Разработка проекта подъемного механизма мостового крана

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Крановое оборудование является одним из основных средств комплексной механизации всех отраслей народного хозяйства. Производство кранового электрооборудования стало одной из важнейших отраслей электротехнической промышленности.

В своем курсовом проекте я сделаю проект подъемного механизма мостового крана. Рассчитаю и выбираю двигатель из условия грузоподъемности 25 тонн, массой крюка 1,8 тонн, скоростью подъема 0,15 м/с, КПД подъемного механизма 0,7, диаметр барабана 750 мм, передаточное число полиспаста 4, передаточное число редуктора 59, режим работы весьма тяжелый, число включений в час 300, ориентировочная частота вращения вала двигателя 900 об/мин, допустимое ускорение 0,25 м/с2. Затем двигатель следует проверить по условиям теплового режима и суммарному приведенному к двигателю моменту.

Затем следует выбрать наиболее оптимальную схему управления данным механизмом, сделать к ней спецификацию и описание работы схемы.

1. Описание устройства и работы мостовых кранов

Кранами называются грузоподъемные устройства, служащие для вертикального и горизонтального перемещения грузов на небольшие расстояния. По особенностям конструкции, связанным с назначением и условиями работы, краны разделяются на мостовые, портальные, козловые, башенные и др. В цехах предприятий электромашиностроения наибольшее распространение получили мостовые краны, с помощью которых производятся подъем и опускание тяжелых заготовок, деталей и узлов машин, а также их перемещение вдоль и поперек цеха. Вид мостового крана в основном определяется спецификой цеха и его технологией, однако многие узлы кранового оборудования, например механизмы подъема и передвижения, выполняются однотипными для различных разновидностей кранов.

Несущая сварная конструкция крана представляет собой мост с двумя главными балками коробчатого сечения (или с решетчатыми фермами), перекинутыми через пролет цеха, и концевыми балками на которых установлены ходовые колеса. Колеса перемещаются по рельсам подкранового пути, закрепленным на балках опорных конструкций в верхней части цеха. Привод ходовых колес осуществляется от электродвигателя через редуктор и трансмиссионный вал.

Вдоль моста проложены рельсы по которым на колесах, приводимых во вращение электродвигателем через редуктор, перемещается тележка с подъемной лебедкой. На барабан лебедки наматываются подъемные канаты с подвешенным к ним на блоках крюком для захвата грузов. Барабан приводится по вращение электродвигателем через редуктор.

Управление работой механизмов крана производится из кабины оператора-крановщика, в которой установлены контроллеры или командоконтроллеры органы ручного управления электроприводами механизмов. Электроаппаратура управления приводами размещается в шкафах, установленных на мосту крана. Здесь же располагаются ящики резисторов. Для проведения операции обслуживания механизмов и электрооборудования предусмотрен выход на мост из кабины через люк.

Электроэнергия к крану подводится при помощи скользящих токосъемников от главных троллеев, уложенных вдоль подкранового пути. Для подвода питания к электрооборудованию, размещенному на тележке служат вспомогательные троллеи, идущие вдоль моста.

В зависимости от вида транспортируемых грузов на мостовых кранах используют различные грузозахватывающие устройства: крюки, магниты, грейферы, клещи и т.п. В связи с этим различают краны крюковые, магнитные, грейферные, клещевые и т.д. Наибольшее распространение - получили крапы с крюковой подвеской пли с подъемным электромагнитом, служащим для транспортировки стальных листов, скрапа, стружки и других ферромагнитных материалов. Питание электромагнита, подвешиваемого к крюку, осуществляется с помощью гибкого кабеля, для намотки которого на кране установлен кабельный барабан, приводимый во вращение через передачу от барабана лебедки.

У всех типов кранов основными механизмами для перемещения грузов являются подъемные лебедки и механизмы передвижения. Это позволяет выделить ряд общих вопросов электропривода крапов: расчет статических нагрузок, выбор двигателем по мощности, анализ режимов работы, выбор системы электропривода и другие.

Нагрузка крапов, как правило, изменяется в широких пределах: для механизмов подъема -- от 0,12 до 1,0, а для механизмов передвижения -- от 0,5 до 1,0 номинального значения. Характерно для кранов также то, что их механизмы работают в повторно-кратковременном режиме, когда относительно непродолжительные периоды работы, связанные с перемещением грузов, чередуются с небольшими паузами па загрузку или разгрузку и закрепление груза. Поскольку па крапах применяется многодвигательный привод, двигатели через передачи снизаны с механизмами подъема или передвижения, то они, как п другие элементы электрооборудования кранов, работают также в повторно-кратковременном режиме при большом числе включений в час.

Согласно действующим в России стандартам все краны по режимам работы механического и электрического оборудования делятся на четыре категории, определяющие степень их использования, характер нагрузки и условия работы: Л -- легкий режим работы, С -- средний, Т -- тяжелый и ВТ -- весьма тяжелый. Основными показателями, по которым судят о режимах работы, являются продолжительность включения двигателя механизма ПВ, %, число включений двигателя в час h, коэффициенты использования механизмов по грузоподъемности kгр, в течение года kг и в течение суток kс:

ПВ =tр*100/(tр+t0)

kгр=mc/mном;

kг=А/365;

kс=В/24,

где tp -- время работы двигателя за цикл; t0 -- суммарное время пауз за цикл; тс -- масса груза, перемещаемого за смену; тном -- номинальная грузоподъемность; Л -- число дней работы механизма в году; В -- число часов работы механизма в сутки.

При вычислении ПВ время цикла tц=tр=t0 не должно превышать 10 мни.

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

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

Основное крановое электрооборудование: электродвигатели, силовые, магнитные и командные контроллеры, пускорегулировочные резисторы, тормозные электромагниты, конечные выключатели и другие -- в значительной степени стандартизовано. Поэтому различные по конструкции краны комплектуются обычно таким электрооборудованием по типовым схемам.

Электрооборудование мостовых кранов выполняется и «эксплуатируется в соответствии с «Правилами устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов». Рабочее напряжение сети, питающей краны, не должно превышать 500 В. В соответствии с этим на кранах применяется электрооборудование на 220 или 380 В переменного тока и 220 или 440 В постоянного тока. Напряжение 440 В используется только в силовых цепях кранов большой грузоподъемности.

Для защиты питающих проводов и электродвигателей от токов к. з. и значительных перегрузок (свыше 225%) на кранах предусматривается максимальная токовая защита с помощью реле максимального тока или автоматических выключателем. Плавкие предохранители используют только для защиты цепей управления. Тепловая защита на кранах обычно не применяется, так как в условиях повторно-кратковременного режима' работы двигателей она может приводить к ложным отключениям. Для предотвращения самозапуска двигателей, т.е. самопроизвольного пуска их при восстановлении напряжения сети после перерыва в электроснабжении, в электрических схемах кранов используют совместно с «нулевой» защитой блокировку пулевой позиции контроллеров. Обязательным является наличие конечных выключателей для автоматической остановки механизмов при подходе их к крайним положениям. Для безопасности обслуживания электрооборудования люк для выхода из кабины на мост снабжается конечным выключателем, снимающим напряжение со вспомогательных троллеев при открывании люка. Все токоведущие части в кабине крана полностью ограждаются. Механизмы кранов оснащаются тормозами замкнутого типа с электромагнитами, которые автоматически растормаживают механизм при включении и затормаживают его при отключении двигателя. Металлоконструкции кранов и все металлические части электрооборудования, которые могут оказаться под напряжением из-за порчи изоляции, должны быть заземлены. Соединение с контуром заземления цеха осуществляется через подкрановые пути.

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

1. Регулирование угловой скорости двигателя в сравнительно широких пределах (для обычных кранов до 4: 1, для специальных кранов -- до 10 : 1 и более) в связи с тем, что тяжелые грузы целесообразно перемещать с меньшей скоростью, а пустой крюк или ненагруженную тележку -- с большей скоростью для увеличения производительности крана. Пониженные скорости необходимы также для осуществления точной остановки транспортируемых грузов с целью ограничения ударов при их посадке и облегчают работу оператора, так как не требуют многократного повторения пусков для снижения средней скорости привода перед остановкой механизма.

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

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

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

Для привода крановых механизмов возможно применение различных двигателей и систем электропривода. Их выбор определяется грузоподъемностью, номинальной скоростью движения, требуемым диапазоном регулирования скорости привода, жесткостью механических характеристик, числом включения в час г др. В настоящее время на кранах чаще всего применяют простые системы электропривода, в которых двигатели получают питание от сети переменного или постоянного тока неизменного напряжения через пускорегулировочные резисторы.

Привод с асинхронными двигателями с к.з. ротором применяется для механизмов кранов небольшой мощности (?10--15 кВт), работающих в легком режиме. Если необходимо регулировать скорость или обеспечить точную остановку механизма, то можно использовать двух- или трехскоростные двигатели.

Наибольшее распространение на кранах получил привод с асинхронными двигателями с фазным ротором и ступенчатым регулированием угловой скорости путем изменения сопротивления в цепи ротора. Такой привод достаточно прост, надежен, допускает большое число включений в час и применяется при средних и больших мощностях. С помощью резисторов в цепи ротора можно в широких пределах изменять момент при пуске, получать желаемые ускорения и плавность пуска, уменьшать токи и потери энергии в двигателе при переходных процессах, а также получать пониженные угловые скорости. Однако этот привод не обеспечивает необходимую жесткость регулировочных характеристик и устойчивую работу при пониженных скоростях. Он неэкономичен вследствие значительных потерь энергии в пускорегулировочных сопротивлениях; кроме того, имеет место повышенный износ двигателя, электромеханических тормозов и контактной аппаратуры управления.

Если к электроприводу крановых механизмов предъявляются повышенные требования в отношении регулирования скорости, а также необходимо обеспечить низкие устойчивые угловые скорости в различных режимах, то применяют двигатели постоянного тока. Для механизмов подъема приводы на постоянном токе с питанием от сети обычно выполняются с двигателями последовательного возбуждения, которые допускают большие перегрузки по моменту и имеют мягкую естественную характеристику, что позволяет поднимать и опускать легкие грузы с повышенном скоростью. Двигатели параллельного возбуждения применяют в тех случаях, когда необходимо иметь достаточно жесткие механические характеристики при низких угловых скоростях, а также обеспечить работу двигателя на естественной характеристике в генераторном режиме.

Однако использование двигателей постоянного тока влечет за собой необходимость преобразования переменного тока в постоянный, что до недавнего времени осуществлялось с помощью машинных преобразователей и связано с увеличением капитальных затрат, дополнительными потерями энергии и эксплуатационными расходами.

2. Выбор двигателя подъемного механизма

1. Наибольшая статическая мощность на валу двигателя при подъеме номинального груза:

G - сила тяжести груза, - сила тяжести грузозахватного устройства, - скорость подъема , ?- КПД механизма подъема.

2. Необходимая частота вращения вала двигателя:

электропривод крановый двигатель

i- общее передаточное число механизма подъема, равное произведению передаточных чисел редуктора и полиспаста, диаметр барабана лебедки.

При заданном режиме работы ВТС и числе включений в час 300 двигатель будет работать с продолжительностью включений ПВ=60%.

Выбираем асинхронный двигатель с фазным ротором марки МТН613-10.

Табл. 1

3. Проверка двигателя по условиям нагрева:

,

k- коэффициент, учитывающий момент инерции вращающихся частей k=1,2.

4. Приведенное число включений двигателя в час.

5. Необходимая мощность двигателя по условию теплового режима:

- коэффициент эквивалентной статической нагрузки, принятый равным 0,8, - коэффициент запаса, принятый равным 1,2, - КПД привода в статических режимах, при номинальной скорости принят равным 0,76, - полная относительная продолжительность включений электропривода, принята равной 0,6, - относительная продолжительность включений 0,6, - коэффициент, учитывающий зависимость постоянных потерь двигателя от величины питающего напряжения в системах управления с преобразователями, для приводов ~ тока он равен 1, Кр - коэффициент, учитывающий несоответствие базового значения относительно продолжительности включений при регулировании (принята равной 0,05) и действительного его значения принятого равным 0,125.

.

К0 - коэффициент, учитывающий изменения соотношения постоянных и переменных потерь при и условие вентиляции двигателя, его значение для найдено равным 1,11, Кд.п. - коэффициент динамических потерь, принятый равным 1,25, - эквивалентное КПД кранового электропривода 0,68.

Требования теплового режима удовлетворяют выбранный двигатель.

6. Суммарный приведенный к валу двигателя момент инерции:

допустимое ускорение при пуске.

3. Обоснование принятых решений

Повышенных требований для регулирования скорости данного механизма не предъявлялось, поэтому выбираем двигатель на переменном токе, что упростит схему управления двигателем. Для подъемного механизма мостового крана я выбрал асинхронный двигатель с фазным ротором марки МТН 613-10 с номинальной мощностью 60 кВт. Выбранный двигатель удовлетворяет по номинальной мощности, условию теплового режима, суммарному приведенному к двигателю моменту инерции и пусковому моменту.

4. Описание схемы работы подъемного механизма мостового крана.

Оператор воздействует при управлении двигателем на командоконтроллер SA, имеющий семь контактов и девять фиксированных положений рукоятки.

Обмотка статора двигателя подключается к сети через реверсирующие двухполюсные контакторы КМ1 и КМ2. Резисторы в цепях ротора двигателя выводят посредством двухполюсных контакторов КМ3…КМ6. Схема позволяет получить: автоматический пуск на естественную характеристику в функции независимых выдержек времени, создаваемых электромагнитными реле КТ1…КТ3, питание катушек которых производится через выпрямитель VD, работу на трех промежуточных скоростях; торможение противовключением при переводе рукоятки SA в первое положение обратного направления.

В нулевом положении рукоятки SA через замкнутый контакт, включается реле напряжения KV1 и своим контактом подготавливает к работе основные цепи управления. В первом положении рукоятки SA, например Вперед, замыкается контакт и включается контактор КМ1, который своими главными контактами присоединяет статор двигателя к сети, а вспомогательными контактами включает реле KL. Через замыкающий контакт KL включается контактор КМ, который подает питание в обмотку тормозного электромагнита YB, механизм растормаживается и двигатель пускается в ход с полностью включенными резисторами в цепи ротора.

В положениях 2…4 командоконтроллера соответственно включаются контактор КМ3 и с выдержкой времени - контакторы КМ4…КМ6.После срабатывания контактора КМ6 в цепи ротора остается включенным небольшое сопротивление, смягчающее естественную характеристику двигателя для уменьшения пика момента при ускорении.

Для быстрой остановки двигателя следует перевести рукоятку SA в положение 1 Назад. При этом отключается контакторы КМ1…КМ6 и реле KL (на небольшой отрезок времени), форсировано срабатывает реле KV2 (резистор R3 шунтирован контактом KL) и происходит торможение противовключением при введении всех резисторов в цепь ротора. При скорости w?0 реле KV2 теряет питание, и оператор должен перевести рукоятку SA в нулевое положение. Для реверса двигателя рукоятку SA необходимо установить в одно из положений 2…4 Назад.

В цепи катушки реле KV1 находятся контакты конечных выключателей SQ1 и SQ2, а также контакт аварийной кнопки SB2. После срабатывания какой-либо защиты или перерыва в электроснабжении пуск двигателя возможен только после установки рукоятки командоконтроллера в нулевое положение, когда контакт SA замкнут и включить реле напряжения KV1.

5. Техника безопасности

Электрооборудование кранов, его монтаж, токоподвод и заземление должны соответствовать Правилам устройства электроустановок и другим нормативным документам.

Подача напряжения на электрооборудование крана от внешней сети должна осуществляться через вводное устройство (рубильник, автоматический выключатель) с ручным или дистанционным приводом.

Вводное устройство (защитная панель) мостовых, козловых и консольных кранов должно быть оборудовано специальным контактным замком с ключом (ключ-марка), без которого не может быть подано напряжение на кран. Вводное устройство и панель управления башенных кранов должны быть оборудованы приспособлением для запирания их на замок.

Для подачи напряжения на главные троллеи или гибкий кабель должен быть установлен выключатель в доступном для отключения месте. Выключатель должен иметь приспособление для запирания его в отключенном положении.

Портальные краны, у которых подвод электроэнергии производится при помощи гибкого кабеля, должны быть снабжены кабельным барабаном для автоматического наматывания (сматывания) питающего кабеля.

Кабина крана и машинное помещение должны быть оборудованы электрическим освещением, а для кранов, работающих на открытом воздухе, также и отоплением. При отключении электроприводов механизмов кранов освещение и отопление не должны оставаться подключенными.

Питание электрической цепи освещения и сигнального прибора должно осуществляться до вводного устройства и иметь собственные выключатели.

Все краны должны быть оборудованы низковольтным ремонтным освещением напряжением не более 42 В.

Питание электрической цепи ремонтного освещения должно осуществляться от трансформатора или аккумулятора, установленного на кране.

Однобалочные краны ремонтным освещением могут не оснащаться.

Грузозахватный орган штыревого крана и корпуса электрооборудования, находящиеся по условиям технологического процесса под напряжением, заземляться не должны. В этом случае от заземленных частей грузоподъемной машины они должны быть изолированы не менее чем тремя ступенями изоляции. Сопротивление каждой ступени изоляции после монтажа вновь изготовленного или капитально отремонтированного крана должно быть не менее 10 МОм. Изоляция электрооборудования и электропроводки должна быть рассчитана на случай повреждения ступеней защитной изоляции.

Краны должны быть оборудованы ограничителями рабочих движений для автоматической остановки:

а) механизма подъема грузозахватного органа в его крайних верхнем и нижнем положениях. Ограничитель нижнего положения грузозахватного органа может не устанавливаться, если по условиям эксплуатации крана не требуется опускать груз ниже уровня, укачанного в паспорте;

б) Механизмы передвижения мостовых кранов-перегружателей должны быть оборудованы ограничителями независимо от скорости передвижения;

г) механизмов передвижения мостовых кранов и их грузовых тележек, работающих на одном крановом пути.

Указанные устройства должны устанавливаться также при необходимости ограничения хода любого механизма.

Концевые выключатели, устанавливаемые на кране, должны включаться так, чтобы была обеспечена возможность движения механизма в обратном направлении. Дальнейшее движение в том же направлении допускается: для механизма передвижения мостового крана -- при подходе к посадочной площадке или тупиковому упору с наименьшей скоростью, обеспечиваемой электроприводом.

Заключение

В ходе выполнения курсового проекта электрооборудования подъемного механизма мостового крана был рассчитан и выбран двигатель переменного тока с фазным ротором на напряжение 380 В МТН613-10. Выбрана принципиальная электрическая схема пуска двигателя. Схема предусматривает ступенчатый плавный разгон двигателя. Сделана спецификация к схеме и подробное описание схемы.

Список литературы

1. Под редакцией А.А. Рабиновича «Крановое электрооборудование».

2. Е.Н. Зимин, В.И. Преображенский, И.И. Чувашов «Электрооборудование промышленных предприятий и установок».

Размещено на Allbest.ru