Электропривод механизма передвижения моста мостового крана

Введение 

      Электрический привод (ЭП) представляет собой электромеханическую  систему, обеспечивающую реализацию различных  технологических и производственных процессов в промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте, коммунальном хозяйстве и в быту с использованием механической энергии. Назначение ЭП состоит в обеспечении движения исполнительных органов рабочих машин и механизмов и управлении этим движением.

        История ЭП начинается с разработки  русским академиком Б.С.Якоби  первого двигателя постоянного  тока вращательного движения. Установка этого  двигателя на небольшой катер является первым примером реализации ЭП.

      В дальнейшем ЭП стали применяться  для наведения артиллерийской установки, перемещения электродов дуговой лампы, привода швейной машинки. Однако из-за отсутствия экономичных источников электроэнергии постоянного тока ЭП долгое время не находил широкого применения.

      Толчком к развитию ЭП явилась разработка в 1889г. М.О.Доливо-Добровольским системы  трёхфазного тока и появление  трёхфазного асинхронного двигателя.

      Электрификация  нашей страны и широкое применение в народном хозяйстве ЭП начались после принятия и реализации государственного плана электрификации России – плана ГОЭЛРО.

      Ещё больше возрастает роль уровня электровооружённости технологических процессов в наше время. К основным направлениям современного ЭП относятся:

- разработка  и выпуск комплектных регулируемых  ЭП  с использованием современных  преобразователей и микропроцессорного  управления;

- повышение  эксплутационной надёжности, унификации  и улучшение энергетических показателей  ЭП;

- расширение  области применения регулируемого  асинхронного ЭП и использование ЭП с новыми типами двигателей;

- развитие  научно-исследовательских работ  по созданию математических моделей  и алгоритмов технологических  процессов;

- подготовка  инженерно-технических и научных  кадров.

      Решение этих проблем позволит существенно  улучшить технико-экономические характеристики ЭП и создать базу для дальнейшего технического прогресса во всех отраслях промышленного производства, транспорта, сельского хозяйства и в быту.

      В данном курсовом проекте рассматривается механизм передвижения моста мостового крана ремонтно-механического цеха  со следующими данными:

       - Пролёт моста, м,                           l = 16 м;

       - Скорость передвижения моста,  м/мин,               V = 90 м/мин;

      - Время пуска, с,                           t_п = 3 с;

      - Грузоподъёмность крана, т,                         Q = 10 т;

      - Диаметр ходового колеса, мм,                         D_к = 750 мм;

      - Диаметр цапфы колеса, мм,                d_цк = 120 мм;

      - Сила тяжести крана, Н,                                    G_к = 190 кН = 19368 кг;

      - Сила тяжести тележки, Н,                                  G_т = 28 кН = 2854 кг;

      - КПД                             h = 0,75;

      - Продолжительность включения                       40 % ПВ 
 
 
 
 
 
 

1 Технологический процесс цеха 

      Мостовой  кран 1 (см. рис.1.1), электропривод механизма передвижения которого рассматривается в данном проекте, необходим для доставки ремонтируемого оборудования (мощных электродвигателей до 200 кВт, силовых трансформаторов до 2500 кВА и т.п.) на участок поточной линии. Для более полного использования крана в цехе по ремонту крупного электротехнического оборудования выполнено две поточных линии. Рассмотрим стадии прохождения ремонтируемого электрооборудования с применением мостового крана.

      Электрооборудование, подлежащее ремонту, поступает на пункт  приёма 2, где производится удаление пыли, грязи и чистка изоляции путём  продувки компрессором и вручную. Затем электрооборудование доставляют в пункт обследования и диагностики 3, где с помощью электротехнической лаборатории и с применением современных средств диагностики определяется (или подтверждается) дефект, неисправность электрооборудования.

      Из  пункта диагностики 3 электрооборудование  поступает в ремонтное отделение 4, где проводят капитальный ремонт. У электродвигателей – выемка ротора, замена обмоток статора, пропитка обмоток изолирующими компонентами, сушка обмоток в сушильном отделении 4^΄, сборка электродвигателей после ремонта. У трансформаторов – слив трансформаторного масла, выемка магнитопровода с обмотками, замена обмоток, сборка трансформатора и заливка трансформаторного масла, устранение течи масла.

      Необходимо  отметить, что ремонтное отделение  выполняет по объёму ремонта электрооборудования  70-90% всех работ и по площади занимает почти 50% площади всего цеха. В ремонтном отделении имеется участок по регенерации (восстановлению) трансформаторного масла 4^΄΄.

      

      

Рисунок 1.1 Технологическая карта ремонтно-механического цеха 

      1  - мостовой кран;

      2  - пункт приёма;

      3  - пункт обследования и диагностики;

      4  - ремонтное отделение;

      4^΄ - сушильное отделение;

      4^΄΄- участок по регенерации трансформаторного масла;

      5  - склад готовой продукции. 

      Из  ремонтного отделения электрооборудование  доставляют на испытательный участок 3, оснащённый испытательными стендами, где проводятся испытания отремонтированного электрооборудования в полном объёме,

      

согласно «Нормам и объёмам испытаний». У электродвигателей проверяют состояние изоляции, испытание изоляции повышенным напряжением, измерение сопротивления обмоток постоянному току, полярность обмоток. У трансформаторов проверяют состояние изоляции, измерение потерь холостого хода, измерение сопротивления обмоток постоянному току, измерение коэффициентов трансформации, группу соединения обмоток, трансформаторное масло (электрическая прочность, tgδ). Результаты испытаний оформляются актом установленной формы и даётся заключение о возможности дальнейшей эксплуатации электрооборудования.

      Испытанное  оборудование поступает на склад  готовой продукции 5. Со склада перевозится за пределы цеха.

      Работу  крана в данном цехе отражает нагрузочная диаграмма (рис.1.2) 

t, мин

         t_p1  t₀₁  t_p2   t₀₂       t_p3         t₀₃       t_p4         t₀₄           t_p5              t₀₅                 t_p6

                                         Т_ц

Рисунок 1.2 Циклограмма загруженности мостового крана 

t_p1 – время, за которое мостовой кран перевозит электрооборудование в пункт приёма;

t₀₁ – время, за которое происходит разгрузка и чистка электрооборудования ;

  t_p2 – время, за которое мостовой кран перевозит электрооборудование  в пункт обследования и диагностики;

t₀₂ – время, за которое происходит разгрузка, обследование и диагностика электрооборудования;

t_p3 – время, за которое происходит перевозка электрооборудования в ремонтное отделение;

t₀₃ – время, за которое происходит разгрузка и капитальный электрооборудования;

t_p4 – время, за которое мостовой кран перевозит электрооборудование в пункт обследования и диагностики после капитального ремонта;

t₀₄ – время, в течение которого осуществляется разгрузка и диагностика отремонтированного электрооборудования;

t_p5 – время, за которое испытанное оборудование перевозится на склад готовой продукции;

t₀₅ – время, за которое происходит разгрузка электрооборудования;

t_p6 – время, за которое мостовой кран перевозит электрооборудование со склада за пределы цеха;

      Т_ц – время цикла.

      По  нормам Госгортехнадзора определены режимы работы: лёгкий (Л), средний (С), тяжёлый (ВТ) для подъёмных механизмов с  машинным приводом, для кранов в  целом, для его отдельных механизмов и электрооборудования.

      Режим работы крана в целом устанавливается  по режиму работы главного подъёма  и определяет объём требований, предъявленных  к крану в целом. По этому рассчитывается и металлическая конструкция  крана.

      В данном курсовом проекте электродвигатель  механизма моста мостового крана  работает в повторно-кратковременном  режиме. При продолжительности включения ПВ=40% согласно табл.3 (Б. ) имеем средний режим работы.

      Главными  особенностями крановых двигателей по сравнению с двигателями общего применения являются: повышенная прочность конструкции,

более нагревостойкая изоляция, высокая перегрузочная способность, сниженный маховый момент ротора.             

      Выбранный для кранового механизма электродвигатель должен удовлетворять следующим основным требованиям:

1) двигатель должен иметь точное регулирование скорости, что обеспечит точность остановок;

2) при заданном рабочем графике нагрузки двигатель не должен перегреваться сверх допустимой температуры, соответствующей классу изоляции обмоток двигателей;

3. двигатель должен развивать вращающий момент, достаточный для преодоления нагрузок в нормальных условиях и при обычных перегрузках;

4) двигатель должен выполнять разгон нагруженного механизма в течение достаточно короткого времени;

5) двигатель  должен обладать высокой надёжностью. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2 Кинематика  механизма 

      Выбор той или иной схемы передвижения моста мостового крана зависит  от принятой схемы металлической  конструкции моста. Выпускаемые  отечественными заводами мосты крюковых кранов изготавливаются с коробчатыми балками. Поэтому в данном проекте принимаем этот тип моста. Балки этих мостов обеспечивают их достаточную жёсткость, как в вертикальной, так и горизонтальной плоскости, а также в поперечном сечении при действии скручивающих моментов от массы механизмов передвижения, кабины и т.д.

      

      Для сравнения рассмотрим две схемы  механизмов передвижения мостов мостовых кранов /2/. 

Рисунок 2.1 Кинематическая схема передвижения механизма моста

мостового крана

     1 – редуктор,

     2 – электродвигатель,

     3 – вал  

      В первой схеме (рис.2.1) применён тихоходный вал 3, непосредственно связанный с осями ходовых колёс зубчатыми муфтами. Вал приводится во вращение электродвигателем 2 через редуктор 1. Эта схема приемлема как для

одноблочных кранов, так и для мостов с коробчатыми  балками. Пролёт моста до 14 – 16 метров.

      Во второй схеме (рис.2.2) между трансмиссионным валом и валом ходовых колёс помещены дополнительные редукторы 1, что позволяет снизить нагрузку на валы ходовых колёс и уменьшить их диаметр, но в целом эта схема более дорогая, чем первая схема. Вторая схема применяется при больших пролётах мостов, т.е. больше 14 – 16 метров. 

Рисунок 2.2 Кинематическая схема передвижения механизма моста

мостового крана

     1 – редуктор,

     2 – электродвигатель,

     3 – вал,

     4 – дополнительные редукторы 

      Надёжность  работы механизма передвижения моста  мостового крана в рассмотренных  схемах примерно одинакова. С учётом экономической целесообразности, и учитывая пролёт моста, выбираем для исполнения первую схему механизма передвижения моста мостового крана. 
 
 
 
 
 

3 Выбор рода тока и величины питающих напряжений 

      Основное  крановое электрооборудование –  специальные крановые электродвигатели постоянного и переменного тока, силовые контроллеры, командоконтроллеры, магнитные контроллеры, пускорегулировочные сопротивления, тормозные электромагниты, конечные выключатели и др. – в значительной мере стандартизировано. Поэтому различные по конструкции краны комплектуются обычно таким электрооборудованием по типовым схемам.

      Рабочее напряжение сети, питающей краны, для  переменного тока 220 или 380 В, для  постоянного тока – 220 или 440 В.

      Регулирование скорости электроприводов кранов осуществляется электрическим путём в сравнительно широких пределах до 3:1.

      Регулирование скорости необходимо в связи с  тем, что целесообразно перемещать тяжёлые грузы с меньшей скоростью, а пустой крюк, ненагруженную тележку и т.д. – с большей скоростью для увеличения производительности. При «посадке» грузов требуется малая скорость для точной остановки. Электроприводы выполняются реверсивными с электрическим и механическим торможением.

      Выбор системы электропривода крана, а, следовательно, и выбор рода тока и величины питающих напряжений, определяется следующими основными факторами: грузоподъёмностью крана, скоростью передвижения, требуемым диапазоном регулирования скорости и жёсткостью механических характеристик, числом включения в час, использованием крана по грузоподъёмности и по времени, условиями окружающей среды.

      Из  систем электроприводов кранов на трёхфазном переменном токе наиболее распространён привод от асинхронных электродвигателей с фазным ротором.

      На  данном кране применяется асинхронный  электродвигатель с фазным ротором, так как он может обеспечить ступенчатый  пуск механизма 

передвижения  моста мостового крана. У такого электродвигателя можно изменять условия пуска, реверса и торможения или регулировать скорость, вводя в цепь ротора добавочные пусковые и регулировочные сопротивления.

      По  сравнению с ним асинхронный  двигатель с короткозамкнутым ротором  обеспечивает изменение скорости только переключением обмоток статора  или применением устройств преобразования частоты или изменения напряжения, что в свою очередь нецелесообразно  и приводит к удорожанию оборудования при относительно небольшой грузоподъёмности крана.

        Применение асинхронного двигателя с фазным ротором является оптимальным вариантом в виду его малой стоимости по сравнению с другими двигателями и сравнительно небольшой массой.

      Приводы  кранов на постоянном токе обычно выполняются  с электродвигателями последовательного возбуждения, обеспечивающими необходимые для кранов характеристики. Постоянный ток применяется, как правило, для мощных кранов (грузоподъёмностью 10 т), с применением преобразовательных установок.

      Применение  электроприводов крановых установок  на переменном напряжении 380 В позволяет получить наиболее надёжное и сравнительно простое электрическое оборудование, поэтому в данном курсовом проекте принято напряжение переменного тока.

      В данном проекте выбрана релейно-контакторная система управления. 
 
 
 
 
 

 

4 Расчёт  и выбор мощности электродвигателя 

      В данном пункте необходимо выбрать электродвигатель для механизма передвижения моста  мостового крана, режим работы которого характеризуется как повторно-кратковременный. Для данного механизма нужно взять коэффициент запаса двигателя в пределах от 1,15 до 1,2 мощности двигателя.

      4.1 Общий вес крана:

          G = G_м + G_т; кг

          G = 19368 + 2854;

          G = 22222 кг

4.2 Усилие, необходимое для передвижения  крана при установившемся режиме:

             ; кг, где

f  -  коэффициент трения качения, принятый по справочнику /3/, f = 0,03;

- коэффициент трения в цапфах, принятый по справочнику /3/, = 0,10;

- коэффициент, учитывающий трение  в подшипниках скольжения,    принятый по справочнику /3/, = 1,8;

           ; кг

            кг  

4.3 Необходимая мощность двигателя при установившемся движении и заданной скорости передвижения крана:

; кВт

           ;

            кВт

          

      4.4 Дополнительное усилие от сил  инерции:

      

              ; кг

           ;

            кг

      4.5 Усилие, необходимое для передвижения  моста при пуске:

           ; кг

           ;

            кг

      4.6 Необходимая пусковая мощность:

           ; кВт

           ;

            кВт

4.7 Предварительно принимаем коэффициент  пусковой перегрузки: , тогда необходимая мощность движения:

           ; кВт

           ;

            кВт

      4.8 Выбираем двигатель по справочнику/3/:

Таблица 4.8

4.9 Число оборотов ходовых колёс  при заданной скорости передвижения  крана:

;  об/мин,

;

 об/мин

4.10 Необходимое  передаточное число редуктора:

;

           ;

          

4.11 Проверяем правильный выбор мощности двигателя по условиям пуска. Учитывая большой запас мощности двигателя, принимаем наименьший коэффициент пусковой перегрузки двигателя . Расчёт производим при полной нагрузке крана.

4.11.1 Маховый момент моста с грузом, приведённый к валу двигателя:

;  кгм²,

;

 кгм²

При отсутствии груза:

;  кгм²

;

 кгм²

4.11.2 Маховый момент механизма и  моста с грузом, приведённый к  валу двигателя:

           ;  кгм²,

          

          Из справочника  /3/ кгм²,

           ;

            кгм²

          При отсутствии груза:

           ;  кгм²,

           ;

            кгм²

      4.11.3 Сопротивление передвижению моста без груза:

           ;  кг,

           ;

            кг

      4.11.4 Наибольшая допустимая величина  ускорения моста без груза:

           ;  м/с,  где

k   - отношение числа приводных колёс к общему числу колёс моста,

  принимаем k = 0,5;

f₀ - коэффициент сцепления, /3/, f₀ = 0,2;

        -  коэффициент запаса сцепления, /3/, ;

- коэффициент трения в цапфах, = 0,10;

           ;

            м/с

      4.11.5 Наиболее допустимый момент инерции:

           ; кг,

           ;

            кг

4.11.6 Момент статических сопротивлений при передвижении моста без груза:

;  кгм,

;

 кгм

4.11.7 Наибольший допустимый момент:

; кгм,

;

 кгм

4.11.8 Номинальный момент выбранного  двигателя:

;  кгм,

;

 кгм

      

      

      4.11.9 Наибольший допустимый коэффициент пусковой перегрузки: