Розрахунок автоматизованих електроприводів мостових кранів загального призначення

 – вага вантажозахватного  пристрою, Н;

 – діаметр барабана, м;

 – ККД підйомного механізму,  що враховує втрати на тертя  в редукторах, барабані, підшипниках,  блоках і т. п.   = 0,84

 Н×м.

Статичний момент при підніманні порожнього вантажозахватного пристрою розраховують за формулою:

         (8)

де  – ККД холостого ходу (G=0), який визначається за кривою, відповідно співвідношенню (9) і h_н =0,84 (рис. 1, [5]).

.           (9)

Із графіків, ККД холостого  ходу .

 Н×м.

В режимах спуску розрізняють  силовий та гальмівний спуск вантажів. Силовий спуск застосовують для  легких вантажів, вага яких не здатна подолати сили тертя в механізмі. В цьому випадку статичний момент М_с, зумовлений дією сили тяжіння вантажу, що спускається, менше моменту тертя в крановому механізмі М_тр і опускання вантажу здійснюється   електродвигуном,  ввімкненим  на  “спуск” (ІІІ квадрант).

Гальмівний спуск використовують при опусканні важких вантажів (М_с>М_тр); при цьому для запобігання вільного падіння вантажу електродвигун створює гальмівний момент (спуск або в режимі рекуперації, або в режимі противмикання – IV квадрант), переходячи в генераторний режим і обмежуючи швидкість спуску.

При гальмівному спуску номінального вантажу G_н:

     (10)

 Н×м.

При силовому спуску порожнього (G = 0) вантажозахватного пристрою момент, що розвивається електродвигуном, розраховується за формулою:

     (11)

 Н×м.

Попередній вибір потужності двигуна механізму піднімання здійснюється методом середньоквадратичного моменту:

    (12)

де t₁, t₂, t₃, t₄ – тривалість роботи механізму в режимах піднімання і спуску вантажу при відповідних статичних моментах.

При відсутності точних даних про час перехідних процесів приймають t₁=t₂=t₃=t₄, тоді вираз (12) матиме вигляд:

        (13)

 Н×м.

Для врахування перехідних процесів в електроприводі при пуску  і гальмуванні попередній розрахунок потужності двигуна, кВт, здійснюється з деяким запасом:

          (14)

де К₁=1,3 – коефіцієнт запасу, що враховує вплив динамічних навантажень.

Р = 1,3×380,633×104,667×10^-3 = 51,753 кВт.

Перерахунок потужності двигуна, кВт, на стандартну тривалість (ПВ) у відсотках проводиться за спрощеною формулою :

     (15)

де Р_к – розрахункова потужність двигуна, що  відповідає стандартній тривалості включення ПВ_к, % (ПВ_к = 40 %) ;

  Р – потужність двигуна  при розрахунковій (заданій) тривалості     включення ПВ, %  (ПВ = 40 %).

 кВт.

За розрахунковим значенням  потужності Р_к та відповідній їй стандартній тривалості включення ПВ_к, а також за заданою синхронною швидкістю w₀  проводимо попередній вибір двигуна за каталогом [4], при цьому слідкуємо за виконанням  умови:

Р_н>Р_к      (16)

де Р_н – номінальна потужність вибраного двигуна.

Вибираємо двигун МТН 512-6 параметри якого наведені у таблиці 1.

Таблиця 1

Р, кВт	nн, об/хв	І1н, А	cosφ	η %	І2н, А	Е2Н, В	Ммакс, Нм	GD2, кгм2	ПВ%
55	960	120	0,79	88	105	340	1630	4,1	40

 

Після вибору двигуна  слід уточнити передаточне число редуктора і визначити фактичну швидкість піднімання вантажу :                                                 (17)

де і_р – передаточне число редуктора з урахуванням ;

w_н – номінальна кутова швидкість двигуна, рад/с;

n_н – номінальна швидкість обертання валу двигуна, об/хв.

За потужністю Р_н, уточненим передавальним числом і_р* та заданим режимом роботи крана, користуючись [1] вибираємо редуктор Ц2-650, що має

такі дані:

• загальне передаточне число   і_р = 32,42;
• потужність      Р_рн = 75,7 кВт.

 

Фактична швидкість  піднімання вантажу:

,     (18)

де і_р.ст – стандартне передаточне число вибраного редуктора. (і_р.ст = 32,42)

рад/с

 м/с.

Отримане значення мало відрізняється від величини заданої швидкості піднімання = 0,2 м/с. Знайдемо похибку:

Оскільки допускається похибка у 7%, то розрахунок вважаємо задовільним. 

 

1.6. Вибір гальма  механізму піднімання

Вибір гальмівного пристрою механізму піднімання здійснюється за умовами надійного утримання  вантажу в піднятому стані. Для  розрахунку необхідного в цьому  випадку гальмівного моменту  М_т використовується співвідношення:

,     (19)

де М_с3 – статичний момент при спуску номінального вантажу;

К_т   – коефіцієнт запасу гальмування, що вибраний по табл. 2 [5] для

          важкого  режиму роботи.  (К_т = 2).

 Н×м.

Знаючи величину гальмівного моменту М_т, по [1, дод. VII] вибираємо колодочне гальмо з штовхачем ТКТГ-400М з такими параметрами:

- гальмівний момент  М_г = 800 Н×м,

- маса m = 145 кг,

- діаметр гальмівного  шківа d_ш = 400 мм.

За діаметром гальмівного  шківа d_ш = 400 мм, підбираємо з’єднувальну втулочно-пальцеву муфту, що слугує для механічного сполучення привідного двигуна з редуктором. Муфта вибирається по [1, дод. XІI] і має наступні технічні характеристики:

- найбільший момент що передається, М_max = 5500 Н×м;

- момент інерції, J_M = 2,294 кг·м²;

- маса  m = 125 кг.

 

1.7. Перевірка  на нагрівання електродвигуна  механізму 

       піднімання

 

Щоб перевірити попередньо вибрані двигуни механізмів крану  на нагрівання, необхідно побудувати навантажувальні діаграми електроприводів для заданого циклу роботи. Час циклу не повинен перевищувати 10 хв. – для вітчизняних двигунів у повторно-короткочаному режимі роботи.

Навантажувальну діаграму механізму  піднімання (протягом циклу) представимо  як діаграму, що складається з навантажень  приводу при підніманні та опусканні номінального вантажу, а також при підніманні та опусканні порожнього вантажозахватного пристрою за відсутності електричного гальмування.

Час пуску приводу при цьому  визначається як:

                                                                          (20)

 

де t_п.і – час пуску на і-ій дільниці навантажувальної діаграми, с;

J_пр.і – приведений до валу двигуна момент інерції всіх мас, що

         обертаються та поступально рухаються при підйомі і опусканні

         вантажів, кг·м²;

М_п.ср – середній пусковий момент привідного двигуна, Н×м;

w_н – номінальна кутова швидкість двигуна, рад/с;

М_с.і – статичний момент на валу двигуна при підйомі і опусканні

        вантажів, Н×м.

Знак «мінус» в формулі (20) відповідає пуску двигуна при підйомі вантажу, знак «плюс» – при його опусканні.

Приведений до валу двигуна момент інерції при підйомі вантажу:

     (21)

де m_i – маса вантажів, що рухаються поступально, кг;

– фактична швидкість переміщення  вантажу, м/с;

h   – ККД механізму піднімання;

• –  коефіцієнт, що враховує моменти інерції частин що обертаються  

         повільніше, ніж вал електродвигуна 

        ( d = 1,05-1,25 , приймаємо d = 1,2 );

J_д, J_м – моменти інерції відповідно ротора привідного електродвигуна

       та  муфти з гальмівним шківом, кг·м².

 кг×м²;

 кг·м².

При гальмівному спуску вантажів співвідношення (21) прийме вигляд:

    (22)

 кг·м².

Приведені до валу електродвигуна моменти інерції при підніманні та опусканні порожнього вантажозахвату приблизно рівні і розраховуються по формулі (21), ККД механізму в  цьому випадку не враховується:

 кг·м².

Середній пусковий момент двигуна:

      (23)

де М₁ – пусковий момент;

М₂ – момент переключення.

Для знаходження пускового  моменту необхідно визначити  кратність  , тобто відношення максимального і номінального моментів вибраного двигуна:

М_н визначається співвідношенням:

 Н×м.

 

Для кранових асинхронних  двигунів з фазним ротором, які мають  кратність по максимальному моменту l_m > 2,5 , пусковий момент може бути прийнятий:

        (24)

де М_н – номінальний момент двигуна.

М₁ = 2,5×М_н = 2,5×574,373 = 1368,43 Н×м.

Момент переключення:

М₂ = 1,2·М_ср = 1,2·379,633 = 455,559 Н×м,

де М_ср – середній статичний момент механізму піднімання, розрахований по співвідношенню (12).

Таким чином, маючи значення М₁ і М₂ визначаємо середній пусковий момент двигуна за співвідношенням (23):

 Н×м.

За формулою (20) знаходимо  час пуску приводу при підніманні номінального вантажу:

  с.

Час пуску приводу  при підніманні порожнього вантажозахватного  пристрою:

 с.

Час пуску приводу  при опусканні номінального вантажу:

 с.

Час пуску приводу  при опусканні порожнього вантажозахватного пристрою за відсутності електричного гальмування:

 с.

Сумарний час пуску  за цикл:

     (25)

 с.

 

Знаючи фактичну швидкість  переміщення  і висоту піднімання вантажу Н, визначається час руху, що встановився при підніманні номінального вантажу:

        

с.;                        (26)

 

Час гальмування ми не визначаємо, оскільки гальмування проходить  за допомогою колодочного гальма і двигун протягом гальмування – від'єднується від мережі, тому і немає необхідності при перевірці двигуна на нагрівання обчислювати час гальмування.

Сумарний час усталеного руху привода за цикл роботи при  підніманні і спусканні повного  вантажу, а також при підніманні і спусканні порожнього вантажозахвату:

      (27)

 с.

Робочий час за цикл:

         (28)

 с.

Тоді загальний час  пауз при заданому ПВ %  визначиться співвідношенням:

         (29)

 с.

Повний час циклу:

 с.

Загальний час циклу t_ц = 273,682/60 = 4,56 хв. < 10 хв. – для повторно-короткочасного режиму роботи.

Навантажувальна діаграма механізму піднімання (протягом циклу) представлена у графічній частині роботи – АЕП 401.015.002 ГЧ.

Перевірка вибраного двигуна на нагрівання проводиться методом  еквівалентного моменту, який знаходиться  по формулі: