Расчет электрического привода механизма подъема башенного крана

Введение.

Рабочие механизмы грузоподъемных кранов обеспечивают перемещение грузов в трех взаимно перпендикулярных направлениях. Подъем груза осуществляется механизмом подъема.

На кранах может быть установлено до трех механизмов подъема различной грузоподъемности.

Перемещение груза по горизонтали на мостовых и козловых кранах осуществляется с помощью грузовой тележки и самого крана, а на стреловых кранах – с помощью механизмов поворота, изменения вылета стрелы или грузовой тележкой стрелы. Всеми механизмами кранов управляют из одного места – кабины или поста управления.

Конструкции башенных кранов постоянно усовершенствуют, что позволяет расширить область их применения. Например, первые краны имели грузоподъемность 0.5…1.5 т., грузовой момент до 30 т*м., высоту подъема 20…30 м., сейчас работают краны грузоподъемностью до 50 т., грузовым моментом до 1000 т*м., высотой подъема до 150 м.

Для повышения производительности кранов на новых машинах увеличены скорости рабочих движений, а также повышена мобильность кранов.

1. Выбор типа электродвигателя.

На кранах применяют главным образом трехфазные асинхронные двигатели перемен-ного тока.

По способу выполнения обмотки ротора эти двигатели разделяют на электродвигатели с короткозамкнутым и с фазным роторами.

Двигатели с короткозамкнутым ротором применяются в электроприводе, где не требует-

ся регулировать частоту вращения, или в качестве второго (вспомогательного) двигателя для получения пониженных скоростей механизмов крана. Недостатком электродвигателей с корот-

козамкнутым ротором является большой пусковой ток, в 5…7 раз превышающий ток двигателя

при работе с номинальной нагрузкой.

Двигатели с фазным ротором используются в приводе, где требуется регулировать частоту вращения. Включение в цепь ротора пускорегулирующего реостата позволяет уменьшить пусковой ток, увеличить пусковой момент и изменить механическую характеристику двигателя.

Они имеют значительные преимущества перед двигателями других типов: возможности выбора мощности в широком диапазоне, получения значительного диапазона частот вращения с плавным регулированием и осуществления автоматизации производственного процесса простыми средствами; быстрота пуска и остановки; большой срок службы; простота ремонта и эксплуатации; легкость подвода энергии.

Двигатели постоянного тока тяжелее, дороже и сложнее устроены, чем одинаковые по мощности трехфазные асинхронные. Достоинства двигателей постоянного тока является возможность плавного и глубокого регулирования частоты вращения, поэтому такие двигатели применяют в специальных схемах электропривода кранов для высотного строительства.

Крановые двигатели предназначены для работы, как в помещении, так и на открытом воздухе, поэтому их выполняют закрытыми с самовентиляцией (асинхронные двигатели) или с независимой вентиляцией (двигатели постоянного тока) и с влагостойкой изоляцией.

Так как двигатели рассчитаны на тяжелые условия работы, их изготовляют повышенной прочности. Двигатели допускают кратковременные перегрузки и имеют большие пусковые и максимальные моменты, которые повышают номинальные моменты в 2.3…3.0 раза; имеют относительно небольшие пусковые токи и малое время разгона; рассчитаны на кратковременные режимы работы.

Исходя из всего вышеизложенного, для механизма подъема крана наиболее подходит трехфазный асинхронный двигатель переменного тока с фазным ротором в закрытом исполнении и рассчитанный на повторно-кратковременный режим работы.

2. Предварительный выбор мощности двигателя.

Предварительный выбор мощности двигателя для механизма подъёма башенного крана осуществляется по формуле:

где Q – вес поднимаемого груза (кг.)

Q₀ – вес грузозахватного приспособления,

кг;

V – скорость подъёма груза ;

;

h - коэффициент полезного действия механизма подъёма.

кВт.

По каталогу находим ближайшее значение мощности к полученному:

Р_н = 22 кВт

Исходя из расчётной мощности двигателя, выбираю для механизма подъёма башенного крана асинхронный двигатель с фазным ротором серии МТ 51 – 8 с напряжением 380 В.

3. Определение приведённого момента электропривода.

Маховой момент системы электропривода, приведённый к валу двигателя из уравнения:

где: a - коэффициент, учитывающий маховые массы редуктора (находится по каталогу).

Обычно он лежит в пределах от 1.1 до 1.15.

В данном случае принимаем a = 1.1.

GD² _дв – маховый момент предварительно выбранного двигателя ;

GD² _дв = 4.4 .

GD² _тш – маховый момент тормозного шкива (если таковой имеется) ;

GD² _тш = 3.88 ().

GD² _м – маховый момент соединительной муфты ;

GD² _м = 1.

GD² _рм – максимальный момент рабочей машины (барабана) ;

GD² _рм =

где m – масса барабана, m = 334 кг;

R – радиус барабана, R = 0.2 м.

следовательно, GD² _рм = 334.

G – сила сопротивления поступательно движущегося элемента (Н);

где Q+Q₀ – вес поднимаемого груза с крюком (кг.);

g – ускорение свободного падения (постоянная величина), g = 9.8 м/с² ;

H.

n_дв - номинальная скорость вращения двигателя (об/мин) ;

n_дв = 723 об/мин.

i – передаточное отношение

где n_рм – скорость вращения рабочей машины (барабана)

где m – число полиспастов (m=2);

D_б – диаметр барабана (D_б =0.4 м)

p = 3.14

V – скорость поступательно движущегося элемента

об/мин;

4. Определение приведенного момента сопротивления рабочей машины.

При подъеме груза величина момента сопротивления, когда поток энергии идет от двигателя к рабочей машине, находится из уравнения:

где i – передаточное отношение (i = 25.22);

h - к.п.д. передачи (h= 0.84)

М_рм = момент сопротивления на валу рабочей машины

где Q+Q₀ – вес груза с крюком (кг) (Q+Q₀ = 5775 кг)

D_б – диаметр барабана (D_б = 0.4 м)

m – число полиспастов (m = 2)

h - кпд электропривода (h = 0.84)

5. Определение времени пуска и торможения привода.

Время пуска и торможения двигателя определяется по формулам:

где GD² – маховый момент системы электропривода (GD² = 12.84 );

n_дв – частота вращения двигателя (n_дв = 723 );

М_j – динамический момент электропривода

Знак плюс у момента Мg берётся в том случае, когда двигатель работает в двигательном режиме, а знак минус – при тормозном режиме.

Знак плюс у момента сопротивления выбирается в том случае, когда рабочая машина по-

могает движению системы (при опускании груза), а знак минус, если рабочая машина мешает движению системы.

Величина момента двигателя находится из уравнения:

Мg = bМ_н

где b - коэффициент, зависящий от типа двигателя и условия пуска.

Для двигателя постоянного тока и асинхронных двигателей с фазным ротором

b = 1.4 ¸ 1.6.

Для данного двигателя b = 1.6.

где М_н – номинальный момент двигателя

Р_н – номинальная мощность двигателя (Р_н = 22 кВт);

n_дв – частота вращения двигателя (n_дв = 723)

Мj₁ = Мg – М_с = 47.47 – 32.45 = 15.02

Мj₂ = - Мg – М_с = - 47.47 – 32.45 = - 79.92

Время пуска

с;

Время торможения

с.

В дальнейших расчётах знак минус, стоящий у времени торможения, не учитывается.

6. Определение пути, пройденного рабочим органом за время пуска и

торможения.

Путь, пройденный рабочим органом за время пускаи торможения, вычисляется по формулам:

где t_n – время пуска привода (t_n = 1.64 с);

t_m – время торможения привода (t_m = 0.31 с);

V – скорость поступательно движущегося элемента (V = 0.3 м/сек).

м;

м.

7. Определение пути, пройденного рабочим органом

с установившейся скоростью.

Путь, пройденный рабочим органом, с установившейся скоростью вычисляется по формуле:

где Н – высота подъёма башенного крана – расстояние по вертикали от уровня стоянки крана до грузозахватного органа, находящегося в верхнем рабочем положении. Под уровнем стоянки поднимается горизонтальная поверхность основания (например, поверхность головок рельсов для рельсовых кранов, путь перемещения гусеничных и пневмоколёсных кранов, нижняя опора самоподъёмного крана), на которую опирается неповоротная часть крана. (Принимаем Н =16 м)

S_n – путь, пройденный рабочим органом за время пуска (S_n = 0.25 м)

S_m – путь, пройденный рабочим органом за время торможения (S_m = 0.05 м)

S_p = H – (S_n + S_m ) = 16 – (0.25 + 0.05) = 15.7 м.

8. Определение времени равномерного хода рабочей машины.

Время равномерного хода рабочей машины можно определить по формуле:

где S_p – путь, пройденный рабочим органом с установившейся скоростью (S_p = 15.7 м);

V – скорость поступательно движущегося элемента (V = 0.3 ).

сек.

9. Определение времени паузы (исходя из условий

технологического процесса).

Исходя из условий технологического процесса принимаем время паузы равным:

t₀ = 210c = 3.5 мин

что удовлетворяет техническим требованиям выбранного двигателя.

10. Определение продолжительности включения.

Время одного включения двигателя, его работы и последующей остановки, называется рабочим циклом. Продолжительность цикла обычно не более 10 мин. Промышленность выпускает крановые электродвигатели, рассчитанные на 15, 25, 40 и 60% - ную относительную продолжительность включения.

Величина ПВ показывает, сколько времени двигатель находится включенным в течение цикла:

Обычно крановые двигатели рассчитаны на работу при 25% ПВ, но один и тот же двигатель может работать и при 15 % ПВ, и при 40% ПВ, но при этом должна соответственно изменяться его нагрузка.

В данном случае

11. Построение нагрузочной диаграммы.

Нагрузочной диаграммой называется зависимость силы тока, момента, мощности в функции времени.

Для выбранного двигателя по полученным данным строим нагрузочную диаграмму М =¦(t) учитывая реальные времена протекания переходных процессов и величины пусковых и тормозных моментов, а также реальные значения пауз между временами работы двигателя.

где t_n - время пуска;

t_p - время работы;

t_m - время торможения;

t₀ - время паузы.

M_n - момент пуска;

M_p - момент работы;

M_m - момент торможения.

12. Определение мощности двигателя из условий нагрева.

Электрические машины не должны нагреваться свыше допустимых пределов. При пере-

греве машины изоляция обмоточных проводов быстро стареет, теряет изоляционные свойства, становится хрупкой и при дальнейшей работе может обуглиться, что может привести к короткому замыканию и выходу машины из строя.

По нагрузочной диаграмме определяем эквивалентный по нагреву момент двигателя за время его работы без учёта времени пауз

где М_n и М_m – моменты, развиваемые двигателем при пуске и торможении.

Эквивалентная мощность

После этого производится пересчёт эквивалентной мощности на ближайшую, стандартную продолжительность включения

где ПВ_д – действительная продолжительность включения двигателя

ПВ_к – ближайшая по величине стандартная продолжительность включения по отношению к действительной ПВ.

Если полученная в результате расчёта мощность Р_к < Р_н двигатель, который был предварительно выбран, по условиям нагрева проходит.

Если же Р_к > Р_н , то необходимо задаваться следующим габаритом двигателя и расчёт производить вновь.

Определяем эквивалентный момент:

где M_n = 1.3 M_н = 1.3 ^. 29.67 = 38.57 (кг ^. м)

где k – поправочный коэффициент (k = 1.5);

(Q+Q₀ ) – вес груза с грузозахватным приспособлением;

D_б – диаметр барабана;

m – число полиспастов;

i – передаточное отношение;

h - кпд привода.

Эквивалентная мощность:

Поскольку Р_к = 21.6 кВт < Р_н = 22 кВт то двигатель по условию нагрева проходит.

13. Проверка выбранного электродвигателя на перегрузочную способность и по пусковому моменту.

Выбранный по каталогу двигатель (МТ51-8) проверяется на перегрузочную способность на основании неравенства:

где l - перегрузочная способность двигателя (выбирается по каталогу), l = 3;

М_н – номинальный момент (М_н =29.67 кГ^. м )

М_max - максимальный момент двигателя (выбирается по каталогу ), М_max = 85 кГ^. м.

Проверка по пусковому моменту осуществляется на основании неравенства:

где - кратность пускового момента (берется из каталога), =2.8;

М_с – момент сопротивления (М_с = 32,45 кГ^. м).

Если выбранный двигатель не проходит по перегрузке или пусковому моменту, то выбирается двигатель большего габарита, который удовлетворял бы этим неравенствам:

3^. 29.67 = 58 кГ^. м

двигатель проходит на перегрузочную способность

0.7 ^. 2.8 ^. 29.67 = 58 кГ^. м > 32.45 кГ^. м

двигатель проходит по пусковому моменту.

14. Выбор данных двигателя по каталогу.

Выписываем все каталожные данные двигателя МТ 51- 8

15. Построение естественной механической характеристики двигателя.

Механической характеристикой двигателя называется, зависимость частоты вращения n от момента М нагрузки на валу.

Различают естественные и искусственные характеристики электродвигателей.

Естественноймеханической характеристикой называется – зависимость оборотов двигателя от момента на валу при номинальных условиях работы двигателя в отношении его параметров (номинальные напряжения, частота, сопротивление и тому подобное). Изменение одного или нескольких параметров вызывает соответствующее изменение механической характеристики двигателя. Такая механическая характеристика называется искусственной.

Для построения уравнения механической характеристики асинхронного двигателя воспользуемся формулой Клоса:

где М_k – критический момент двигателя;

S_k – критическое скольжение двигателя;

l - перегрузочная способность двигателя (l = 3);

S_н – номинальное скольжение двигателя

где n_н – скорость вращения ротора;

n₁ – синхронная скорость поля статора;

где f – промышленная частота тока питающей сети, (f = 50 Гц);

Р – число пар полюсов (для двигателя МТ 51 – 8 Р=4)

Номинальное скольжение двигателя МТ 51 - 8

Критическое скольжение двигателя

Критический момент двигателя

Для построения характеристики в координатах переходят от скольжения к числу оборотов на основании уравнения

n = n₁ (1 – S)

Скольжением задаются в пределах от 0 до 1.

Так для S = 0 n = 750 ^. (1 – 0) = 750 об/мин;

S = 0.1 n = 750 ^. (1 – 0.1) = 675 об/мин;

S =


29-04-2015, 04:13