Конструкция мостового крана

Конструкция мостового крана

1. Основные механические узлы крана

Электрооборудование крана состоит из электродвигателей, пускорегулирующей и защитной аппаратуры, конечных выключателей, гибкого токоподвода  для питания механизмов подъема (опускания) грузов и передвижения тележки, кабелей и проводов, возможно наличие осветительной и сигнальной аппаратуры.

На кране устанавливаются  приборы и устройства безопасности, в том числе: конечные выключатели (ограничивают движение механизмов подъема, передвижения крана и крановой тележки), нулевая защита.

Пускатели, автоматы и другая аппаратура устанавливаются  в электрошкафах.

Используются асинхронные  электродвигатели импортного производства (Германия, Дания, Болгария) со встроенным дисковым или конусным тормозом. Данные электродвигатели обеспечивают более высокое число и периодичность включений, что приводит к более надежной работе крана, простоте обслуживания и снижению потребляемой мощности крана. Грузовая тележка

Рама грузовой тележки представляет собой сварную  конструкцию, на которой размещены механизмы подъема и передвижения. Грузовая тележка смонтирована на четырех одно-(двух-)ребордных колесах, прирепленных к раме при помощи букс. Механизм передвижения тележки имеет два (или один) привода, установленных на валах приводных колес. В качестве механизма передвижения крана используются мотор-редукторы известных европейских производителей (Германия, Испания, Дания, Болгария).

Крутящий момент от мотор - редуктора передается непосредственно  на вал приводного колеса.

Применение данного типа привода повышает надежность крана, уменьшает расходы на техническое обслуживание.  Концевые балки

Кран передвигается  на концевых балках, каждая из которых  имеет пару катков, один приводной  и один холостой.

Большинство заводов  изготавливают металлоконструкцию концевой балки из двух полумостов, таким образом, при монтаже возникают сложности со сборкой крана, так как очень сложно соблюсти соосность колес перемещения крана, вследствие чего возникают дополнительные осевые нагрузки на колеса передвижения крана, что приводит к износу крановых колес и их подшипников. Данную проблему конструкторы других предприятий решали за счет увеличения  диаметра колеса передвижения крана.

Технология работы мостового крана.

Первый мостовой кран , полностью сконструированный из дерева, увидел свет в Париже, в начале 19 века. Для того, чтобы привести его в действие требовалась значительная мускульная сила, поскольку кран был оснащен ручным приводом. В 1880 году немецкие инженеры сконструировали мостовой кран электрический с одним электродвигателем, а уже 9 лет спустя американцы ввели в использование аналогичный кран с тремя электроприводами. Кран мостовой представляет собой грузоподъемную конструкцию, состоящую из моста, который перекрывает весь пролет цеха и грузовой тележки, оснащенной механизмом подъема и передвижения. Мост передвигается при помощи крановых рельсов, которые установлены на подкрановых балках, а тележка- по рельсам моста крана. Грузозахватную функцию выполняют крюки, электромагниты, грейферы,захваты и т.д. По своему назначению кран мостовой электрический может быть общим, специальным и металлургическим. В зависимости от различий конструкции кран мостовой подразделяется на одно- и двубалочные разновидности. Способ опирания на крановый путь определяет разделение крана мостового электрического на опорные и подвесные типы. Скорость подъема грузозахватного устройства крана мостового электрического может варьироваться от 2 до 40 м/мин, скорость передвижения тележки от 40 до 60 м/мин, скорость движения моста может достигать 125 м/мин. Кран мостовой может применяться для грузоподъемных работ как на закрытых, так и на открытых площадках и складах для подъема и перемещения сыпучих веществ и металла. Грузоподъемность крана мостового электрического может достигать 500 тонн при высоте подъема до 50 метров. Срок службы крана мостового электрического определяется нагрузками и интенсивностью использования и, как правило, превышает 10 лет. Использовать кран мостовой можно при температуре от -20 до +40 градусов, при этом, в воздухе не должно быть паров щелочи или кислоты, а также взрыво- или пожароопасных веществ. 

1.2  Кинематическая  схема привода механизма перемещения  моста. 
 
 
 
 

Для привода моста  применяются одно- или двухдвигательные схемы. Если пролёт моста L_м = 18 м.применяется двухдвигательный привод.

Двухдвигательный  привод моста. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     

     

     Раздел 2. Требования к электрооборудованию  крана.

     2.1  Электроснабжение и основные  защиты крана.

     2.2 Режимы  работы электрооборудования крана.  Расчет продолжительности включения ПВ= 15,25,40,60%

     Для расчета времени цикла работы крана и продолжительности включения  электрооборудования строится временная  диаграмма работы привода подъема  тележки и моста.

 

     Рассчитываем  время работы привода подъема тележки и моста, в сек.

       t_р.п=

;

     t_р.т.=

;

     t_p.м.=

;

     где:

     Н –  высота подъема, м.

     Lм – пролет моста , м.

     

     Lп.п. – длинна подкрановых путей ,м.

     Vп,Vт,Vм – скорости передвижений подъема , тележки, моста , м/с.

     t_р.п=

=200 

     t_р.т.=

=42 

     t_p.м.=

=42 

     Время цикла работы крана 

     Т_цикла= 4 t_р.п + 2 t_р.т+ 2 t_p.м.+2 t_с.=4*200+2*42+2*42+2*120=800+84+84+240=1208 сек.

     Продолжительность включения электроприводов крана :

     ПВ_п=  *100% ; 

     ПВ_т=  *100% ; 

     ПВ_м=  *100% ; 

     ПВ_п=

*100% =66% 

     ПВ_т=

*100% = 7% 

     ПВ_м=

*100% =7%

      

     Исходя  расчета ПВ задается стандартной  продолжительностью ПВ_ст.=15,25,40,60%

     и определяем режим работы электрооборудования.

     Стандартная продолжительность ПВ _ст.= 25% ;режим работы –средний.

     

     

     Раздел 3. Расчет мощности двигателя перемещения  моста. 

     3.1 расчет  статических нагрузок и предварительный   выбор мощности двигателя.

     Статическая нагрузка на двигатель горизонтального  перемещения создается силой трения между приводными колесами и направляющими. Данная сила создает реактивный момент сопротивления, всегда противодействующий движению моста крана.  

     Статическая мощность двигателя моста при  перемещении с грузом:

     Р_г.м.= k_тр

_*10^-3 кВт,

     где:

k_тр – коэффициент  трения ходовых колес о рельсы ( 2-2,5);

μ- коэффициент  трения в опорах ходовых колес ( К трения скольжения =0,02 );

f – Коэффициент трения качения (0,007);

R – радиус катков моста,  м.;

r – радиус цапфы колеса , м.;

G – сила тяжести груза ,Н ;

G₀ – сила тяжести моста, Н;

n – КПД механизма моста(0,75)

G = m * g

где:

m – грузоподъемность, кг;

g – ускорение свободного падения(9,8 м/с²)

G₀ = m_м * g

где:

m_м – вес моста, кг. 

Р_г.м.= 2

_*10^-3 =61 кВт. 

Статическая  мощность при перемещении без  груза. 

     Р_м.о.= k_тр

_*10^-3 кВт, 

     где:

     n_o – КПД  механизма подъема без груза

n_o =

 

Кзагр.=

; 

Кзагр.=

=0,4 

n_o =

=0,6 

     Р_м.о.= 2

_*10^-3 =31 кВт.

       Эквивалентная мощность двигателя: 

     Рэкв.=    = 

кВт ; 

     Рэкв. =  

= 196644/3360=25,6кВт. 

     Номинальная мощность двигателя выбирается по условию: 

     Рном 

Кзап. * Рэкв.

     где:

     Кзап. – коэффициент запаса (1,1);

     Если  пролет моста >18 м.,для привода выбираем 2 двигателя по условию:

     

     Рном   

     Рном 

=14 кВт.

       По номинальной мощности выбираем  двигатель:

     Двигатель:МНТ512-8

     Мощность-45кВт;

     n – 700 об/мин.;

     КПД-80%

     Ммах.-569;

     Момент инерции-0,537 кг*м;

     I_2ном-59 А;

     Е_2ном – 206 В.

     Для выбранного двигателя рассчитываем передаточное число редуктора 

     I_p=

     где:

     П-3,14;

     n-номинальное число оборотов двигателя, об/мин.;

     Dкм-диаметр катков моста, м.  

     I_p=

=10

     По  справочнику подбираем редуктор с ближайшим стандартным передаточным числом. Выбираем одноступенчатый редуктор со стандартным передаточным числом 10.

     3.2 проверка  двигателя на нагрев, перезагрузочную  способность и пусковую способность.  Двигатели выбранной мощности должен перемещать нагрузку не перегреваясь выше допустимого уровня. Кроме того двигатель должен привести в движение максимально нагруженный  кран. Проверка двигателя на нагрев, пусковую способность, рассчитываем нагрузки на валу двигателя.

     Статический момент перемещения груза:

     

     

     Мст г.= * 10^-3 ,  Н*м 

     Мст о.=

* 10^-3 ,  Н*м 

       Мст г.=

* 10^-3 = 1708 

     Мст о.=

* 10^-3  = 868 

     По  рассчитанным нагрузкам двигатель  проверяется на перегрузочную способность  по условию:

     0,86* Мм ≥ Мст.п.г

     где:

     Мм  – максимальный момент выбранного двигателя (так как данное условие  не выполняется, выбираем двигатель  с больше перегрузочной способностью)

     Двигатель: МНТ512-8;

     Мощность-475кВт;

     n-695 об/мин;

     КПД-83%;

     Ммах-1370

     Момент инерции-1,43

     I_2ном – 94 А;

     Е_2ном – 305 В

     0,86*2*1370≤1708

     2356≤1708

     Условие удовлетворяется.

     Определяем  полный момент инерции при работе с грузом:

     J  = 1,05 J +(m+m₀)(

)²

     где:

     

     m-масса в кг;

     J  - момент инерции двигателя кг*м²

     ω- угловая  скорость вращения двигателя, с^-1

     ω =

, с^-1

     n-число оборотов двигателя, об/мин. 

     ω =

= 72 

     J  = 1,05 *1,43 +(50000+1700)(

)²=1,5+51700*0,0001=6,6

     Момент  инерции механизма без груза:

     J  = 1,05 J +m₀(

)² 

     J  = 1,05 1700 +m₀(

)²= 1,6 

     Время пуска двигателя МНТ512-8 при перемещении  моста с грузом:

     t_пуск= J 

     где:

     Мпуск – момент пуска = 0,85²*Ммах

     Мпуск=0,85²*1370*2=1979

     t_пуск= 10 

2сек. 

     t_пуск= 6,6 

=16 сек.

     t_пуск0= 1,6 

=1 сек.

     Если  время пуска загруженного привода <5 сек, то необходимо ограничить пусковой момент исходя из допустимого времени пуска.

     Рассчитываем  эквивалентный момент нагрузки:

     Мэкв.=  

;

       

     где:

     tуст =;

     tуст =

6,25 

     Мэкв.=    =   232,56 

     Если  Мном ≥ Мэкв, то двигатель по нагреву проходит.

     Мном=

     Мном=

=618 

     618 ≥ 232

     Двигатель по нагреву проходит. 

     Раздел 4. Расчет и выбор тормозных устройств  крана.

В мостовых кранах должны применяться только стопорные тормоза, которые обеспечивают остановку механизмов и удерживают их в неподвижном состоянии. Такими тормозами являются колодочные или дисково-колодочные, имеющие автоматическое пружинное замыкание; их размыкание осуществляется электромагнитами, электрогидравлическими или электромеханическими толкателями или гидравлическими управляемыми устройствами.

Для управления тормозами  применяют однофазные магниты типа МО, которые изготовляют для напряжения 220, 380 и 500 В. Момент магнитов при ПВ 40% составляет : МО-100Б 55 кгс-см и МО-200Б 400 кгс-см, а масса магнитов соответственно 3,5 и 23 кг. Магнитопровод магнитов состоит из двух частей — ярма и якоря, которые набираются из листов электротехнической стали. На ярме закреплена катушка, а якорь может свободно поворачиваться на оси, закрепленной в стойках ярма. Усилие электромагнита передается перемычкой, расположенной между боковинами якоря. Собственное время втягивания якоря составляет около 0,03 с, а время отпадания — около 0,015 с. Число включений магнитов допускается не более 300 в час при ПВ 40%.

Пружинные тормоза  с короткоходовыми электромагнитами просты по конструкции и весьма компактны. Однако закрепление электромагнита на одном из рычагов создает большую  разницу в моментах инерции рычагов. Поэтому при резком замыкании тормоза динамическая неуравновешенность тормозных рычагов вызывает неравномерное движение последних и резкие удары колодок о тормозной шкив. Это приводит к появлению кратковременно действующих (в течение сотых долей секунды) радиальных динамически нагрузок, которые в 2—3 раза превышают соответствующие статические силы давления колодок на тормозной шкив. Поэтому  большее распространение получают  тормоза с электрогидравлическими толкателями, обладающие рядом преимуществ по сравнению с электромагнитными. К ним относятся практически неограниченное число включений, возможность работы толкателя при любом режиме, повышенная долговечность, меньшая электрическая мощность и в 12—20 раз меньший пусковой ток.

Его шток также шарнирно соединен с большим плечом двуплечего рычага, установленного на тормозном рычаге. С меньшим плечом рычага соединена тяга, прикрепленная гайками к тормозному рычагу. Замыкание тормоза осуществляется усилием вертикальных пружин. При движении штока толкателя вверх рычаг поворачивается, сжимая пружины, а рычаг вместе с тормозной колодкой отходит от шкива до тех пор, пока упор не дойдет до основания. Затем отходит от колодки рычаг.

В электрогидравлических  толкателях — одноштоковых и двухштоковых—  используется принцип создания гидравлического давления под поршнем; шток поршня получает при этом прямолинейное движение. Корпус толкателя заполнен рабочей жидкостью — маслом АМГ-10 ГОСТ 6794—75 (при температуре окружающего воздуха +50° ч- +15°С), жидкостью ПГ-271А или ПМС-20 (при температуре окружающего воздуха +20°С — 60°С). Внутри корпуса закреплен цилиндр, в котором перемещается поршень со штоком, и электродвигатель. На валу последнего закреплено роторное колесо с односторонним всасыванием. Корпус и шток имеют проушины для присоединения соответственно к основанию и к двуплечему рычагу тормоза.

При работающем электродвигателе роторное колесо создает давление рабочей  жидкости, которая перемещает поршень  вместе со штоком вверх и удерживает его в этом положении в течение  всего времени работы электродвигателя. Рабочая жидкость в это время перетекает из пространства над поршнем по каналам между цилиндром и корпусом к нижней части колеса.

При выключении электродвигателя давление рабочей жидкости падает, и поршень под действием собственного веса и усилия со стороны тормоза опускается вниз.

К недостаткам электрогидравлических  толкателей относятся существенное уменьшение усилия на штоке при отклонении геометрической оси толкателя от вертикали, большее по сравнению  с электромагнитным приводом время срабатывания и изменение его величины в зависимости от температуры окружающего воздуха.

Выбор тормоза производится исходя из средней допускаемой мощности торможения N за наиболее напряженный (15-минутный) период работы механизма  с учетом коэффициента фактического использования механизма за рассматриваемый период работы.

Тормозные диски  в большинстве случаев для  лучшего охлаждения выполняют центробежно-вентиляторными, т. е. с радиально расположенными сквозными отверстиями. При вращении диска с их периферийной стороны выбрасывается воздух, забираемый со стороны ступицы. Это улучшает условия работы диска и повышает его долговечность (в 3 раза по сравнению с долговечностью сплошного диска).

Расчет необходимого тормозного момента на валу двигателя.

     

     

     Мт= ,

     где:

     Wу – сила действия на уклоне, Н

     Wу= β( G+G₀)

     где:

     β=0,002

     Wт.р. – сила трения, Н

     Wт.р.= ( G+G₀)

 

     Wу= 0,002( 49000+343000)=1666

     Wт.р.= ( 49000+343000)

=2499 

     Мт=

= -84

     Момент  инерции.

     Ми= Jг *

     Ми= 6,6 *

=237 

     300≥ 1,8 (-84+237)

     300≥275,4

     Тип ТКТТ 200м;

     диаметр шкива- 200 мм;

     тормозной момент – 300 Н*м;

     тип электромагнита - ТЕГ 25м. 
 
 

     

     

     Раздел 5. расчет и выбор контролера мостового  крана.

     Выбор типа контролера осуществляется по номинальному току двигателя

     Iном≥Iр

     При этом учитывается режим работы крана  и назначение механизма. По току ротора   Iр=94 ,для режима работы С, механизма перемещения выбираем контролер ДК-160 с защитой.

       Iном=160А 

     Номинальное напряжение сопротивления цепи ротора. 

     Rном=

 

     Rном=

=1,9 Ом

     где:

     Ер-ЭДС  ротора

     По  таблице справочника проводим разбивку напряжений и рассчитываем напряжение каждой ступени. 

     Данные  расчеты сводим в таблицу.

 

     Рассчитываем  допустимый ток для каждой ступени, т.к. промышленность выпускает ящики  напряжений на ПВ-35%, выполняем перерасчет токов 

     I_ст35= Iст *

 

     Данные  заносим в таблицу. 

 
 

     Выбор блоков резисторов осуществляем по расчетному напряжению с учетом допустимого тока.

     Данные  сводим в таблицу.