Проект электрооборудования мостового крана на 15 тонн

Введение

Крановое электрооборудование является одним из основных средств комплексной механизации всех отраслей народного хозяйства. Подавляющее большинство грузоподъемных машин изготовляемых отечественной промышленностью, имеет привод основных рабочих механизмов, и поэтому действия этих машин в значительной степени зависит от качественных показателей используемого кранового оборудования.

Перемещение грузов, связанное с грузоподъемными операциями, во всех отраслях народного хозяйства, на транспорте и в строительстве осуществляется разнообразными грузоподъемными машинами.

Особые условия использования электропривода в грузоподъёмных машинах явились основой для создания специальных серий электрических двигателей и аппаратов кранового исполнения. В настоящее время крановое электрооборудование имеет в своём составе серии крановых электродвигателей переменного и постоянного тока, серии силовых и магнитных контроллеров, командоконтроллеров, кнопочных постов, конечных выключателей, тормозных электромагнитов и электрогидравлических толкателей, пускотормозных резисторов и ряд других аппаратов, комплектующих разные крановые электроприводы.

В крановом электроприводе начали довольно широко применять различные системы тиристорного регулирования и дистанционного управления по радио каналу или одному проводу.

Развитие машиностроения, занимающиеся производством грузоподъемных машин, является важным направлением развития народного хозяйства страны. Одной из главных особенностей "Азовмаша" является способность быстро реагировать на изменения маркетинговой ситуации и также быстро трансформировать производство на выпуск

новой продукции, удовлетворяющей индивидуальным требованиям своих постоянных и новых заказчиков.

Это позволило предприятию в кратчайшие сроки освоить производство железнодорожных цистерн нового поколения, современных крытых вагонов и вагонов-хопперов, большегрузных контейнеров-цистерн, автоцистерн для сжиженных газов, газозаправочных комплексов, мощных мостовых перегружателей и портальных кранов, оборудования для атомных электростанций, рам и колонн для ветроэнергетических установок, корпусов бронетехники и многих других видов изделий.

Около 500 единиц кузнечно-прессового оборудования позволяет производить холодно и горячештампованные заготовки и детали в широкой номенклатуре.

Предприятие производит товары бытового назначения - отопительную и проточную водонагревательную технику, газовые и электроплиты, котлы на газе и твердом топливе, изделия из пластмасс, трубы и соединительные элементы трубопроводов.

1.Общая часть

1.1 Технологический процесс цеха

Один из старейших цехов «Азовмаша» это - кузнечнопрессовый, где создаются мелкие, но самые необходимые в вагоностроении детали: поручни, рычаги, подвески… Словом, вся техническая «начинка», без которой вагоны оставались бы попросту неподвижными. Поэтому, насколько важна на заводе профессия кузнеца-штамповщика, обеспечивающего одну из основных линий производства, объяснять никому не нужно.

Производственный процесс изготовления поковок состоит из ряда последовательно выполняемых работ: технологических, контрольных, транспортных. Основными из технологических работ являются следующие: подготовка слитков или заготовок под ковку, нагрев заготовок или слитков перед ковкой, сама ковка, охлаждение или термическая обработка готовых поковок, очистка поковок от окалины и контроль качества поковок.

В кузнечном цехе, оборудованных молотами для изготовления мелких и средних поковок, используют в основном сортовой прокат и реже слитки небольшой массы. Со склада металла прокат поступает в заготовительное отделение, в котором в зависимости от размера сечения материала производится разрубка, ломка или отрезка обжатого или пруткового катаного материала на мерные заготовки. При использовании в качестве заготовок слитков, последние подвергают ремонту - удалению поверхностных дефектов или полной обдирке поверхности. Мерные заготовки и подготовленные слитки направляют из заготовительного отделения к нагревательным печам. Нагревательные печи в кузнечных и кузнечно-прессовых цехах расположены обычно рядом с молотами или прессами в одну линию.

В зависимости от марки стали, массы и формы поковок последние охлаждают на полу цеха или в таре, в термостатах, в неотапливаемых и отапливаемых колодцах или же в горячем состоянии подают в термическое отделение для первичной тепловой обработки. После термообработки проводят очистку поверхности поковок от окалины и контроль качества поковок.

Подъемно-транспортное оборудование обеспечивает связь между участками или отделениями цеха, осуществляя работы по подвозке, переноске, загрузке, подъему и передаче заготовок и поковок к соседнему участку или агрегату, а также удалению готовой продукции и отходов с производственного участка.

1.2 Техническая характеристика, устройство и режим работы

Электрические подъёмные краны - это устройства служащие для вертикального и горизонтального перемещения грузов. Подвижная металлическая конструкция с расположенной на ней подъемной лебёдкой являются основными элементами подъёмного крана. Механизм подъемной лебёдки приводится в действие электрическим двигателем.

Подъемный кран представляет собой грузоподъемную машину циклического действия, предназначенную для подъема и перемещения груза, удерживаемого грузозахватным устройством (крюк). Он является наиболее распространенной грузоподъемной машиной, имеющей весьма разнообразное конструктивное исполнение и назначение.

Мостовой кран, общий вид мостового крана представлен на листе 1 графического проекта, представляет собой мост 1, перемещающейся по крановым путям 2 на ходовых колесах 3, которые установлены на концевых балках 4. Пути укладываются на подкрановые балки, опирающиеся на выступы верхней части колонны цеха 5. Механизм передвижения крана 6 установлен на мосту крана. Управление всеми механизмами происходит из кабины 7 прикрепленной к мосту крана. Питание электродвигателей 8 осуществляется по цеховым троллеям . Для подвода электроэнергии применяют токосъемы 9 скользящего типа, прикрепленные к металлоконструкции крана 10. В современных конструкциях мостовых кранов токопровод осуществляется с помощью гибкого кабеля 11. Привод ходовых колес тележки 12 осуществляется от электродвигателя 13 через редуктор 14 и трансмиссионный вал 15.

Любой современный грузоподъемный кран в соответствии с требованиямибезопасности, может иметь для каждого рабочего движения в трех плоскостях,следующие самостоятельные механизмы: механизм подъема - опускания груза,механизм передвижения крана в горизонтальной плоскости и механизмы обслуживания зоны работы крана (передвижения тележки).

Грузоподъемные машины изготовляют для различных условий использования по степени загрузки, времени работы, интенсивности ведения операций, степени ответственности грузоподъемных операций и климатических факторов эксплуатации. Эти условия обеспечиваются основными параметрами грузоподъемных машин. К основным параметрам механизма подъёма относятся: грузоподъемность, скорость подъема крюка, режим работы, высота подъема грузозахватного устройства.

Номинальная грузоподъемность - масса номинального груза на крюке или захватном устройстве, поднимаемого грузоподъемной машиной.

Скорость подъема крюка выбирают в зависимости от требований технологического процесса, в котором участвует данная грузоподъемная машина, характера работы, типа машины и ее производительности.

Режим работы грузоподъемных машин цикличен. Цикл состоит из перемещения груза по заданной траектории и возврата в исходное положение для нового цикла. Режим работы ПК.

Таблица 1.1 - Технические характеристики мостового крана в условиях кузнечнопрессового цеха завода ОАО «Азовмаш»

Наименование	Значение	Ед.измерен.
Грузоподъемность главного крюка	15	т
Высота подъема главного крюка	10	м
Вес главного крюка	0,7	т
Диаметр барабана лебедки главного крюка	510	мм
Скорость подъёма	0,18	м/с
КПД механизма	0,8	-
Длина помещения цеха	50	м
Ширина помещения цеха	30	м
Режим работы крана средний	ПК	-
Число циклов в час	9	-

1.3 Технологические требования, предъявляемые к приводу

В настоящее время к электроприводу механизмов крана составляются на основе конкретного технологического процесса цеха, условий и режима работы крана.

В тоже время технологические требования определяют правильный выбор системы электропривода механизмов крана.

Электрооборудование крановых механизмов должно отвечать как общим, так и специальным технологическим требованиям. К общим требованиям относятся:

- надёжность;

- бесперебойность;

- экономичность;

- безопасность эксплуатации;

К специальным требованиям относятся:

- диапазон и плавность регулирования угловой скорости электродвигателя;

- ускорение и замедление транспортируемого груза без раскачивания в минимально возможное время;

- обеспечение необходимой жесткости механических характеристик привода;

- большие пусковые моменты при трогании с места;

- большая частота включений в час;

- точность установки;

- реверсирование двигателя;

- на первых положениях подъёма двигатель должен развивать такой пусковой момент, чтобы исключалась возможность спуска номинального груза при напряжении питающей сети 90% номинального и в тоже время желательная минимальная скорость составляла при наименьшей нагрузке не более 30% номинального значения;

- Система электрического торможения должна иметь необходимый запас, обеспечивающий надёжное замедление груза, равного 125% номинального, при напряжении питающей сети 90% номинального;

- движение груза должно происходить только в направлении, устанавливаемое командоаппаратом, даже при неисправностях в схеме, в последнем случае груз может оставаться неподвижным.

2. Специальная часть

2.1 Обоснование и выбор системы электропривода

В настоящее время для механизмов металлургических предприятий применяются следующие основные системы электропривода:

- сеть переменного тока - асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором с контроллерной, релейно-контакторной или бесконтактной схемой управления.

- тиристорной или машинный преобразователь частоты - асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

- сеть переменного тока - асинхронный двигатель с фазным ротором с контроллерной, релейно-контакторной или бесконтактной схемой управления.

Бесконтактная схема управления может одновременно использоваться в цепи статора и ротора, а также только в цепи ротора или статора.

- источник постоянного тока (ИП) - двигатель постоянного тока (параллельного (независимого), смешанного или последовательного возбуждения) с контроллерной или релейно-контакторной схемой управления.

- тиристорный преобразователь (ТП) - двигатель постоянного тока соответственно системы МУ-Д, УРВ-Д, ТП-Д.

- сеть переменного тока - синхронный двигатель с электронным или тиристорным возбудителем и ручным или автоматическими регулировками.

В соответствии с технологическими требованиями предъявляемые к электроприводу выбираем систему - сеть переменного тока - асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором с контроллерной, релейно-контакторной схемой управления со ступенчатой регулировкой скорости и динамическим торможением.

2.2 Расчёт мощности, выбор двигателя по каталогу и его проверка

на нагрев

Целью расчета является выбор приводного электродвигателя по справочнику и проверка его по перегрузочной способности и по условиям осуществимости пуска механизма подъёма мостового крана.

Исходными данными являются технические характеристики мостового крана из таблицы 1.1 пункта 1.2

Рассчитаем максимальную статическую мощность электродвигателя, не для подъёма номинального груза по следующей формуле:

Р_с = (2.1)

где m_т - масса поднимаемого груза, т;

m_о - масса грузозахватного устройства, т;

V_п - скорость подъёма, м/с;

Ю_н - коэффициент полезного действия механизма;

(2.1)

Рассчитываем предварительную мощность электродвигателя и выбор его по каталогу.

Предварительная мощность электродвигателя:

Pґ_пред. = К•Р_с (2.2)

где К - коэффициент, учитывающий цикличность работы механизма = 0,8

Pґ_пред. = 0,8•34,54 = 27,632 кВт (2.2)

Ориентировочная продолжительность включения:

(2.3)

где К_i - количество операций в течении одного цикла К_i = 4;

t_p - время одной операции (подъёма или спуска), с;

t_ц - время цикла, с;

(2.4)

где H - высота подъёма, м;

(2.5)

где N_c - число циклов в час;

t_ц = = 400 (2.5)

t_p = = 55,5 (2.4)

(2.3)

Находим окончательно предварительную мощность электродвигателя при каталожной продолжительности включения. Электродвигателя, предназначенного для работы в повторно-кратковременном режиме, выпускают с ПВ_кат. = 15;25;40;60;

Р_{пред. =} Рґ_пред.• = 27,632• = 26,45 кВт (2.6)

Частотой вращения з_н об/мин электродвигателя задаёмся по каталогу. По значениям Р_пред. и з_н по каталогу выбираем двигатель типа MTF, MTH или HMT соблюдая условие, что номинальная мощность должна быть равна или несколько больше (до 20%) предварительной Р_пред., т.е. Р_H ? Р_пред.

Согласно условию изложенного выше выбираем электродвигатель по каталогу типа МТН512-8 ,паспортные данные которого занесены в таблицу 2.1

Таблица 2.1 - Технические данные асинхронного электродвигателя с

фазным ротором типа МТН512-8

Тип электродвигателя	Рн кВт	зн об/ мин	щн рад/с	Ic A	Uc В	Iрн А	Uрн В		Mmax Hm	Jдв кг•м2	ПВ %	Степень защиты
МТН 512-8	31	715	74,8	79	380	63	304	9,56	1370	1,42	60

Рассчитываем номинальный момент двигателя.

(2.7)

где Р_н - мощность выбранного двигателя по каталогу, кВт;

щ_н - угловая скорость вращения выбранного двигателя, рад/с;

Имея значение частоты вращения з_н об/мин считаем угловую скорость по формуле:

(2.8)

 (2.8)

(2.7)

Рассчитываем нагрузочную диаграмму привода.

Нагрузочная диаграмма электродвигателя строится на основании уравнения движения электропривода М = М_с + М_дин.

Как видно из приведённого уравнения, для построения нагрузочной диаграммы электродвигателя М = ѓ(t) необходимо иметь график изменения во времени приведённых статических моментов М_с = ѓ(t) , т.е. нагрузочную диаграмму механизма подъёма мостового крана и график изменения во времени динамического момента , для определения которого необходимо знать график изменения угловой скорости электродвигателя щ = ѓ(t) и приведённый момент инерции J.

Алгебраическая сумма статических и динамических моментов дает график изменения суммарного момента на валу электродвигателя, т.е. нагрузочную диаграмму электродвигателя.

Статические моменты, приведённые к валу электродвигателя при подъёме номинального груза:

(2.9)

где m_г - масса груза, т;

m_o - масса грузозахватного устройства, т;

D_б - диаметр барабана, м;

з_н - коэффициент полезного действия механизма;

i - передаточное отношение редуктора и полиспаста.

 (2.10)

(2.10)

где щ_н - угловая скорость вращения электродвигателя, рад/с;

V_п - скорость подъёма, м/с;

(2.9)

Статические моменты, приведённые к валу электродвигателя при тормозном спуске номинального груза:

(2.11)

(2.11)

Статические моменты, приведённые к валу электродвигателя при подъёме пустого грузозахватного устройства:

(2.12)

где з_о - коэффициент полезного действия механизма при данной нагрузке. Определяется по кривым з_о = ѓ(К₃) , з_о = 0,1

Коэффициент нагрузки определяется по формуле:

(2.13)

 (2.13)

(2.14)

Статические моменты, приведённые к валу электродвигателя при спуске пустого грузозахватного устройства:

(2.15)

(2.15)

Значение М_со может быть как положительным , так и отрицательным. Для приводов, у которых момент инерции не зависит от угла поворота, приведённой к валу электродвигателя динамический момент находится из уравнения:

(2.16)

где - ускорение или замедление ротора электродвигателя, рад/с²;

J_э - приведённый к валу электродвигателя эквивалентный момент инерции системы при работе с грузом и без груза, т.е. J_эг и J_эо

Определяем приведённый к валу электродвигателя эквивалентный момент инерции системы при работе с грузом:

(2.17)

где К = 1,15 - коэффициент, учитывающий приближенно момент инерции редуктора и барабана;

J_дв - момент инерции электродвигателя (по каталогу), кгм²;

J_ш - момент инерции тормозного шкива, кгм²;

J_м - момент инерции муфты и быстроходного вала редуктора, кгм²;

В ряде случаев J_ш и J_м определяют приближенно в долях от момента инерции ротора электродвигателя:

J_ш = 0,3•J_дв , (2.18)

J_ш = 0,3•1,42 = 0,42 кгм² (2.18)

J_м = 0,15•J_дв , (2.19)

J_м= 0,15•1,42 = 0,21 кгм² (2.19)

J_п.д.г. - момент инерции поступательно-движущихся элементов инерции, приведенный к валу электродвигателя

(2.20)

(2.20)

где V_п - скорость подъёма, м/с;

щ_н - угловая скорость вращения электродвигателя, рад/с;

(2.17)

Определяем приведённый к валу электродвигателя эквивалентный момент инерции системы при работе без груза:

(2.21)

где J_п.д.о. - момент инерции поступательно-движущихся элементов системы без учёта веса груза, приведённый к валу электродвигателя;

(2.22)

(2.22)

(2.23)

Определяем допустимое ускорение электродвигателя:

(2.24)

где а_доп - максимально допустимое линейное ускорение груза, м/с²;

Обычно а_доп = а_ср. = (0,1ч0,3) м/с² ,следовательно берём а_доп = 0,2 м/с²;

(2.24)

Динамический момент системы при подъёме груза:

(2.25)

(2.25)

Расчёт среднего пускового момента двигателя.

Зная величину статических и динамических моментов, можно определить средний пусковой момент, развиваемый электродвигателем при подъёме груза по формуле:

М_ср.п. = М_пг + М_дин , (2.26)

М_ср.п. =464 + 202,4 = 666,4 Нм (2.26)

Обычно М_ср.п недолжно превышать (1,7ч2)·N_н

Определение времени разгона при подъёме груза:

(2.27)

где щ_кон и щ_нач - соответственно конечное и начальное значение угловой скорости, щ_кон = щ_н , щ_нач = 0, рад/с;

Среднее время пуска для механизма подъёма обычно находится от 1 до 5 с;

(2.27)

Определение времени разгона при тормозном спуске.

Двигатель работает в режиме электронного тормоза (тормозной спуск) и груз ускоряется под действием собственного веса, т.е. разгон системы происходит под действием момента, равного М_сг и определяется по формуле:

(2.28)

(2.28)

Определение времени разгона при подъёме грузозахватного устройства:

(2.29)

где Мґ_срп = (1,15ч 1,25)·М_н

М_н - средний пусковой момент при подъёме и опускании

грузозахватного устройства.

Мґ_срп = 1,2•414,4 = 497,28 Нм (2.30)

(2.31)

Определение времени разгона при спуске грузозахватного устройства:

(2.32)

(2.32)

Определение времени торможения.

Схемы управления электродвигателями механизмов подъёма предусматривают экстренное наложение механических тормозов при отключении статора электродвигателя от сети, т.е. при установке силового или командоконтроллера в нулевое положение.

В связи с этим для механизмов подъёма электрическое торможение электродвигателя можно не учитывать.

Время торможения для различных режимов определяется с учётом момента, развиваемого только механическим тормозом.

Момент тормоза М_т определяется максимальным статическим моментом М_с.макс, приведенным к тормозному валу (обычно это вал электродвигателя) и коэффициент запаса К_т

М_т = К_т•К_с.макс. (2.33)

где М_с.макс. - максимальный статический момент на тормозном валу

М_с.макс = М_сг Нм;

К_т - коэффициент запаса.

По правилам Госгортехнадзора коэффициент имеет следующие значения:

- для легкого режима работы = 1,5;

- для среднего режима работы = 1,75;

- для тяжелого режима работы = 2;

- для весьма тяжелого режима работы =2,5;

При этом механизмы подъёма кранов, транспортирующих жидкий металл, ядовитые и взрывчатые вещества, должны иметь два тормоза. Коэффициент запаса каждого из них должен быть не менее 1,25.

М_т = 1,75•297,8 =521,15 Нм (2.34)

По рассчитанному значению М_т выбираем тормоз с номинальным тормозным моментом равным или несколько больше, чем М_т, т.е. М_нт ? М_т.

Время торможения при подъёме груза:

(2.35)

(2.35)

Время торможения при спуске груза:

(2.36)

(2.36)

Время торможения при подъёме грузозахватного устройства:

(2.37)

(2.37)

Время торможения при спуске грузозахватного устройства:

(2.38)

(2.38)

где щ_нач - скорость, с которой начинается режим торможения;

щ_кон - скорость, при которой заканчивается режим торможения.

Пути, пройденные грузом или грузозахватным устройством во время пусков и торможений:

- при подъёме груза:

(2.39)

(2.39)

(2.40)

(2.40)

где V_п - скорость подъёма груза, м/с;

t_р.пг - время разгона при подъёме груза, с;

t_.т.пг - время торможения при подъёме груза, с;

- при спуске груза:

(2.41)

(2.41)

(2.42)

(2.42)

- при подъёме грузозахватного устройства:

(2.43)

(2.43)

(2.44)

(2.44)

- при спуске грузозахватного устройства:

(2.45)

 (2.45)

(2.46)

(2.46)

Пути, пройденные грузом или грузозахватным устройством с установившейся скоростью:

- при подъёме груза

S_у.пг = H - S_р.пг. - S_т.пг. , (2.47)

S_у.пг =10 - 0,081 - 0,019 = 9,9 м (2.47)

- при спуске груза

S_у.сг = H - S_р.сг. - S_т.сг. , (2.48)

S_у.сг =10 - 0,054 - 0,072 = 9,87 4м (2.48)

- при подъёме грузозахватного устройства

S_у.по = H - S_р.по. - S_т.по. , (2.49)

S_у.по =10 - 0,0234 - 0,030 = 9,946 м (2.49)

- при спуске грузозахватного устройства

S_у.со = H - S_р.со. - S_т.со. , (2.50)

S_у.со =10 - 0,0324 -0,029 = 9,938 м (2.50)

Время работы с установившейся скоростью и время паузы:

- при подъёме груза

(2.51)

(2.51)

- при спуске груза

(2.52)

(2.52)

- при подъёме грузозахватного устройства

(2.53)

(2.53)

- при спуске грузозахватного устройства

(2.54)

(2.54)

Время паузы:

(2.55)

где t_п - время цикла, с;

- суммарное время работы, с;

= t_р.пг+ t_у.пг+ t_т.пг+ t_р.сг+ t_у.сг+ t_т.сг+ t_р.по+ t_у.по+ t_т.по+ t_р.со+ t_у.со+ t_т.со (2.56)

= 0,9+ 55+ 0,22+ 0,61+ 54,8+ 0,81+ 0,26+ 55,25+ 0,34+ 0,36+ 55,21+ 0,33=224,09 с (2.56)

(2.55)

Строим скоростную и нагрузочную диаграмму электропривода (рисунок 1)

Проверяем предварительно выбранного двигателя по условию нагрева и перегрузочной способности.

Фактическая продолжительность включения

(2.57)

Расчётный эквивалентный момент:



(2.58)

(2.58)

Эквивалентный момент, соответствующий продолжительности включения выбранного электродвигателя.

(2.59)

Если эквивалентный момент равен или несколько меньше номинального, то выбранный электродвигатель проходит по нагреву, т.е.

М_э ? М_н (2.60)

280,1 ? 414,4 (2.60)

Как видно из уравнения выбранный электродвигатель проходит по нагреву.

Проверку на перегрузочную способность производим по условию:

1,3•М_{макс.нагр} = (0,8ч0,85)·М_{макс.дв} (2.61)

где М_{макс.нагр} - максимальный момент из нагрузочной диаграммы;

М_{макс.дв} - максимальный момент электродвигателя;

В данном случае:

1,3•666,4 ? 0,825•1370 (2.61)

866,32 ? 1130,25 (2.61)

Как видно из условия выбранный электродвигатель проходит по перегрузочной способности.

2.3 Разработка принципиальной схемы электропривода и описание

её работы

Схема с магнитным контроллером и динамическим торможением, контроллер типа ТСД.

При подъёме груза регулирование скорости электродвигателя производится изменением сопротивления резисторов в цепи обмотки ротора с помощью контакторов ускорения К6 - К9. При спуске груза регулирование производится с помощью тех же резисторов но в режиме динамического торможения. При подъёме и спуске предусматривается автоматический разгон под контролем реле времени (ускорения) КТ2, КТ3 и КТ4. Контроль разгона при подъёме осуществляется реле КТ2 и КТ3, начиная с 3 положения. Реле КТ4 при этом не работает так как в цепь его катушки включены замыкающие контакты К2.

Режим динамического торможения осуществляется на всех положениях спуска, кроме последнего, на котором электродвигатель питается от сети с невыключеными ступенями резисторов роторной цепи. На первом положении спуска все ступени резисторов, кроме невыключаемого, выведены из цепи ротора включенными контакторами ускорения К7, К8, К9.

На положениях спуска 2 и 3 для увеличения скорости в цепь ротора вводятся ступени резисторов (отключаются контакторы К8 и К9 - на втором положении и К7 - на третьем положении). При переходе с третьего на четвёртое положение спуска включается контактор К6 и под контролем реле ускорения КТ2 - КТ4 - контакторы К7 - К9.

Реверс в схеме выполняется контакторами К1 и К2,динамическое торможение - контактором К3, электрически сблокированым с контакторами К1, К2, К5 и механически с К5. Подпитка электродвигателя в режиме динамического торможения при положениях спуска груза осуществляется от сети через контактор К3 (включенного параллельно К5), две фазы электродвигателя, контакт контактора К3 (цепи включения выпрямителя UZ), катушка реле контроля KV1, диод VD12, резистор R1.

В схеме предусмотрено и торможение с помощью механического тормоза с тормозным электромагнитом YB.

Для повышения надёжности в цепи катушки YB предусмотрен двойной разрыв, осуществляемый контактами контактора К4 и реле KV2. На панели управления предусмотрена защита: нулевая (минимального напряжения) - реле KV2, максимального тока - реле KA, конечная - выключатели SQ1 и SQ2, от пробоя вентилей - реле KV3.

2.4 Расчет и выбор отдельных элементов схемы

Включение резисторов в цепи электродвигателей производится с целью регулирования их скорости, а также для ограничения тока и момента при пуске, реверсе и торможении.

Расчёт пусковых сопротивлений для асинхронного двигателя типа

МТН512-8, Рн= 31кВт , Uн = 380В, nн = 715 об/мин,

Ер.н= 304В, Iр.н= 63 А, л = 3,3

Расчет пусковых сопротивлений производится графическим, аналитическим и графоаналитическим методами расчета.

При условии, если М1 < 0,75Мкр, то механическую характеристику принимают прямолинейной и расчет ведется как для двигателя постоянного тока независимого возбуждения.

Если М1 > Мкр, то характеристики не могут быть приняты прямолинейными и расчет ведется уточненным графоаналитическим методом.

Критический момент двигателя

М_кр = л? М_н (2.62)

М_кр = 3,3• 414,4 = 1367,52 Нм (2.62)

Сравниваемый момент М₁

М1 = 2•М_н (2.63)

М1 = 2•414,4 = 828,8 Нм (2.63)

Проверяем

М1 = 828,8 Нм < М_кр = 1367,52 Нм,

Исходя из неравенства, приведенного выше, принимаем механическую характеристику линейной, и расчет ведем аналитическим методом.

Номинальная скорость вращения рассчитана в пункте 2.1 расчетной части проекта и составила щ_н = 74,8 рад/с.

Скорость вращения поля

(2.64)

где f - частота сети, f = 50 Гц;

р - число пар полюсов, р = 3;

(2.64)

Номинальное скольжение

(2.65)

(2.65)

Задаемся значениями моментов

Мmax(М1) = (1,8ч2,8)·М_н (2.66)

Мmax(М1) = 2*414,4 = 828,8 Нм (2.66)

Мmin(М2) = (1,1ч1,3)·М_н (2.67)

Мmin(М2) = 1,2*414,4 = 497,28 Нм (2.67)

Определяем кратность моментов

(2.68)

(2.68)

Определяем сопротивление ступеней

, (2.69)

где Е_2н - напряжение между кольцами ротора, В

I₁ =2• I_рн = 2•63 = 126 А (2.70)

(2.69)

(2.71)

 (2.71)

(2.72)

(2.72)

(2.73)

(2.73)

Определяем сопротивление секций

R_ВШ1 = R1 - R2 , (2.74)

R_ВШ1 = 15,5 - 9,33 = 6,17 Ом (2.74)

R_ВШ2 = R2 - R3 , (2.75)

R_ВШ2 = 9,33 - 5,62 = 3,71Ом (2.75)

R_ВШ3 = R3 - R_2ВТ , (2.76)

R_ВШ3 = 5,62 - 3,38 = 2,24Ом (2.76)

Производим проверку

R_ВШ1 + R_ВШ2 + R_ВШ3 + R_2ВТ = R₁ (2.77)

6,17+3,71+2,24+3,38=15,5 Ом (2.77)

Вывод: равенство удовлетворяет условию, следовательно, сопротивления рассчитаны верно.

2.5 Расчет и выбор питающих кабелей

Исходные данные для расчета приведены в таблице 2.2

Таблица 2.2 - Исходные данные для расчета питающего кабеля в

условиях кузнечнопрессового цеха завода «Азовмаш»

Тип двигателя	Номинальный ток Iн , А	Номинальное напряжение Uн, В	Мощность двигателя Р, кВт	cos ц	Длина питающего кабел l, м
МТН512-8	79	380	31	0,69	30

Выбор сечения производим по условию нагрева длительным расчётным током по формуле:

I_дл.доп ? I_н , (2.78)

где I_дл.доп - длительно-допустимый ток выбраного кабеля, А;

I_н - номинальный ток электродвигателя из таблицы 2.1, А;

Выбираем кабель марки КГ(3*25) [ПУЭ] - кабель силовой гибкий с медными многопроволочными жилами, с резиновой изоляцией, в резиновой оболочке. Предназначены для присоединения различных передвижных механизмов, а также стационарных установок, требующих периодического включения и выключения (электрокранов козловых, мостовых, тельферов и др. подъемно-транспортного оборудования). Разделительный слой - синтетическая пленка, допускается наложение изоляции без пленки при отсутствии залипания резины.

Макс. допустимая температура нагрева жил при эксплуатации: +75°С;

Температурный диапазон эксплуатации: от -40°С до +50°С;

Радиус изгиба кабелей: не менее 8-ми наружных диаметров кабеля;

I_дл.доп = 85A ? I_н = 79А (2.78)

Проверяем выбранный кабель по потере напряжения:

(2.79)

где I_н - номинальный ток двигателя, А;

l - Длина питающего кабеля, м;

г - удельное сопротивление материала, для меди 57 м/Ом*мм²;

S - площадь сечения выбранного кабеля, мм²;

U_н - номинальное напряжение питания двигателя, В.

Потери не должны превышать 5%

(2.79)

Условия выполняются, следовательно, выбираем питающий кабель марки КГ(3*25).

2.6 Расчет искусственного освещения

Расчёт освещения производим по методу светового потока (коэффициента использования).

Параметры участка работы мостового крана г/п 15т следующие:

Длина - 50 м; ширина - 30 м; высота - 15 м.

Участок кузнечнопрессового цеха относится к VI разряду согласно СНиП [3,таблица 6-4]. По таблице 4-1 [2] выбираем освещённость Е = 100 лк.

Выбираем лампы освещения типа ДРИ400, цоколь Е40, мощностью 400 Вт, световой поток Ф = 32000 лм.

Светильники металогалогенных ламп легко монтируются. Световой поток равномерно рассеивается. Металогалогенные лампы по сравнению с обычными ДРЛ лампами обладают высокой энергетической эффективностью и надёжностью в течение длительного срока службы.

Для кузнечнопрессового цеха коэффициенты отражения стен, пола и потолка равны нулю; т.е. р_с = 0%; р_p = 0%; р_п = 30%.

Определяем коэффициент использования светового потока для светильника типа ГСП400 BELLA-AL , з = 55% или з = 0,55.

Определяем индекс помещения:

(2.80)

где А - длина участка цеха, м;

В - ширина участка цеха, м;

H - высота участка цеха, м;

(2.80)

Определяем число светильников:

(2.81)

где Е - освещённость помещения, лк;

S - площадь помещения, м²;

К₃ - постоянный коэффициент равный 1,5;

Z - постоянный коэффициент равный 1,15;

Ф - световой поток лампы, лк;

з - коэффициент использования светового потока.

(2.82)

(2.82)

(2.81)

Светильники размещаем по строительным фермам, рассстояние между которыми стандартные L_А = 3, 6, 8, 10, 12, 15 м. В нашем участке кузнечнопрессового цеха L_А = 10 м.

Определяем количество рядов:

(2.83)

где А - длина участка цеха, м;

L_А - расстояние между светильниками по строительным фермам, м.

(2.83)

Число светильников в ряду:

(2.84)

где N - число светильников;

(2.83)

Санитарными нормами устанавливаются расстояния между светильниками и стеной l_B.Если рабочие места расположены у стен, то l_B =(0,2ч0,3)*L_B. Если у стен имеются проходы, следовательно, l_B =(0,4ч0,5)*L_B.

В нашем случае у стен имеются проходы, следовательно, принимаем значение 0,5. Расстояние между светильниками в ряду можно найти по уравнению:

2•0,5•L_B•(n₂ - 1)•L_B = B (2.85)

где L_B - расстояние между светильниками в ряду, м;

В - ширина участка цеха, м;

2•0,5• L_B•(4 - 1)• L_B = 30 (2.85)

(2.85)

Определяем расстояние от стены до светильника:

l_B = 0,5•L_B , (2.86)

l_B = 0,5•7,5 = 3,75 м (2.86)

Определяем высоту подвеса светильника:

h_c = H - (h_p+h) (2.87)

где h - расчётная высота, м;

h_p - высота рабочей поверхности над полом, h_p = 3,5 м;

H - высота помещения участка цеха, м;

(2.88)

где л - коэффициент, характеризующий оптимальное расстояние между светильниками л = 1.

(2.88)

h_c = 15 - (3,5+10) = 1,5 м (2.87)

Определяем высоту светильника над полом:

h_п = H - h_с , (2.89)

h_п = 15 - 1,5 = 13,5 м (2.89)

Чертим схему расположения светильников.

5. Мероприятия по технике безопасности и противопожарной

технике

5.1 Техника безопасности при обслуживании и ремонте

электрооборудования

Повышенная опасность работ при транспортировке поднятых грузов требует при проектировании и эксплуатации соблюдение обязательных правил по устройству и эксплуатации подъемно-транспортных машин. На механизмах подъема и передвижения правилами по устройству и эксплуатации предусмотрена установка ограничителей хода, которые воздействуют на электрическую схему управления. Конечные выключатели механизма подъема ограничивают ход грузозахватывающего приспособления вверх, а выключатели механизмов передвижения моста и тележки ограничивают ход механизмов в обе стороны. Предусматривается также установка конечных выключателей, предотвращающих наезд механизмов в случае работы двух и более кранов на одном мосту. Исключение составляют установки со скоростью движения до 30 м/мин. Крановые механизмы должны быть снабжены тормозами закрытого типа. Действующими при снятии напряжения.

На крановых установках допускается применять рабочее напряжение до500 В, поэтому крановые механизмы снабжают электрооборудованием на напряжения 220, 380, 500 В переменного тока и 220, 440 В постоянного тока. В схеме управления предусматривают максимальную защиту, отключающую двигатель при перегрузке и коротком замыкании. Нулевая защита исключает самозапуск двигателей при подаче напряжения после перерыва в электроснабжении. Для безопасного обслуживания электрооборудования, находящегося на ферме моста, устанавливают, блокировочные контакты на люке и двери кабины. При открывании люка или двери напряжение с электрооборудования снимается.

При работе крана происходит постоянное чередование направления движения крана, тележки и крюка. Так, работой механизма подъема состоит из процессов подъема и опускания груза и процессов передвижения пустого крюка. Для увеличения производительности крана используют совмещение операций: Время пауз, в течение которого двигатель не включен и механизм не работает, используется для навешивания груза на крюк и освобождение крюка, для подготовки к следующему процессу работы механизма. Каждый процесс движения может быть разделен на периоды неустановившегося движения (разгон, замедление) и период движения с установившейся скоростью.

Мостовой кран установлен в кузнечнопрессовом цеху машиностроительного производства, где наблюдается выделение пыли, поэтому электродвигатель и все электрооборудование мостового крана требует защиты общепромышленного исполнения не ниже IP 53 - защита электрооборудования от попадания пыли, а также полная защита обслуживающего персонала от соприкосновения с токоведущими и вращающимися частями, а также защита электрооборудования от капель воды падающих под углом 60⁰ к вертикали.

Кабина управления краном выполняется теплоизолированной, в ней также оборудуется установка для кондиционирования воздуха.

В настоящее время существуют два основных направления минимизации риска возникновения и последствий ЧС на промышленных объектах. Первое направление заключается в разработке технических и организационных мероприятий, снижающих вероятность реализации опасного поражающего потенциала современных технических систем. В рамках этого направления технические системы и объекты снабжаются различными защитными устройствами -- средствами взрыво- и пожарозащиты технологического оборудования, электро- и молниезащиты, локализации и тушения пожаров и т.д.

При эксплуатации установок повышенной опасности предусматривается целый ряд специальных организационных мероприятий, направленных на обеспечение безопасности работ.

Так, эксплуатацию электроустановок (электродвигателей, трансформаторов, аккумуляторов и т.п.) должен осуществлять электротехнический персонал, который делится на:

- административно-технический;

- оперативный;

- ремонтный;

- оперативно-ремонтный.

Оперативный персонал осуществляет осмотр электрооборудования, подготовку рабочего места, техническое обслуживание, включая оперативные переключения, допуск к работам и надзор за работающими. Ремонтный персонал выполняет все виды работ по его ремонту, реконструкции и монтажу. Оперативно-ремонтный совмещает функции оперативного и ремонтного персонала.

При ремонте и обслуживании крана к работам в электроустановках допускаются лица:

- достигшие 18-летнего возраста;

- прошедшие профмедосмотр и не имеющие медицинских противопоказаний;

- теоретически и практически обученные по специальной программе (в том числе по теме: «Освобождение пострадавшего от электротока, оказание ему первой доврачебной помощи»);

- после аттестации квалификационной комиссией. В последующем медицинское освидетельствование повторяется один раз в 2 года. Переаттестация рабочих - ежегодно, а инженерно-технических работников - каждые 3 года. Квалификационная группа персонала подтверждается удостоверением (кроме группы I). Всего квалификационных групп пять. Наиболее ответственная из них - Ч группа. К обслуживанию электроустановок допускаются только лица, имеющие квалификацию не ниже II группы. Лица, обслуживающие технологическое оборудование с электроприводом, должны иметь знания в объеме I или II группы.

Для обеспечения безопасности труда при работе машин с движущимися частями необходим комплекс организационных мероприятий:

- инструктаж и обучение технике безопасности машинистов и рабочих, обслуживающих машины;

- разработка инструкций по технике безопасности при эксплуатации, монтаже, демонтаже и техническом обслуживании этих машин;

- разработка ППР и типовых технологических карт на каждый вид работы с исследующей привязкой их к местным условиям.

Одной из важных задач, стоящих в связи с этим перед конструкторскими организациями и заводами-изготовителями, является дальнейшее совершенствование существующих и разработка новых видов строительных машин и оборудования, обеспечивающих наибольшую безопасность в работе.

Для обеспечения безопасности работ в действующих электроустановках должны выполняться следующие организационные мероприятия:

- назначение лиц, ответственных за организацию и безопасность производства работ;

- оформление наряда или распоряжения на производство работ;

- осуществление допуска к проведению работ;

- организация надзора за проведением работ;

- оформление окончания работы, перерывов в работе, переводов на другие рабочие места;

- установление рациональных режимов труда и отдых;

- проверка отсутствия напряжения;

- отключение установки (части установки) от источника питания;

При проведении работ со снятием напряжения в действующих электроустановках или вблизи них:

- отключение установки (части установки) от источника питания электроэнергией;

- механическое запирание приводов отключенных коммутационных аппаратов, снятие предохранителей, отсоединение концов питающих линий и другие мероприятия, обеспечивающие невозможность ошибочной подачи напряжения к месту работы;

- установка знаков безопасности и ограждение остающихся под напряжением токоведущих частей, к которым в процессе работы можно прикоснуться или приблизиться на недопустимое расстояние;

- наложение заземлений (включение заземляющих ножей или наложение переносных заземлений;

- ограждение рабочего места и установка предписывающих знаков безопасности.

Чтобы предупредить возможность случайного проникновения и тем более прикосновения к токоведущим частям, находящимся под напряжением, используются защитные сетчатые и смешанные ограждения, а также система предупредительных плакатов.

Временными ограждениями могут быть специальные сплошные или решетчатые деревянные ширмы, щиты, изделия из миканита, резины и других изоляционных материалов в сухом состоянии, хорошо укрепленные или прочно установленные. Применяются следующие предупредительные плакаты для электроустановок:

- предостерегающие, в том числе «Высокое напряжение-- опасно для жизни!», «Под напряжением. Опасно для жизни!», «Стой! Высокое напряжение», «Не влезай, убьет!», «Стой! Опасно для жизни»;

- запрещающие: «Не включать -- работают люди», «Не открывать -- работают люди», «Не включать -- работа на линии»;

- разрешающие: «Работать здесь», «Влезать здесь»;

- напоминающие: «Заземлено».

Каждый плакат имеет свою форму, соответствующее изображение. Их рисунки, размер и исполнение, место и условия применения определены Правилами.

При выполнении конкретных работ или работ с повышенной опасностью выписывается наряд-допуск:

- записи в наряде должны быть разборчивыми. Заполнение наряда карандашом и исправление текста запрещаются.

- система нумерации нарядов устанавливается руководством организации.

- при указании дат пишут число, месяц и две последние цифры, обозначающие год, например: 29.09.00, 19.12.01, 30.01.02.

- кроме фамилий работников, указываемых в наряде, записываются их инициалы и группа по электробезопасности.

- в наряде указываются диспетчерские наименования (обозначения) электроустановок, присоединений, оборудования.

- в случае недостатка строк в таблицах основного бланка наряда разрешается прикладывать к нему дополнительный бланк под тем же номером с указанием фамилии и инициалов выдающего наряд для продолжения записей. При этом в последних строках соответствующей таблицы основного бланка следует записать: «См. дополнительный бланк».

5.2 Расчет защитного заземления

Производим расчёт защитного заземления питающей подстанции 10/0,4 кВ кузнечнопрессового цеха.

Исходные данные:

Стальной пруток d = 20 мм, l = 3 м; заземлитель горизонтальный - плоса 40x4 мм; глубина заложения горизонтального заземлителя - 0,7 м; климатическая зона - III; грунт - суглинок.

По таблице 63 [1] определяем удельное сопротивление грунта с = 100 Ом*м

Нормируемое сопротивление заземляющего устройства R_зн = 4 Ом [1, таблица 62]

Согласно ПУЭ допустимое сопротивление ЗУ с учётом удельного сопротивления грунта:

(5.1)

где с_гр - удельное сопротивление грунта, Ом*м;

R_зн - сопротивление заземляющего устройства, Ом;

(5.1)

Обычно отношение расстояния между вертикальными стержнями а к их длине l принимают равными: а/l = 1; 2; 3. Принимаем а = 2 •l = 2•3 = 6 м.

Определяем расстояние от середины стержня до поверхности грунта [1,стр. 150]:

t` = t₀ + 0,5•l (5.2)

где t₀ - глубина заложения горизонтального заземлителя, м;

l - длина прутика, м;

t` = 0,7 + 0,5•3 = 1,05 м (5.2)

Значение коэффициента сезонности для вертикальных заземлителей для III климатической зоны к_с =1,5 [1,таблица 64]

Определяем расчётное удельное сопротивление грунта для стержневых заземлителей:

с_расч.в = к_с? с_гр , (5.3)

с_расч.в = 1,5•100 =150 Ом•м (5.3)

Определяем сопротивление растеканию вертикальных заземлителей [1,стр145]:

(5.4)

где d - диаметр заземлителя, м;

с_расч.в - расчётное удельное сопротивление грунта для стержневых заземлителей

l - длина прутка, м.

t` - расстояние от середины стержня до поверхности грунта, м;

(5.4)

Определяем количество вертикальных заземлителей [1,стр. 145]:

(5.5)

где з_в - коэффициент использования вертикальных заземлителей, зависящий от количества заземлителей и расстояния между ними [1, таблица 65, 66]

Количество вертикальных заземлителей для определения з_в можно принять равными R_в/ R_з = 45,2/4 = 11,3; з_в = 0,75

(5.5)

Применяем к установке 15 шт.

Определяем длину горизонтального заземлителя (полосы):

l_г = 1,05•n_в•a = 1,05•15•6 = 94,5 м (5.6)

Значение коэффициента сезонности для горизонтальных заземлителей для III климатической зоны к_с = 2 [1,таблица 64]

Определяем расчетное удельное сопротивление для горизонтальных заземлителей:

с_расч.г = к_с? с_гр = 2•100 = 200 Ом•м (5.7)

Определяем сопротивление растеканию горизонтальных заземлителей [1, стр 145]:

(5.8)

где l_г - длина горизонтального заземлителя, м;

с_расч.г - расчетное удельное сопротивление горизонтальных заземлителей, Ом•м;

t` - расстояние от середины стержня до поверхности грунта, м;

(5.8)

Определяем действительное сопротивление растеканию горизонтального заземлителя с учётом коэффициента использования:

(5.9)

где з_г - коэффициент использования горизонтального электрода при размещении вертикальных электродов по контуру з_г = 0,4 [1, таблица 68]

(5.9)

Определяем сопротивление растеканию вертикальных заземлителей с учётом сопротивления горизонтального заземлителя:

(5.10)

Определяем уточнённое количество вертикальных заземлителей:

(5.11)

где з_в - коэффициент использования вертикальных заземлителей, зависящий от количества заземлителей и расстояния между ними [1, таблица 65, 66]

(5.11)

Применяем к установке 10 шт.

Определяем сопротивление растеканию тока всего устройства защитного заземления:

(5.12)

где R`_г - действительное сопротивление растеканию горизонтальных заземлителей с учётом коэффициента использования, Ом;

R`_в - сопротивление растеканию вертикальных заземлителей с учётом сопротивления горизонтального заземлителя, Ом;

n_ву - количество вертикальных заземлителей.

(5.12)

Вывод: так как R_т ? R_зн, следовательно, расчет выполнен верно.

Чертим схему расположения заземлителей в земле (рисунок 1).



Рисунок 1 - Схема расположения заземлителей в земле в условиях кузнечнопрессового цеха завода «ОАО Азовмаш»

5.3 Разработка схемы и сети пожарной сигнализации и

автоматизации

Ряд газов, выделяющихся на начальной стадии горения (тления), определяются составом именно тех материалов, которые участвуют в этом процессе. Однако в большинстве случаев можно уверенно выделить и основные характерные газовые компоненты. Подобные исследования проводились в Институте пожарной безопасности (г. Балашиха Московской обл.) с использованием стандартной камеры объемом 60 м3 для имитации пожара. Состав выделяющихся при горении газов определялся при помощи хроматографии.

Эксперименты показали, что порог обнаружения системы раннего предупреждения пожара в атмосферном воздухе при нормальных условиях должен находиться для большинства газов, в том числе водорода и оксида углерода, на уровне 0,002%. Желательно, чтобы быстродействие системы было не хуже 10 с. Такой вывод можно рассматривать как основополагающий для разработок целого ряда предупреждающих пожарных газовых сигнализаторов.

Существующие средства газоанализа экологической направленности (в том числе на электрохимических, термокаталитических и других сенсорах) слишком дороги для такого использования. Внедрение в производство пожарных извещателей на основе полупроводниковых химических сенсоров, изготавливаемых по групповой технологии, позволит резко снизить стоимость газовых сенсоров.

На примере рассмотрим индикатор оксида углерода и водорода СО-12.

Отмеченный на международных выставках способ раннего обнаружения пожара обеспечивает одновременный контроль относительных концентраций в воздухе двух или более газов, таких как ароматические углеводороды, водород, оксид и диоксид углерода. Полученные значения сравниваются с заданными, и в случае их совпадения формируется сигнал тревоги. Контроль и сравнение относительных концентраций газовых компонент проводятся с заданной периодичностью. Возможность ложных срабатываний измерительного устройства при повышении концентрации одного из газов исключена, если нет возгорания. В качестве измерительного устройства предложен индикатор СО-12, предназначенный для обнаружения в воздушной атмосфере газообразного оксида углерода и водорода в диапазоне их концентраций от 0,001 до 0,01%. Прибор представляет собой девятиуровневый пропорциональный индикатор в виде линейки светодиодов трех цветов - зеленого (диапазон малых концентраций), желтого (средний уровень) и красного (высокий уровень). Каждому диапазону соответствуют три светодиода. При загорании красных светодиодов включается звуковой сигнал, предостерегающий людей об опасности отравления. Принцип работы индикатора основан на регистрации изменения сопротивления (R) полупроводникового газочувствительного сенсора, температура которого стабилизируется на уровне 120 °С в процессе измерений. При этом нагревательный элемент включен в обратную связь операционного усилителя и терморегулятора и периодически, каждые 6 с, отжигается в течение 0,5 с при температуре 450°С. Далее следует изотермическая релаксация сопротивления R при взаимодействии с угарным газом. Процессом измерения и выводом на индикатор данных управляет программируемое устройство. Принципиальная электрическая схема устройства показана на рисунке 1.