Электропривод и электрооборудование механизма подъема мостового крана

На  крановых установках допускается применять  рабочее напряжение до500 В, поэтому  крановые механизмы снабжают электрооборудованием на напряжения 220, 380, 500 В переменного тока и 220, 440 В постоянного тока. В схеме управления предусматривают максимальную защиту, отключающую двигатель при перегрузке и коротком замыкании. Нулевая защита исключает самозапуск двигателей при подаче напряжения после перерыва в электроснабжении. Для безопасного обслуживания электрооборудования, находящегося на ферме моста, устанавливают, блокировочные контакты на люке и двери кабины. При открывании люка или двери напряжение с электрооборудования снимается.

При работе крана происходит постоянное чередование направления движения крана, тележки и крюка. Так, работой  механизма подъема состоит из процессов подъема и опускания груза и процессов передвижения пустого крюка. Для увеличения производительности крана используют совмещение операций: Время пауз, в течение которого двигатель не включен и механизм не работает, используется для навешивания груза на крюк и освобождение крюка, для подготовки к следующему процессу работы механизма. Каждый процесс движения может быть разделен на периоды неустановившегося движения (разгон, замедление) и период движения с установившейся скоростью.

Мостовой  кран установлен в литейном цеху металлургического  производства, где наблюдается выделение  пыли, поэтому электродвигатель и все электрооборудование мостового крана требует защиты общепромышленного исполнения не ниже IP 53 - защита электрооборудования от попадания пыли, а также полная защита обслуживающего персонала от соприкосновения с токоведущими и вращающимися частями, а также защита электрооборудования от капель воды падающих под углом 60⁰ к вертикали.

Краны литейных цехов работают в непрерывно при интенсивном использовании  оборудования, наличием высокой температуры  окружающей среды и излучением теплоты  от раскаленного или расплавленного металла. Кабина управления краном выполняется теплоизолированной, в ней также оборудуется установка для кондиционирования воздуха. Учёт режима работы крана при проектировании и выборе электрооборудования определяет энергетические показатели и надёжность при эксплуатации крановой установки. Правилами Госгортехнадзора предусматривается четыре режима работы механизмов: лёгкий - Л, средний - С, тяжёлый - Т, весьма тяжёлый - ВТ.

По  таблице 1.1 Л2 определяем режим работы крана:  Проектируемый мостовой кран работает в среднем режиме с ПВ40.

 

3 Исходные  данные проектирования.

 

Исходными данными проектирования являются физичес - кие и геометрические параметры  механизма подъема мосто -вого крана, а также размеры помещения  цеха, в котором рас -положен кран. Исходные данные представлены в таблице 3.1.

 

 

Таблица 3.1 - Исходные данные проектирования.

 

Наименование  параметра	Значение  параметра
1	2
Грузоподъемность  главного крюка	80 т
Скорость  подъема главного крюка	4,6 м/мин
Скорость  передвижения крана	75 м/мин
Скорость  передвижения тележки	30 м/мин
Высота  подъема главного крюка	6 м
Вес главного крюка	0,8т
Диаметр барабана лебедки главного крюка	700 мм
Вес тележки	33 т
Длина перемещения моста	60 м
Длина перемещения тележки	22 м
КПД главного подъема под нагрузкой	0,84
КПД главного подъема при холостом ходе	0,42
КПД моста	0,82
КПД тележки	0,79
Длина помещения цеха	62 м
Ширина  помещения цеха	15,5 м
Высота  помещения цеха	10 м
Режим работы крана средний	С
Продолжительность включения крана %	40%

 

 

 

4 Расчет статических  нагрузок двигателя механизма подъема мостового крана

 

Целью расчета является определение статических  нагрузок, приведенных к валу электродвигателя, для выбора мощности электродвигателя механизма подъема мостового крана.

Исходными данными являются технические характеристики мостового крана пункта 3.

 

4.1 Статическая  мощность на валу электродвигателя  подъемной лебедки при подъеме груза, в кВт определяется следующим образом:

Р_{ст.гр.под} =

       (4.1)                  

 

где G=m∙g=80∙10³∙ 9,8=784000H-вес поднимаемого груза;

m-номинальная грузоподъемность, кг;

g-ускорение свободного падения, м/с²;

G₀=m₀∙g=0,8∙10³∙9,8=7840Н-веспустого захватываю- щего приспособления;

                m₀ - масса пустого захватывающего приспособле -ния, кг;

v_н = 4,6м/мин = 0,07 м/с - скорость подъема груза;

h_нагр = 0,84 - КПД под нагрузкой.                                                                                                                                                                                                                                          

    Р _{ст.гр.под .}= = 65,98 кВт.

4.2 Мощность  на валу электродвигателя при  подъеме пустого захватывающего  приспособления, кВт:

 

Р _ст.п.гр.=

    (4.2)

 

где h_хх=0,42 - КПД механизма при холостом ходе.

 

                  Р_{ст.п.гр.}= =1,3 кВт.

4.3 Мощность на валу  электродвигателя обусловленная  весом груза, кВт:

          Р_гр.=(G+G₀)*v_с*10^-3              (4.3)

                    

где v_с=v_н=0,07 м/с - скорость спуска. 

 

                  Р_гр=(784000+7840)*0,07*10^-3=55,42 кВт.

 

4.4 Мощность  на валу электродвигателя, обусловленная  силой трения, кВт:

Р_тр.=(

) * (1 - h_нагр.) * v_c * 10^-3      (4.4)  

 

   Р_{тр .}= ( ) * (1-0,84) * 0,07 * 10^-3 = 8,88 кВт.

Так как выполняется условие Р_гр > Р_тр, следовательно, электродвигатель работает в режиме тормозного спуска.

 

4.5 Мощность  на валу электродвигателя при  тормозном спуске, определяется  следующим способом, кВт:

 

Р_т.сп.=(G+G₀)*V_с*(2-

)*10^-3     (4.5)

 

Р_ст.сп.=(784000+7840)*0,07*(2- )*10^-3=44,8 кВт.

4.6 Мощность на валу электродвигателя во время спуска порожнего захватывающего приспособления, кВт:

 

                       Р_с.ст.о.=G₀∙V_с∙ ( -2) ∙10^-3       (4.6)                    

 

Р_с.ст.о.=7840∙0,07( -2) ∙10^-3=0,2 кВт.

 

4.7 После  определения статических нагрузок  рассчитаем нагрузочный график механизма подъема мостового крана для наиболее характерного цикла работы (Таблица 4.1)

 

4.7.1 Время подъема груза на высоту  Н: 

               t_р1= =85,7 сек.

где Н-высота подъема груза, м.

 

4.7.2 Время перемещения груза на расстояние L:                 

                     t₀₁= =48 сек.

4.7.3 Время для спуска груза:

                     t_р2= =85,7 сек.

4.7.4 Время на зацепление груза  и его отцепления:

 

                    t₀₂= t ₀₄=200 сек.

 

4.7.5 Время подъема порожнего крюка:

                     t_р3= =85,7 сек.

4.7.6 Время необходимое  для возврата крана к месту  подъема нового груза:

                     t₀₃= =48 сек.

4.7.7 Время спуска порожнего крюка:

                     t_р4= =39,2 сек.

Вычертим  нагрузочный график механизма подъема  для рабочего цикла:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4.1- Нагрузочный  график механизма подъема для  рабочего цикла.

 

 

Таблица 4.1- Рабочий  цикл механизма подъема.

 

Участки	Подъем  груза	Па - уза	Спуск  груза	Па - уза	Подъем  крюка	Па - уза	Спуск крюка	Па - уза
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Рс, (кВт)	65,98	0	44,8	0	1,3	0	0,2	0
t, (cек)	85,7	48	85,7	200	85,7	48	85,7	200

 

4.7.8 Суммарное время работы электродвигателя:

 

           S t_р=t_р1+ t_р2+ t_р3+ t_р4=4*85,7 = 342,8 сек.

 

4.7.9 Суммарное  время пауз:

 

          S t₀=t₀₁+t₀₂+t₀₃+t₀₄=48+48+200+200=496 сек.

 

4.8 Действительная  продолжительность включения, %:

 

      ПВ_д=

∙ 100%          (4.8)

 

                        ПВ_д= ∙100%=40,8%.

 

4.9 Эквивалентная  мощность за суммарное время  работы электродвигателя, кВт:

 

    Р_экв=

        (4.9)

 

Р_экв=

=39,8кВт.

4.10 Эквивалентную  мощность пересчитываем на стан- дартную продолжительность включения  соответствующего режима работы  механизма крана, кВт:

 

   Р_эн=Р_экв ∙

       (4.10)

 

                    Р_эн=39,8∙ =40,2 кВт.

 

4.11 Определяем  расчетную мощность электродвигате  ля с учетом коэффициента запаса, кВт:

 

    Р_дв=

                    (4.11)

 

где К_з = 1,2 - коэффициент запаса;

      h_ред = 0,95 - КПД редуктора.

 

                   Р_дв= =50,7 кВт.

 

4.12 Угловая  скорость лебедки в рад/с и  частота вращения лебедки в  об/мин, определяется следующим  способом:

 

                                    w_л=

                                     (4.12)

 

где D - диаметр барабана лебедки, м.

 

                      w_л = = 0,2 рад/с.

 

       n_л =                                     (4.13)

                  n_л = = 2 об/мин.

 

Полученные  значение мощности электродвигателя в  пункте (4.11) и значение стандартной  продолжительности включения ПВ_ст = 40% , будут являться основными критериями для выбора электродвигателя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 Выбор типов  электродвигателя и редуктора  механизма подъема мостового  крана

 

Целью расчета является выбор  приводного электродви - гателя по справочнику и проверка его по перегрузочной способности и по условиям осуществимости пуска, а также выбор редуктора для механизма подъема мостового крана.

 

Исходными данными являются исходные данные проекти-рования  пункта 3 и результаты расчетов  пункта 4.

 

5.1 Выберем  электродвигатель из следующих  условий:

 

Р_ном ³  Р_дв                                                 (5.1) 

Р_ном ³ 50,7 кВт

 

Таблица 5.1 - Технические данные асинхронного электро - двигателя с фазным ротором типа МТН512-6

 

Параметры двигателя	Значение  параметра
1	2
Мощность, Рн	55 кВт
Частота вращения, nн	970 об/мин
Ток статора, I1	99 А
Коэффициент мощности, Соs j	0,76
КПД, hн	89 %
Ток ротора, I2	86 А
Напряжение  ротора, U2	340 В
Максимальный  момент, Мm	1630 Нм
Маховый момент, GD2	4,10 кг∙м2
Напряжение, U	380 В
Частота, f	50 Гц
Продолжительность включения, ПВст	40 %