Введение
Кранами называются грузоподъемные устройства, служащие для вертикального и горизонтального перемещения грузов на большие расстояния. По особенностям конструкций, 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 производится 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.
На электрических кранах устанавливают электродвигатели, пусковые и регулировочные сопротивления, тормозные электромагниты, контроллеры, защитную, пускорегулирующую, сигнальную, блокировочную и осветительную аппаратуру, конечные выключатели, токосъемники. Питание на кран подается или через троллейные проводники, неподвижно закрепленные на строительных конструкциях, и токосъемники, закрепленные на кране, или при помощи гибкого шлангового кабеля. Электродвигатели, аппараты и электропроводку кранов монтируют в исполнении, соответствующем условиям окружающей среды.
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.п. Наибольшее распространение получили краны с крюковой подвеской или с подъемным электромагнитом, служащим для транспортировки стальных листов, стружки и других ферромагнитных материалов.
У всех типов кранов основными механизмами для перемещения грузов являются подъемные лебедки и механизмы передвижения.
По грузоподъемности мостовые краны условно разделяют на малые (масса груза 5-10 т.), средние (10-25 т.) и крупные (свыше 50 т.).
Перемещение грузов, связанное с грузоподъемными операциями, во всех отраслях народного хозяйства, на транспорте и в строительстве осуществляется разнообразными грузоподъемными машинами.
Грузоподъемные машины служат для погрузочно-разгрузочных работ, перемещения грузов в технологической цепи производства или строительства и выполнения ремонтно-монтажных работ с крупногабаритными агрегатами. Грузоподъемные машины с электрическими приводами имеют чрезвычайно широкий диапазон использования, что характеризуется интервалом мощностей приводов от сотен ватт до 1000кВт. В перспективе мощности крановых механизмов может дойти до 1500 –2500 кВт.
Мостовые краны в зависимости от назначения и характера выполняемой работы снабжают различными грузозахватными приспособлениями: крюками, грейферами, специальными захватами и т.п. Мостовой кран весьма удобен для использования, так как благодаря перемещению по крановым путям, расположенных в верхней части цеха, он не занимает полезной площади.
Электропривод большинства грузоподъёмных машин характеризуется повторно - кратковременном режимом работы при большей частоте включения, широком диапазоне регулирования скорости и постоянно возникающих значительных перегрузках при разгоне и торможении механизмов. Особые условия использования электропривода в грузоподъёмных машинах явились основой для создания специальных серий электрических двигателей и аппаратов кранового исполнения. В настоящее время крановое электрооборудование имеет в своём составе серии крановых электродвигателей переменного и постоянного тока, серии силовых и магнитных контроллеров, командоконтроллеров, кнопочных постов,онечных выключателей, тормозных электромагнитов и электрогидравлических толкателей, пускотормозных резисторов и ряд других аппаратов, комплектующих разные крановые электроприводы.
В крановом электроприводе начали довольно широко применять различные
системы тиристорного регулирования и дистанционного управления по радио каналу или одному проводу.
В настоящее время грузоподъемные машины выпускаются большим числом заводов. Эти машины используются во многих отраслях народного хозяйства в металлургии, строительстве, при добыче полезных ископаемых, машиностроении, транспорте, и в других отраслях.
Развитие машиностроения, занимающиеся производством грузоподъемных машин, является важным направлением развития народного хозяйства страны.
1 КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МОСТОВОГО КРАНА.
Электрические подъёмные краны - это устройства служащие для вертикального и горизонтального перемещения грузов. Подвижная металлическая конструкция с расположенной на ней подъемной лебёдкой являются основными элементами подъёмного крана. Механизм подъемной лебёдки приводится в действие электрическим двигателем.
Подъемный кран представляет собой грузоподъемную машину циклического действия, предназначенную для подъема и перемещения груза, удерживаемого грузозахватным устройством (крюк, грейфер). Он является наиболее распространенной грузоподъемной машиной, имеющей весьма разнообразноеМостовой кран (рисунок 1) представляет собой мост, перемещающейся по крановым путям на ходовых колесах, которые установлены на концевых балках. Пути укладываются на подкрановые балки, опирающиеся на выступы верхней части колонны цеха. Механизм передвижения крана установлен на мосту крана. Управление всеми механизмами происходит из кабины прикрепленной к мосту крана. Питание электродвигателей осуществляется по цеховым троллеям. Для подвода электроэнергии применяют токосъемы скользящего типа, прикрепленные к металлоконструкции крана. В современных конструкциях мостовых кранов токопровод осуществляется с помощью гибкого кабеля. Привод ходовых колес осуществляется от электродвигателя через редуктор и трансмиссионный вал.
Любой современный грузоподъемный кран в соответствии с требованиями безопасности, может иметь для каждого рабочего движения в трех плоскостях, следующие самостоятельные механизмы: механизм подъема - опускания груза, механизм передвижения крана в горизонтальной плоскости и механизмы обслуживания зоны работы крана (передвижения тележки).
Грузоподъемные машины изготовляют для различных условий использования:
по степени загрузки, времени работы, интенсивности ведения операций, степени ответственности грузоподъемных операций и климатических факторов эксплуатации.
К основным параметрам механизма подъёма относятся:
грузоподъемность, скорость подъема крюка, режим работы, высота подъема грузозахватного устройства.
Рисунок 1 – Общий вид мостового крана
Номинальная грузоподъемность - масса номинального груза на крюке или захватном устройстве, поднимаемого грузоподъемной машиной.
Скорость подъема крюка выбирают в зависимости от требований технологического процесса, в котором участвует данная грузоподъемная машина, характера работы, типа машины и ее производительности.
2 УСЛОВИЯ РАБОТЫ И ОБЩАЯ ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕКТОРОБОРУДОАНИЯ МОСТОВОГО КРАНА.
Повышенная опасность работ при транспортировке поднятых грузов требует при проектировании и эксплуатации соблюдение обязательных правил по устройству и эксплуатации подъемно-транспортных машин. На механизмах подъема и передвижения правилами по устройству и эксплуатации предусмотрена установка ограничителей хода, которые воздействуют на электрическую схему управления. Конечные выключатели механизма подъема ограничивают ход грузозахватывающего приспособления вверх, а выключатели механизмов передвижения моста и тележки ограничивают ход механизмов в обе стороны. Предусматривается также установка конечных выключателей, предотвращающих наезд механизмов в случае работы двух и более кранов на одном мосту. Исключение составляют установки со скоростью движения до 30 м/мин. Крановые механизмы должны быть снабжены тормозами закрытого типа, действующими при снятии напряжения.
На крановых установках допускается применять рабочее напряжение до 500 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.
Правилами Госгортехнадзора предусматривается четыре режима работы механизмов: лёгкий - Л, средний - С, тяжёлый - Т, весьма тяжёлый - ВТ.
Проектируемый мостовой кран работает в среднем режиме с ПВ = 40%.
2.1 Кинематические схемы основных механизмов
Работу основных механизмов крана рассматривают по кинематическим схемам. Так как двигатели обычно имеют угловую скорость, значительно большую, чем скорость подъемного барабана или ходовых колес моста или тележки, то движение к рабочим органам механизмов крана передается через редукторы ( на рисунках обозначены буквой Р).
Для механизмов подъема наибольшее применение получили схемы с полиспастом П (рисунок 2), при помощи которого движение от барабана Б передается крюку К.
На рисунке 3 представлена схема механизма тележки, которая обычно имеет четыре ходовых колеса, два из которых, соединены валом, приводятся в движение через редуктор Р от двигателя Д.
Передача движения к ходовым колесам концевых балок от двигателя, установленного на мосту, может осуществляться через редуктор Р, расположенного в средней части моста (рисунок 4).
Каждый механизм крана имеет механический тормоз Т, который устанавливается на соединительной муфте между двигателем и редуктором или на тормозном шкиве на противоположном конце вала двигателя.
Рисунок 2. Кинематическая схема подъемного механизма
Рисунок 3. Кинематическая схема тележки
Рисунок 4. Кинематическая схема моста
3 ТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМЕ ЭЛКТРОПРИВОДА И ОБОСНОВАНИЯ ВЫБРАНОГО ТИПА ЭЛЕКТРОПРИВОДА.
Для выбора системы электропривода необходимо четко представлять себе технологические требования к приводу того механизма, для которого он выбирается.
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 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. Обеспечение необходимой жесткости механических характеристик привода, особенно регулировочных, с тем чтобы низкие скорости почти не зависели от груза.
3 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 режиме, так и в тормозном режиме.
4 РЕЖИМЫ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЕЙ КРАНА
Электродвигатели, установленные на кранах, работают в тяжелых условиях, часто в помещениях с повышенной температурой или с большим содержанием в них паров и газов, а также на открытом воздухе. Мостовые краны имеют повторно-кратковременный режим работы, с частыми пусками и торможениями.
Повторно - кратковременный режим – это режим работы двигателя, при котором рабочие периоды tраб чередуются с периодами отключения t0.
Повторно - кратковременный режим работы характеризуется относительной продолжительностью включения (ПВ).
где, tраб – время работы (с)
tц – время цикла (с)
Номинальное значение относительной продолжительности включения – 15, 25, 40, 60%.
Рассмотрим режимы работы двигателей, которые представлены на рисунке 5.
Двигатели механизмов моста и тележки при работе с грузом и без груза работают в нормальном двигательном режиме.
При подъеме груза или пустого крюка двигатель подъемного механизма работает в двигательном режиме, а при опускании груза возможны два случая:
- если момент груза Мгр больше момента двигателя Мдв, то груз будет опускаться под действием собственного веса с учетом момента трения Мтр и электродвигатель должен быть включен на подъем, чтобы подтормаживать груз, то есть в этом случае момент двигателя равен
Мдв = Мгр - Мтр
Такой режим называется тормозным спуском.
- если момент груза будет меньше момента трения, то электродвигатель должен быть включен на спуск и способствовать опусканию груза, то есть работать в двигательном режиме, в этом случае момент двигателя равен
дв = Мтр - Мгр
Такой режим называется силовым спуском.
Рисунок 5. Режимы работы двигателей крана
Тормозной спуск груза
Силовой спуск малых грузов (двигательный режим)
Подъем груза (двигательный режим)
Передвижение (двигательный режим)
5 РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОВИГАТЕЛЕЙ, ИХ ВЫБОР ПО КАТЕГОРИЯМ И ПРОВЕРКА.
5.1 Двигателя моста.
Определяем сопротивление движению механизма при перемещении с полным грузом по формуле 1
(1)
где, FГ – сопротивление движению механизма при перемещении с полным грузом, Н;
К – коэффициент трения ребер колес о рельсы;
GГ – вес крана с грузом, Н;
G0 – вес крана без груза, Н;
R – радиус ходового колеса, м;
µ - коэффициент трения скольжения в подшипнике;
r – радиус цапфы колеса, м;
f – коэффициент трения качения ходового колеса;
Принимаем:
f = (0, 0005-0,001).
µ = (0,015-0,02);
К= (1,2-2,6);
Вычисляем вес крана с грузом
GГ = mГ · g · 103 (2)
где mГ – грузоподъемность крана, т;
g – ускорение свободного падения, м/с.
GГ = 10 · 9,8 · 103 =98000 Н
Вычисляем вес крана без груза
G0 = m0 · g · 103 (3)
где m0 – вес моста, т.
G0 = 12 · 9,8 · 103 = 117600 Н
Вычисляем радиус ходового колеса
R = (4)
где Dх – диаметр ходовых колес моста, м.
R = м
Вычисляем радиус цапфы колеса
r = (5)
где Dц – диаметр цапфы колес моста, м.
r = м
Вычисляем сопротивление движению механизма по формуле 1
Н
Определяем сопротивление движению механизма при перемещении без груза по формуле 6
(6)
где,– F0 сопротивление движению механизма при перемещении без груза, Н;
f = (0,0005-0,001).
Вычисляем F0 по формуле:
Рассчитываем момент статического сопротивления на валу электродвигателя при движении с грузом по формуле 7
(7)
где, Мс1 – момент статического сопротивления на валу электродвигателя при движении с грузом, Н·м;
Г – сопротивление движению механизма при перемещении с полным грузом, Н;
V – скорость перемещения моста, м/с;
n – частота вращения двигателя, об/мин;
- КПД механизма при полном грузе.
Находим частота вращения двигателя по формуле 8
(8)
где, iр – передаточное число редукции привода;
Dх – диаметр ходового колеса, м.
об/мин
Н·м
Рассчитываем коэффициент загрузки крана на холостом ходу по формуле 9
(9)
где, Кз – коэффициент загрузки крана на холостом ходу;
G0 – вес крана без груза, Н.
Рассчитываем момент статического сопротивления на валу без груза по формуле 10
(10)
где, Мс2 – момент статического сопротивления на валу двигателя при
движении без груза, Н·м;
F0 – сопротивление движению механизма при перемещении без груза, Н;
n – частота вращения двигателя, об/мин
- КПД механизма без груза.
Вычисляем КПД механизма без груза по формуле 11
(11)
Рассчитываем средний статический эквивалентный момент по формуле 12
(12)
где, Мэ – средний статистический момент, Н·м;
Страницы: 1, 2, 3, 4
