Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






Электрический расчет механизма подъема мостового крана



4.1.В состав механизма подъема мостового крана входят : электродвигатель, соединительная муфта, электромагнитный тормоз, редуктор, барабан лебедки, грузовые канаты и грузозахватное устройство.

Для того, чтобы рассчитать и правильно выбрать тяговый ЭД необходимо определить силы и моменты, возникающие в элементах кинематической схемы механизма подъема.

Рассмотрим кинематическую схему механизма крана на рис.4.1.

 

 
 

 

 


Рис. 4.1.

 

Баланс мощностей

а) При подъеме груза:

где ηП – общий механический КПД всей кинематической схемы;

ρ – радиус приведения.

б) При опускании груза:

Мс – статический момент.

Если исполнительный механизм совершает вращательное движения со скоростью ωи и создает момент нагрузки Ми, то приведенный к валу ЭД момент нагрузки определяется:

а) при подъеме груза: б) при опускании груза:

Алгоритм расчета и выбора электропривода механизма подъема мостового крана включает в себя:

1) Выбор схемы полиспаста и расчет тягового органа, расчет основных размеров блоков и барабана..

2) Расчет грузозахватного устройства.

3) Определение статической мощности и выбор ЭД по каталогу.

4) Выбор схемы редуктора и его расчет.

5) Определение мощности ЭД в период пуска и торможения и определение необходимого тормозного момента.

6) Расчет и выбор тормоза.

Характеристики грузоподъемных машин:

- грузоподъемность;

- скорость подъема груза;

- режим работы механизма.

В величину грузоподъемности включается вес груза, вес сменных грузозахватных устройств, вес всех вспомогательных устройств, подвешенных к грузозахватному органу.

Скорость подъема груза в мостовых кранах примерно 25 – 30 м/мин. При массовых перегрузочных работах допускается примерно 90 – 120 м/мин. Режим работы повторно-кратковременный. Более подробно о режимах работы кранов в «задании на практическое занятие по расчету мостового крана».

 

4.2.Силы и моменты.

Так как мостовой кран – механизм, работающий в ПВ режиме, то важно четко представлять какие силы и моменты возникают в динамических режимах работы, т.е. при пуске и торможении на подъем и опускание груза.

(+ при торможении опускаемого груза, - при торможении поднимаемого груза)

Общее выражение для Мдин:

(4.1.)

при пуске

при торможении

где - маховый момент всех вращающихся и поступательно движущихся масс, приведенный к валу ЭД.



Общий динамический момент при работе системы:

(4.2.)

При торможении системы:

(4.3.)

Задаваясь временем τП и τТ можно по формулам (4.2) и (4.3) определить динамические моменты при пуске и торможении.

Время пуска механизма подъема:

(4.4)

Dб – диаметр барабана;

т – кратность полиспаста;

i0 – полное передаточное число;

η0 – результирующий КПД;

(+) – пуск механизма на подъем;

(-) – пуск механизма на опускание.

Время торможения:

(4.5)

(-) – торможение механизма на подъем;

(+) – торможение механизма на опускание.

 

4.3.Расчет механизма подъема

Статическая мощность электродвигателя:

(4.6)

где Q – вес груза в кг;

υ – скорость подъема, м/с;

ηпод – общий КПД механизма подъема.

Статический крутящий момент, на валу барабана при подъеме груза, вызывающего натяжение каната δб :

(4.7.)

где ак – число ветвей каната, закрепленных на барабане;

ηб – КПД, учитывающий потери в опорах вала барабана при подшипниках - качения равный 0,85 – 0,97; скольжения равный 0,93 – 0,95.

Число оборотов барабана пб :

(4.8)

Крутящий момент и число оборотов ротора ЭД:

(4.9)

По выбранному из каталога электродвигателю уточняют число оборотов его и общее передаточное число i0:

где пЭД – число оборотов ЭД при фактической нагрузке.

Для двигателей постоянного тока (ДПТ) число оборотов определяется по характеристикам двигателя.

Для электродвигателей переменного тока число оборотов принимают при номинальной нагрузке.

 

4.3.Определение тормозного момента.

Все механизмы подъема должны быть снабжены автоматически действующим тормозом нормально замкнутого типа (с электромагнитным приводом).

Расчет тормоза производят по тормозному моменту, обеспечивающему удержание груза в статическом состоянии на весу с определенным коэффициентом запаса торможения кТ :



к Т = МТ + М1

где МТ – момент, создаваемый тормозом;

М1 – момент, создаваемый грузом на тормозном валу и определенный с учетом потерь в механизме.

Статический момент при торможении М1 :

где - момент на валу барабана от груза, удерживаемого тормозом в подвешенном состоянии.

определяют из расчета равномерного распределения нагрузки между всеми ветвями полиспаста без учета потерь в блоках.

(4.10)

η0, i0 - КПД и передаточное число механизма от вала барабана до тормозного вала (вала ЭД).

 

4.5.Электропривод подъемного механизма.

В грузоподъемных механизмах применяют специальные ЭД переменного тока серии МТ и МТК и ЭД постоянного тока серии МП (см. приложение).

По способу возбуждения ЭД постоянного тока подразделяют на ЭД с параллельным, независимым, последовательным и емкостным возбуждением.

ЭД постоянного тока позволяют регулировать скорость вращения механизма в широких пределах.

 

 


Рис. 4.2. Характеристика ЭД Рис. 4.3. Характеристика ЭД

постоянного тока: переменного тока:

1. С последовательным возбуждением 1. С к.з. ротором (МТК)

2. Со смешанным возбуждением 2. С фазным ротором (МТ)

3. С параллельным возбуждением

Из рис. 4.2 наиболее «мягкая» характеристика (1) у электродвигателя с последовательным возбуждением, что позволяет перемещать малые грузы с повышенной скоростью. Кроме того, при опускании груза электроприводом с ЭД постоянного тока возможно возвращение ЭЭ в сеть за счет рекуперации, что является преимуществом серийного электродвигателя. Однако, в этом случае необходим отдельный источник постоянного тока (преобразователь и т.п.).

Чаще в крановых установках применяют ЭД переменного тока серии МТ и МТК. Так как крановое оборудование рассчитывают на обеспечение надежной работы при снижении напряжения сети до 85 % от номинального, то средний пусковой момент для МТК округляют из зависимости:

(4.11)

где КП , КМ - кратности пускового и максимального моментов.

 

Таблица 4.1.

Исполнение АД
1. АД с короткозамкнутым ротором - ротор нормального исполнения - АОС (повышенного скольжения) - АОП (с повышенным МП) - краново-металлургический (МТК) 2. АД с фазным ротором - единой серии АК - краново-металлургической (МТ)   1,7 – 2,2 1,8 – 2,4 2,2 2,6 – 3,6   1,7 – 2.0 2,3 – 3,0   1,0 – 1,9 1,7 – 2,2 1,7 – 1,8 2,5 – 3,3   - -

 

Формула (4.11) справедлива для всех серии АД с к.з. ротором (см. таблицу 4.1.)

Для ЭД постоянного тока и АД с фазным ротором максимальный пусковой момент ограничен реостатными характеристиками.

Как правило, для построения пусковых характеристик МП максимальное выбирают по каталогу 1,8 – 2,5 Мном, а МП минимальное равным 1,1 МН. Тогда средний МП за период пуска будет:

- (4.11,а)

В крановых механизмах кроме АД серии МТ и МТК возможно использование АД серии АОС – ( с повышенным скольжением).

Выбранный ЭД должен удовлетворять двум требованиям:

§ при работе в ПВ режиме с заданной продолжительностью включения в течении неограниченного времени ЭД не должен перегреваться сверх допустимой температуры;

§ мощность ЭД должна быть достаточной для обеспечения разгона с заданным ускорением.

Чтобы ЭД не перегревался его среднеквадратичная мощность Nср, развиваемая за весь период работы в ПВ режиме, не должна превышать номинальном мощности при заданной продолжительности включения (ПВ%).

Неизменный момент, эквивалентный по величине потерь действительной переменной нагрузке в течение цикла, называют среднеквадратичным и определяют из выражения:

(4.12)

где ∑tn – сумма времени пуска в различные периоды работы с различной нагрузкой;

∑Мс2 tу – сумма произведений квадрата момента статического сопротивления на время установившегося движения при этой нагрузке;

Мпусксредний пусковой момент ЭД;

∑t – общая сумма времени включения ЭД за один полный цикл, включающий в себя время работы в период неустановившегося и установившегося движения.

(4.13)

По значению Nср выбирают ЭД по каталогу.

В зависимости от режима работы один и тот же ЭД может развивать различную мощность.

В каталогах на крановые ЭД приведены Nном, соответствующие всем номинальным значениям ПВ, т.е. 15, 25, 40, 60 и 100%.

Если ПВфакт, при которой работает кран, отличается от ПВном, то необходимо Nср привести к Nном при ПВном.

(4.14)

Для обеспечения нормальной работы электропривода выбранный ЭД должен иметь Nном при заданной ПВ не менее величины Nср .

Максимальный пусковой момент (4.11) выбранного ЭД должен быть не менее пускового момента сопротивления, определенного для самого тяжелого случая работы механизма с номинальным грузом и включающим в себя как Мс статического сопротивления, так и динамические моменты вращающихся и поступательно движущихся масс механизма и груза.

При выборе ЭД по приведенной методике обеспечиваются допустимые пределы его нагрева и ускорения при его пуске.

 

4.6.Последовательность выбора ЭД механизма подъема.

1. Определяют Nст при подъеме номинального груза (4.6).

(4.15)

2. По каталогу выбирают ЭД (при соответствующей величине ПВ) так, чтобы его Nном была равна или несколько меньше Nст. Если ПВ не совпадает , по (4.14) статическую Nст пересчитывают на ближайшую стандартную величину ПВ и по ней производят выбор ЭД из каталога.

3. Производят проверку выбранного ЭД на нагрев по среднеквадратичной Nст. Для этого определяют:

а) Моменты развиваемые ЭД при установившемся движении при работе с различными грузами

Момент ЭД при подъеме:

(4.16)

где η0 – КПД механизма.

Значение η0 зависит от величины Q. С уменьшением Q значение η0 уменьшается, так как при уменьшении Q момент потерь составляет значительную часть общего момента сопротивления. СИ рис. 4.5.

Момент ЭД при опускании груза:

(4.17)

SП, SОП – натяжение каната при подъеме и опускании груза .

б) Средний пусковой момент ЭД в процессе пуска

-для АЭ с КЗР определяют по (4.11)

-для АД с ФЗР и ЭД постоянного тока по (4.11,а).

Значение Мном ЭД, входящего в эти формулы, определяют из:

Рис. 4.5. Зависимость КПД от вели - чины Q
(4.18)

 

Пусковой момент ЭД – постоянный, поэтому с изменением Q изменяется только время τП, τТ , так при подъеме груза с уменьшением Q τП, уменьшается, а при опускании груза с уменьшением Q τП увеличивается.

в) Время пуска в различные периоды работы механизма:

(4.19)

в формулу (4.19) подставляют значения маховых моментов, моментов сопротивления, веса груза, КПД – η0 и т.п., соответствующие тому грузу, для которого определяется время пуска - τП .

На практике τП при опускании Qном равно нулю. При подъеме Qном τП должно быть таким, чтобы среднее ускорение при пуске было в пределах:

- для монтажных кранов примерно 0,1;

- для кранов машиностроительных заводов примерно 0,2;

- для кранов с грейфером не более 0,8 м/сек2.

г) Время движения с установившейся скоростью.

Для АД с к КЗР скорость постоянна, для ЭД постоянного тока скорость уменьшается с увеличением Q, поэтому скорость надо выбирать по механической характеристике.

д) Среднеквадратичный Мср, эквивалентный переменной нагрузке, определяют по (4.12), а среднеквадратичный Nср по (4.13).

 

Пример 4.

Задание. Спроектировать электрический подъемный кран механосборочного цеха со следующими данными:

Qном = 10 тс; Lпролета = 19,5 . Скорость подъема груза 7,5 м/мин, скорость перемещения крана 80 м/мин, скорость перемещения моста 40 м/мин, режим ПВ равен 25%, степень тяжести работы – средняя («С»), высота подъема 15 м, род тока трехфазный 380 В частота 50 Гц.

Металлоконструкция моста – двух балочная, сварная.

 
 

 

 


 

Рис. 4.6. График использования крана по грузоподъемности в течение цикла.

 

Решение.

1. Выберем и выполним кинематическую схему механизма подъема крана рис.4.7.

С целью обеспечения строго вертикального подъема груза и создания неизменной нагрузки на опоры барабана независимо от высоты подъема груза принимается сдвоенный полиспаст (а=2) с кратностью т=3. Редуктор двухступенчатый.

а) Расчет каната.

Максимальное натяжение каната сдвоенного полиспаста при увеличении Q будет:

η – коэффициент, учитывающий потери в блоках на подшипниках качения – 0,97

где kk – занос прочности, принимаемый в зависимости от назначения каната.

Таблица 4.2.

Назначение каната Привод Режим работы kk
1. Грузовые и стреловые Ручной Машинный - Л С Т и ВТ 5,5

 

Рис. 4.7. Кинематическая схема механизма

подъема крана.

 

Рк - разрывное усилие каната, по которому из таблиц на канаты выбираем канат

ЛК – Р 6 × 19 , диаметром 12,5 мм, согласно ГОСТ 2688 – 55 [].

 

2. Определение основных размеров и числа оборотов барабана.

Минимально допустимый диаметр барабана, измеренный по дну канавки для каната, определяется по формуле:

е – коэффициент, принимаемый по «Правилам Гостехнадзора» в зависимости от типа грузоподъемной машины и режима ее работы (табл.16 []). Для нашего случая ℓ = 25.

Dб=325 – диаметр по центру наматываемого каната.

Число витков нарезки на одной половине барабана:

Длина нарезки на половине барабана:

где tб =dк+(2-3)=12,5+2,5 = 15 – шаг нарезки.

Оставляем на закрепление каната с каждой стороны барабана расстояние S, равное длине не менее четырех шагов нарезки, т.е. S = 4tб = 60 мм.

Расстояние между правым и левым нарезными полями 1 в средней части барабана принимаем равным 130 мм.

Расстояние между осями ручьев блоков в крюковой обойме принято равным 133 м, т.о. размер 1 обеспечивает нормальное набегание каната на барабан даже при самом верхнем положении крюковой системы.

Общая длина барабана Lб равна:

Lб = 2ℓ + ℓ1 2S = 2 ∙ 690 + 2 ∙ 60 + 130 = 1630 мм

Толщина стенок барабана, выполненного из чугуна СЧ 15 – 32 определяется из расчета на сжатие:

где [ ] сж – допустимое напряжение сжатия, определенное по формуле:

- предельное напряжение материала при данном напряженном состоянии. Для чугуна запредельное напряжение принимается предел прочности при сжатии в

= в = 65 кг/мм2

к – коэффициент запаса прочности, принимаемый для крюковых кранов равным 4,25.

Однако, исходя из технологии отливки барабана толщина стенки не должна быть меньше определенной по эмпирической зависимости величины:

Принимаем δ = 14 мм.

Скорость каната, навиваемого на барабан при подъеме груза со скоростью 7,5 м/мин будет:

Число оборотов барабана пб будет:

 

3. Выбор ЭД и редуктора.

Статическая мощность Nст при подъеме Qном:

η0 – при двухступенчатом редукторе в закрытом корпусе принимаем равным 0,9.

Так как кран работает с переменными грузами, меньшими Qном, то берем ближайший ЭД меньшей мощности с последующей проверкой его на нагрев по среднеквадратичной мощности.

По каталогу выбираем ЭД серии МТ – 41 – 8 , номинальной мощностью 11 кВт, ПВ = 25% п=715 об/мин, это АД с фазным ротором.

Маховой момент ротора GDЭД2 = 1,86 кг м2 . Вес ЭД равен 300 кг, кратность кмкн=2,9.

Находим передаточное число редуктора i0 :

i0 = пЭД / пб = 715 / 22 = 32,5

По нормам на редукторе крановых установок[] типа Ц2 выбираем редуктор Ц2 – 350:

i = 32,4 Nред = 16,6 кВт при п = 759 об/мин и режиме «С».

Для механизма подъема расчетный момент, передаваемый редуктором принимаем равным наибольшему статическому моменту при установившемся движении при подъме, таким образом:

МР = МП

Наибольший момент передаваемый редуктором Мнаиб

т = 1,6 коэффициент пускового момента, принимаемый для среднего «С» режима работы;

пбр – число оборотов быстроходного вала редуктора.

Определяем моменты, развиваемые ЭД в различные периоды его работы и при транспортировке различных по весу грузов. Вес грузов согласно графика на рис.4.6.

Моменты на подъем и опускание грузов.

Таблица 4.3.

№ п/п Показатели расчета Величина Q
Qном 0,5 Qном 0,3 Qном
Вес груза в т с КПД η0 (по рис. 4.5.) Натяжение каната SП Натяжение каната SОП Момент при подъеме МП СТ Момент при спуске М ОП СТ Время τП при подъеме Время τП при опускании 0,9 1,67 1,57 18,7 14,2 0,4 0,1 0,86 0,835 0,785 9,7 6,8 0,215 0,118 0,78 0,50 0,47 6,45 3,68 1,184 0,128

 


Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.ru - 2017 год. Все права принадлежат их авторам!