Электрооборудование мостового крана

Содержание

Введение              4

1. Описательная часть              6

1.1 Краткая характеристика цеха              6

1.2 Назначение и устройство мостового крана              8

1.3 Режимы работы и требования к приводу крана              11

1.4 Выбор рода тока и величины напряжения              14

1.5 Выбор системы освещения цеха              17

2. Расчетная частьи               20

2.1 Расчёт общего освещения цеха              20

2.2 Расчет мощности и выбор двигателей крана              24

2.3 Проверка выбранных двигателей              30

2.4 Выбор пускорегулирующей и защитной аппаратуры крана              32

2.5 Выбор тормозных устройств              37

2.6 Описание схемы управления              39

Источники информации              42

Введение

    Машиностроение   –   наиболее    крупная   комплексная    отрасль, определяющая уровень  научно-технического прогресса  во всем  народном хозяйстве, поскольку обеспечивает все отрасли машинами, оборудованием, приборами,  а  население  –  предметами  потребления.  Включает  также металлообработку,  ремонт  машин  и  оборудования.  Для  нее  особенно характерно  углубление  специализации  производства  и  расширение  ее масштабов.

К перечисленным подразделениям  машиностроения следует добавить  и «малую» металлургию – производство стали  и проката,  как в  литейных цехах   машиностроительных   предприятий,    так   и   на    отдельных специализированных  предприятиях  по   производству  литья, штамповок, и сварных конструкций для машиностроения.

В современной технологии и оборудовании промышленных предприятий велика роль электрооборудования, т.е. совокупности электрических машин, аппаратов, приборов и устройств, посредством которых про­изводится преобразование электрической энергии в другие виды энергии и обеспечивается автоматизация технологического про­цесса. Первостепенное значение для автоматизации производства имеют многодвигательный электропривод и средства электрического управления.     Электрический привод (сокращённо—электропривод) —это электромеханическая система для приведения в движение исполнительных механизмов рабочих машин и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса.

Современный электропривод — это совокупность множества электромашин, аппаратов и систем управления ими. Он является основным потребителем электрической энергии (до 60 %) и главным источником механической энергии в промышленности Развитие электропривода идет по пути упроще­ния механических передач и приближения электродвигателей к рабочим органам машин и механизмов, а также возрастающего применения электрического регулирования скорости приводов. Широко внедряются комплектные тиристорные преобразователь­ные устройства. Применение тиристорных преобразователей не только позволило создать высокоэкономичные регулируемые электроприводы постоянного тока, но и открыло большие воз­можности для использования частотного регулирования двигате­лей переменного тока, в первую очередь наиболее простых и на­дежных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.

Электрооборудование промышленных предприятий и установок проектируется, монтируется и эксплуатируется в соответст­вии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) и другими руководящими документами.

В данном курсовом проекте рассмотрены вопросы освещения участка механосборочного цеха и электрооборудования мостового крана.

1. ОПИСАТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ

1.1.Краткая характеристика цеха

Участок механосборочного цеха предназначен для выпуска передней оси и задне­го моста грузовых автомобилей.

Цех является составной частью производства машиностроительного завода.

Участок механосборочного цеха предусматривает производственные, вспомогательные, служебные и бытовые по­мещения.

Участок механосборочного цеха получает электроснабжение  от собственной цеховой трансформаторной подстанции, расположенной на расстоянии 1,5 км от подстанции глубокого ввода завода. Подводимое напряжение — 6, 10 или 35 кВ.

Подстанция глубокого ввода подключена к энергосистеме, расположенной на расстоянии 8 км.

Потребители электрической энергии относятся к 2 и 3 категории надежности электроснабжения.

Количество рабочих смен — 2.

Грунт в районе цеха — глина с температурой +5 °С. Каркас здания сооружен из блоков- секций длиной 6 и 8 м каждый.

Размеры цеха АхВхН = 40х24х9.

Перечень ЭО участка механосборочного цеха дан в таблице 1.

Мощность электропотребления (Р-)П) указана для одного электроприемника.

Расположение основного электрооборудования показано на плане (рис. 1).

Рис.1 План расположения ЭО цеха металлорежущих станков.

Таблица 1 Перечень электрооборудования (ЭО) цеха металлорежущих станков.

1.2.Назначение и устройство мостового крана

Краны - это грузоподъемные устройства для вертикального и горизонтального перемещения грузов на небольшие расстояния. Однотипными узлами всех кранов являются:

1. Механизм передвижения моста.

Передвижение моста (несущей конструкции) осуществляется по рельсам подкранового пути, вдоль пролета цеха.

Кинематическая схема механизма передвижения представлена на рис.2.

Главные балки коробчатого сечения или в виде решетчатых ферм расположены по ширине пролета цеха и скреплены концевыми балками.

Рис.2. Кинематическая схема механизма передвижения моста с общим приводом колес.

К концевым балкам устанавливаются ходовые колеса, которые движутся по рельсам.

Привод колес от электродвигателя с тормозом через редуктор может быть раздельным или общим. Скорость передвижения моста номинальная - от 2.0 до 2.3 м/с.

2. Механизм передвижения тележки.

Передвижение тележки осуществляется вдоль моста по проложенным рельсам на 4 ходовых колесах.

Кинематическая схема механизма передвижения тележки представлена на рис.3.

Рис.3 Кинематическая схема механизма передвижения тележки

Привод колесной пары от электродвигателя с электромагнитным тормозом через редуктор. Колеса передвигаются по рельсам. На тележке установлена лебедка подъемная для груза. Скорость передвижения тележки номинальная - от 0.65 до 1.0 м/с.

3. Механизм подъема.

Механизм подъема представляет собой подъемную лебедку барабанного типа.

Кинематическая схема механизма подъема представлена на рис.4.

Барабан лебедки с намотанным на него канатом приводится во вращение двигателем с тормозом через редуктор.

К канату крепится грузозахватывающее устройство - крюк. Для механизмов подъема наибольшее применение получили поли­спасты, которые передают движение от барабана к крюку.

Среди грузозахватывающих устройств чаще всего применяют­ся крюк или электромагнит.

По грузоподъемности мостовые краны условно делятся на малые (от 5 до Ют.), средние (от 10 до 20т.) и крупные (более 50т).

На тележках мостового крана грузоподъемностью более 15т. устанавливается 2 механизма подъема: главный и вспомогательный.

Подвод электропитания - от главных троллеев, уложенных вдоль подкранового пути, по скользящим токосъемникам. Питание грузозахватывающего устройства осуществляется гибким ка­белем.

Рис.4 Кинематическая схема механизма подъема.

Управление механизмами крана из кабины оператора-крановщика, в которой установлены контроллеры и командокон-троллеры. Аппаратура управления и резисторы расположены на мосту.

1.3.Режимы работы и требования к приводу крана

1.3.1.Режимы работы

Нагрузка кранов, как правило, изменяется в широких пределах: для механизмов подъема от 0.12 до 1.0, а для механизмов пе­редвижения - от 0.5 до 1.0 номинального значения. Характерно для кранов и то, что их механизмы работают в повторно-кратковременном режиме.

Все краны по режимам работы механического и электрическо­го оборудования делятся на 4 категории, определяющие степень их использования, характер нагрузки и условия работы: Л - лег­кий режим работы, С - средний, Т - тяжелый и ВТ - весьма тяже­лый. Основными показателями, по которым судят о режиме рабо­ты, являются продолжительность включения двигателя механизма ПВ, %• число включений двигателя в час h; коэффициенты ис­пользования механизмов по грузоподъемности кгр; в течение года кг и в течение суток кс.

