Расчет электропривода грузовой лебедки

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Филиал федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В.Ломоносова»

в г.Северодвинске Архангельской области

Расчет электропривода грузовой лебедки

Курсовая работа

СТК 190501. 23. 001.П3

Дисциплина СД 02 Судовые электроприводы

Специальность 190501 Эксплуатация транспортного электрооборудования и автоматики (на водном транспорте)

Студент группы Эс-519в Пригодин А.А.

Руководитель Романченко В.П.

2012

Содержание

Введение. Виды грузоподъемных устройств, применяемых на судах

1. Пояснительная записка

1.1 Требования Морского Регистра к грузоподъемным устройствам

1.2 Устройство судовой грузоподъемной стрелы

1.3 Алгоритм работы 2-х лебедок на 1 гак

1.4 Устройство грузовой лебедки

1.5 Схема управления приводом грузовой лебедки

2. Расчетная часть

2.1 Предварительный выбор двигателя

2.2 Построение нагрузочной диаграммы

2.3 Проверка выбранного двигателя на обеспечение заданной производительности лебедки

2.4 Проверка выбранного двигателя на нагрев

Заключение

Список литературы

грузовая лебедка привод производительность

Введение. Виды грузоподъемных устройств, применяемых на судах

Под грузоподъемными механизмами понимается комплекс оборудования и конструкций, предназначенных для переработки различных грузов. Судовые грузоподъемные механизмы с ЭП могут быть квалифицированы по назначению и типу передаточного механизма. В зависимости от назначения указанные механизмы бывают грузовые, шлюпочные, лифтовые и др.; по типу передаточного механизма их подразделяют на подъемные механизмы с механической и гидравлической передачами. Грузовые механизмы судов - лебедки и краны - составляют значительную группу палубных механизмов и по назначению могут быть разделены на 4 подгруппы:

лебедки и краны грузоподъемностью до 8т, обеспечивающие переработку массовых грузов;

грузовые механизмы для перегрузки контейнеров массой от 8 до 32 т, а также тяжеловесных грузов (тяжеловесные лебедки, козловые и мостовые контейнерные краны);

лебедки общесудового назначения (шлюпочные, траповые, и др.) и лебедки грузовых и пассажирских лифтов;

специальные лебедки и краны, применяемые на судах специального назначения (буксирные, траловые, гидрологические и др.)

Грузовые лебедки являются наиболее распространенными грузоподъемными механизмами на судах. Операции переноса груза выполняются грузовыми лебедками с помощью грузовых стрел. Применяют различные сочетания грузовых стрел и лебедок: работа двух или трех лебедок на один общий гак. В последнем случае 1 лебедка используется для подъема груза, а 2 другие - для поворота и изменения вылета стрелы.

Судовые грузовые краны являются автономными механизмами и в отличие от лебедок не требуют дополнительного такелажа. Грузовые краны имеют 3 механизма: подъем груза, изменение вылета стрелы и поворота. Козловые и мостовые контейнерные краны имеют 2 механизма: подъема и передвижения, а в некоторых случаях имеют третий механизм, служащий для захвата контейнеров. Грузовые краны постоянно готовы к действию и обеспечивают более высокую производительность и экономичность перегрузочных работ. Меньший вылет стрелы компенсируется тем, что краны устанавливаются вдоль бортов судна, а грузовые люки делают больших размеров. Последнее обстоятельство значительно облегчает размещение грузов внутри трюма. Указанные преимущества обусловили то, что большинство сухогрузных судов оснащают кранами.

По исполнению механической части грузовые лебедки и механизмы подъема крана могут иметь червячный или цилиндрический редуктор. Наибольшее распространение получили грузовые устройства с цилиндрическим редуктором, который по сравнению с червячным обеспечивает более высокий КПД механизма.

В настоящее время на судах находят применение также электрогидравлические грузовые краны. Механизмы подъема груза, изменения вылета стрелы и поворота платформы этих кранов приводятся в движение гидравлическими двигателями, в которых подается масло под давлением, создаваемым установленным на кране насосом с приводным ЭД.

1. Пояснительная записка

1.1 Требования Морского Регистра к грузоподъемным устройствам

Эксплуатационные показатели судов транспортного флота в значительной степени зависят от производительности грузовых операций, которая, в свою очередь, во многом зависит от характеристик и надежности работы судовых грузоподъемных механизмов.

К современным грузовым лебедкам и кранам предъявляется ряд требований как технического, так и эксплуатационно-экономического характера. Основными из них являются:

1) достаточно высокая производительность грузовых операций (до 50 циклов в час с номинальным грузом и до 70-80 циклов в час с половинным грузом);

2) необходимый диапазон изменения рабочих скоростей, достаточный для оперативной и безопасной работы с различными грузами;

3) высокая надежность электропривода, подразумевающая обеспечение безотказной работы лебедки в течение разгрузки (или погрузки) судна;

4) простота схемы и конструкции;

5) простота и удобство обслуживания, минимальный уход в эксплуатации;

6) минимальное отрицательное влияние пусковых токов двигателя на судовую сеть;

7) минимальные мощность электропривода и расход электроэнергии;

8) минимальная стоимость оборудования и площадь, необходимая для размещения на судне.

Высокой производительности грузовых операций, являющейся доминирующей, добиваются тремя способами:

1. обеспечением достаточной скорости подъема в пределах 0,2-1,0 м/с (12-60 м/мин). Более высокие скорости для судовых устройств нерациональны вследствие малой высоты подъема грузов. Увеличение

скорости подъема выше 50-60 м/мин перестает влиять на продолжительность всего цикла и не способствует увеличению производительности. Для получения более гибкой системы управления наряду с максимальной скоростью судовые лебедки имеют несколько промежуточных скоростей. Особенно важно иметь устойчивые малые или установочные скорости подъема и спуска, а также ограничение выбегов при торможении.

2. значительным увеличением диапазона регулирования скорости для обеспечения быстрого подъема и спуска холостого гака и малых грузов. При этом скорость подъема холостого гака допускается обычно несколько выше, а скорость спуска оставляется умеренной, т.к. слишком быстрый спуск холостого гака может привести к спутыванию троса на барабане лебедки.

3. сокращением продолжительности переходных процессов. Это достигается уменьшением моментов инерции движущихся частей механизма, ограничением скорости двигателя (до 1000 об/мин).

Для обеспечения безопасности работы лебедочные двигатели снабжаются электромагнитными и механическими тормозами, допускающими ручное растормаживание, а для остановки в верхнем положении - концевыми выключателями.

В настоящее время имеется ГОСТ 12617-77, распространяющийся на судовые грузовые лебедки с электрическим и гидравлическим приводом, предназначенные для работы на судах в составе грузового устройства со

стрелами.

В соответствии с этим ГОСТом грузовые лебедки изготовляются двух типов:

- без приставных барабанов

- с приставными барабанами (для обслуживания тяжелых стрел).

Для грузовых лебедок ГОСТ устанавливает следующее:

1. для лебедок могут применяться контроллерная и контакторная системы управления электроприводом;

2. система управления электроприводом лебедок при контакторном управлении должна обеспечивать автоматическую задержку на промежуточных положениях при разгоне и торможении;

3. лебедки должны выпускаться с электрооборудованием морского исполнения переменного тока 380В, 50Гц или постоянного тока 220В. В обоснованных случаях допускается выпуск лебедок с электрооборудованием переменного тока 220В, 50Гц;

4. наименьшая мощность двигателя переменного тока в режиме ПВ=40% на обмотке наибольшей частоты вращения должна быть не менее 90% мощности, соответствующей выбиранию с номинальным тяговым усилием при наивысшей частоте вращения. Двигатель переменного тока должен допускать работу в режиме ПВ=100% при мощности 50% номинальной с наибольшей скоростью, а также в режиме ПВ=25% с наименьшей скоростью. Время непрерывной работы на обмотках низшей и средней частот вращения должно составлять не менее 5 мин на каждой обмотке при включении с холостого состояния. Номинальная мощность двигателя постоянного тока в режиме ПВ=40% должна быть не менее 70% мощности, соответствующей выбиранию шкентеля с номинальным тяговым усилием при номинальной частоте вращения. Электропривод постоянного тока должен обеспечивать работу на промежуточных реостатных характеристиках при всех нагрузках от холостого хода до номинальной и не менее ПВ=17,5% время непрерывной работы при указанных условиях должно быть не менее 2 мин.

1.2 Устройство судовой грузоподъемной стрелы

.

Грузоподъемное устройство с применением лебедок включает в себя следующие основные элементы:

а) грузовые стрелы 7, представляющие собой металлические укосины, монтируемые на мачтах 10 (либо на высоких вентиляционных трубах или на специальных колоннах);

б) такелаж грузовых стрел, состоящий из топенантов, оттяжек, блоков, роликов и подъемного шкентеля;

в) грузовые лебедки 6 с электрическим приводом, расположенным вблизи мачты или колонны со стрелами.

Нижним концом (шпором) грузовая стрела опирается на башмак 9, укрепленный на мачте на некоторой высоте от палубы. Крепление выполняют так, чтобы стрела могла поворачиваться в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Для подъема и опускания стрелы служит топенант 1, а для поворота - оттяжки 5. Во время хода судна грузовые стрелы должны быть уложены горизонтально (по-походному) на палубе судна. Не верхнем конце стрелы, называемом ноком, укреплен блок 2, через который проходит шкентель 3, начинающийся гаком 4 для подъема груза. Другой конец шкентеля проходит через направляющий блок 8 у мачты и навивается на грузовой барабан лебедки 6.

1.3 Алгоритм работы 2-х лебедок на 1 гак

Одну стрелу устанавливают ноком над причалом, другую выводят на просвет люка. И ту, и другую стрелу оттяжками раскрепляют в этих положениях. Обе стрелы в течение всего времени остаются неподвижными.

Шкентели обеих лебедок соединяют с одним гаком. При погрузке лебедки выполняют следующие операции (рис.179):

а) одна из лебедок (так называемая бортовая) поднимает груз, вторая (трюмная) выбирает слабину своего шкентеля;

б) бортовая лебедка работает на спуск, а трюмная- на подъем груза, что обеспечивает перемещение груза в горизонтальном направлении;

в) трюмная лебедка опускает груз в трюм, бортовая вытравливает свой шкентель, обеспечивая вертикальное опускание груза;

г) после расстроповки груза трюмная лебедка поднимает холостой гак, а бортовая выбирает слабину шкентеля;

д) бортовая лебедка выполняет горизонтальное перемещение гака за борт, а трюмная вытравливает шкентель, создавая необходимую его слабину;

е) бортовая лебедка опускает холостой гак, а трюмная продолжает стравливать свой шкентель.

Цикл заканчивается застроповкой новой партии груза.

Устройство грузовой лебедки.

Механизм лебедки и двигатель постоянного тока 6 расположены на общей раме 2. Лебедке может быть придан приставной барабан грузоподъемностью 10т, устанавливаемый на стойках и присоединяемый к ней открытой зубчатой передачей.

Двигатель через косозубый цилиндрический редуктор 3 вращает вал, на котором расположен грузовой 5 и швартовный 8 барабаны. Грузовой барабан соединен с главным валом кулачковой муфтой. Лебедка имеет топенантный барабан 1, приводимый в движение цепной передачей, расположенной в редукторе. Для включения и выключения топенантного барабана служит кулачковая муфта, управляемая рычагом 4 на корпусе редуктора.

Электродвигатель снабжен электромагнитным дисковым тормозом. Для стопорения грузового барабана при его отключении от главного вала, а также для регулирования скорости спуска служит ленточный тормоз с ручным управлением 7.

2 Расчетная часть.

2.1 Предварительный выбор двигателя

Исходные данные:

Gн=2.7т - номинальная грузоподъемность

G0=50кг - масса холостого гака

Dб=0.5м - диаметр грузового барабана

i=48 - передаточное число

з=0.8 - КПД лебедки при работе с номинальным грузом

V=46 м/мин - скорость подъема номинального груза

Vпос =7 м/мин - посадочная скорость

Z=15 - число циклов в час

Судовая сеть ?380В.

Момент на валу электродвигателя при подъеме номинального груза

;

.

Момент на валу электродвигателя при опускании номинального груза

;

.

Скорость электродвигателя (на быстроходной обмотке), необходимая для обеспечения заданной скорости подъема номинального груза

;

где - скорость подъема номинального груза, м/мин;

или частоты вращения

Скорость электродвигателя (на тихоходно обмотке), необходимая для обеспечения посадочной скорости груза,

где - посадочная скорость груза, м/мин;

или частота вращения

Мощность электродвигателя при подъеме номинального груза на быстроходной обмотке

Мощность электродвигателя при посадке груза на тихоходной обмотке

Выбираем электродвигатель типа МАП-621-4/8/24 с параметрами:

Число полюсов	4	8	24
Мощность	30	15	3,2
Частота вращения	1350	690	165
Угловая скорость	141,3	72,3	17,3
Номинальный ток	63	40	29
Пусковой ток	270	175	42
Максимальный момент	500	550	320
Пусковой момент	400	500	320
Коэффициент мощности	0,93	0,74	0,56
Режим работы (ПВ, %)	40	40	15
Момент инерции	-	1,16	-
Напряжение	-	380	-

Исполнение 1Р 56 (водозащищенное)

Определяем номинальный момент двигателя

;

.

Механическая характеристика строится по следующим точкам:

при идеальном холостом ходе:

М0=0 Н·м.

n0=1500

номинальный режим:

М=212,3 Н·м.

n= n=1350 Об/м

критический момент:

М= М=500 Н·м.

n=1185 Об/м

пусковой момент:

М=400 Н·м.

n=0

nкр=n0(1- Sкр)=1185

Sкр=Sн(л+-1)=0,25 Sн==0,1 л= =2,36

2.2 Построение нагрузочной диаграммы

Подъем номинального груза.

Приведенный к валу двигателя момент инерции электропривода при подъеме груза



где - коэффициент 1,11,3

.

Динамический момент при пуске на обмотке средней скорости (полагаем )

.

Время разгона

где угловая скорость определена по механической характеристике двигателя и соответствует = щ1=144,5 рад/сек

Расчетный тормозной момент

где и - номинальные значения мощности и скорости механизма.

Момент тормоза

,

где k - коэффициент запаса; выбирается в пределах 1,5 - 2,0;

КПД двигателя при номинальной нагрузке

Постоянные потери в электродвигателе ()

Тормозной момент, обусловленный постоянными потерями в электродвигателе,

Суммарный тормозной момент

Время остановки поднимаемого груза при отключении двигателя

Установившаяся скорость подъема номинального груза

;

.

Путь, пройденный грузом при разгоне и торможении

Время подъема груза при установившемся режиме



Ток, потребляемый двигателем, в пределах допустимых нагрузок пропорционален моменту на валу и определяется по формуле

Тормозной спуск груза.

Поскольку в пределах допустимых нагрузок механическую характеристику для генераторного и двигательного режимов можно представить одной линией, скорость рекуперативного торможения определяется по формуле

где - скорость двигательного режима, соответствующая значению и найденная по кривой ,

- синхронная угловая скорость.

Если ток тормозного режима принять равным току двигателя, работающего с моментом , то

Время разгона при опускании груза с включенным двигателем

;

.

Тормозной момент при отключении двигателя от сети

Время остановки опускаемого груза

Скорость опускания груза

Путь, пройденный грузом при разгоне и торможении

Время опускания груза при установившемся режиме

Подъем холостого гака.

Момент на валу электродвигателя при подъеме холостого гака

где - КПД при (определяется по рис.5)

Рис 5. График зависимости КПД механизма з от его загрузки, взят из каталога.

Моменту соответствует скорость двигателя и ток

Приведенный к валу двигателя момент инерции электропривода (без груза)

Время разгона при подъеме холостого гака

Тормозной момент при отключении двигателя в конце подъема гака

Время остановки поднимаемого гака

Скорость подъема холостого гака

Путь, пройденный гаком при разгоне и торможении

Время установившегося движения при подъеме холостого гака

Силовой спуск холостого гака

Момент на валу электродвигателя при опускании холостого гака

Моменту соответствует скорость двигателя и ток

Время разгона при опускании холостого гака

Тормозной момент при отключении двигателя

Время остановки опускаемого гака

Скорость опускания холостого гака

Путь, пройденный гаком при разгоне и торможении

Время установившегося движения при опускании холостого гака

Расчетные данные работы двигателя сводим в табл. 2, пользуясь которой можно построить нагрузочную диаграмму

Таблица 2.

Режим работы	Ток, А	Время, с
Подъем номинального груза: Разгон установившийся режим торможение Горизонтальное перемещение груза Тормозной спуск груза: разгон установившийся режим торможение Расстроповка груза Подъем холостого гака: разгон установившийся режим торможение Горизонтальное перемещение гака Силовой спуск холостого гака: разгон установившийся режим торможение Застроповка груза	Iп = 270 I1 = 51,3 - - Iп = 270 I2 = 32,1 - - Iп = 270 I3 = 6 - - Iп = 270 I4 = 3,5 - -	t1п= 0,66 t1у = 18 t1т = 0,5 t01 = 20 t2п = 0,4 t2у = 17 t2т = 1,5 t02 = 60 t3п = 0,45 t3у =16,7 t3т = 0,8 t03 = 20 t4п = 0,46 t4у = 16,4 t4т = 0,8 t04 = 60

2.3 Проверка выбранного двигателя на обеспечение заданной производительности

Полная продолжительность цикла (из табл. 2)

Т = У tраб + У tо ;

Т = 70,07 + 163,6=233,67 с.

Число циклов в час

Zрасч = ;

Zрасч =

Z3 = 15

Zрасч > Z3, так как 15,4 > 15.

2.4 Проверка выбранного двигателя на нагрев

Расчетная продолжительность включения

ПВ =

ПВ =

Эквивалентный ток при повторно-кратковременном режиме, соответствующий расчетной ПВ % (полагая, ток плавно спадающим от пускового до рабочего, берем для расчета его среднее значение, тем более что время переходного процесса ничтожно мало):

где t1п, t2п, t3п, t4п - время разгона при соответствующих режимах, с,

t1у, t2у, t3у, t4у - время в установившихся режимах, с.

Эквивалентный ток при повторно-кратковременном режиме, пересчитанный на стандартную ПВ % выбранного двигателя,

Таким образом, Iен = 34,3А меньше Iн = 63 А , т.е. в заданном режиме работы выбранный двигатель перегреваться не будет.

Заключение

В данной курсовой работе был рассчитан электропривод грузового крана, который имеет следующие характеристики:

Электродвигатель серии МАП-621-4/8/24 асинхронный трехскоростной.

Iн = 63А, номинальный ток

Рн= 30 кВт, номинальная мощность

зн = 0,81 , КПД двигателя при номинальной нагрузке

Zрасч= 15,4 > Zз = 15.

Схема управления электроприводом грузового крана переменного тока с релейно-контакторным управлением. Данная система привода обеспечивает возможность частых пусков при высокой плавности разгона, реверсирования, регулирование скорости в широких пределах, тормозные режимы двигателя при спуске тяжелых грузов, электрическое и механическое торможение при остановке двигателя, а также имеет защиту от перегрузок.

Список литературы

1. Чекунов К.А. Судовые электроприводы и электродвижение судов.

«Судостроение», 1986 г.

2. Китаенко Г.И. Справочник судового электротехника.

«Судостроение», 1975г.

3. Справочник по судовой электронике. Судостроение, 1980 г.

4. Кузьменко В.К. Охрана труда в судостроении. Судостроение, 1990 г.

5. Головин Ю. К. Судовые электрические приводы, 1991г.

Размещено на http://www.allbest.ru

...