Короткий опис технологічного процесу і основних вузлів крана

 

Залежно від показників, перерахованих в таблиці 1, вироблятися  вибір системи електроприводу. Також при виборі слід враховувати, що крани ливарних цехів, транспортуючі рідкий метал повинні мати плавне регулювання швидкості при розгоні і гальмуванні, і систему управління  з динамічним гальмуванням, оскільки вона забезпечує вищу плавність регулювання в порівнянні з системами управління з гальмуванням противвімкненям; механізм повинен мати два незалежні електромеханічні гальма.  

Стосовно завдання  проекту  режим роботи крана орієнтовно повинен бути важкий (Т) або вельми важкий (ВТ), тривалість включення ПВ  40 або 60%. Остаточні значення показників будуть відомі після вибору           двигуна в  п. 2.1.

 

 

 

 

2.  РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА

 

2.1  Розрахунок потужності  і вибір двигуна по каталогу.

 

1. Розрахунок статичної потужності.

Визначаємо максимальну статичну потужність двигуна, необхідну для підйому номінального вантажу.

Рст = 10³ · (mг + mо) · 9,81 · Vn / 1000 · ηм,  кВт

Рст = 10³ · (15т + 0,25т) · 9,81 · 0,35 м/c  / 1000 · 0.81 = 64,6 кВт

де  mг – маса піднімає мого вантажу.

      mо – маса вантажозахватного пристрою.

      Vn – швидкість підйому.

      ηм – коефіцієнт корисної дії механізму.

2. Визначаємо попередню  потужність електродвигуна і вибираємо двигун по каталогу.

2.1 Визначаємо попередню потужність електродвигуна.

Р'пред = К · Рст,   кВт,  де К = 0,8 – коефіцієнт враховує циклічність роботи механізму, ([5] стор. 21).

Р'пред = 0,8 · 64,6 кВт = 51,6 кВт

2.2  Визначаємо час  однієї операції.

tр = Н / Vn,   (с)

tр = 12 м / 0,35 м/c  = 34,3 с

2.3  Визначаємо час одного  циклу.

tц = 3600 / Nц,   (с)

tц = 3600 / 14 = 257 с

2.4  Визначаємо орієнтовну тривалість ввімкнення.

ПВор = Кі · tр / tц · 100 %,  де  Кі = 4 – кількість операцій в перебігу одного циклу, ([5] стор. 21).

ПВор = 4 · 34,3 с / 257 с · 100 % = 53,4 %

2.5 Остаточна попередня потужність двигуна при каталожній тривалості ввімкнення.

Рпред = Р'пред · ·100 %

Рпред = 51,7 кВт · ·100 % = 48,7 кВт

2.6 По значеннях  Рпред,  по каталогу вибираємо двигун типа MTF,  MTH,  4MT, дотримуючи умову що номінальна потужність повинна  бути рівна  або більше попередньої (до 20 %). Паспортні дані двигуна заносимо в табл. 2.

Таблиця 2

Паспортні дані двигуна.

Тип	Рн, кВт	nн, об/мин	ωн, рад/с	Iс, А	Uс, В	Iр.н, А	Uр.н, В	λ	Ммах,  Н· м	GDдв2, кг· м2	ПВ, %	ηд,, %
MTH611-6	58	960	100,5	127	380	140	270	4,5	2610	13,1	60	87

 

Визначаємо номінальний  момент двигуна.

Мн = 10³ · Рн / ωн,  Н·м

Мн = 10³ · 58 кВт / 100,5 рад/с = 577,1  Н·м

ωн = 2π ·  nн / 60

ωн = 6,28 ·  960 об/мин / 60 = 100,5 рад/с

де  nн – частота обертання вибраного по каталогу двигуна.

Визначаємо перевантажувальну  здатність двигуна.

λ = Ммах / Мн

λ = 2610 Н·м / 577,1  Н·м = 4,5

3. Розрахунок діаграми навантаження приводу.

3.1 Розрахунок статичних моментів.

3.1.1 При підйомі номінального вантажу.

Мпг = 10³ · (mг + mо) · 9,81 · Dб / 2і · ηм,  Н·м

Мпг = 10³ · (15 т + 0,25 т) · 9,81 · 0,5 м / 2 ·71,8 · 0,81 = 643,2  Н·м

де    i – передавальне число редуктора.

       Dб - діаметр барабана.

      ωн – кутова швидкість.

i = ωн  · Dб / 2Vn

i = 100,5 рад/с  · 0,5 м / 2· 0,35 м/c = 71,8

3.1.2 При гальмівному спуску номінального вантажу.

Мсг = 10³ · (mг + mо) · 9,81 · Dб · ηм / 2і,  Н·м

Мсг = 10³ · (15 т + 0,25 т) · 9,81 · 0,5 м · 0,81 / 2 ·71,8 = 421,9  Н·м

3.1.3 При підйомі порожнього вантажозахватного пристрою.

Мпо = 10³ · (mг + mо) · 9,81 · Dб / 2і · ηо,  Н·м

Мпо = 10³ · (15 т + 0,25 т) · 9,81 · 0,5 м / 2 ·71,8 · 0,19= 44,9  Н·м

де   ηо – коефіцієнт корисної дії доданому навантаженню. Визначається по кривих приведених в ([5]  мал. 2),   ηо = 0,19

Коефіцієнт завантаження визначається по формулі.

Кз = mо / mг + mо

Кз = 0,25 т / 15 т + 0,25 т = 0,02

3.1.4 При спуску порожнього вантажозахватного пристрою.

Мсо = 10³ · mо · 9,81 · Dб  /  2і (2 ηо – 1), Н·м

Мсо = 10³ · 0,25 т · 9,81 · 0,5 м / 2 ·71,8 (2 · 0,19 – 1)  = - 5,27  Н·м

3.2 Розрахунок динамічних моментів.

3.2.1 При роботі з вантажем.

Jэг = К · (Jдв + Jш +  Jм) +Jп.д.г.,   кг ·м²

Jэг = 1,15 · (3,27 кг ·м² + 0,98 кг ·м² +  0,49 кг ·м²) +0,18 кг ·м² = 5,63  кг ·м²

де  К = 1,15  коефіцієнт, що враховує приблизно момент інерції редуктора і барабана, ([5] стор. 25).

Jдв – момент інерції двигуна,   кг · м²

Jш - момент інерції гальмівного шківа,   кг · м²

Jм - момент інерції муфти і швидкохідного валу редуктора,   кг · м²

Jдв = GD²дв / 4         Jдв = 13,1 кг ·м² / 4 = 3,27 кг ·м²

Jш = 0,3 Jдв       Jш = 0,3· 3,27 кг ·м² = 0,98 кг ·м²

Jм = 0,15 Jдв       Jм = 0,15 · 3,27 кг ·м² = 0,49 кг ·м²

Jп.д.г = 10³ · (mг + mо) · Vn²  /  ωн²

Jп.д.г = 10³ · (15 т + 0,25 т) · 0,35 ² м/c /  100,5² рад/с =  0,18 кг ·м²

3.2.2  При роботі без вантажу.

Jэо = К· (Jдв + Jш +  Jм) +Jп.д.о.,   кг ·м²

Jэо = 1,15 · (3,27 кг ·м² + 0,98 кг ·м² +  0,49 кг ·м²) + 0,003 кг ·м² = 5,453 кг ·м²

Jп.д.о = 10³ · mо · Vn²  /  ωн², кг ·м²

Jп.д.о = 10³ ·  0,25 т · 0,35 ² м/c / 100,5² рад/с =  0,003 кг ·м²

3.2.3 Визначаємо граничне допустиме  прискорення двигуна.

_доп = 2i · а_доп / Dб

де  а_доп – максимально допустиме прискорення вантажу, м/c²

Середнє значення  а_доп при розгоні і уповільненні визначаємо  з ([5]  табл. 5)

а_доп = а_ср =  0,1 м/c²

_доп = 2·71,8 · 0,1 м/c² / 0,5 м = 28,7 рад/с²

3.2.4  Визначаємо динамічний  момент системи при підйомі  вантажу.

Мдин = Jэг (2i · а_ср / Dб)

Мдин = 5,63  кг ·м² (2 · 78,1 ·0,1 м/c² / 0,5 м) = 161,58 Н·м

3.3 Розрахунок середнього пускового моменту двигуна.

Мср.п = Мпг + Мдин

Мср.п = 643,2  Н·м + 161,58 Н·м = 804,8 Н·м

3.4  Визначаємо час розгону і уповільнення.

3.4.1  Визначаємо час розгону.

а)  При підйомі вантажу.

tр.пг = Jэг ((ωкон – ωнач)  / (Мср.п – Мпг))

tр.пг = 5,63  кг ·м² ((100,5 рад/с – 0 рад/с )  / (804,8 Н·м – 643,2  Н·м)) = 3,5 с

де ωкон , ωнач -  відповідно кінцеве і початкове значення кутової швидкості.

При спуску від стану  спокою до номінальної швидкості ωкон = ωн , ωнач = 0.

б) При гальмівному спуску вантажу.

tр.сг = Jэг ((ωкон – ωнач)  / Мсг )

tр.сг = 5,63  кг ·м² ((100,5 рад/с – 0 рад/с )  / 421,9  Н·м) = 1,4 с

в)  При підйомі вантажозахватного пристрою.

tр.по = Jэо ((ωкон – ωнач)  / (М'ср.п – Мпо))

tр.по = 5,453  кг ·м² ((100,5 рад/с – 0 рад/с )  / (663,6 Н·м – 44,9  Н·м)) = 0,9 с

де  М'ср.п = (1,15 ÷ 1,25) Мн  - середній пусковий момент при підйомі і опусканні вантажозахватного пристрою.

г) При спуску вантажозахватного  пристрою.

tр.со = Jэо ((ωкон – ωнач)  / (М'ср.п + Мсо))

tр.со = 5,453  кг ·м² ((100,5 рад/с – 0 рад/с )  / (663,6 Н·м – 5,27  Н·м)) = 0,83 с

3.4.2 Визначаємо час гальмування.

Час гальмування для  различніх режимів визначається з урахуванням моменту, що розвивається тільки механічним гальмом. Момент гальма  Мт визначається максимальнім статичним моментом  Мс.мах., приведеним до гальмівного валу і коєффициентом запасу Кт. ([5]  стор. 28)

Мт = Кт · Мс.мах,  Н·м

Мт = 2,5 · 421,9  Н·м = 1054,75 Н·м

де  Мс.мах = Мсг максимальний статичний крутячий момент на гальмівному валу.   Кт = 2,5 – коефіцієнт запасу для вельми важкого режиму роботи.

Час  гальмування.

а) При підйомі вантажу.

tт.пг = Jэг ((ωнач– ωкон) / (Мт + Мсг))

tт.пг = 5,63  кг ·м²((100,5 рад/с – 0 рад/с) / (1054,75 Н·м + 421,9 Н·м)) = 0,38 с

б) При спуску вантажу.

tт.сг = Jэг ((ωнач– ωкон) / (Мт - Мсг))

tт.сг = 5,63  кг ·м²((100,5 рад/с – 0 рад/с) / (1054,75 Н·м - 421,9 Н·м)) = 0,89 с

в)  При підйомі вантажозахватного пристрою.

tт.по = Jэо ((ωнач– ωкон) / (Мт + Мсо))

tт.по = 5,453 кг ·м²((100,5 рад/с – 0 рад/с) / (1054,75 Н·м - 5,27 Н·м)) = 0,52 с

г) При спуску  вантажозахватного пристрою.

tт.со = Jэо ((ωнач– ωкон) / (Мт - Мсо))

tт.со = 5,63  кг ·м²((100,5 рад/с – 0 рад/с) / (1054,75 Н·м + 5,27 Н·м)) = 0,51 с

де ωнач – швидкість, з якої починається режим гальмування;

    ωкон -  швидкість, при якій закінчується режим гальмування.

3.5  Визначаємо шляхи  пройдені  грумом і вантажозахватним  пристроєм під час пусків і  гальмувань.

3.5.1 При підйомі вантажу.

Sр.пг = Vn / 2 · tр.пг

Sр.пг = 0,35 м/с / 2 · 3,5 с = 0,61 м

Sт.пг = Vn / 2 · tт.пг

Sт.пг = 0,35 м/с / 2 · 0,38 с = 0,06 м

де  Vn – швидкість підйому.

      tр.пг – час розгону при підйомі вантажу.

     tт.пг – час гальмування при підйомі вантажу.

