Анализ отклика электрических параметров электропривода на типовые группы дефектов в механизмах крана

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.

1. Назаров 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. Иванов, С. Д. Обеспечение корректной работы ограничителей грузоподъемности кранов мостового типа / С. Д. Иванов // Механизация строительства. – 2014. – № 5(839). – С. 23-25. – EDN SEDUBX.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. 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.

21. 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.

22. 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/app11041968

23. Zou, 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/app13169413

24. A. 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.2021.22100

25. A. 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.

26. Li, 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/s10033-022-00724-1