration characteristic of spur gear system. Applied Sciences, 2021, vol. 11, article 1968. https://doi.org/10.3390/app11041968Zou, M.; Ma, J.; Xiong, X.; Li, R. Analysis of Vibration Characteristics of Planetary Gearbox with Broken Sun Gear Based on Phenomenological Model. Appl. Sci. 2023, 13, 9413. https://doi.org/10.3390/app13169413Zou, M., Ma, J., Xiong, X., Li, R. Analysis of vibration characteristics of planetary gearbox with broken sun gear based on phenomenological model. Applied Sciences, 2023, vol. 13, article 9413. https://doi.org/10.3390/app13169413A. Althubaiti, F. Elasha, and J. A. Teixeira, “Fault diagnosis and health management of bearings in rotating equipment based on vibration analysis – a review,” Journal of Vibroengineering, Vol. 24, No. 1, pp. 46–74, Nov. 2021, https://doi.org/10.21595/jve.2021.22100Althubaiti, A., Elasha, F., Teixeira, J. A. Fault diagnosis and health management of bearings in rotating equipment based on vibration analysis: a review. Journal of Vibroengineering, 2021, vol. 24, no. 1, pp. 46-74. https://doi.org/10.21595/jve.2021.22100A. Rohan, T. Ridita, H. Anonto, M. Hossain, A. Shufian, M. Mahin, M.Islam, Intelligent fault diagnosis in rolling element bearings: Combining envelope spectrum and spectral kurtosis for enhanced detection, Results in Engineering, Volume 27, 2025, 106899, ISSN 2590-1230, https://doi.org/10.1016/j.rineng.2025.106899.Rohan, A., Ridita, T., Anonto, H., Hossain, M., Shufian, A., Mahin, M., Islam, M. Intelligent fault diagnosis in rolling element bearings: combining envelope spectrum and spectral kurtosis for enhanced detection. Results in Engineering, 2025, vol. 27, article 106899. ISSN 2590-1230. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2025.106899Li, Z., Qiao, F., Lu, W. et al. Vibration Characteristics of Rotor System with Loose Disc Caused by the Insufficient Interference Force. Chin. J. Mech. Eng. 35, 70 (2022). https://doi.org/10.1186/s10033-022-00724-1Li, Z., Qiao, F., Lu, W., et al. Vibration characteristics of rotor system with loose disc caused by the insufficient interference force. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2022, vol. 35, article 70. https://doi.org/10.1186/s10033-022-00724-1

The authors declare that there are no conflicts of interest present.