Мостовой кран

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

мостовой электропривод кран тележка

Крановое электрооборудование является одним из основных средств комплексной механизации всех отраслей экономики России. 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 экономики, осуществляется разнообразными грузоподъемными машинами.

Грузоподъемные машины служат для погрузочно-разгрузочных работ, перемещения грузов в технологической цепи производства или строительства и выполнения ремонтно-монтажных работ с крупногабаритными агрегатами. Грузоподъемные машины с электрическими приводами имеют чрезвычайно широкий диапазон использования, что характеризуется интервалом мощностей приводов от сотен ватт до 1000кВт. В перспективе мощности крановых механизмов может дойти до 1500-2500 кВт.

Электропривод большинства грузоподъёмных машин характеризуется повторно - кратковременном режимом работы при большей частоте включения, широком диапазоне регулирования скорости и постоянно возникающих значительных перегрузках при разгоне и торможении механизмов. 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.

Создание первого электропривода относится к 1838, когда в России Б.С. Якоби произвел испытания электродвигателя постоянного тока с питанием от аккумуляторной батареи, который был использован для привода гребного винта судна. Однако внедрение электропривода в промышленность сдерживалось отсутствием надежных источников электроэнергии. Даже после создания в 1870 году промышленного электромашинного генератора постоянного тока работы по внедрению электропривода имели лишь частное значение и не играли заметной практической роли. Начало широкого промышленного применения электропривода связано с открытием явления вращающегося магнитного поля и созданием трехфазного асинхронного электродвигателя, сконструированного

М.О. Доливо - Добровольским. В 90_х гг. широкое распространение на промышленных предприятиях получил электропривод, в котором использовался асинхронный электродвигатель с фазным ротором для сообщения движения исполнительным органам рабочих машин.

В настоящее время грузоподъемные машины выпускаются большим числом заводов. Эти машины используются во многих отраслях экономики:

- в металлургии;

- в строительстве;

- при добыче полезных ископаемых;

- в машиностроении;

- на транспорте, и в других отраслях.

Развитие машиностроения, занимающиеся производством грузоподъемных машин, является важным направлением развития экономики страны.

1. Общая часть

1.1 Краткая техническая характеристика мостового крана

Краны мостовые - грузоподъемные устройства, циклического действия, которые используют для перемещения грузов с использованием самых разнообразных устройств грузозахватного типа. Краны мостового типа делятся на два основных вида: кран мостовой электрический однобалочный, и кран мостовой электрический двухбалочный. Краны мостовые электрические однобалочные достигают грузоподъемности от 0,5 до 15 т, в то время как краны мостовые двухбалочные достигают грузоподъемности до 150 т и более. Кран мостовой двухбалочный является одним из самых востребованных кранов среди остальных кранов в промышленном производстве. Кран мостовой электрический двухбалочный опорный может быть как общепромышленного типа, так и пожаробезопасного и взрывобезопасного.

Кран мостовой однобалочный и кран мостовой двухбалочный могут быть крюкового типа, грейферного, магнитного и т.д.…

Кран однобалочный используется при небольших объемах грузопотока и необходим для проведения ремонтных и монтажных, подъемно-транспортных, перегрузочных работ на территории под навесами закрытых площадок либо в цехах (промышленных зданиях), при необходимости перемещения груза грузоподъемностью от 0,5 до 15т, с высотой подъема от 6 до 18 м. Краны мостовые применяются как на открытом воздухе, при температуре - 40 + 40 С, так и в закрытых помещениях.

Мостовой кран передвигается по поднятой системе рельс вдоль территории и обеспечивает три оси движения крюка. Подъемник перемещает груз вверх и вниз, тележка перемещает груз влево и вправо и мост крана продвигает груз вперед и назад. И однобалочные и двухбалочные схемы опорного мостового крана позволяют достигать очень точного расположения крюка и плавное перемещение груза.

В зависимости от конструкции, кран мостового типа, бывает навесным и опорным. Механизм передвижения крана установлен на мосту крана. Мостовые краны могут управляться из кабины или с пола. Также различают краны мостовые с ручным или электрическим приводом, т.е. кран мостового типа имеет грузоподъемный орган, работающий при помощи собственного подъемного механизма или на базе электротельфера.

Краны мостовые электрические питаются от электрической сети с переменным током, частота которой составляет 50 Гц, а напряжение - 380 В.

Питание электродвигателей осуществляется по цеховым троллеям. Для подвода электроэнергии применяют токосъемы скользящего типа, прикрепленные к металлоконструкции крана. В современных конструкциях мостовых кранов токопровод осуществляется с помощью гибкого кабеля. Привод ходовых колес осуществляется от электродвигателя через редуктор и трансмиссионный вал.

Работа мостового крана делится на три типа:

1) Средний режим А3.

2) Тяжелый режим А5.

3) Очень тяжелый режим А7.

Мостовые краны состоят из несущих элементов, непосредственно опирающихся на крановый путь, и моста, перемещающегося по уложенным на стенах или внешних эстакадах рельсам. Принципиальная схема мостового крана, рисунок 1.



1. Кабина 9. Проволока

2. Подкрановые пути 10. Площадка для обслуживания

3. Ходовые колеса 11. Мост крана

4. Концевые балки 12. Механизм передвижения тележки

5. Гибкий кабель 13. Механизм передвижения крана

6. Вспомогательный механизм подъема

7. Главный механизм подъема

8. Крановая тележка

Рисунок 1 - Принципиальная схема мостового электрического крана общего назначения

По мосту передвигается грузовая тележка, оборудованная лебедкой с крюком, грейфером или магнитом.

Тележка мостового крана, рисунок 4, состоит из сварной металлической рамы на ходовых колесах, на которой смонтированы механизмы подъема груза и передвижения тележки.



1. Механизм подъема груза 2. Рама сварная металлическая

3. Механизм передвижения тележки

Рисунок 2 - Тележка мостового крана

На раме тележки размещены механизмы главного и вспомогательного подъема и механизм передвижения тележки. Механизм главного подъема имеет электродвигатель, соединенный длинным валом-вставкой с редуктором. Полумуфта, соединяющая вал-вставку с входным валом редуктора, используется в качестве тормозного шкива колодочного тормоза, имеющего привод от электрогидравлического толкателя. Выходной вал редуктора соединен зубчатой муфтой с барабаном. Опоры верхних блоков полиспаста и уравнительные блоки расположены на верхней поверхности рамы, что облегчает их обслуживание и увеличивает возможную высоту подъема. В качестве ограничителя высоты подъема применен шпиндельный выключатель, выключающий ток при достижении крюковой подвеской крайних верхнего и нижнего положений.

Механизм передвижения тележки состоит из двигателяё тормоза, вертикального зубчатого редуктора, двух ведущих и двух холостых ходовых колес. На раме тележки укреплена линейка, воздействующая в крайних положениях на конечный выключатель, ограничивающий путь передвижения тележки.

Рама сварена из продольных и поперечных балок из листовой стали, сверху накрыта настилом. С целью снижения массы тележки и повышения ее жесткости применяют гнутые профили.

Узлы механизмов смонтированы так, что на продольные балки опираются подшипники вала барабана, редуктор и двигатель механизма подъема.

Механизм передвижения установлен посредине между ходовыми колесами или сбоку тележки - для удобства монтажа и замены вертикального редуктора.

Кроме того, краны мостовые комплектуются канатными или цепными талями.

1.2 Кинематические схемы электроприводов мостового крана

Работу основных механизмов крана рассматривают по кинематическим схемам. Все механизмы передвижения крана имеют по два холостых колеса. Так как двигатели обычно имеют угловую скорость, значительно большую, чем скорость подъемного барабана или ходовых колес моста и тележки, то движение к рабочим органам механизмов крана передается через редукторы.

Для механизмов подъема наибольшее применение получили схемы с полиспастом, рисунок 3, при помощи которого движение от барабана передается крюку.



1. Барабан 4. Тормоз

2. Муфта 5. Электродвигатель

3. Редуктор

Рисунок 3 - Кинематическая схема механизма подъема мостового крана

Механизм передвижения моста крана выполняется либо с раздельным приводом ходовых колес, либо с центральным приводом.

Вал электродвигателя соединен через зубчатую муфту с быстроходным валом редуктора. Тихоходный вал через трансмиссионный вал соединен с приводным колесом крана, рисунок 4, 5. Раздельный привод устанавливается на кранах пролетом от 19,5 м до 34, 5 м.

1. Приводное колесо 4. Зубчатая муфта

2. Трансмиссионный вал 5. Электродвигатель

3. Редуктор

Рисунок 4 - Кинематическая схема механизма передвижения с раздельным приводом



1. Приводное колесо 4. Зубчатая муфта

2. Трансмиссионный вал 5. Электродвигатель

3. Редуктор

Рисунок 5 - Кинематическая схема механизма передвижения с центральным приводом

Механизм передвижения тележки выполнен с центральным приводом, состоит из электродвигателя соединенного с вертикальным ступенчатым редуктором зубчатой муфтой. Выходной вал редуктора при помощи зубчатых муфт и промежуточных валов соединен с валами приводных колес, рисунок 5.

1. Редуктор

2. Двигатель

Рисунок 6 - Кинематическая схема механизма передвижения тележки

1.3 Требования к системе электропривода и обоснование выбранного типа электропривода. Требования к системе автоматики

Для привода крановых механизмов возможно применение различных двигателей и систем электропривода. В настоящее время на кранах применяют простые системы электропривода, в которых двигатели получают питание от сети переменного или постоянного тока неизменного напряжения через пускорегулирующие резисторы.

Электропривод с асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором применяют для механизмов кранов небольшой мощности, работающих в легком режиме. Если необходимо регулировать скорость или обеспечить точную остановку, то можно использовать двух- или трехскоростные двигатели.

Наибольшее распространение получили асинхронные двигатели с фазным ротором и ступенчатым регулированием угловой скорости путем изменения сопротивлении в цепи ротора. Он прост, надежен, допускает большое число включений в час и применяется на средних и больших мощностях. С помощью резисторов в цепи ротора можно в широких пределах изменять момент при пуске, получать желаемое ускорение и плавность пуска, уменьшать токи и потери энергии в двигателе при переходных процессах, а также получить уменьшение угловой скорости. Он не экономичен из-за значительных потерь энергии в пускорегулирующих сопротивлениях; повышенный износ двигателя, электромагнитных тормозов и контактной аппаратуры управления.

Если к электроприводу крановых механизмов предъявляются повышенные требования в отношении регулирования угловой скорости, в различных режимах, применяются двигатели постоянного тока.

Если требуется обеспечить повышенный диапазон регулирования угловой скорости привода, ограничение стопорного момента и плавное протекание переходных процессов двигателя при напряженном режиме работы кранового механизма, применяют регулируемый электропривод по системе Г-Д. Это позволяет при больших мощностях облегчить аппаратуру управления и повысить надежность работ электропривода.

При питании от общей сети переменного или постоянного тока применяются контроллерное или контакторное управление. При контроллерном управлении все переключения в главных цепях производится контактами силового контроллера, управление которым, особенно при интенсивном режиме работы, требует от крановщика значительных усилий и напряжений. Контакторное управление осуществляется от магнитного контроллера, состоящего из командо - контроллера и контакторно - релейной панели. Переключение в главных цепях двигателя производится контакторами, а крановщик управляет командо - контроллером. При контакторном управлении процесс пуска, торможения и реверса автоматизируются. В ряде случаев применяют как контроллерное управление для механизмов с менее напряженными режимами работы, так и контакторное, обычно для подъема груза.

Для качественного выполнения подъема, спуска и перемещения грузов электропривод крановых механизмов должен удовлетворять следующим требованиям:

- регулирование угловой скорости электродвигателя в сравнительно широких пределах. Для обычных кранов 4:1; для специализированных 10:1;

- обеспечение необходимой жесткости механических характеристик электропривода, особенно регулировочным с тем, чтобы низкие скорости почти не зависели от груза;

- ограничение ускорении до допустимых пределов при минимальной длительности переходных процессов;

- реверсирование электропривода и обеспечение его работы как в двигательном, так и в тормозном режимах.

На основании проведенного выше анализа выбираем электропривод с асинхронным двигателем с фазным ротором.

Большое внимание в последние годы уделяется автоматизации грузоподъемных машин. Основным направлением автоматизации этих машин является управление, безопасность, контроль и диагностика. Однако в связи со спецификой использования важную роль в работе грузоподъемных машин играет их безопасность.

Возможности автоматизации весьма обширны и зависят от отрасли промышленного производства, от подбора комплектующих материалов для систем автоматики. К примеру, самой важной частью грузоподъемного механизма вне зависимости от его типа является механизмы подъема и передвижения тележки. Новейшие семейства преобразователей частоты разных фирм производителей обладают всеми необходимыми функциями для управления крановыми приводами. Подъем с повышенной скоростью, контроль состояния тормоза, позиционирование с помощью концевых выключателей, выравнивание нагрузки, управление тормозом, адаптированное для приводов перемещения, подъема и поворота, выбор слабины тросов, управление моментом, измерение нагрузки, многочисленные алгоритмы управления двигателем.

Система электропривода грузоподъемных машин обеспечивает:

- плавный разгон и торможение механизмов с заданным ускорением;

- регулирование скорости механизмов;

- ограничение предельных нагрузок;

- контроль, защиту и индикацию состояния оборудования.

1.4 Выбор рода тока и величины питающих напряжений

При проектировании электрооборудования необходимо выбрать род тока (переменный или постоянный) и напряжение питающей сети. Основными токами в электроустановках промышленных предприятий является переменный трехфазный ток. При выборе величины напряжений электроустановок до 1000В используют напряжение 380/220 и 660/380 В.

С применением напряжения 660В снижаются потери электроэнергии и расход цветных металлов, увеличивается радиус действия подстанций, повышается мощность трансформаторов, сокращается количество подстанций, упрощается схема электроснабжения. Недостатком напряжения 660В являются невозможность совместного питания сети освещения и силовых электроприемников малой мощности, а также отсутствие электродвигателей небольшой мощности на напряжение 660В. На предприятиях с преобладанием электроприемников малой мощности более выгодно использовать напряжение 380/220 В.

При проектировании систем электроснабжения для промышленных предприятий необходимо учесть тот факт, что приемники электроэнергии делят по частоте тока. Трехфазный переменный ток, имеющий частоту 50 Герц, основной род тока в промышленных предприятиях. Кроме того, очень важно учитывать неравномерность и несимметричность загрузок фаз. К примеру, к симметричным приемникам относят трехфазную печь, электродвигатели и прочее, а к несимметричным - освещение, однофазные сварочные аппараты, одно-, двухфазные печи. Также электроприемники можно разделить по степени надежности питания на три категории:

1) Электроприемники, прерывать работу которых нельзя, иначе это опасно для жизни и здоровья людей, может нанести серьезный вред хозяйству. Такие электроприемники обычно имеют два независимых друг от друга источника питания, если необходимо сделать перерыв в работе одного источника, автоматически в работу включается резервный.

2) Ко второй категории относятся электроприемники, при перерыве электроснабжения которых гарантированно снижается выпуск продукции, случается простой механизмов и людей, для них также требуется резервное питание, но при этом допустимы перерывы на время, которое необходимо на ручное переключение на второй источник.

3) Третья категория включает в себя все прочие электроприемники, подлежащие эксплуатации на неответственных складах, вспомогательных цехах, несерийного производства. Для них допустимы перерывы питания с интервалом не более 24 часов для ремонта, замены поврежденного части системы электроснабжения предприятий.

1.5 Описание режимов и циклов работы

При выборе электродвигателя следует учитывать режим работы электродвигателя. В технических каталогах производителей указанны параметры электродвигателя при режиме работы S1 кроме двигателей с повышенным скольжением. Электродвигатель работающий в режимах S2 или S3 допускает большую мощность подключения на валу. Например при режиме S2 мощность может быть увеличена на 50% от номинальной на 10 минут работы электродвигателя, на 25% на 30 минут работы и на 10% на 90 минут работы. Режим работы электродвигателя S3 применяется для электродвигателей повышенного скольжения.

Международная классификация предусматривает 8 номинальных режимов работы электродвигателя с условными обозначениями S1 - S8.

Продолжительный режим работы электродвигателя S1 - работа машины при неизменной нагрузке достаточно длительное время для достижения неизменной температуры всех ее частей.

Кратковременный режим работы электродвигателя S2 - работа машины при неизменной нагрузке в течение времени, недостаточного для достижения всеми частями машины установившейся температуры, после чего следует остановка машины на время, достаточное для охлаждения машины до температуры, не более чем на 2°С превышающей температуру окружающей среды.

Для кратковременного режима работы нормируется продолжительность рабочего

периода 15, 30, 60, 90 мин.

Повторно - кратковременный режим работы электродвигателя S3 - последовательность идентичных циклов работы, каждый из которых включает время работы при неизменной нагрузке, за которое машина не нагревается до установившейся температуры, и время стоянки, за которое машина не охлаждается до температуры окружающей среды. В этом режиме цикл работы таков, что пусковой ток не оказывает заметного влияния на превышение температуры. Продолжительность цикла недостаточна для достижения теплового равновесия и не превышает 10 мин. Режим характеризуется величиной продолжительности включения в процентах:

ПВ = (t_р / (t_р + t_п)) х 100% (1)

где ПВ - продолжительность включения, %;

t_р - время работы, с;

t_п - время паузы, с.

Нормируемые значения продолжительности включения: 15, 25, 40, 60%, или относительные значения продолжительности рабочего периода: 0,15; 0,25; 0,40; 0,60.

Для режима S3 номинальные данные соответствуют только определенному значению ПВ и относятся к рабочему периоду.

