Проектирование козлового грейферного крана грузоподъемностью 10 тонн со снижением металлоемкости пролетной части

Для разгрузке контактов  командоконтроллера коммутация цепей  управления производится электромагнитными  реле постоянного тока, устанавливаемыми в отдельном магнитном контроллере  открытого исполнения. 

В контроллере узел нулевой защиты выполнен на переменном токе (реле РН получает питание от силовой цепи). Для обеспечения нулевой защиты в случае исчезновения напряжения постоянного тока в цепи управления катушка реле РН получает питание через замыкающие контакты реле ускорения РУ1 и РУ2. Конечная защита, осуществляемая выключателями ВКВ и ВКН, выполнена таким образом, что срабатывание не препятствует движению механизма в противоположном положении.

3.6.3. Выбор кранового электродвигателя

Исходными данными при  выборе электродвигателей крановых механизмов являются: статические и динамические нагрузки, приведенные к валу двигателя; параметры режима работы; время приложения статической и динамических нагрузок, а так же технологические особенности работы механизмов, определяющие число циклов.

В задачу выбора двигателя  кранового механизма входят предварительный  выбор двигателя, расчет его на удовлетворение теплового режима, а так же проверка на обеспечение заданных ускорений (обеспечение пускового режима и  запаса сцепления для механизмов передвижения).

3.6.4. Расчет выбранного двигателя

Выберем двигатель для  механизма подъема козлового  грейферного крана, имеющего следующие  характеристики:

• грузоподъёмность Q =10 т;
• скорость подъёма V_ном =0.4 м/с;
• масса подвески q= 4,8 т;
• режим нагружения работы электропривода – М6;
• диаметр барабана с канатом - 0,420 м ;
• передаточное число, i = 50;
• КПД механизма, η_мех =0,95;
• число включений в час -400;
• коэффициент числа механизмов, поднимающих груз,

         m_п– 2.

1. Расчетная  мощность:

Р_р=Р_ст,ном=9,81(Q+q)V_ном/(10³η_мехm_п)

Р_р=Р_ст,ном=9.81(10000+4800)0.4/(10³ ∙0.95∙2)=31 кВт

2. Частота  вращения двигателя:

n=60i V_ном/(πD)

                               n=60∙50∙0.4/(3.14∙0.420)=910 об/мин

Исходя из режима работы и принятой системы электропривода находим значение коэффициента k_т =0.9.

Тогда:                   Р_ном,т= Р_ст,ном/ k_т=31/0.9=34 кВт

 

Так как Р_ном,т > Р_р, то предварительный выбор двигателя следует осуществлять по Р_ном.т. Выбираем  электродвигатель серии 4MTF225М6 мощностью 37 кВт при ПВ=40% , n_ном=965 об/мин, М_ном=638 Н∙м²,имеющий момент инерции J_дв =0.75 кг∙м².

3. Определяем  суммарный момент инерции:

J_общ=1.2J_дв+

J_общ=1.2∙2+

=1.56 кг∙м²

4. Эквивалентный  КПД определяем по формуле:

         η_экв= ,

где  η_экв,б – КПД привода при числе включений N_в=0;

  η_экв,N – эквивалентный КПД, определяемый по графикам при числе      включений N_в;

        n_max – синхронная частота вращения.

η_экв=

0.76

Проверяем двигатель  по тепловому режиму при известной нагрузочной диаграмме:

 

Р_ном,т ≥

,

 

где  k_з –коэффициент, учитывающий мощности, закладываемый при    проектировании электропривода;

       ε_р – фактическая продолжительность включения электропривода;

       ε_ном – номинальная продолжительность включения электропривода.

 

Р_ном,т ≥

31=33 кВт

 

Поскольку Р_ном > Р_ном,т, выбранный электродвигатель серии 4MTF225М6 удовлетворяет требованиям предъявляемым к двигателю по тепловому режиму. 

