Требуемое передаточное число передачи:

u_Р=, u_Р=40.

Эквивалентный момент на выходном валу редуктора:

М_е=,

где N=К₁nn_Wt, N =36002,8716300=63,510⁶.

К₁=3600 - коэффициент для передач с односторонней нагрузкой;

n=, 1/с - частота вращения тихоходного вала редуктора,

n= 1/с;

n_W=1 - число зубчатых колес, сцепляющихся с тихоходным колесом редуктора;

t - время работы механизма за срок службы. Принимаем t=3000 ч.

=0,18 - коэффициент интенсивности режима нагружения.

Базовое число циклов перемены напряжений выбирают, исходя из характеристик материала колес. Твердость рабочей поверхности зубьев колес редуктора HB=290, следовательно, принимаем N_HO=2010⁶.

Максимальный вращающий момент на тихоходном валу рассчитывается по формуле:

M_max=,

где a_max=, м/с² - максимальное ускорение при пуске (t_Pmin - минимальное время разгона при пуске, в предварительных расчетах его принимают равным единице), a_max= м/с²;

G_П= m_П g - вес крюковой подвески, G_П=1169,81=1,2 кН;

_П, _Б - к.п.д. полиспаста и барабана соответственно (при установке барабана на подшипники качения, его к.п.д. принимают 0,98).

M_max=6 кНм.

М_е=5кНм.

По всем рассчитанным параметрам выбираем цилиндрический двухступенчатый редуктор типа РК-500 с характеристиками: и_ном=41, М_ном=6,7 кНм, =0,96, m=204 кг (габаритные размеры 985x685x598 мм).

Отклонение расчетного значения передаточного числа от принятого составляет:

==2,5%, что допустимо.

3.6 Выбор тормоза

Расчетный тормозной момент:

Т_Т.Р.=К_З.Т.Т_СТ.Т.,

где К_З.Т.=1,75 - коэффициент запаса торможения при среднем режиме работы;

Т_СТ.Т. - статический крутящий момент при торможении, создаваемый весом номинального груза на валу, на котором установлен тормоз. Рассчитывается по формуле:

Т_СТ.Т.=,

Здесь _М=_ПБР - к.п.д. всего механизма (равно произведению к.п.д. полиспаста, барабана и редуктора), _М=0,960,980,96=0,9

и_М=К_Пи_Р - передаточное число механизма, и_М=440=160.

Т_СТ.Т.=125Нм.

Т_Т.Р.=1,75125=218,75 Нм.

По рассчитанным параметрам выбираем колодочный тормоз с электромагнитным приводом переменного тока ТКМП-400 со следующими характеристиками: Т_ном=250 Нм, m=38 кг (габаритные размеры 715x223x605 мм).

3.7 Выбор соединительных муфт

Муфты выбираем в зависимости от передаваемого вращающего момента и условий работы по формуле:

М_Р=КМ_КР[М_КP],

где М_Р - расчетный вращающий момент;

К - коэффициент запаса прочности;

М_КР - действующий вращающий момент;

[М_КР] - допускаемый вращающий момент для муфты.

Коэффициент запаса прочности: К=К₁К₂К₃ (К₁ - коэффициент, учитывающий степень ответственности соединения; К₂ - коэффициент режима работы; К₃ - коэффициент углового смещения, для зубчатых муфт 2-ого типа он принимается равным 1,25), K=1,81,01,5=2,7.

Подбираем муфты:

для быстроходного вала редуктора: М_КР==638 Нм, тогда М_Р=2,7638=1722,6 Нм муфта зубчатая 2-ого типа №3 по ГОСТ 5006-55. для тихоходного вала применяем вариант установки барабана с внешней опорой, как сборочной единицы. В таком случае в качестве внутренней опоры оси барабана используют конец тихоходного вала редуктора, имеющий расточку для размещения подшипника.

3.8 Механизм передвижения

Выбор кинематической схемы

При выборе кинематической схемы механизма передвижения тележки отдают предпочтение схеме, имеющей центральный привод с тихоходным трансмиссионным валом и применением вертикальных редукторов типа РК, Ц3вк, ВК и ВКУ.

Т.к. номинальная грузоподъемность менее 80 тонн, то число ходовых колес тележки принимаем равным четырем.

Определение статической нагрузки на колеса

Выбор колес производится по максимальной статической нагрузке, которая для тележек определяется по формуле:

P_MAX=,

где G_Г, G_Т вес номинального груза главного подъема и тележки соответственно. Вес тележки для легкого режима работы в предварительных расчетах принимают (0,250,35)G_Г:

G_Т=(0,250,35)49010³=(122,5171,5)10³, принимаем G_Т=150 кН.

Z число колес;

К_Н =1,25 коэффициент неравномерности распределения нагрузки на колеса.

P_MAX=46,9 кН.

Выбор колес

По ОСТ 24.090.4482 выбираем диаметр ходового колеса D_К=360 мм. Затем по ОСТ 24.090.0975 подбираем соответствующую единицу «Колесо в сборе» и определяем основные размеры колеса.

Определение сопротивления движению тележки

Полное сопротивление передвижению тележки в период разгона, приведенное к ободу колеса, рассчитывается по формуле:

W=W_ТР+W_У+W_В+W_ИН+W_ГИБ.

W_ТР сопротивление, создаваемое силами трения, определяется по формуле:

W_ТР=.

Здесь: = 0,4 мм коэффициент трения качения колес по рельсу;

f = 0,015 коэффициент трения в подшипниках колес;

d_Ц диаметр цапфы вала колеса. В предварительных расчетах можно принять равным: d_Ц=(0,20,25)D_К, d_Ц=(0,20,25)360=6480 мм. Принимаем d_Ц=70 мм.

=2,5 коэффициент дополнительных сопротивлений (трения реборд и токосъемного устройства).

W_ТР=3кН.

W_У сопротивление, создаваемое уклоном пути; рассчитывается:

W_У=(G_Т+G_Г),

где = 0,002 уклон рельсового пути.

W_У== кН.

W_ИН сопротивление, создаваемое инерцией вращающихся и поступательно движущихся масс тележки; рассчитывается по формуле:

W_ИН=т_Та,

где = 1,25 коэффициент, учитывающий инерцию вращающихся масс;

т_Т масса тележки; т_Т=, т_Т=5 т;

а ускорение при разгоне. Значение а предварительно можно принять равным (0,51,0)[а], где [а]=0,1 м/с². Принимаем а=0,075 м/с².

W_ИН=1,25510³0,075=0,47 кН,

W_ГИБ сопротивление, создаваемое раскачиванием груза на гибкой подвеске; рассчитывается по формуле:

W_ГИБ=(Q+m_П)а,

где Q грузоподъемность крана;

т_П масса подвески (табличная величина).

W_ГИБ=(50+0,116)10³0,075=3,75 кН.

W=3+0,41+0+0,47+3,75=7,63 кН.

Выбор электродвигателя

Выбор двигателя производится по относительной продолжительности включения (при среднем режиме работы - 25%) и по необходимой мощности:

N_СТ=,

где V_Т=44 м/мин = 0,73 м/с - скорость тележки;

_М=0,87 - предварительное значение к.п.д. механизма;

_СР.П. кратность среднепускового момента двигателя по отношению к номинальному, для асинхронных двигателей с фазным ротором (MTF u MTH) _СР.П.=1,51,6. Принимаем _СР.П.=1,55.

N_СТ=9,3 кВт.

По этим параметрам выбираем крановый электродвигатель серии В21R 180L2 PIN с фазным ротором: мощность на валу N=12,8 кВт, частота вращения выходного вала 840 об/мин.

Выбор передачи

Передачу выбирают, исходя из предварительно намеченной кинематической схемы механизма.

Типоразмер редуктора выбираем по расчетному эквивалентному вращающему моменту на выходном валу с учетом режима работы, необходимого передаточного числа и частоты вращения быстроходного вала.

Требуемое передаточное число передачи:

u_Р=, u_Р=.

Эквивалентный момент на выходном валу редуктора:

М_е=,

где N=К₁nn_Wt, N=18003,7516300=42,510⁶.

К₁=1800 - коэффициент для передач с односторонней нагрузкой;

n - частота вращения тихоходного вала редуктора, с^-1:

n=, n==3,75с^-1;

n_W=1 - число зубчатых колес, сцепляющихся с тихоходным колесом редуктора;

t - время работы механизма за срок службы, для среднего режима работы принимаем t=6300 ч;

= 0,18 - коэффициент интенсивности режима нагружения.

Базовое число циклов перемены напряжений выбирают, исходя из характеристик материала колес. Твердость рабочей поверхности зубьев колес редуктора HB=290, следовательно, принимаем N_HO=2610⁶.

Максимальный вращающий момент на тихоходном валу рассчитывается по формуле:

M_max=, M_max==0,82 кНм.

М_е=0,54 кНм.

По всем рассчитанным параметрам выбираем цилиндрический трехступенчатый редуктор типа ВК-550 с характеристиками: и_ном=25, М_ном=5,2 кНм, =0,91, m=215 кг (габаритные размеры 520x458x790 мм).

Отклонение расчетного значения передаточного числа от принятого составляет:

==7,8%, что допустимо.

Выбор тормоза

Согласно правилам ГГТН РФ в данном механизме передвижения должен быть установлен тормоз, т.к. тележка, предназначенная для работы в помещении на надземном рельсовом пути, перемещается со скоростью больше 0,53 м/с (V_Т=0,73 м/с).

Расчетный тормозной момент механизма при работе крана в закрытом помещении определяется для движения тележки без груза, под уклон. в предположении, что реборды колес не задевают головки рельсов:

Т=Т_У+Т_ИН-Т_ТР.

Т_У момент, создаваемый уклоном пути. Рассчитывается по формуле:

Т_У=,

где W_У сопротивление передвижению тележки, создаваемое уклоном ( уклон рельсового пути): W_У=G_T, W_У =0,00249,0510³=0,1 кН.

Т_У=0,71 Нм,

Т_ИН момент, создаваемый инерцией. Рассчитывается по формуле:

Т_ИН=,

где W_ИН сопротивление передвижению тележки, создаваемое инерцией ( коэффициент, учитывающий инерцию вращающихся масс механизма; при скорости менее 1 м/с =1,25): W_ИН=т_Tа, W_ИН =1,2550000,075=0,47 кН.

Т_ИН=3,32 Нм.

Т_ТР момент, создаваемый трением. Рассчитывается по формуле:

Т_ТР=,

где W_ТР сопротивление передвижению тележки, создаваемое трением (=1,25 - коэффициент, учитывающий сопротивление движению тележки от троллейного токопровода):

W_ТР=, W_ТР==0,35 кН.

Т_ТР=3,27 Нм

Т=0,71+3,32-3,27=0,76 Нм

По рассчитанным параметрам выбираем колодочный тормоз с электромагнитным приводом переменного тока ТКП-300 со следующими характеристиками: Т_ном=100Нм, m=21 кг (габаритные размеры 336x70x240 мм).

Выбор соединительных муфт

Муфты выбираем в зависимости от передаваемого вращающего момента и условий работы по формуле:

М_Р=КМ_КР[М_КР],

где М_Р - расчетный вращающий момент;

К - коэффициент запаса прочности;

М_КР - действующий вращающий момент;

[М_КР] - допускаемый вращающий момент для муфты.

Коэффициент запаса прочности: К=К₁К₂К₃ (В этой формуле: К₁ - коэффициент, учитывающий степень ответственности соединения, К₂ - коэффициент режима работы, К₃ - коэффициент углового смещения).

Подбираем муфты:

· для быстроходного вала редуктора: K=1,811,5=2,7.

М_КР==57 Нм, тогда М_Р=2,757=153,9 Нм муфта зубчатая 2-ого типа №2 и муфта зубчатая №1 с тормозным шкивом по ГОСТ 5006-55.

· для тихоходного вала редуктора: K=1,811,5=2,7.

М_КР=u_Р, М_КР=5719,68=1121,76 Нм, тогда М_Р=2,71121,76=3028,75 Нм муфта зубчатая 2-ого типа №3 по ГОСТ 5006-55.

4. Проверочные расчеты механизмов

4.1 Механизм подъема

Проверка электродвигателя на время разгона

Двигатель должен разгонять механизм за достаточно короткое время, иначе уменьшится производительность крана. Но, с другой стороны, если оно будет слишком мало, то разгон будет сопровождаться большим ускорением, что скажется на прочности элементов, устойчивости груза и т.д. Время разгона механизма принимают равным от 1 до 2 секунд.

Для механизма подъема груза наибольшее время разгона получается при разгоне на подъем, вычисляемое по формуле:

t_Р.ФАКТ,=,

где _ДВ угловая скорость двигателя;

I_МЕХ.Р. приведенный к валу двигателя момент инерции при разгоне всех движущихся частей механизма;

Т_П.СР. среднепусковой момент двигателя;

Т_СТ,Р, момент статических сопротивлений, приведенный к валу двигателя.

Приведенный к валу двигателя момент инерции:

I_МЕХ,Р,=I_ВР.+I_ПОСТ,Р,

где I_ВР. момент инерции при разгоне всех вращающихся частей механизма, приведенный к валу двигателя:

I_ВР.= I_1,

где I₁ момент инерции вращающихся масс, расположенных на первом валу (он равен сумме моментов инерции ротора двигателя, муфт и тормозного шкива),

=1,11,2 коэффициент учета инерции вращающихся масс, расположенных на втором, третьем и последующих валах механизма.

I_ВР.=1,2(0,5+20,25+0,34)=1,608 кгм²;

I_ПОСТ,Р, момент инерции при разгоне всех поступательно движущихся частей механизма, приведенный к валу двигателя:

I_ПОСТ,Р,=,

где т=16314 кг масса груза и подвески;

r_Б радиус барабана по оси навиваемого каната;

и_М полное передаточное число механизма.

I_ПОСТ,Р,=0,038 кгм².

I_МЕХ,Р,=1,608+0,038=1,646 кгм².

Среднепусковой момент двигателя определяется по формуле:

Т_П.СР,=Т_{ДВ.Н.П,СР,}=197,15*1,5=295,73 Нм.

где Т_ДВ,Н, номинальный момент двигателя:

Т_ДВ,Н,=, Т_ДВ,Н,==271,42Нм;

_П,СР, кратность среднепускового момента двигателя (для двигателей с фазным ротором _П,СР,=1,5).

Т_П.СР,=271,421,5=407,13 Нм.

Момент статических сопротивлений при разгоне:

Т_СТ,Р,=,

где G вес груза и подвески.

Т_СТ,Р,=257,84 Нм.

Тогда фактическое время разгона:

t_Р.ФАКТ,==1,08 с.

Полученное значение находится в диапазоне рекомендуемых значений времени разгона (12 с).

Среднее ускорение груза при таком времени разгона равно:

а=, а=0,14 м/с².

Это значение не превышает рекомендуемое (0,20 м/с²) для кранов, работающих в механосборочных цехах.

Проверка электродвигателя на время торможения

Наибольшее время торможения при работе механизма подъема груза получается при опускании, т.к. статический момент от веса груза препятствует остановке механизма.

Полное время торможения рассчитывается по формуле:

t_Т=t_СР+t_Т.Ф,

где t_СР время срабатывания тормоза (принимаем равным по 0,01 с на каждые 100 мм диаметра тормозного шкива t_СР=0,013=0,03 с);

t_Т.Ф. фактическое время торможения, находится по соотношению:

t_Т.Ф.=,

· т₁=330 кг приведенная к грузу при торможении масса вращающихся частей (барабана, тормозного шкива, муфты);

· т₂=10116 кг масса груза и подвески;

· V_ГР.0. скорость груза к моменту начала торможения:

V_ГР.0.=V+а₀t_СР,

где V скорость опускания груза (принимается чуть больше, чем скорость подъема): V2V_x-V_п, V20,167-0,18 = 0,194 м/с;

а₀ ускорение опускания груза, когда двигатель уже выключен, а тормоз еще не сработал:

а₀=, а₀=9,62 м/с².

V_ГР.0.=0,194+9,620,03=0,47 м/с;

· Р_Т сила тормоза, вызванная действием тормозного момента и приведенная к грузу; рассчитывается формуле:

Р_Т=,

где Т_Т расчетный тормозной момент;

и_м передаточное число механизма;

D_Б диаметр барабана;

_м к.п.д. механизма;

Р_Т=305,2 кН

· G=100,02 кН вес груза и крюковой подвески.

t_Т.Ф.=0,052 с,

Определение времени торможения при подъеме груза не имеет большого значения, т.к. это время не влияет на производительность в меньшей степени.

Тогда полное время торможения:

t_Т=0,03+0,052=0,82 с.

Полученное время торможения при опускании меньше рекомендуемого времени разгона (1 с), следовательно, регулировка тормоза на больший тормозной момент не требуется.

Проверка электродвигателя на нагрев

Двигатель на перегрев проверяется по эквивалентному крутящему моменту. Условие такой проверки:

Т_ЭТ_ДВ.Н.

где Т_Э эквивалентный момент на валу двигателя, при работе с которым его нагрев будет таким же, как и при работе с реальными моментами, возникающими при подъеме и опускании грузов различного веса;

Т_ДВ.Н.= 271,42Н м номинальный момент двигателя;

По графику, используя значение номинального к.п.д. механизма =0,9, найдем значения к.п.д. при подъеме грузов, вес которых соответствует относительной доле от номинального. Все полученные значения для удобства расчетов занесем в таблицу 3.

Определяем статические моменты, создаваемые на валу двигателя:

при подъеме груза iтого веса:

Т_{СТ.ПОД.i}=

Результаты расчетов занесены в таблицу 3.

при опускании груза iтого веса

Т_СТ.ОП.i=

Результаты расчетов занесены в таблицу 3.

Определяем моменты инерции всех движущихся частей механизма при работе с грузами iтой массы. По формуле

I_ГР,i=

определяем момент инерции груза при разгоне, а по формуле

I_МЕХ,i= I₁ +I_ГР,I

находим приведенный к валу двигателя момент инерции при разгоне всех движущихся частей механизма ( I₁=1,608 кгм²). Все полученные результаты заносим в таблицу 3.

Определяем угловую скорость двигателя при опускании. Число полюсов у двигателя МТF 4116 равно 6. Следовательно, число пар полюсов 3.

Синхронная угловая скорость вала двигателя:

_С=, _С=104,67 рад/с.

Тогда угловая скорость двигателя при опускании:

_ДВ.ОП.=2_{С ДВ, ДВ.ОП.}=2104,6799,43=109,91 рад/с.

Угловая скорость двигателя при подъеме _ДВ.ПОД=_ДВ=99,43 рад/с.

По формулам

t_P.ПОД.i= и t_P.ОП.i=

находим время разгона при подъеме и опускании груза и вносим результаты в таблицу 3.

Среднюю высоту подъема при работе крана в сборочном цехе принимаем равной Н_СР=2 м. Определяем скорость опускания груза:

V_ОП=, V_ОП=0,16 м/с.

По формулам

t_У.ПОД.= и t_У.ОП.=

рассчитываем время установившегося движения и вносим результаты в таблицу 3.

Проверяем условие, необходимое для выбора коэффициента, учитывающего ухудшение условий охлаждения двигателя в период пуска. Время разгона механизма при подъеме номинального груза равно 1,22 с. Величина t_У.ПОД./60=12,5/60=0,21 с < t_P.ПОД.G, следовательно, значение можно выбрать из диапазона 0,650,78. Принимаем =0,7.

Теперь известны почти все данные, чтобы вычислить эквивалентный момент на валу двигателя, при работе с которым его нагрев будет таким же, как и при работе с реальными моментами, возникающими при подъеме и опускании грузов различного веса, по формуле:

Т_Э=.

Осталось уточнить количество подъемов и опусканий груза различного веса в течение рабочего цикла. Этому количеству будет соответствовать количество значений времени разгона, времени установившегося движения, а также количество статических моментов, которые будет необходимо подставить в формулу.

Подставляем все полученные результаты в формулу для определения эквивалентного момента:

Т_Э=

=119,76 Нм.

119,76 Нм < 303,17 Нм.

Перегрев двигателя исключается.

4.2 Механизм передвижения

Проверка электродвигателя на время разгона

t_Р.ФАКТ,=.

Момент инерции всех вращающихся частей на быстроходном валу механизма будет равен:

I₁=I_ДВ +I_М+I_М.Т.Ш, I₁=0,048+0,06+0,1=0,208 кгм².

Сумма поступательно движущихся масс равна:

т=т_Т+т_ГР, т=15000+50000=65000 кг.

Аналогично расчетам, рассмотренным выше, находим другие параметры, необходимые для дальнейших расчетов:

I_ВР.=1,20,208=0,25 кгм²;

_М=⁴_МУФРЕД=0,99⁴0,91=0,87;

I_ПОСТ,Р,=1,975 кгм²;

I_МЕХ,Р,=0,25+1,975=2,225 кгм²;

Т_ДВ,Н,=50,56 Нм;

Т_П.СР,=50,561,5=75,84 Нм.

Момент статических сопротивлений определяем по формуле

Т_СТ.Р.=,

где W_СТ=W_ТР+W_У+W_в статические сопротивления: W_ТР от сил трения, W_У от уклона, W_в от ветра.

W_СТ=3,69+0,51+0=4,2 кН.

Т_СТ.Р.=39,25 Нм.

Тогда фактическое время разгона:

t_Р.ФАКТ,==5,4 с.

Полученное значение не превышает допускаемое (56 с), следовательно, выбранный двигатель обеспечивает необходимую интенсивность разгона.

Среднее ускорение при разгоне:

а=, а=0,15 м/с².

Это значение так же не превышает рекомендуемого (0,20 м/с²).

Проверка электродвигателя на время торможения

Проверка производится для случая, когда кран нагружен, а ветер и уклон способствуют движению. Время торможения рассчитывается по формуле:

t_Т =,

где I_МЕХ.Т.=I_ВР,+I_ПОСТ.Т, момент инерции всех движущихся масс механизма и поступательно движущихся объектов при торможении, приведенный к первому валу механизма:

I_ПОСТ,Т,=, I_ПОСТ,Т,=1,5 кгм².

I_МЕХ.Т.=0,25+1,5=1,75 кгм²;

Т_СТ.Т. момент статических сопротивлений при торможении, приведенный к первому валу механизма:

Т_СТ.Т.=

Определяем статическое сопротивление:

W_СТ.Т,=W^|_ТР.W_У.W_В..

W^|_ТР.=, W^|_ТР.=1,475 кН.

W_СТ.Т,=1,4750,51-0=0,965 кН.

Т_СТ.Т.=9,02 Нм.

Тогда полное время торможения:

t_Т ==15,95 с.

Полученное значение времени торможения значительно больше времени разгона, поэтому необходимо увеличить расчетный тормозной момент путем регулировки замыкающей пружины тормоза (Т_Т.Р.Мех=19,81 Нм).

Проверка запаса сцепления колес с рельсами при разгоне

Проверка производится для случая, когда кран не нагружен и реборды колес не задевают за головки рельсов.

Условие проверки:

k_СЦ ? [k_СЦ],

где k_СЦ коэффициент запаса сцепления колеса с рельсом;

[k_СЦ] допускаемый коэффициент запаса сцепления ([k_СЦ]=1,2 при работе крана в помещении).

Значение k_СЦ может быть определено по выражению

k_СЦ=,

где момент силы сцепления (трения скольжения) колеса с рельсом, когда кран не нагружен;

динамический момент при разгоне, возникающий в трансмиссионном валу вследствие ударно-упругого нагружения, когда в трансмиссии выбирается зазор;

соответственно моменты сил: уклона, ветра рабочего состояния и трения, действующие относительно оси приводных колес, когда кран не нагружен.

При компоновании тележки были получены фактические статические нагрузки на приводные колеса, когда тележка не нагружена. Сумма нагрузок на приводные колеса равна Р_ПР.0=29,54 кН.

Т_СЦ.0=F_СЦ.0r_К. Т_СЦ.0=1,2160,16=0,195 кНм

Здесь F_СЦ.0 сила сцепления приводных колес с рельсом, когда кран не нагружен:

F_СЦ.0=f_СЦ Р_ПР.0,

где f_СЦ коэффициент сцепления колес с рельсами (при работе в помещении он равен 0,2).

F_СЦ.0=0,229,54=5,908 кН.

Т_СЦ.0=5,9080,16=0,945 кНм.

Значение может быть определено по формуле

,

где среднепусковой момент двигателя, уменьшенный на момент сил инерции вращающихся частей механизма и приведенный к оси колеса;

коэффициент, учитывающий соотношение масс в механизме при разгоне;

коэффициент жесткости тихоходного участка трансмиссии;

угловой зазор в муфтах трансмиссионного вала.

=,

где среднепусковой момент двигателя, Нм;

момент сил инерции при разгоне вращающихся частей механизма, приведенный к валу двигателя, Нм:

=,

где момент инерции вращающихся масс механизма, приведенный к валу двигателя, кгм²;

угловое ускорение вала двигателя при трогании с места ненагруженного крана (тележки), рад/с²:

,

где статический момент при разгоне ненагруженного крана (тележки), приведенный к валу двигателя;

момент инерции при разгоне всех движущихся масс, приведенный к валу двигателя (в порожнем состоянии):

I_МЕХ.Р.0=I_ВР. + I_{ПОСТ.Р.0};

I_{ПОСТ.Р.0}=, I_{ПОСТ.Р.0}=0,456 кгм²;

I_МЕХ.Р.0=0,25+0,456=0,706 кгм².

,

где моменты сил трения, уклона и ветра, приведенные к валу двигателя.

Момент, создаваемый уклоном и приведенный к валу двигателя:

, =0,55 Нм.

Момент на оси приводных колес, создаваемый силами трения, равен:

, =1,60 Нм.

=1,05 Нм.

=105,93 рад/с².

==26,48 Нм.

==845,12 Нм.

, =0,646.

Коэффициент жесткости тихоходного участка трансмиссии с учетом податливости зубьев, подшипников, шпоночных соединений и муфт можно определить по соотношению:

,

где условный коэффициент жесткости трансмиссионного вала, рассчитанный в предположении, что вал имеет один диаметр на всем расстоянии от тихоходного зубчатого колеса редуктора до ходового колеса, соединительных муфт нет и зубчатое и ходовое колеса выполнены заодно с валом. При симметричном расположении ходовых колес относительно зубчатого колеса тихоходной ступени редуктора , где коэффициент жесткости одного участка трансмиссионного вала между зубчатым и ходовым колесами:

,

где модуль упругости второго рода (для стали =7,94310⁴ МПа);

общая длина участка валопровода, равная расстоянию от центра тихоходного зубчатого колеса редуктора до центра ходового колеса;

полярный момент инерции поперечного сечения вала:

,

где диаметр трансмиссионного вала на участке, имеющем наибольшую длину. Значение (мм) можно определить из расчета на кручение. для круглого сплошного вала

,

где максимальный статический момент на валу:

, 336 Нм.

В качестве материала трансмиссионного вала принимаем сталь 45, для которой _В=598 МПа. Тогда []=0,03_В=0,03598=17,94 МПа. Тогда:

=45,15 мм.

Принимаем диаметр конца вала =45 мм.

Такой же диаметр должна иметь расточка во втулке полумуфты. Тогда диаметр трансмиссионного вала на наиболее длинном его участке можно принять равным 50 мм. При компоновании тележки было получено значение для ее колеи, равное 2,44 м. Длину одного участка трансмиссионного вала принимаем равной половине колеи, т.е. 1,22 м.

=0,61310⁶ м⁴.

=39,91 кНм/рад.

=79,82 кНм/рад.

=23,95 кНм/рад.

Соединительная зубчатая муфта на трансмиссионном валу имеет z=52 (число зубьев). Максимальный угловой зазор для зубчатой муфты с промежуточным валом

, =0,024 рад.

==1092,47 Нм

Тогда коэффициент запаса сцепления колеса с рельсом:

k_СЦ==0,89

Полученное значение меньше рекомендуемого (для закрытых помещений k_СЦ=1,2), значит можно сделать следующее:

1) ввести в схему управления электродвигателем предпусковую ступень, работая на которой двигатель выберет зазоры в трансмиссии;

2) уменьшить путем расчета пусковых сопротивлений в цепи ротора двигателя;

3) увеличить (предусмотреть в проекте крана песочницы или устройства, подмагничивающие зону контакта колес с рельсами).

4.3 Электрооборудование крана

Электропитание и токоподвод

Кран состоит из моста, грузовой тележки, на которой установлены механизмы главного и вспомогательного подъемов и кабины крановщика. Кроме механизмов подъема на тележке установлены механизмы передвижения тележки. Механизмы передвижения моста установлены на мосту крана.

Наименование показателей	Значения
Грузоподъемность крана, т:
вспомогательного подъема	50
Диапазон подъема, м:
вспомогательного крюка	25
Скорости подъема (опускания) груза, м/мин:
механизма главного подъема:	11,2
Скорости передвижения, м/мин:
механизма передвижения грузовой тележки:	44
Диапазон регулирования скоростей	1:10
Группа классификации крана по ИСО 4301/01	А6
Группа классификации (режима) механизмов по ИСО 4301/01	М6
Род тока и напряжение, подводимые к крану:
напряжение, В	380±10%
род тока	переменный
частота, Гц	50±0,1Гц
Установленная мощность электродвигателей, кВт	125
Управление краном	С пульта, из закрытой кабины, установленной на кране.

Электродвигатели механизмов подъема

На механизмах подъемов крана предусматривается применение асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором фирмы VEM-Motors (Германия), допускающих работу в системах регулируемого электропривода переменного тока в широком диапазоне изменения скорости вращения. Характерными особенностями двигателей являются:

жесткие механические характеристики;

обмотки статора выполняются из провода с изоляцией класса нагревостойкости «F» (рабочая температура до 155 С);

климатическое исполнение У по ГОСТ 15150-69, степень защиты IP55 по ГОСТ 17494-87, группа условий эксплуатации по стойкости к механическим внешним воздействующим факторам М3 (на грузоподъемных кранах) по ГОСТ 17516.1-90;

роторы электродвигателей подвергаются статической и динамической балансировке;

независимая принудительная вентиляция;

комплектация встроенными датчиками температуры для защиты от перегрева и антиконденсатным подогревом.

комплектация цифровыми датчиками скорости (двигатели механизма главного подъёма);

- комплектация встроенными центробежными выключателями для защиты от сверхскорости.

4.4 Механизмы передвижения моста и тележки

На механизмах передвижения моста и тележки крана предусматривается применение плоских цилиндрических мотор - редукторов с полым валом, со шпоночным пазом производства фирмы SEW-Eurodrive (Германия). Степень защиты мотор - редукторов IP-54. Асинхронные двигатели мотор - редукторов снабжены независимой принудительной вентиляцией, электромагнитными дисковыми тормозами с устройством ручного растормаживания. Имеются также встроенные датчики температуры двигателей.

4.5 Преобразователи частоты

Использование преобразователей частоты для питания короткозамкнутых крановых электродвигателей является современным решением, ставшим практически стандартным для новых и реконструируемых кранов, как за рубежом, так и на отечественных предприятиях.

Преобразователи обеспечивают полностью бесконтактное управление двигателями и плавное высококачественное регулирование скорости во всем диапазоне. Плавность регулирования приводит к существенному снижению нагрузки на механическую часть крана, что снижает аварийность и увеличивает срок службы крана. Применение бесконтактной техники позволяет устранить периодические срабатывания коммутационной аппаратуры и броски тока, что приводит к снижению аварийности оборудования.

Важным преимуществом частотного регулирования является экономичность, обусловленная эффективными пуско-тормозными режимами и отсутствием дополнительных регулировочных резисторов, которые используются в традиционных схемах регулирования частоты вращения двигателей с фазным ротором.

В проекте используются преобразователи частоты Altivar 71 фирмы Schneider Electric (Франция). Для повышения надежности каждый двигатель питается от своего преобразователя. Серия преобразователей частоты Altivar 71 отвечают самым строгим требованиям применений на подъемно-транспортном оборудовании, благодаря использованию разнообразных законов управления двигателем и многочисленным функциональным возможностям. Она адаптирована для решения наиболее сложных задач кранового электропривода, в том числе обеспечивается момент и повышенная точность при работе на очень малой скорости и улучшенные динамические характеристики с алгоритмами векторного управления потоком в разомкнутой или замкнутой системе электропривода.

Altivar 71 обеспечивает:

управление тормозом, адаптированное для приводов перемещения и подъема;

подъем с повышенной скоростью;

контроль состояния тормоза;

управление воздействием концевых выключателей окончания хода;

необходимый момент двигателя для удержания груза при нулевой скорости и снятия тормоза;

безударный пуск, как в режиме подъема, так и в режиме спуска.

Преобразователи частоты удобны в настройке и легко интегрируются в общую систему управления крана, повышают комфортность управления и дают широкие возможности диагностики состояния электроприводов.

Еще одним преимуществом применения частотно-регулируемых электроприводов является низкое потребление реактивной мощности.

Управление линейными контакторами электроприводов производится от промежуточных реле, включение которых осуществляет программируемый логический контроллер ПЛК.

Управление электроприводами механизмов крана осуществляется в соответствии с алгоритмом рабочей программы по сигналам с пульта управления, расположенного в кабине крана.

4.6 Аппаратура управления и ввода

Аппаратура управления, распределения питания смонтирована в открытых металлических панелях марки Sarel производства фирмы Schneider Electric. Панели с аппаратурой управления и распределения питания располагаются в электропомещении на галерее крана. Электропомещение имеет степень защиты IP54 и снабжено двумя тамбурами. Для обеспечения температурных условий работы электроаппаратуры электропомещение снабжено тремя кондиционерами КТГ-Э3-У1 и тепловентилятором САТА-9. Тормозные устройства

В качестве механических тормозных устройств на механизмах подъема крана применены колодочные тормоза типа ТКМП с электрогидравлическими толкателями.

На механизмах передвижения тележки и моста крана применяются электромагнитные дисковые тормоза, встроенные в мотор - редукторы, с возможностью ручного растормаживания.

Управление тормозами всех механизмов осуществляется от ПЛК S7-300, удалённой станции ввода / вывода ET200S по сигналам соответствующих преобразователей частоты. Время наложения и отпускания тормоза учитывается при настройке преобразователя. Настройка преобразователей механизмов подъемов обеспечивает отпускание тормоза после создания приводом начального момента для исключения просадки груза.

4.7 Блокировки и приборы безопасности

электрооборудование кран ремонт управление

На механизмах подъёмов, с не приводной стороны барабана, устанавливается концевой выключатель роторного типа для ограничения верхнего и нижнего положения крюка. Предусмотрена установка аварийных концевых выключателей типа «кошачий ус» фирмы Telemecanique для ограничения верхнего положения крюка.

Ограничение передвижения крана и грузовой тележки в крайних точках пути обеспечивается концевыми выключателями рычажного типа HHEV-551VZV50-A1 производства фирмы Stromag.

Остановка любого механизма при достижении крайних положений осуществляется отключением электропривода и наложением тормозов. При этом сохраняется возможность включения механизмов в обратном направлении.

На всех калитках крана устанавливаются выключатели безопасности. Их контакты включаются последовательно в цепь управления главным контактором и отключают его при открывании любой калитки.

Механизм главного подъема оснащен системой весоизмерения. Тензометрические датчики располагаются под верхними блоками механизмов подъема. Информация об измеренном весе выводится в кабину крановщика на панель оператора.

Согласно «Правилам устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов» ПБ10-382-10, проектируемый кран должен оснащаться ограничителем грузоподъемности (ОГП) с функцией регистрации параметров (РП) соответствующим РД 10-399-01. Функции ОГП и РП реализуются ПЛК с использованием информации от весоизмерительной системы с выводом информации на панель оператора.

Блокировки механизмов подъёма

Цель блокировки	Место установки устройства	Тип электрооборудования	Примечание
Ограничение крайних верхнего и нижнего положений крюка	Грузовая тележка (выходной вал барабана)	70HGE-551-FV70-А1R-FL120	Производитель Stromag
Переход на малую скорость перед срабатыванием блокировки ограничения
Аварийное ограничение крайнего верхнего положения крюка (аварийная остановка)	Концевой выключатель, срабатывающий от крюковой подвески.	Конечный выключатель ZCKJ7 с наконечником - «кошачий ус» ZCKE065	Производитель Schneider Electric (Telemecanique)
Защита от перекоса траверсы сверх допустимого предела	Концевые выключатели плунжерного типа, срабатывающий при повороте балансирного рычага сверх допустимого предела	Конечный выключатель ZCKJ7 с наконечником «плунжер» ZCKE615	Производитель Schneider Electric (Telemecanique)
Ограничение грузоподъемности	Датчики весоизмерительной системы
Защита от сверхскорости	Установка на двигателях подъема	Центробежный выключатель FSL-90
Защита двигателей от перегрева		Термостат: сигнализирующий и отключающий контакты	встроен в двигатель

Блокировки механизмов передвижения

Цель блокировки	Место установки устройства	Тип электрооборудования	Примечание
Ограничение хода моста / тележки	На мосту	HHEV-551VZV50-A1	2 шт./2 шт.
Переход на минимальную скорость перед срабатыванием блокировки ограничения хода моста / тележки	На мосту	HHEV-551VZV50-A1	2 шт./2 шт.
Защита двигателей от перегрева		Термостат: сигнализирующий и отключающий контакты	встроен в двигатель

Остальные блокировки

Цель блокировки	Место установки устройства	Тип электрооборудования	Примечание
Отключение приводов при обрыве фазы питающей сети	Панель ввода	Реле контроля фаз	Производитель Schneider Electric
Блокировка калиток, тамбура	Калитки входа на галереи моста, калитка в тамбуре кабины	Конечный выключатель ZCKJ1 с наконечником - «плунжер» ZCKE615	Производитель Schneider Electric (Telemecanique)

4.8 Система управления краном

СУ имеет трехуровневую структуру, обеспечивающую выполнение требований надежности.

К первому уровню СУ относятся элементы низовой автоматики: датчиковая аппаратура и исполнительные механизмы электроприводов.

Ко второму уровню СУ относятся: станции распределённого ввода вывода и частотные преобразователи. Второй уровень СУ должен осуществлять связь с объектом управления и реализовывать функции сбора и первичной обработки сигналов от датчиков, диагностирования состояния датчиков, исполнительных механизмов и линий связи, а так же выполнять функции автоматического регулирования, противоаварийных защит, дистанционного управления и обеспечивать интерфейс взаимодействия с первым и третьим уровнем СУ.

К третьему уровню СУ относятся: программируемый логический контроллер, средства для вычислительной обработки информации, ее регистрации, архивирования, отображения и диалога с системой, включая пульт управления процессом при выполнении технологических операций во время эксплуатации крана. Третий уровень СУ должен осуществлять обобщенную обработку информации и обеспечивать интерфейс взаимодействия оператора и системы, реализовывать функции информационной поддержки оператора, отображения, регистрации, архивации и обеспечивать интерфейс взаимодействия со вторым уровнем СУ.

Второй и третий уровни СУ реализованы на базе программно-технических средств Simatic S7-300 и станций распределённого ввода / вывода ET200S фирмы Siemens.

Расположение элементов системы управления:

Панели управления приводами, ПЛК смонтированы в сборке панелей управления, которые устанавливаются в электропомещении на мосту крана. Удаленные станции ЕТ200S размещены: - в шкафу управления, - в пульте управления (в кабине машиниста), - в шкафу управления на тележке крана.

4.9 Общекрановое электрооборудование

Ввод питания

Питание электрооборудования крана осуществляется от источника трехфазного переменного напряжения 380В (±10%), частотой 50Гц (±0,1Гц) с глухозаземленной нейтралью по существующим цеховым троллеям.

Панели ввода содержат 2 рубильника: силовой (основной), аварийный (для цепей аварийного освещения 36В).

Распределение электрической энергии (ЭЭ) осуществляется по 3 уровням:

Силовые цепи;

Цепи управления;

Цепи освещения, вентиляции, отопления.

На всех 3-х уровнях установлены следующие элементы:

Реле контроля изоляции;

Ограничители перенапряжений.

Во вводной панели так же установлены: главный контактор, реле контроля чередования фаз, блоки питания =24В, понижающие трансформаторы, защитные автоматические выключатели.

Питание 3~380В; 2~220В; =24В в кабину и на тележку подаётся от вводной панели.

В цепь управления главным контактором включены кнопки аварийного останова, конечные выключатели, установленные на калитках и люках крана и контакты реле контроля фаз.

Главный контактор управляется от контроллера по команде от переключателя типа «ключ-марка», установленного на пульте в кабине, и отключает силовые цепи электроприводов крана, при этом цепи управления остаются всегда под напряжением, а ПЛК и станции ET200S переходят в ждущий режим.

Силовое питание крановой сети 220В подводится от токосъемников к водному шкафу 1АК1, установленному на третьем этаже шахты. О наличии напряжения на троллеях сигнализирует красная лампа, установленная на пульте в кабине управления. Для подачи питания на крановые механизмы в шкафу 1АК1 должны быть включены: силовой разъединитель (1QS1), автоматический выключатель питания цепей собственных нужд шкафа (1SF1) и автоматический выключатель цепей управления электроприводами (1SF2). Для включения силовых контрактов 1К1 и 1К2 необходимо на пульте управления в кабине крановщика повернуть ключ-марку 1SA1 в положение, разрешающее работу и нажать кнопку 1SB1. При этом на пульте зажгутся зеленые лампы 1HLG1 и 1HLG2, сигнализирующие о включении силовых цепей и цепей управления. Силовые контакторы включаются только в том случае, если все выключатели безопасности на калитках крана находятся в разрешенном положении (калитки закрыты). Выключатели безопасности предусмотрены следующих точках:

· Вход на площадку кабины (1SQ5);

· Вход на второй этаж шахты (1SQ3);

· Вход на переходные площадки моста (1SQ1. 1SQ2);

· Спуск с главной тележки на вспомогательную (1SQ4);

· Отключение питания производится либо ключом-маркой, либо кнопкой аварийного отключения 1SB2. Силовые цепи питания электроприводов защищены токовыми реле 1КА1 и 1КА2.

Во вводном шкафу 1АК1 предусмотрены автоматические выключатели для питания цепей вспомогательного оборудования:

· 1SF3, освещение и отопление;

· 1SF4, кондиционер;

· 1SF6, система весоизмерения и определения положения крана в пролете;

· 1SF7, механизм управления жалюзи.

Питание этих цепей не зависит от подачи питания на электроприводы и состояния разъединителя 1QS1.

Токоподвод главной тележке осуществляется гибким кабелем, к вспомогательной тележке - через вспомогательные троллеи.

Электроприводы механизмов крана.

1) Электропривод подъема

Электропривод подъема выполняется по схеме ТП-Д (тири-сторный преобразователь - двигатель постоянного тока). В качестве приводног двигателя используются двигатель типа К21F315 S6. Преобразователи устанавливаются в отдельном цеховом электропомещении в закрытых шкафах. При этом силовое питание двигателей осуществляется по четырем троллеям (440В постоянного тока). Преобразователи питаются от индивидуальных понижающих трансформаторов типа ТСЗП с изолированной нейтралью. Конструкция щита 2АС1 предусматривает возможность установки третьего резервного преобразователя. Переключение на резерв осуществляется вручную с помощью разъединителей. Преобразователи обеспечивают плавный разгон и торможение двигателей, а также произвольную настройку фиксированных скоростей, задаваемых положением командоконтроллера в кабине управления. Для передачи задания скорости из кабины в электропомещение в системе питания крана предусматриваются контрольные троллеи (2 шт. 220В постоянного тока). Различные уровни напряжения на контрольных троллеях соответствуют различным фиксированным скоростям.

Шкаф управления электроприводом главного подъема и вентиляцией двигателей главного подъема 2АК1 установлен на втором этаже шахты. Его питание осуществляется от вводного шкафа 1АК1. Шкаф предназначен в первую очередь для формирования команд управления, передаваемых в цеховое электропомещение. В зависимости от положения командо-контроллера на контрольные троллеи выдаются двуполярное напряжение в диапазоне - 220В…+220В. При включении первой ступени формируются напряжение 70В (знак зависит от направления), фиксируется наличие тока двигателей, включаются катушки тормозов ТКП-500, проверяется их срабатывание, после этого на контрольных троллеях формируется напряжение 120В. Далее, при включении второй и третьей ступеней на троллеях формируется напряжение 170В и 220В соответственно.

Обмотка возбуждения двигателя подъема запитаны от шкафа 2АК1 (через автоматический выключатель 2SF1).

Щит 2АС1, установленный в цеховом электропомещении, состоит из силовых преобразовательных трансформаторов, шкафов с тиристорными преобразователями и дополнительной аппаратурой для расшифровки команд, переданных с крана через контрольные троллеи.

На щите предусмотрен ключ управления 2SA5 внешним масляным выключателем. Кроме того, предусмотрено подключение к щиту внешнего контакта, сигнализирующего о включенном состоянии выключателя (или нескольких выключателей), то есть о наличии силового питания преобразователей.

Цепи управления преобразователей 2UV1..2AUV3 подключаются к существующей сети 220В, 50Гц через разъединители 2QS13, 2QS23, 2QS33. Для подачи питания на вентиляторы охлаждения преобразователей необходимо также включить автоматические выключатели 2QF4..2QF6. Для контроля наличия силового напряжения, напряжения цепей управления, а также готовности преобразователей к работе на щите предусмотрены лампы 2HG11..2GH13, 2GH21..2GH23, 2GH31..2GH33.

С помощью силовых переключателей 2QS12 двигатель подъема может быть подключен либо к своему преобразователю, либо к резервному.

Подключение схемы дешифроки команд управления к сети 220В, 50Гц производится автоматически выключателями 2SF6..2SF8. Основным элементом схемы является логический модуль 2А1 (LOGO!). На его ход подаются сигналы, информирующие готовности преобразователей к работе, о наличии силового питания, о состоянии силовых переключателей 2QS12, а также об уровне напряжения на контрольных троллеях. При этом напряжение -220..+220В предварительно преобразовывается в два сигнала 0..+10В, каждый из которых подается на отдельный аналоговый вход логического модуля. Один из сигналов активен при подаче положительного напряжения на троллеи (при подъеме груза), второй - при подаче отрицательного напряжения (при опускании груза). В зависимости от состояния входных сигналов изменяется состояние релейных выходных сигналов, которые отвечают за выдачу команд на включение преобразователей и информации о требуемой ступени скорости привода. При отсутствии силового питания, в случае неготовности преобразователей или неправильном положении силовых переключателей на щите загорается красная лампа 2HR2, и работа привода запрещается. В случае готовности только одного преобразователя работа привода разрешена в аварийном режиме, но при этом лампа 2HR2 остается включенной.

Программирование логического модуля производится непосредственно на щите с помощью клавиш управления, расположенных на лицевой панели модуля.

Точки и напряжения двигателей индицируются стрелочными приборами на ящике индикации 2АН2 в кабине управления, а также на щите 2АС1.

Для выравнивания нагрузок двух двигателей в функциональной схеме параметрирования преобразователей предусмотрен обмен аналоговыми сигналами, информирующими о величине тока. При этом каждый из преобразователей получает информацию о токе двух других. Информация о том, какой из двух преобразователей работает в паре с текущим, передается в преобразователь через дискретные входы.

Двигатели главного подъема имеют принудительную внешнюю вентиляцию. Схема управления двигателями вентиляторов 2М11 и 1М21 также расположена в шкафу, если переключатель 2SA на пульте управления находится в положении «Вентиляции», то вентиляторы автоматически включаются одновременно с двигателями главного подъема и продолжают работать после выключения привода в течение времени, определенного установкой реле. При переводе переключателя 2SA4 в положение «Продувка» вентиляторы работают постоянно. Работа вентиляторов запрещена том случае, если главная тележка находится в зоне конвертора (контакты конечного выключателя 2SQ3 разомкнуты).

Освещение, отопление кабины, звуковая сигнализация.

Приборы освещения, отопления и звуковой сигнализации (кроме ремонтного освещения) подключены через автоматические выключатели шкафа освещения АК1, установленного в кабине управления. Подача предупредительного звукового сигнала осуществляется сиреной НА1, расположенной в тамбуре, при нажатии на педаль SQ1 в кабине. Для подогрева воздуха в кабине необходимо включить печь ЕК1. Для освещения предусмотрено четыре светильника подкранового освещения, прожектор проливающего Светка над кабиной и восемь светильников для освещения шкафов управления, тамбура и кабины.

Для ремонтного освещения предусмотрено пять ящиков с понижающими трансформаторами (220/12В, 50Гц) ATV1…ATV5 (4 на мосту и 1 в кабине). Для их питания следует подключить кабель ремонтного освещения к цеховой розетке 220В, 50Гц. Кабель находится в шкафу АК1, расположенного в тамбуре.

Кондиционер кабины.

Кондиционер кабины КТ-1.0-4.3Б установлен в тамбуре и предназначен для очистки воздуха кабины от пыли, его охлаждения и частичного осушения.

В кабине устанавливается щит управления кондиционером и датчик-реле температуры.

Размещено на Allbest.ru

...