Режимы работы электродвигателей S1 - S3 являются в настоящее время основными, номинальные данные на которые включаются отечественными производителями в каталоги и паспорт машины.

Номинальные режимы работы электродвигателей S4 - S8 введены для того, чтобы впоследствии упростить задачу эквивалентирования произвольного режима номинальным, расширив номенклатуру последних.

Повторно-кратковременный режим работы электродвигателя с влиянием пусковых процессов S4 - последовательность идентичных циклов работы, каждый из которых включает время пуска, достаточно длительное для того, чтобы пусковые потери оказывали влияние на температуру частей машины, время работы при постоянной нагрузке, за которое машина не нагревается до установившейся температуры, и время стоянки, за которое машина не охлаждается до температуры окружающей среды.

Повторно-кратковременный режим работы электродвигателя с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением S5 - последовательность идентичных циклов работы, каждый из которых включает достаточно длительное время пуска, время работы при постоянной нагрузке, за которое машина не нагревается до установившейся температуры, время быстрого электрического торможения и время стоянки, за которое машина не охлаждается до температуры окружающей среды.

Перемежающийся режим работы электродвигателя с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением S7 - последовательность идентичных циклов, каждый из которых включает достаточно длительный пуск, работу с постоянной нагрузкой и быстрое электрическое торможение. Режим не содержит пауз.

Перемежающийся режим работы электродвигателя с периодически изменяющейся частотой вращения S8 - последовательность идентичных циклов, каждый из которых включает время работы с неизменной нагрузкой и неизменной частотой вращения, затем следует один или несколько периодов при других постоянных нагрузках, каждой из которых соответствует своя частота вращения (например, этот режим реализуется при переключении числа пар полюсов асинхронного двигателя). Режим не содержит пауз.

Режим работы крюковых опорных двухбалочных кранов регламентированы ГОСТ 25711-83 (грузоподъемность 5-50 т) и ГОСТ 24378-80 (ГОСТ на технические условия).

По ГОСТ 25546-82 режим работы для кранов, управляемых из кабины относится к группе 5К_7К.

Данный режим характеризуется следующими особенностями; постоянная работа с грузами, близкими по массе к номинальным, с высокими скоростями, большим числом включений, высокой продолжительностью включения ПВ.

Такой режим характерен для механизмов технологических кранов, цехов и складов на заводах с крупносерийным производством, кранов литейных цехов и механизмы подъема строительных кранов.

Рабочий цикл крана состоит из трёх этапов:

- захват груза;

- рабочий ход (перемещение груза, разгрузка);

- холостой ход (возврат грузоподъёмного механизма в исходное положение).

Рабочий и холостой ход на диаграммах движения имеют также три характерных участка: разгон, установившееся движение и торможение. Причем, очень важное значение имеют участки разгона и торможения, так как именно в эти моменты и возникают динамические нагрузки.

При интенсивном использовании общее число циклов работы крана за срок его службы составляет 500000..1000000 циклов.

Группа режима работы крана определяется по известным классу использования и классу нагружения крана.

2. Расчетная часть

2.1 Расчет мощности электродвигателя тележки мостового крана, его выбор и проверка по условиям пуска

Исходные данные для расчета механизма передвижения тележки мостового крана:

1. Вес поднимаемого груза Q = 73,5 кН

2. Вес тележки Q₀ = 50 кН

3. Скорость передвижения тележки х = 0,55 м/с

4. Диаметр ходовых колес тележки D_хк = 0,3 м

5. Диаметр шейки оси ходового колеса d_ц = 0,08 м

6. КПД механизма передвижения ? = 0,85

7. Путь передвижения тележки L = 34,1 м

8. Число циклов в час N_ц = 10

9. Передаточное число редуктора i = 24,91

Статическая мощность при передвижении крана с грузом:

Р_с(г) = 10^-3, кВт (2)

где Р_с(г) - статическая мощность при передвижении крана с грузом, кВт;

k₁ - коэффициент, учитывающий трение ходовых колес о рельсы, k₁ = 2;

Q - вес поднимаемого груза, т;

Q₀ - вес тележки, т;

µ - коэффициент трения скольжения, µ = 0,08;

r_ц - радиус цапфы, мм;

f - коэффициент трения качения ходовых колес по рельсам, f = 0,001;

х - скорость передвижения тележки, м/с

R_хк = , м (3)

где R_хк - радиус ходового колеса, м;

D_хк - диаметр ходового колеса, м.

R_хк = 0,15 м

r_ц = , м (4)

где r_ц - радиус цапфы ходового колеса, мм;

d_ц - диаметр цапфы ходового колеса, мм.

r_ц = 0,04 м

Р_с(г) = 10^-3 = 4,5кВт

Статическая мощность при передвижении тележки без груза:

Р_с(о) = 10^-3, кВт (5)

где Р_с(о) - статическая мощность при передвижении тележки без груза, кВт;

k₁ - коэффициент, учитывающий трение ходовых колес о рельсы, k₁ = 2;

Q₀ - вес тележки, т;

µ - коэффициент трения скольжения, µ = 0,08;

r_ц - радиус цапфы ходового колеса, мм;

f - коэффициент трения качения ходовых колес по рельсам, f = 0,001;

х - скорость передвижения тележки, м/с;

R_хк - радиус ходового колеса, мм;

? - КПД механизма передвижения.

Р_с(о) =10^-3 = 1,8 кВт

Время работы крана:

t_р = , с (6)

где t_р - время работы крана, с;

L - путь передвижения тележки, м;

х - скорость передвижения тележки, м/с.

t_р = = 62 с

Длительность цикла:

Т_ц = , с (7)

где T_ц - длительность цикла, с;

N_ц - число циклов.

T_ц = = 360 с

Суммарное время паузы:

?t₀ = T_ц - 2•t_р, с (8)

где ?t₀ - суммарное время паузы, с.

T_ц - длительность цикла, с;

t_р - время работы крана, с.

?t₀ = 360 - 2•62 = 236 с

Время паузы механизма между рабочими операциями:

t₀ = , c (9)

где t_р - время паузы механизма между рабочими операциями, с;

? t_р - суммарное время паузы механизма между рабочими операциями, с;

t₀ = = 118 с

Относительная продолжительность включения:

ПВ = 100% (10)

где ПВ - относительная продолжительность включения;

t_р - время паузы механизма между рабочими операциями, с;

T_ц - длительность цикла, с.

ПВ = •100% = 34,4%

Рисунок 7 - Нагрузочная диаграмма механизма передвижения тележки

Эквивалентная статическая мощность механизма передвижения тележки:

Р_с.э.р. = , кВт (11)

где Р_с.э.р. - эквивалентная статическая мощность механизма передвижения тележки, кВт;

Р_с(г) - статическая мощность механизма передвижения тележки с грузом, кВт;

Р_с(0) - статическая мощность механизма передвижения тележки без груза, кВт.

Р_с.э.р. = = 3,42 кВт

Пересчитываем полученную мощность на стандартную продолжительность включения:

, кВт (12)

где Р_сэ.ст. - эквивалентная статическая мощность механизма передвижения тележки стандартная, кВт;

ПВ - продолжительность включения;

ПВ_ст - стандартная продолжительность включения;

Р_с.э.ст. = 3,42• = 4,01 кВт при ПВ_ст = 25%.

Для механизма передвижения тележки выбираем один двигатель.

Мощность двигателя передвижения тележки:

Р_дв = К_зЧР_с.э.ст., кВт (13)

где Р_дв - мощность двигателя передвижения тележки, кВт;

К_з - коэффициент запаса, К_з = 1,2;

Р_сэ.ст. - эквивалентная статическая мощность механизма передвижения тележки стандартная, кВт;

Р_дв = 1,2 • 4,01 = 4,8 кВт

Частота вращения вала двигателя:

n_дв = , об/мин (14)

где n_дв - частота вращения вала двигателя, об/мин;

х - скорость передвижения тележки, м/с;

60 - переводной коэффициент.

n_дв = = 873 об/мин

Выбираем двигатель серии MTН 112-6 с фазным ротором:

- номинальная мощность: Р_н = 5 кВт;

- номинальная частота вращения: n_н = 930 об/мин;

- ток статора: I₁ = 13,7 А;

- ток ротора: I₂ = 15,7 А;

- напряжение: U = 380 В;

- коэффициент мощности: cos ц = 0,7;

- число пар полюсов: 2 р = 6;

- кратность максимального момента: л_м = = 2,7;

- кратность пускового момента: л_п = = 2;

- напряжение статора: U = 380 В;

- продолжительность включения: ПВ = 25%

- cos ц = 0,7;

- КПД: ? = 79%;

- число пар полюсов: 2 р = 6;

- ЭДС ротора: Е_р = 165 В.

Краново - металлургические электродвигатели серии МТ предназначены для привода крановых и других механизмов, работающих в кратковременных и повторно-кратковременных режимах, в том числе с частыми пусками и электрическим торможением.

Проверка двигателя по условиям пуска:

1) Частота вращения двигателя для проверки привода тележки крана:

n_дв = 873 об/мин

2) Максимальный статический момент нагрузки:

М_ст = , Н•м (15) где М_ст - максимальный статический момент нагрузки, Н•м;

9550 - переводной коэффициент;

Р_ст - статическая мощность двигателя, кВт, Р_ст = Р_дв,

где Р_дв - расчетная мощность двигателя;

n_н - номинальная частота вращения выбранного двигателя, определяется по каталогу или из условия: n_н = n₀• (1 - s_н) об/мин;

n₀ - синхронная частота вращения магнитного поля статора:

, об/мин;

где f - промышленная частота тока, f = 50 Гц;

р - число пар полюсов двигателя;

s - скольжение.

М_ст = = 49,29 Н•м.

3) Номинальный момент выбранного двигателя:

М_н = , Н•м (16) где М_н - номинальный момент выбранного двигателя, Н•м;

9550 - переводной коэффициент;

Р_н - номинальная мощность двигателя, выбранная по каталогу, кВт;

n_н - номинальная частота вращения, об/мин.

М_н = = 51,3 Н•м

4) Пусковой момент выбранного двигателя: (17)

М_п = л_п• М_н Н•м

где М_п - пусковой момент выбранного двигателя, Н•м;

л_п - кратность пускового момента определяется по каталогу выбранного двигателя;

М_н - номинальный момент двигателя, Н•м;

М_п = 2•51,3 = 102,6 Н•м

0,8•М_п ? k_п•М_ст;

где М_п - пусковой момент выбранного двигателя, Н•м;

k_п - коэффициент учитывающий увеличение статического момента во время пуска, k_п = 1,2;

М_ст - максимальный статический момент нагрузки, Н•м;

0,8•102,6 ? 1,2•49,29;

82,1 > 59,15.

Условие выполняется. Окончательно принимаем двигатель серии

MTН 112 - 6 с фазным ротором.

2.2 Расчет и построение механических характеристик

Для расчета пусковых резисторов графическим способом рассчитывается и строится естественная механическая характеристика электродвигателя в зависимости (М; s).

Для построения механической характеристики определяем следующие параметры:

1) Номинальный момент двигателя: М_н = 51,3 Н•м.

2) Статический момент двигателя: М_ст = 49,26 Н•м.

3) Максимальный или критический момент:

М_кр = М_max = 2,7Ч51,3 = 138,5 Н•м.

4) Минимальный момент двигателя при пуске: М₂ = 1,2ЧМ_с,

М₂ = 1,2Ч49,26 = 59,15 Н•м.

5) Максимальный момент двигателя при пуске:

М₁ = 0,8Ч 102,6 = 82,1 Н•м.

6) Номинальное скольжение:

s_н = , (18)

где s_н - номинальное скольжение;

n₁ - синхронная чистота вращения магнитного поля статора, об/мин;

n₁ = = = 1000 об/мин.

n - чистота вращения ротора, об/мин.

s_н = = 0,07;

7) Критическое скольжение:

s_кр = s_н•(л_м + , (19)

где s_кр - критическое скольжение;

л_м - кратность максимального момента л_м = М_max/M_н = 3,2

s_кр = 0,07•(2,7 + = 0,36.

8) Подставляя в уравнение механической характеристики различные значения скольжения от 0 до 1, определяем соответствующие им моменты.

Уравнение Клосса:

М = (20)

где М - момент двигателя, Н•м;

Мкр - критический момент двигателя, Н•м;

S - скольжение двигателя;

S - критическое скольжение.

получим: М₁ = = 51,97 Н•м;

М₂ = = 71,39 Н•м;

М₃ = = 117,87 Н•м;

М₄ = = 136,45 Н•м;

М₅ = = 138,5 Н•м;

М₆ = = 133,17 Н•м;

М₇ = = 122,03 Н•м;

М₈ = = 113,06 Н•м;

М₉ = = 103,75 Н•м;

М₁₀ = = 95,52 Н•м;

М₁₁ = = 88,22 Н•м;

Выбираем масштаб построения: 138,5 Н•м - 150 мм.

х₁ = = 56,3 мм;

х₂ = = 78,4 мм;

х₃ = = 127,66 мм;

х₄ = = 147,78 мм;

х₆ = = 144,23 мм;

х₇ = = 132,16 мм;

х₈ = = 122,45 мм;

х₉ = = 112,36 мм;

х₁₀ = = 103,45 мм;

х₁₁ = = 95,5 мм;

Данные вычислений сведены в таблицу 1.

Таблица 1.

S	0,07	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1
М, Н•м	51,97	71,4	117.9	136,5	138,5	133,2	122,03	113,1	103,8	95,5	88,2
Х, мм	56,3	78,4	127,7	147,8	150	144,2	132,2	122.5	112,4	103,5	95,6

Рисунок 8 - Механическая характеристика двигателя

Отрезоки xd, ab, bc - соответствует внутреннему активному сопротивлению обмотки ротора:

r_р = S_н Ч R_рн, Ом (21)

где r_р - активное сопротивление обмотки ротора, Ом;

s_н - скольжение;

R_рн - сопротивление реостата на ступенях, Ом.

R_рн = , Ом (22)

где Е_рн - ЭДС ротора, В;

I_рн - ток ротора, А.

R_рн = = 6,07 Ом,

r_р = 0,07 Ч 6,07 = 0,42 Ом.

Определяем сопротивление R₁ первой ступени пускового реостата:

R₁ = r_р Ч , Ом (23)

где R₁ - сопротивление первой ступени пускового реостата, Ом;

r_р - активное сопротивление обмотки ротора, Ом;

?_ав - длина отрезка, мм;

?_xd - длина отрезка, мм;

R₁ = 0,42 Ч = 0,45 Ом.

Определяем сопротивление R₂ второй ступени:

R₂ = r_р Ч , Ом (24)

где R₂ - сопротивление первой ступени пускового реостата, Ом;

r_р - активное сопротивление обмотки ротора, Ом;

?_bc - длина отрезка, мм;

?_xd - длина отрезка, мм;

R₂ = 0,42 Ч = 0,29 Ом.

Определяем сопротивление R₃ третьей ступени:

R₃ = r_р Ч , Ом (25)

где R₃ - сопротивление первой ступени пускового реостата, Ом;

r_р - активное сопротивление обмотки ротора, Ом;

?_cd - длина отрезка, мм;

?_xd - длина отрезка, мм;

R₃ = 0,42 Ч = 0,19 Ом.

Определяем общее сопротивление ящика резисторов:

R_об = R₁ + R₂ + R₃ = 0,45 + 0,29 + 0,19 = 0,93 Ом.

Для двигателя привода моста выбираем ящик резисторов типа НФ1А.

Каталожный номер ящика: 2 ТД. 754. 054 - 02, R_об = 0,118 Ом.

2.3 Расчет и выбор аппаратов защиты и управления

Для привода механизма передвижения тележки мостового крана выбраны асинхронные двигатели с фазным ротором, переменного тока.

Выбор установок реле для двигателя передвижения тележки МТН 112 - 6, для защиты от перегрузок и короткого замыкания:

- I_уст ? 2,5ЧI_ном; (26)

где I_уст - ток установки, Ом;

I_ном - номинальный ток статора, Ом.

- I_{н статора} = 13,7 А;

- I_уст = 2,5Ч13,7 = 34,25 А.

Выбираем реле РЭО - 401 каталожный номер 2 ТД.304.096 - 13 с пределом регулирования 33 - 100 А. Ток установки выбираем 35 А.

35 А > 34,25 А.

Номинальный ток:

I_н = , А (27)

где Р_дв - мощность двигателя, кВт;

- поправочный коэффициент;

Uн - номинальное напряжение, В;

сosц - коэффициент мощности.

I_н = = 13,8А

Выбираем автоматический выключатель с электромагнитным приводом.

Предназначен для защиты от перегрузок и коротких замыканий электрических цепей напряжением до 220 В постоянного тока, до 500 В переменного тока частоты 50-60 Гц, оперативных включений и отключений указанных цепей с частотой до 30 включений в час, в том числе для пуска, защиты и отключения электродвигателей.

Таблица 2. Технические данные автоматического выключателя серии АСТ_2/3

Паспортные данные	Расчетные данные	Сравнение
Uэ.у = 380 В I э.у = 25 А	Uн = 380 В Iн = 13,8 А	Uэ.у ? Uн 380 В ? 380В I э.у > Iн 25 А > 13,8 А

Выбираем трансформатор тока.

Трансформатор тока предназначен для понижения первичного тока до стандартной величины (5 А или 1 А) и для определения цепей измерения и защиты от первичных цепей высокого напряжения.