4. Технологический раздел

Для определения остаточного  ресурса металлоконструкций грузоподъемных машин (ГПМ), находящихся в эксплуатации, первостепенное значение имеют вопросы  разработки методов определения  критических значений размеров усталостных  трещин, скорости их распространения в зависимости от  нагрузки, напряжений в области трещин и числа циклов нагружения до их критических величин. Из всех известных методов дефектоскопии метод акустической эмиссии (АЭ) в наиболее полной мере может обеспечить получение оперативной информации о локации и кинетике усталостных трещин, что дает возможность эффективно оценить степень их опасности.

АЭ – физическое явление, связанное с излучением упругих  волн колебаний из твердого тела при  его нагружении. Это излучение  связано с разрывом кристаллической решетки. Выделяемая доля упругой энергии (излучаемый импульс АЭ) свидетельствует о наличии дефекта в диагностируемом объекте. Наиболее информативными диагностическими параметрами сигналов АЭ являются амплитуда упругих колебаний и их интенсивность. Для прогнозирования предразрушающегося состояния элементов конструкций в процессе их нагружения необходимо установить корреляционные связи между механическими характеристиками конструкционных материалов и параметрами сигналов АЭ при различных режимах нагружения.

Возможными механизмами  генерации импульсов АЭ при циклическом  нагружении могут быть: накопление пластических деформаций в металле; скачкообразное развитие усталостных  трещин; продвижение и увеличение зоны пластических деформаций материала в районе трещины в связи с ее продвижением; взаимное трение берегов усталостных трещин.

Технические средства диагностирования с использованием методов АЭ включают широкополосные пьезоэлектрические датчики, усилители, аналого-цифровые преобразователи, цифровые блоки обработки сигналов, управляющую ЭВМ с периферийными устройствами.

Виброграф

 При экспериментах  в лабораторных условиях специально  изготовленные образцы из исследуемого  материала подвергают монотонному  нагружению на силонагружающих  установках. При этом регистрируют абсолютное удлинение и параметры сигналов АЭ: амплитуду, число импульсов, число импульсов и их интенсивность.

Известны исследования колебаний  главной балки козловых кранов с  использованием в качестве вибрографа прибора Гюйгенса, с регистрацией колебаний в заданной системе отсчета. При этом в середине балки привязывалась длинная нить с грузиком, достающая до пола, на котором стоял виброграф. Нить возбуждала в вибрографе затухающие колебания, и прогиб записывали самописцем Н-700. Эксперимент проводился на неподвижном кране с отрыванием груза (с номинальной массой) от пола и резвом обрывании груза. Реальные динамические нагрузки при этом не регистрировались.

С целью повышения  информативности работы виброметра, он должен обладать следующими свойствами: работать в собственной системе отсчета (прибор сейсмического типа); должен работать в послерезонансной полосе частот – режим виброметра, измеряющего вибросмещения; резонансная частота колебательной системы должна быть от 0,1 до 0,5 Гц; частотный диапазон 1…100 Гц; для удобства работы виброграф должен устанавливаться на кране и передавать информацию по радиоканалу. Для соответствия данным требованиям предлагается использовать виброметр на основе датчика типа МТ 402.

В собственной системе  отсчета (ССО), как правило, измеряют параметры абсолютной вибрации с помощью приборов инерционного действия сейсмического типа. Преимущество приборов этого типа: большая универсальность, возможность непосредственно устанавливать прибор на объект в любом месте (не нужно строго ориентировать его в пространстве).

При использовании в  качестве инерционного элемента твердого тела в устройствах применяют  дорезонансный (режим акселератора) и зарезонансный (режим виброметра) режимы работы. Во втором случае деформация пружины равна абсолютному перемещению  объекта измерения.

В данном случае применяется  датчик инерционного типа с жидкостным наполнением – сейсмическая система. Преимущества: высокая чувствительность при малой массе инерционного элемента (действие большой ускоряющей силы F на малую массу V₀). Диапазон измерения виброперемещений вибрографов с индукционными преобразователями находится в области десятых долей микрометров до тысяч микрометров при частотном диапазоне от 0 до 100 Гц (ИП – гальванометры, работающие в переуспокоенном (баллистическом) режиме, являются интегрирующим звеном).

В связи с ограничением нижнего предела по частоте при  электронном интегрировании возникает  необходимость расширения частотного диапазона в сторону нижних частот методом последовательно параметрической коррекции или методом сквозной коррекции.