3.5.2  При спуску вантажу.

Sр.сг = Vn / 2 · tр.сг

Sр.сг = 0,35 м/с / 2 · 1,4 с = 0,25 м

Sт.сг = Vn / 2 · tт.сг

Sт.сг = 0,35 м/с / 2 · 0,89 с = 0,16 м

3.5.3  При підйомі  вантажозахватного пристрою.

Sр.по = Vn / 2 · tр.по

Sр.по = 0,35 м/с / 2 · 0,9 с = 0,16 м

Sт.по = Vn / 2 · tт.по

Sт.по = 0,35 м/с / 2 · 0,52 с = 0,09 м

3.5.4  При спуску  вантажозахватного пристрою.

Sр.со= Vn / 2 · tр.со

Sр.со= 0,35 м/с / 2 · 0,83 с = 0,15 м

Sт.со = Vn / 2 · tт.со

Sт.со = 0,35 м/с / 2 · 0,51 с = 0,08 м

3.6 Шляхи пройдені вантажем або вантажозахватним пристроєм із сталою швидкістю.

3.6.1  При підйомі вантажу.

Sу.пг = Н - Sр.пг -  Sт..пг

Sу.пг = 12 м - 0,61 м -  0,06 м = 11,33 м

3.6.2  При спуску вантажу.

Sу.сг = Н - Sр.сг -  Sт.сг

Sу.сг = 12 м - 0,25 м -  0,16 м = 11,59 м

3.6.3  При підйомі вантажозахватного пристрою.

Sу.по = Н - Sр.по -  Sт..по

Sу.по = 12 м - 0,16 м -  0,09 м = 11,75 м

3.6.4  При спуску  вантажозахватного пристрою.

Sу.со = Н - Sр.по -  Sт..по

Sу.со = 12 м - 0,15 м -  0,08м = 11,77 м

3.7 Час роботи із сталою швидкістю і час паузи.

3.7.1 При підйомі вантажу.

tу.пг = Sу.пг / Vn

tу.пг = 11,33 м / 0,35 м/с = 32,3 с

3.7.2  При спуску вантажу.

tу.сг = Sу.сг / Vn

tу.сг = 11,59 м / 0,35 м/с = 33,1 с

3.7.3  При підйомі вантажозахватного пристрою.

tу.по = Sу.по / Vn

tу.по = 11,75 м / 0,35 м/с = 33,5 с

3.7.4 При спуску  вантажозахватного пристрою.

tу.со = Sу.со / Vn

tу.со = 11,77 м / 0,35 м/с = 33,6 с

3.7.5  Час паузи.

tп= tц - ∑ tр / 4

де ∑ tр – сумарний час роботи.

    tц – час циклу.

∑ tр = tр.пг + tу.пг + tт..пг + tр.сг + tу.сг + tт.сг + tр.по + tу.по + tт.по+ tр.со +

           + tу.со + tт.со.

∑ tр = 3,5 с + 32,3 с + 0,38 с + 1,4 с + 33,1 с + 0,89 с + 0,9 с + 33,5 с +

            0,52 с + 0,83 с +  33,6 с + 0,51 с = 141,43 с

tп= 257 с - 141,43 с / 4 = 28,89 с

Будуємо і швидкісної діаграму навантаження приводу.

4. Перевірка заздалегідь вибраного двигуна  за умов нагріву і перевантажувальної здатності.

Фактична тривалість ввімкнення.

ПВ%ф = (tр.пг + tу.пг + tр.сг + tу.сг + tр.по + tу.по + tр.со +  tу.со) / tц ·100%

ПВ%ф = (3,5 с + 32,3 с + 1,4 с + 33,1 с + 0,9 с + 33,5 с + 0,83 с +  33,6 с) /

 / 257 с ·100% = 54%

Розрахунковий еквівалентний  момент.

Мэр =

         .

Мэр =       

  =

       = 403,1 Н·м.

Еквівалентний момент, відповідний  тривалості ввімкнення даного двигуна.