Трансформаторы тока изготовляются на следующие номинальные токи: 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 75, 100, 150, 200, 300, 400, 600, 800, 1000, 1600, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 8000, 10 000 и 15 000 А

Таблица 3. Технические данные трансформатора тока серии ТКЛ

Паспортные данные	Расчетные данные	Сравнение
Uэ.у = 500 В I э.у = 5 - 800 А	Uн = 380 В Iн = 13,8 А	I э.у ? Iн 15 А > 13,8 А

Окончательно выбираем трансформатор тока ТКЛ - 0,5 - трансформатор тока катушечный с изоляцией из литой синтетической смолы.

Выбираем трансформатор напряжения.

Трансформатор напряжения предназначен для преобразования больших переменных напряжений в относительно малые напряжения.

Трансформаторы напряжения двух - или трехобмоточные предназначены как для измерения напряжения, мощности, энергии, так и для питания цепей автоматики, сигнализации и релейной защиты линий электропередач от замыкания на землю. Трансформаторы напряжения имеют два назначения:

- изолировать вторичную обмотку НН и, тем самым, обезопасить обслуживающий персонал;

- понизить измеряемое напряжение до стандартного значения.

Трансформаторы напряжения различают:

- по числу фаз - однофазные и трехфазные;

- по числу обмоток - двухобмоточные и трехобмоточные;

- по классу точности - 0,2; 0,5; 1,0; 3;

- по способу охлаждения - с масляным охлаждением, с воздушным охлаждением;

- по способу установки - для внутренней установки, для наружной установки и для КРУ.

Таблица 4. Основные технические данные трансформаторов напряжения

Тип	Номинальное напряжение обмоток, кВ	Номинальная мощность, В·А, для классов точности	Максимальная мощность, В·А	ик, %
	ВН	НН	0,2	0,5	1	3
НОС - 0,5	0,38	0,1	-	25	50	100	200	4,4

U_э.у ? U_н

380 В = 380 В

Окончательно выбираем трансформатор напряжения НОС - 0,5.

Измерительный трансформатор напряжения однофазный сухой.

2.4 Расчет и выбор кабелей и проводов

Выбираем кабель по экономической плотности тока.

Условия выбора сечения проводников:

F_эк = , мм² (28) где F_эк - площадь сечения проводника, мм²;

I_{р. мах} - расчетный максимальный ток нормального режима для одной линии, А;

j_эк - экономическая плотность тока, А/мм².

Экономическая плотность тока зависит от материала проводника и величины T_max. Так как T_max = 5000 ч выбираем j_эк = 1,7 А/мм².

F_эк = = 8,12 мм²

Выбираем кабель марки КГ (3Ч25) [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.

Проверяем кабель по потерям напряжения:

ДU = Ч100% (29)

где ДU - потери напряжения, В;

I_р - ток ротора, А;

? - длина кабельной линии, км;

r₀ - удельное активное сопротивление кабеля на 1 км длины, r₀ = 0,89 Ом/км;

х₀ - удельное реактивное сопротивление кабеля на 1 км длины,

х₀ = 0,088 Ом/км;

sin ц = ;

sin ц = = 0,7141

тогда ДU = [1,73Ч13,8Ч0,0341Ч(0,89Ч0,7 + 0,088Ч0,7141)/380]Ч100% = 0,15%,

0,15% < 5%, кабель проходит по потерям напряжения.

3. Технологическая часть

3.1 Описание принципиальной схемы управления объекта

Схема управления должна отвечать всем требованиям, заданным ранее. Наиболее распространенной схемой является схема, построенная на основе командоконтроллера. Она имеет высокую ремонтопригодность, дешевую

элементную базу и большую надежность.

Контроль нулевого положения командоконтроллера SA осуществляет реле KS, контакт которого подает питание на схему управления.

В первом положении «Вперед» включаются контакторы KM1 и KM2, которые подключают статор двигателя к сети. Блок-контакт КM2 включает реле K, которое включает контактор тормозного электромагнита KM3. При этом двигатель растормаживается и идет в ход при полностью включенном в цепь ротора реостате.

Во втором положении контроллера включается контактор KM4 который шунтирует предварительную ступень пускового реостата.

3.2 Монтаж, демонтаж мостовых кранов

Мостовой кран является самым распространенным в связи с наибольшей популярностью кранов такого типа. Монтаж мостовых кранов условно можно разделить на несколько видов: это монтаж кран балок грузоподъёмностью 1 и 2 тонны, монтаж мостовых кранов грузоподъёмностью до 16 тонн и монтаж двухбалочных кранов. Самым простым и наименее трудозатратным выступает монтаж небольших кран балок. Монтаж кран балок зачастую не требует грузоподъёмной техники и может выполняться одним или двумя специалистами при помощи нескольких элетротельферов, которые так же называются лебёдками. В таком случае сама конструкция крана поднимается поочерёдно под небольшим углом, после чего монтируется на подкрановые пути. Монтаж мостового крана грузоподъёмностью более 2 тонн в большинстве случаем требует вмешательства грузоподъёмной техники. В некоторых ситуациях в роли такой грузоподъёмной техники может выступать другой мостовой кран, но всё же окончательный подъём крана монтажные специалисты осуществляют при помощи автокрана. В некоторых случаях монтаж мостовых кранов с длинной пролётной частью может осуществляться при помощи нескольких автокранов.

Монтаж двухбалочных кранов наиболее сложен и требует больших трудозатрат. Это связано с большой массой двухбалочных кранов, а так же их размерами, ведь помимо самих балок к ним так же прилагаются так называемые галлереи, которые обеспечивают лёгкий доступ к электрическим устройствам двухбалочных мостовых кранов. Технология монтажа мостового крана, напрямую зависит от вида монтируемого мостового крана и делится на подвесные и опорные. Монтаж подвесных мостовых кранов начинается на земле. Сперва происходит сбор концевых балок вместе с пролётной. После чего собранная конструкция подвесного мостового крана поднимается краном на высоту и крепится к подкрановым путям.

Технология монтажа мостовых кранов, в случае с опорными несколько отличается. Монтаж опорных мостовых кранов начинается с установки концевых балок на подкрановый путь. На данном этапе установка мостового крана на подкрановые пути является основной и лишь после этого пролётную, несущую балку опорного крана поднимают над подкрановыми путями и устанавливают на концевые балки. Следующим шагом в монтаже опорного мостового крана является закрепление его концевых балок с несущей. Независимо от типа монтируемого крана можно выделить монтаж ручного мостового крана и монтаж электрического мостового крана. Если в первом случае монтаж мостового крана заканчивается после монтажа самих металлоконструкций, то во втором случае после монтажа металлоконструкций так же необходимо произвести испытание мостового крана, которое так же называется пуско-наладочными работами. Таким образом заключительным этапом в монтаже мостовых кранов является испытание мостового крана.

Необходимость демонтировать мостовый кран возникает очень редко (в случае неисправности крана, демонтажа здания и др.). Иногда требуется демонтированный мостовый кран перевезти на новый производственный объект. Во всех случаях, для демонтажа производятся те же действия, что при монтаже, только в обратной последовательности.

3.3 Монтаж электрооборудования крана

При подготовке и производстве работ по монтажу кранов на объекте должна учитываться степень заводской электромонтажной готовности кранового оборудования, которая регламентируется ГОСТ 24378-80Е. Предприятием-изготовителем в соответствии с указанным ГОСТ должны быть выполнены следующие работы на кранах общего назначения:

- электромонтаж крановых кабин и грузовых тележек;

- изготовление токоподвода к грузовой тележке;

- изготовление узлов (жгутов) электропроводов с наконечниками и маркировкой концов для мостов;

- установка на мосту крана подставок и кронштейнов под электрооборудование, протяжных ящиков, коробов или труб для прокладки электропроводов;

- сборка электроаппаратуры, устанавливаемой на мосту (сопротивления, магнитные станции), в блоки с монтажом внутренних электросхем.

Работы по монтажу электрической части мостовых кранов следует выполнять на нулевой отметке до подъема моста, кабины крановщика и тележки в проектное положение.

До начала электромонтажных работ должна быть осуществлена приемка крана под монтаж от механомонтажной организации, оформляемая актом. В акте должно быть оговорено разрешение на производство электромонтажных работ на кране, в том числе и на нулевой отметке.

На нулевой отметке необходимо выполнять максимально возможный объем электромонтажных работ, приступать к которым следует после надежной установки моста на выкладках и оформления разрешения механомонтажной организации. Оставшийся объем электромонтажных работ необходимо выполнять после подъема крана в проектное положение и установки его в непосредственной близости от переходной галереи, лестницы или ремонтной площадки, с которых должен быть обеспечен надежный и безопасный переход на кран. Кроме того, до производства электромонтажных работ на кране, установленном в проектное положение, должны быть:

- полностью закончены сборка и установка моста, тележки, кабины, ограждений и перил;

- главные троллеи ограждены или расположены на расстоянии, исключающем доступ к ним с любого места на кране, где могут находиться люди.

Электрическую часть кранов монтируют в два этапа:

1) На заводе - изготовители кранов.

2) На месте установке крана.

Ранее большую часть электромонтажных работ выполнялась различными методами электромонтажными организациями.

Состав работ по электромонтажу крана и объем их выполнения предприятием - изготовителем определяются проектом электрической части крана, который содержит электрическую схему крана, таблицу соединений; чертежи узлов электропроводок, размещения электрооборудования, блоков, труб, коробов; инструкцию по монтажу, пуску, регулированию обкатки крана на месте его монтажа.

Предприятие - изготовитель производит полный монтаж кабины управления и грузоподъемной тележки крана, монтаж на мосту установочных элементов под электрооборудование, заготовку элементов главного и вспомогательного элементов электроприводов, в том числе гибкого кабеля в разведенном виде или жестких троллеев в виде замаркированных секций, а так же крепежных, несущих и поддерживающих конструкций.

В основном монтаж электрооборудования мостового крана включает в себя выполнение следующих работ:

- разбивка кабельных трасс и прокладка кабеля в дальнейшем;

- установка креплений под кабель;

- монтаж и установка конструкций под аппараты;

- установка самих аппаратов управления.

Электромонтажные работы в настоящее время ведутся на высоком уровне инженерной подготовки, с максимальным переносом этих работ с площадок в мастерские монтажно-заготовительных участков и на заводы электромонтажных организаций. Электромонтажные, проектные и научно - исследовательские организации совместно с электротехнической промышленностью ведут большую работу по изготовлению электрооборудования крупными блоками и узлами. В практику электромонтажных и ремонтных работ внедряются современные механизмы, приспособления, инструменты, средства малой механизации.

3.4 Эксплуатация электрооборудования мостового крана

При осмотре принимаемого в эксплуатацию вновь смонтированного электрооборудования кранов и подъемников приемочная комиссия обращает внимание на то, чтобы:

- провода, проложенные на кране, были защищены от механических повреждений, могущих иметь место при ремонте механической части крана;

- проводка в местах, где она может соприкасаться с вредно действующими на ее изоляцию маслами, была уложена в стальных трубах или коробах;

- в местах выхода и входа проводов из труб в конечные выключатели, в командоаппараты и кнопки управления изоляция проводов была бы защищена изоляционными трубками от перетирания;

- электродвигатели и пускорегулирующая аппаратура грузоподъемных устройств, установленная на открытом воздухе, была защищена от атмосферных осадков;

- между аппаратами и опорными конструкциями были положены резиновые шайбы, ослабляющие неблагоприятное влияние вибрации на работу аппаратов;

- установка контроллеров для удобства их осмотра и ремонта производилась с расстоянием между ними не менее 100 мм, рукоятки и маховики управления были расположены на высоте от пола не менее 1050 мм и не более 1150 мм;

- тормозные устройства работали быстро, четко и без ударов, а в положении оттормаживания зазор между лентой и шкивом был не менее 1-2 мм;

- троллеи, проложенные вдоль крана, были снабжены ограждениями, если отсутствуют автоматические устройства для снятия с них напряжения; троллеи, проложенные вдоль подкранового пути, были недоступны для случайного к ним прикосновения с моста крана, из кабины или с посадочных площадок;