Расчет электрического привода механизма подъема башенного крана - Технология - Скачать бесплатно
|КСМ-46 |
| | | | | | |
| | | | | | |
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:
[pic]
где Q – вес поднимаемого груза (кг.)
Q0 – вес грузозахватного приспособления,
[pic] кг;
V – скорость подъёма груза [pic];
[pic];
( - коэффициент полезного действия механизма подъёма.
[pic] кВт.
По каталогу находим ближайшее значение мощности к полученному:
Рн = 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:
[pic][pic]
где: ( - коэффициент, учитывающий маховые массы редуктора (находится по
каталогу).
Обычно он лежит в пределах от 1.1 до 1.15.
В данном случае принимаем ( = 1.1.
GD2дв – маховый момент предварительно выбранного двигателя [pic];
GD2дв = 4.4 [pic].
GD2тш – маховый момент тормозного шкива (если таковой имеется)
[pic];
GD2тш = 3.88 ([pic]).
GD2м – маховый момент соединительной муфты [pic];
GD2м = 1[pic].
GD2рм – максимальный момент рабочей машины (барабана) [pic];
GD2рм = [pic]
где m – масса барабана, m = 334 кг;
R – радиус барабана, R = 0.2 м.
следовательно, GD2рм = 334[pic] [pic].
G – сила сопротивления поступательно движущегося элемента (Н);
[pic]
где Q+Q0 – вес поднимаемого груза с крюком (кг.);
g – ускорение свободного падения (постоянная величина), g = 9.8
м/с2 ;
[pic] H.
nдв- номинальная скорость вращения двигателя (об/мин) ;
nдв= 723 об/мин.
i – передаточное отношение
[pic]
где nрм – скорость вращения рабочей машины (барабана)
[pic]
где m – число полиспастов (m=2);
Dб – диаметр барабана (Dб=0.4 м)
( = 3.14
V – скорость поступательно движущегося элемента
[pic] об/мин;
[pic]
[pic]
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:
[pic]
где i – передаточное отношение (i = 25.22);
( - к.п.д. передачи ((= 0.84)
Мрм = момент сопротивления на валу рабочей машины [pic]
[pic]
где Q+Q0 – вес груза с крюком (кг) (Q+Q0 = 5775 кг)
Dб – диаметр барабана (Dб = 0.4 м)
m – число полиспастов (m = 2)
( - кпд электропривода (( = 0.84)
[pic] [pic]
[pic] [pic]
5. Определение времени пуска и торможения привода.
Время пуска и торможения двигателя определяется по формулам:
[pic]
[pic]
где GD2 – маховый момент системы электропривода (GD2 = 12.84 [pic]);
nдв – частота вращения двигателя (nдв = 723 [pic]);
Мj – динамический момент электропривода
[pic]
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 = (Мн
где ( - коэффициент, зависящий от типа двигателя и условия пуска.
Для двигателя постоянного тока и асинхронных двигателей с фазным
ротором
( = 1.4 (
1.6.
Для данного двигателя ( = 1.6.
[pic]
где Мн – номинальный момент двигателя
Рн – номинальная мощность двигателя (Рн = 22 кВт);
nдв – частота вращения двигателя (nдв = 723[pic])
[pic] [pic]
[pic] [pic]
Мj1 = Мg – Мс = 47.47 – 32.45 = 15.02
[pic]
Мj2 = - Мg – Мс = - 47.47 – 32.45 = - 79.92
[pic]
Время пуска
[pic] с;
Время торможения
[pic] 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 пуска и торможения, вычисляется
по формулам:
[pic]
[pic]
где tn – время пуска привода (tn = 1.64 с);
tm – время торможения привода (tm = 0.31 с);
V – скорость поступательно движущегося элемента (V = 0.3 м/сек).
[pic] м;
[pic] м.
7. Определение пути, пройденного рабочим органом
с установившейся скоростью.
Путь, пройденный рабочим органом, с установившейся скоростью
вычисляется по формуле:
[pic]
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)
Sn – путь, пройденный рабочим органом за время пуска (Sn = 0.25 м)
Sm – путь, пройденный рабочим органом за время торможения (Sm = 0.05
м)
Sp = H – (Sn + Sm) = 16 – (0.25 + 0.05) = 15.7 м.
8. Определение времени равномерного хода рабочей машины.
Время равномерного хода рабочей машины можно определить по формуле:
[pic]
где Sp – путь, пройденный рабочим органом с установившейся скоростью (Sp
= 15.7 м);
V – скорость поступательно движущегося элемента (V = 0.3 [pic]).
[pic] 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:
[pic][pic]
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
[pic]
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 tn- время пуска;
tp- время работы;
tm- время торможения;
t0- время паузы.
Mn- момент пуска;
Mp- момент работы;
Mm- 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
[pic]
где Мn и Мm – моменты, развиваемые двигателем при пуске и торможении.
Эквивалентная мощность
[pic]
После этого производится пересчёт эквивалентной мощности на
ближайшую, стандартную продолжительность включения
[pic]
где ПВд – действительная продолжительность включения двигателя
ПВк – ближайшая по величине стандартная продолжительность включения
по отношению к действительной ПВ.
Если полученная в результате расчёта мощность Рк < Рн двигатель,
который был предварительно выбран, по условиям нагрева проходит.
Если же Рк > Рн, то необходимо задаваться следующим габаритом
двигателя и расчёт производить вновь.
Определяем эквивалентный момент:
[pic]
где Mn = 1.3 Mн = 1.3 . 29.67 = 38.57 (кг . м)
[pic]
где k – поправочный коэффициент (k = 1.5);
(Q+Q0) – вес груза с грузозахватным приспособлением;
Dб – диаметр барабана;
m – число полиспастов;
i – передаточное отношение;
( - кпд привода.
[pic]
Эквивалентная мощность:
[pic]
[pic]
Поскольку Рк = 21.6 кВт < Рн = 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:
[pic]
где ( - перегрузочная способность двигателя (выбирается по каталогу), ( =
3;
Мн – номинальный момент (Мн =29.67 кГ.м )
Мmax - максимальный момент двигателя (выбирается по каталогу ),
Мmax = 85 кГ.м.
Проверка по пусковому моменту осуществляется на основании
неравенства:
[pic]
где [pic]- кратность пускового момента (берется из каталога), [pic]
=2.8;
Мс – момент сопротивления (Мс = 32,45 кГ.м).
Если выбранный двигатель не проходит по перегрузке или пусковому
моменту, то выбирается двигатель большего габарита, который удовлетворял бы
этим неравенствам:
[pic] 3.29.67 = 58 кГ.м
двигатель проходит на перегрузочную способность
|