Виброметры с индуктивными преобразователями позволяют измерять перемещения в диапазоне от десятых  долей микрометров до миллиметров  при частотах от десятых долей  герца до тысяч герц. В случаях, когда мощность их выходного сигнала  недостаточна, для регистрации используют мостовые схемы. В этих схемах индуктивность включают в плечи моста переменного тока или в контурные схемы. При ее изменении изменяется частота колебательного контура.

ИП с переменной величиной  зазора имеют лучшую линейность характеристики и позволяют измерять перемещения до 20 мм. Линейный участок 0,1 от номинальных величин зазора (у дифференциальных 0,4…0,6). Сердечник из феррита уменьшает потери на высоких частотах U₁.

Индуктивные преобразователи  используют, в основном, для измерения низкочастотных вибраций. Частота тока питания не превышает 3-5 кГц (помехи: индуктивность и емкость соединительных проводов, вихревые токи сердечника).

Виброграф рассчитан  на максимальную амплитуду смещения 50 мм. Применяется жидкостный датчик с включением его катушки в частотозадающую цепь НЧ-генератора (или в мост переменного тока). Датчик этого типа очень надежен, компактен, легок. Выбором жидкости, заполняющей поплавок, можно изменять диапазон регистрируемых вибросмещений  в очень широких пределах.

Оборудование

1. Широкополосный датчик

Является высокочувствительным пьезоэлектрическим элементом –  преобразователем с рабочим диапазоном от 100 Гц до 1 МГц и внутренним электронным  предусилителем 40 Дб.

2. Резонансные  датчики

Высокочувствительные пьезоэлектрические датчики воспринимают сигналы АЭ в области собственного резонанса. Резонансная частота датчика составляет приблизительно 200 кГц, а главный резонанс датчика находится на частоте приблизительно 350 кГц.

3. Предусилитель

Компактный и прочный предусилитель с коэффициентом усиления 40 Дб рассчитан на совместную эксплуатацию с резонансными датчиками. Частотную характеристику прибора определяют сменные блоки, содержащие:

• октавный фильтр со средней частотой 200 Гц;
• октавный фильтр со средней частотой 800 Гц;
• широкополосный фильтр с линейным диапазоном 10 кГц – 2 МГц.

 Датчики и предусилители  входят в состав систем, предназначенных  для определения и оценки параметров  АЭ и удовлетворяющих всем  требованиям этой области дефектоскопии  и испытаний без разрушения объекта.

Калибровка  датчиков АЭ

Датчики подвергаются тщательной калибровке. Чувствительность датчиков калибруется абсолютным методом  взаимности и выражается в децибелах. При калибровке этим методом используются три преобразователя, работающих в качестве приемников и передатчиков. Преобразователи закрепляются на массивной стальной плите, покрытой снизу и по сторонам демпфирующим материалом, содержащим свинец, что способствует эффективному демпфированию распространяющихся через плиту отраженных упругих волн. Используемый в качестве передатчика преобразователь работает от генератора, ожидающего модулированный сигнал с регулируемой частотой.

Работающие в режиме приема преобразователи, расположенные  на определенном расстоянии от передатчика, воспринимают поверхностные волны и отдают соответствующие электрические сигналы на выносную аппаратуру. Электрические сигналы усиливаются и регистрируются электронными приборами. Процедура калибровке заключается в определении точного значения резонансной частоты датчика, а затем в определении точного значения чувствительности датчика на этой частоте.

Импульсному характеру  АЭ соответствует широкий частотный  спектр. Однако, практически (при измерении, регистрации и анализе) АЭ считается  диапазон частотного спектра от 10 кГц до 1 МГц. Амплитуда импульсов слишком мала, так что отдаваемое соответствующими датчиками напряжение очень мало – оно находится в диапазоне от 10 мкВ до 1 мВ.

Диагностика подшипников  качения методом АЭ

Стратегической целью  совершенствования системы ремонтов ГПМ является уменьшение затрат путем перехода на систему ремонта по фактическому состоянию с использованием средств безразборной диагностики.

Такой переход возможен при выполнении следующих основных условий: