Проектирование электропривода механизма подъема мостового крана

Министерство  образования и науки РФ

 

Государственное образовательное учреждение 
высшего профессионального образования

 

«Сибирский  государственный индустриальный университет»

 

Кафедра автоматизированного электропривода

и промышленной электроники

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по курсу «Теория электропривода»

 

«Проектирование электропривода механизма подъема мостового крана»

 

 

Выполнил:

студент гр. АЭП-09

Высоцкий А.А.

 

Принял:

к.т.н., профессор

Рыбаков А. И.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Новокузнецк, 2012 г.

Содержание

Стр.

Введение……………………………………………………………………...3

1. Технические и технологические характеристики механизма…………4
2. Требования к электроприводу, выбор стандартной схемы

     управления двигателем…………………………………………………..5

3. Расчёт и построение нагрузочных диаграмм, определение ПВ% и предварительный выбор мощности электродвигателя……………………8

3.1 Расчёт продолжительности включения……………………………..8

3.2 Статические нагрузки электродвигателя механизма подъема и предварительный выбор двигателя……………………………………...9

4. Проверка двигателя по скорости, выбор редуктора, приведение

маховых моментов к оси двигателя………………………………………..14

4.1 Выбор редуктора……………………………………………………..14

4.2 Расчет статических моментов……………………………………….14

4.3 Проверка двигателя по скорости……………………………………15

4.4 Приведение моментов инерции, моментов сопротивления и жесткости каната к валу двигателя……………………………………...15

     5. Определение возможности неучета упругих связей……………………17

6. Расчет сопротивлений и механических характеристик………………...20

6.1 Расчет статических характеристик подъема………………………..22

6.2 Расчет статических характеристик спуска………………………….24

7. Построение переходных процессов, определение времени пуска и торможения, времени движения с установившейся скоростью………….28

7.1 Построение переходных процессов при пуске……………………..28

7.2 Построение переходных процессов при спуске……………………32

8. Проверка правильности выбора электродвигателя……………………..37

9. Выбор троллеев и резисторов…………………………………………….39

9.1 Выбор пускорегулирующих резисторов…………………………….39

9.2 Выбор троллеев……………………………………………………….39

10. Техника безопасности……………………………………………………40

Заключение…………………………………………………………………...42

Библиографический список…………………………………………………43

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Важнейшими задачами в развитии металлургической промышленности является широкая механизация трудоёмких работ и автоматизация производственных процессов. В решении их значительная роль принадлежит подъемно-транспортному оборудованию и, в первую очередь, кранам, как основному средству внутрицехового транспорта.

Производительность основных цехов металлургических предприятий, например сталеплавильных, конверторных, прокатных, в значительной мере зависит от надёжности работы и производительности кранов. В то же время эффективность работы кранов существенно зависит от качественных показателей кранового электрооборудования.

Работа крана в условиях того или иного металлургического  предприятия и цеха специфична и  зависит от характера конкретного  производственного процесса. Особые условия использования кранов металлургических цехов должны учитываться при проектировании и эксплуатации кранового электрооборудования.

На металлургических предприятиях работают мостовые краны  общего назначения (крюковые, грейферные, магнитные, магнитно-грейферные) и металлургические (литейные, для раздевания слитков - стрипперные, колодцевые, посадочные и др.). Наиболее широко применяются крюковые мостовые краны общего назначения при технологических, погрузочно-разгрузочных, монтажных, ремонтных, складских и других видах работ. У этих кранов большая номенклатура типоразмеров и исполнений, их грузоподъёмность достигает 800 т., однако наиболее широко используются краны грузоподъёмностью о 5 до 320 т., имеющие от 3 до 5 двигателей.

Мостовой кран включает две основные части: мост и грузовую тележку. Кран перемещается над землёй (полом), он почти не занимает полезного объёма цеха или склада, обеспечивая в тоже время обслуживание практически любой точки помещения.

Конструктивный вид  установленного крана в основном определяется спецификой цеха и его технологией. Однако многие узлы кранового оборудования, например механизма подъема и передвижения, выполняются однотипными для многих конструкций кранов. Поэтому в вопросах выбора и эксплуатации электрооборудования металлургических кранов различного назначения много общего.

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Технические и технологические характеристики механизма

 

На металлургических предприятиях работают мостовые краны  общего назначения (крюковые, грейферные, магнитные, магнитно-грейферные) и металлургические (литейные, для раздевания слитков, колодцевые, посадочные и др.). Конструкция кранов в основном определяется их назначением и спецификой технологического процесса.

Электрооборудование кранов металлургических цехов работает, как  правило, в тяжелых условиях: повышенная запыленность и загазованность, повышенная температура или резкие колебания температуры окружающей среды, высокая влажность, влияние химических реагентов.

К электрооборудованию  кранов предъявляют следующие общие  требования: обеспечение высокой  производительности, надежность работы, безопасность обслуживания, простота эксплуатации и ремонта и др.

Режимы работы крановых механизмов разнообразны и в основном определяются особенностью технологических процессов. При этом в ряде случаев даже однотипные краны работают в разных режимах. Неверный выбор режима при проектировании электропривода кранов ухудшает технико-экономические показатели всей установки. Так, например, выбор более тяжелого режима работы по сравнению с реальным приводит к завышению габаритов, массы и стоимости кранового электрооборудования. Выбор же более легкого режима обуславливает повышенный износ электрооборудования, частые поломки и простои. По условию, указанному в задании, механизм подъёма работает в закрытых помещениях (внутри цеха) в одну - две смены.

В цехах металлургических предприятий применяются крановые электродвигатели трёхфазного переменного тока (асинхронные) и постоянного тока (последовательного или параллельного возбуждения). Они работают, как правило, в повторно-кратковременном режиме при широком регулировании частоты вращения, причём работа их сопровождается значительными перегрузками, частыми пусками, реверсами и торможениями. Кроме того, электродвигатели крановых механизмов работают в условиях повышенной тряски и вибраций. В ряде металлургических цехов они, помимо всего этого, подвергаются воздействию высокой температуры (до 60-70 °С), паров и газов.

Основные особенности  крановых электродвигателей:

• исполнение обычно закрытое, изоляционные материалы имеют класс нагревостойкости F и H;
• момент инерции ротора по возможности минимальный, а номинальные частоты вращения относительно небольшие – для снижения потерь энергии при переходных процессах;
• магнитный поток относительно велик – для обеспечения большой перегрузочной способности по моменту;
• значение кратковременной перегрузки поп моменту для крановых электродвигателей переменного тока составляет 2,3 – 3,5;
• для крановых электродвигателей переменного тока за номинальный принят режим с ПВ = 40%, а для электродвигателей постоянного тока наряду с этим режимом – режим 60 минут (часовой);
• отношение максимально допустимой рабочей частоты вращения к номинальной составляет для электродвигателей постоянного тока 3,5- 4,9 , для электродвигателей переменного тока –2,5.

 

2. Требования к электроприводу, выбор стандартной схемы управления двигателем.

 

Основными критериями оценки при выборе той или иной схемы  электропривода крановых механизмов являются: надежность и устойчивость работы, стоимость электрооборудования, эксплуатационные расходы, масса и габариты элементов системы, удобство её управления.

Основные механизмы  таких установок, как правило, имеют  реверсивный электропривод, рассчитанный для работы в интенсивном повторно-кратковременном режиме. В каждом рабочем цикле имеют место неустановившиеся режимы работы электропривода: пуски, реверсы, торможения, оказывающие существенное влияние на производительность механизма, на динамические нагрузки привода и механизму, на КПД установки и на ряд других факторов. Все эти условия предъявляют к электроприводу сложные требования, в значительной степени общие для всей группу крановых механизмов.

Дополнительными критериями оценки, свойственными крановым механизмам, являются диапазон регулирования, плавность  регулирования, жесткость характеристик, допустимая нагрузка, удобство и простота обслуживания.

С точки зрения специфичности работы различаются системы управления механизмами подъёма, передвижения и поворота.

Системы управления электроприводами механизмов подъема должна обеспечивать широкий диапазон регулирования скорости. При этом спуск и подъем пустого грузозахватного устройства целесообразно осуществлять с максимальной скоростью для повышения производительности крана.

Кинематическая схема  механизма подъема мостового  крана приведена на рисунке 1. Буквенные  обозначения: Д – электродвигатель; Т -механический тормоз; Р – редуктор; М – муфта; Б – барабан; К – канат; ГЗУ – грузозахватное устройство; Г – груз.

Рисунок 1. Кинематическая схема механизма подъема мостового  крана

 

Для электродвигателей  постоянного тока последовательного  возбуждения применяются силовые кулачковые контроллеры серии КВ1-02 и магнитные контроллеры серий ПС и ДПС [1, с. 121-122]

В соответствии с заданием необходимо выбрать схему управления с магнитными контроллерами. Наиболее подходящим вариантом для управления электроприводом будет схема с магнитным контроллером типа ПС с командоконтроллером на 4 позиции [1, с. 125, рис 33]. Схема данной системы управления приведена на рисунке 2.

Рисунок 2. Схема магнитного контроллера серии ПС

 

Подъем порожнего крюка  осуществляется с большой скоростью, спуск – с малой. Пуск двигателя производится в функции времени. Схема предусматривает реверсирование и электрическое торможение электродвигателя. При первом положении подъема рукоятки командоконтроллера происходит выбирание слабины канатов и подъем легких грузов на малой скорости. При переводе рукоятки в последующие положения подъема осуществляется последующий пуск электродвигателя или регулирование его скорости. Контроль ускорения в схеме осуществляется с помощью реле времени КТ2 и КТ4. При переводе рукоятки в нулевое положение двигатель отключается от сети и происходит его динамическое торможение.

При неисправности механического  тормоза схема предусматривает  опускание груза на пониженной скорости с применением электрического торможения двигателя. При переводе рукоятки командоконтроллера из нулевого положения в первое и последующие положения спуска сопротивление постепенно выводится из цепи якоря и одновременно вводится в цепь последовательной обмотки возбуждения. Уменьшение сопротивления цепи якоря уменьшает наклон механических характеристик, а увеличение сопротивления обмотки возбуждения приводит к уменьшению потока возбуждения и увеличению скорости спуска.

Схема магнитного контроллера  серии ПС имеет три защиты:

1. Максимальная токовая защита мгновенного действия, осуществляемая реле КА1 и КА2;
2. Нулевая защита, осуществляемая реле KV, предупреждает самозапуск двигателя при восстановлении внезапно исчезнувшего напряжения, если рукоятка командоконтроллера не находилась в нулевом положении;
3. Конечная защита кранового механизма, осуществляющаяся с помощью конечных выключателей SQ1 и SQ2.

 

3. Расчёт и построение нагрузочных диаграмм, определение ПВ% и предварительный выбор мощности электродвигателя

3.1 Расчёт продолжительности включения

Построим циклограмму  работы кранового механизма в пространстве:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3. Циклограмма работы кранового механизма

Для определения ПВ% необходимо рассчитать время включения и  время ожидания. Общий цикл работы состоит из нескольких частей: спуск  крюка, строповка, подъем крюка с грузом, движение тележки и самого моста крана, спуск крюка с грузом, снятие груза с крюка, подъём крюка.

Время для захвата  или снятия груза с крюка:

 с (принимаем  с);

Время подъёма или  спуска:

,

где H – высота подъёма, H=12 м (здесь и далее высоты, скорости и расстояния берутся из технологического задания, если не указано иное)

      – скорость подъёма (22м/мин=0.37 м/с).

;

Время движения моста:

,

где L – длина перемещения моста, равная длине цеха (60 м),

 – скорость перемещения  моста (22 м/мин = 0,37 м/с).

Время движения тележки:

,

где W – расстояние передвижения тележки, равное ширине цеха (20 м),

 – скорость перемещения тележки (24 м/мин = 0,4 м/с).