Легкому режиму работы соответствуют ПВ = 10-15% и h=60-100 (строительно-монтажные краны), среднему ПВ=15-25% и h=120-200 (краны механических и сборочных цехов машино­строительных заводов), тяжелому ПВ=25-40% и h=300-400 (краны производственных цехов и складов на заводах к крупно-серийным производством), весьма тяжелому - ПВ=40-60% и h=400-600 (технологические краны металлургических заводов).

Помимо тяжелых условий работы при большом числе включений в час электрооборудование мостовых кранов обычно находит­ся в условиях тряски, высокой влажности, резких колебаний тем­пературы и запыленности помещений. В связи с этим на кранах применяется специальное электрооборудование, приспособленное к условиям работы кранов и отличающееся повышенной надежно­стью.

1.3.2.Требования к электроприводу

Для выбора системы электропривода необходимо четко пред­ставлять себе технологические требования к приводу того меха­низма, для которого он выбирается. Установление таких требова­ний облегчает выбор оптимальной системы электропривода, т.е. такой, которая наиболее проста и дешева из всех систем, обеспе­чивающих желаемые эксплуатационные показатели механизма.

Особенности работы кранового оборудования:

      Изменение нагрузки широких пределах:

- для механизмов передвижения – от 0,5 до 1,0 номинального значения,

-для механизмов подъема – от 0,12 до 1,0  номинального значения,

      Режим работы повторно-кратковременный при большом числе включений в час.

      Условия работы тяжелые( тряска. влажность, запыленность и колебание температуры).

      Продолжительность включения.

      Коэффициент использования.

      Число включений двигателя в час.

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

      Регулирование угловой скорости двигателя в сравнительно широких пределах в связи с тем, что тяжелые грузы целесообраз­но перемещать с меньшей скоростью, а пустой крюк или ненагруженную тележку - с большей скоростью для увеличения произво­дительности крана. Пониженные скорости необходимы также для осуществления точной остановки транспортируемых грузов с це­лью ограничения ударов при их посадке и облегчают работу опе­ратора, так как не требуют многократного повторения пусков для снижения: средней скорости привода перед остановкой механиз­ма.

      Обеспечение необходимой жесткости механических харак­теристик привода, особенно регулировочных, с тем чтобы низкие скорости почти не зависели от груза.

      Ограничение ускорений до допустимых пределов при ми­нимальной длительности переходных процессов. Первое условие связано с ослаблением ударов в механических передачах при вы­боре зазора, с предотвращением пробуксовки ходовых колес те­лежек и мостов, с уменьшением раскачивания подвешенного на канатах груза при интенсивном разгоне и резком торможении ме­ханизмов передвижения; второе условие необходимо для обеспе­чения высокой производительности крана.

Реверсирование электропривода и обеспечение его работы как в двигательном, так и в тормозном режиме.

1.4. Выбор рода тока и величины напряжения

Грузоподъемные машины в большинстве являются устройст­вами, от надёжности которых зависит нормальный ход производст­ва, поэтому в соответствии с ПУЭ электроприводы кранов отно­сятся к категории потребителей не ниже второй, для которой пере­рыв питания допускается только на время переключения питания с основной сети на резервную. Ряд кранов, такие, как литейные, пе­регрузочные для операций с взрывоопасными, ядовитыми или ра­диоактивными грузами и некоторые другие, относится к приёмни­кам первой категории, которые должны обеспечиваться питанием от двух независимых источников, при этом перерыв питания может быть допущен только на время автоматического ввода резервного питания.

Крановые электродвигатели могут получать питание от трёх­фазных сетей переменного тока промышленного предприятия или специальных единиц общезаводских сетей постоянного тока. Ос­новным напряжением для питания крановых механизмов является напряжение 380В переменного тока. Наряду с этим напряжением по согласованию с изготовителями крановое электрооборудование может изготовляться для следующих нестандартных напряжений: 1)постоянный ток 220 и 440В;

2)переменный трёхфазный ток 220В, 50Гц; 380В, 60Гц; 440В, 60Гц; 415В, 50Гц; 500В, 50Гц.

На напряжение свыше 440В постоянного тока и 500В перемен­ного тока крановое электрооборудование не изготовляется. В пер­спективе намечается использование для питания крупных кранов напряжением 660В, 50Гц. Качество электроэнергии переменного тока определено ГОСТ 13109-67. Допуск на отклонение частоты от номинального значения составляет ± 0,2Гц. Допустимые колебания напряжения сети, предназначенной для питания электроприводов, от -5 до +10%.

Несимметрия фазных напряжений в трёхфазной се­ти допускается в пределах до 2% номинального значения. Несину­соидальность формы кривой напряжения за счёт высших гармоник не должно превышать 10% номинального напряжения при пуске двигателя наибольшей мощности.

Питание грузоподъемных машин с электроприводом весьма разнообразно в отношении как источников питания, так и числа потребителей, получающих питание от одной линии. Наименьшие мощности питающих сетей имеют место для строительных кранов, наибольшие - в питающих сетях кранов металлургического и хи­мического производства, а также на машиностроительных заводах тяжёлого машиностроения. В связи с универсальностью использо­вания большинства грузоподъёмных машин общего назначения при конструировании электрооборудования принято, что мощности пи­тающих сетей, кВА не превышают следующих значений:

Строительные башенные краны, используемые в жилищном строительстве - 500.

Мостовые и козловые краны общего назначения: портальные краны - 500 - 1600; судовые грузоподъёмные механизмы - 2000.

Краны металлургического производства, перегружатели - 5000.

Под мощностью питающих сетей подразумевается установлен­ная мощность трансформатора или генератора на линии, питающей кран.

Надёжная работа кранового электрооборудования во многом зависит от устойчивости всех элементов разветвлённой сети пита­ния крановых электроприводов к токам короткого замыкания (КЗ). Вероятность КЗ в цепях и элементах электрооборудования кранов значительно выше, чем у стационарных механизмов, ввиду того, что краны при работе создают вибрацию, ударные сотрясения и ускорения, которых нет у стационарных установок. Расположение крановых механизмов в верхней части зданий, где концентрация пыли и газов

значительно выше, чем в стационарных электротех­нических помещениях, также ухудшает условия эксплуатации. С учётом этих обстоятельств электрооборудование кранов должно быть в целом устойчиво к последствиям возможных КЗ в пределах электрической сети крана.

Общую защиту крановых электроустановок при суммарной мощности электродвигателей до 250кВт на переменном токе и 150кВт на постоянном токе следует осуществлять автоматически­ми выключателями с отключающей способностью не ниже 10кА. Для особо мощных кранов с токами питающих линий 1000А и вы­ше в качестве защитных устройств следует использовать воздуш­ные выключатели АМ8-АМ15.

В отдельных цепях электроприводов при сечении отходящих проводов до 2,5 мм2 можно применять установочные автоматиче­ские выключатели с отключающей способностью не ниже 1200А. Поскольку двигатели электрогидравлических толкателей тормозов получают питание от сравнительно мощных сетей, они должны иметь индивидуальную защиту с помощью автоматических выклю­чателей с отключающей способностью не ниже 2500А.

Выбираем трехфазный переменный ток напряжением 380/220В.

1.5.Выбор системы освещения цеха

В соответствии со СН и П-23-05-95 искусственное освещение подразделяется на рабочее, аварийное, эвакуационное, охранное. При необходимости часть светильников того или иного вида освещения может использоваться для дежурного освещения

Рабочее освещение обеспечивает необходимые условия при нормальном режиме работы осветительной установки. Рабочее освещение обязательно во всех помещениях и на открытых пространствах.

Аварийное освещение - освещение, включающееся при аварийном отключении рабочего освещения для продолжения работы.

Эвакуационное освещение (аварийное освещение для эвакуации) - освещение, включающееся при аварийном отключении рабочего освещения для эвакуации людей из помещения.

Охранное освещение - разновидность рабочего освещения, устраивается по периметру территории предприятия, а также территории некоторых общественных здании.

Дежурное освещение - освещение в нерабочее время.

Аварийное освещение следует предусматривать, если объект принадлежит 1 или 2 категории надежности электроснабжения.

Искусственное освещение может быть двух систем: общее и комбинированное. При этом следует учитывать, что экономичное система комбинированного освещения, но в гигиеническом отношении система общего освещения совершеннее, так как позволяет создать более благоприятное распределение яркости в поле зре­ния.

Система общего освещения предназначена не только для освещения рабочих поверхностей, но и всего помещения в целом, в силу чего светильники размещают на достаточно большом расстоянии от рабочих поверхностей в верхней зоне помещения на кронштейнах,

        стойках и т.п.

В зависимости от расположения све­тильников различают равномерное и локализированное общее ос­вещение.

Комбинированная система освещения состоит из общего и ме­стного освещения. Общее освещение предназначено для освеще­ния проходов и участков, где работы не производятся, и одновре­менно для выравнивания яркости в поле зрения работающих. Ме­стное освещение обеспечивается светильниками, располагаемыми непосредственно на рабочих местах.

В условиях комбинированного освещения светильники местного освещения, устанавливаемые на рабочих местах посредством шарнирных кронштейнов, позволяют в широких пределах изме­нять как освещенность, так и направление светового потока, от которого в значительной степени зависит контраст объекта разли­чения с фоном. Кроме того, подбором соответствующего спек­трального состава излучения электрического источника света возможно значительное повышение контраста в условиях разли­чения цветных объектов на цветном фоне. Вследствие всего ука­занного повышается видимость объектов зрительной работы, что особенно важно при обращении с рельефными изделиями.

С точки зрения удобства эксплуатации, система комбинированного освещения также имеет ряд преимуществ перед общей, поскольку значительно упрощается чистка, замена перегоревших ламп, а также систематически надзор и текущий ремонт легкодос­тупных светильников местного освещения. Следует учитывать также возможность выключения освещения на рабочих местах, на которых в данный момент работа не производится, что исключает непроизводительный расход электроэнергии.

Одно местное освещение в производственных условиях запрещено, так как создает большую разность освещенности рабо­чих поверхностей и окружающего пространства, что может при­вести к травматизму, и способствует профзаболеваниям.

В общем случае при выборе системы освещения нужно исходить из характера зрительной работы, выполняемой в помещении, учитывая вероятность отраженной блесткости и затенения рабо­чих поверхностей технологическим оборудованием и самим рабо­тающим.

Выбираем систему общего освещения.

2.РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

2.1.Расчет общего освещения

2.1.1 .Исходные данные для проектирования

Для проектирования электрического освещения необходимо знать назначение, площадь и высоту объекта, для которого ведется про­ектирование.

А = 40м; В=24м; Н=9м; S=960м2.

При выборе системы освещения необходимо исходить из характера зрительной работы, учитывая вероятность отраженной блесткости и затемнение рабочих поверхностей технологическим оборудованием и самими работающими.

2.1.2.Выбор освещенности

Освещенность в соответствии со СНиП 23-05-95 нормируется в зависимости от номинального размера объекта различие разряда и контраста зрительной работы, фона и контраста объекта.

Ен =300лк [2].

2.1.3.Выбор источников света

Для помещении разной высоты необходимо учитывать следующее: в низких помещениях (не выше 6-8м) наиболее экономичны лю­минесцентные лампы, средней высоты (от 6 до 8-1 5м) и очень вы­соких (свыше 20м) - ДРИ, в высоких помещениях (от 8 до 20м) наименьшие затраты имеют ДРЛ, хотя энергетически они менее выгодны.

Выбираем дуговые ртутные лампы

Тип ДРЛ700(6)-3;

Мощность Рл=700Вт;

Световой поток Фл=40600лм [2].

2.1.4.Выбор светильника

При выборе светильников учитываем вид КСС (кривой силы света), защиту, климатическое исполнение, КПД, защитный угол светильника.

Выбираем светильник.

Тип светильника РСП13-700-001

Тип лампы ДРЛ

Тип кривой силы света Д;

КПД 71%;

Степень защиты IP 5`4;

Габаритные размеры 590х600 [2].

2.1.5.Определение расчетной высоты

                                         (2.1)

hраб=0,8м

Н=9м

hс=0,5м

2.1.6.Определение индекса помещения

                                                  (2.2)

2.1.7.Определение коэффициент использования светового потока

Для этого необходимо знать коэффициенты отражения от стен, потолка и пола.

ρn=50%

ρс=30%

ρр=10%

uоу=0,87 [2].

2.1.8.Определение количества светильников

                                                   (2.3)

где Ен- нормируемое значение освещения;

Кз - коэффициент запаса Кз=1,5 [2];

n-количество ламп в све­тильнике;

Z - коэффициент неравномерности освеще­ния, Z=1.15 [2];

Рис5 .План размещения светильников в цехе

(Масштаб в 1см - 2м).

2.2.Расчет мощности и выбор двигателей крана

Исходные данные

Грузоподъемность 100000/20000кг

Механизм подъема главный/вспомогательный

Вес крюка 1530/148кг

Вес груза 90000/18500кг

Скорость 0,03/0,1м/с

Механизм передвижения мост/тележка

Вес механизма 220000/45200кг

Скорость 1,1/0,5м/с

Dк 0,88/0,63м

dст 0,165/0,135м

2.2.1.Определение статической мощности на валу двигателя

Статические нагрузки двигателей кранов создаются силами статического сопротивления, действующими в крановых механизмах силами тяжести  и трения.   Рассмотрим типичные случаи определения, приведенные к валу двигателя, статических нагрузок механизма подъема и передвижения кранов.

Для механизмов подъема характерен активный статический момент, который направлен против движения при подъеме груза и совпадает с ним по направлению при спуске. Кроме того, в реальных механизмах всегда присутствуют силы трения, создающие реактивный момент, который возрастает при увеличении нагрузки механизма.

Статическая мощность Рстп (кВт) на валу двигателя в установившемся  режиме при подъеме затрачивается на перемещение груза и преодоления потерь трения:

, кВт                                                       (2.4)

где: Q - масса, поднимаемого груза, кг;

- масса крюковой подвески захвата, грейфера    или грузоподъемного магнита, кг;

 - КПД канатной системы и механизма при подъеме номинального груза:

V - номинальная скорость подъема груза, м/сек;

g=9,8 м/сек2 - ускорение свободного падения.

Для механизмов передвижения кранов, работающих в закрытых помещениях, когда отсутствует ветровая нагрузка, статический момент механизма обусловлен силами трения.

Статическая мощность Рст (м,т) (кВт) на валу двигателя передвижного моста (тележки) в установившемся режиме.

              , кВт                          (2.5)                          

где:               Gм,т              - масса передвигающегося механизма (крана, тележки), кг;

Q - масса поднимаемого груза, кг;

g - масса крюковой подвески захвата, грейфера и грузоподъемного магнита, кг;

dст - диаметр ступицы ходового колеса, м;

V - скорость передвигающегося механизма,м/сек;

 - коэффициент трения в подшипниках ступиц колес для подшипников скольжения  = 0,015 [5];

k - коэффициент нормы ходового колеса, учитывающий трение реборд ходового колеса k = 1,3 – 1,4 [5];

μ - коэффициент трения качения μ= 0,5 х 10-3м [5];

 - уклон рельсового пути тележки или крана при расчете мостовых кранов принимается  = 0,003 [5];