Расчет двиготеля механизьма передвижения мостового крана

Введение.

 

Кранами называются грузоподъемные устройства, служащие для вертикального  и горизонтального перемещения  грузов на большие расстояния. По особенностям конструкций, связанным с назначением  и условиями работы, краны разделяются  на мостовые, портальные, козловые, башенные и др. В цехах предприятий электромашиностроения наибольшее распространение получили мостовые краны, с помощью которых производится подъем и опускание тяжелых заготовок, деталей и узлов машин, а также их перемещение вдоль и поперек цеха. Вид мостового крана в основном определяется спецификой цеха и его технологией, однако многие узлы кранового оборудования, например механизмы подъема и передвижения, выполняются однотипными для различных разновидностей кранов.  
          На электрических кранах устанавливают электродвигатели, пусковые и регулировочные сопротивления, тормозные электромагниты, контроллеры, защитную, пускорегулирующую, сигнальную, блокировочную и осветительную аппаратуру, конечные выключатели, токосъемники. Питание на кран подается или через троллейные проводники, неподвижно закрепленные на строительных конструкциях, и токосъемники, закрепленные на кране, или при помощи гибкого шлангового кабеля. Электродвигатели, аппараты и электропроводку кранов монтируют в исполнении, соответствующем условиям окружающей среды.

В зависимости от вида транспортируемых грузов на мостовых кранах используют различные грузозахватывающие устройства: крюки, магниты, грейферы, клещи и т.п. В связи с этим различают краны крюковые, магнитные, грейферные, клещевые и т.п. Наибольшее распространение получили краны с крюковой подвеской или с подъемным электромагнитом, служащим для транспортировки стальных листов, стружки и других ферромагнитных материалов.

 У всех типов кранов основными механизмами для перемещения грузов являются подъемные лебедки и механизмы передвижения.  
По грузоподъемности мостовые краны условно разделяют на малые (масса груза 5-10 т.), средние (10-25 т.) и крупные (свыше 50 т.).  
Перемещение грузов, связанное с грузоподъемными операциями, во всех отраслях народного хозяйства, на транспорте и в строительстве осуществляется разнообразными грузоподъемными машинами.

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Краткая характеристика  мостового крана.

Электрические подъёмные  краны - это устройства служащие для  вертикального и горизонтального  перемещения грузов. Подвижная металлическая конструкция с расположенной на ней подъемной лебёдкой являются основными элементами подъёмного крана. Механизм подъемной лебёдки приводится в действие электрическим двигателем.

Подъемный кран представляет собой грузоподъемную машину циклического действия, предназначенную для подъема и перемещения груза, удерживаемого грузозахватным устройством (крюк, грейфер).  Он является наиболее распространенной  грузоподъемной машиной, имеющей весьма разнообразное. Мостовой кран (рисунок 1) представляет собой мост, перемещающейся по крановым путям на ходовых колесах, которые установлены на концевых балках. Пути укладываются на подкрановые балки, опирающиеся на выступы верхней  части колонны цеха. Механизм передвижения крана установлен на мосту  крана. Управление всеми механизмами происходит из кабины прикрепленной к мосту крана. Питание электродвигателей осуществляется по цеховым троллеям. Для подвода электроэнергии применяют токосъемы скользящего типа, прикрепленные к металлоконструкции крана. В современных конструкциях мостовых кранов токопровод осуществляется с помощью гибкого кабеля. Привод ходовых колес осуществляется от электродвигателя через редуктор и трансмиссионный вал.

Любой современный грузоподъемный кран в соответствии с требованиями безопасности, может иметь для каждого рабочего движения в трех плоскостях, следующие самостоятельные механизмы: механизм подъема - опускания груза, механизм передвижения крана в горизонтальной плоскости и механизмы обслуживания зоны работы крана (передвижения тележки).

Грузоподъемные машины изготовляют для различных условий  использования:  
по степени загрузки, времени работы, интенсивности ведения операций, степени ответственности грузоподъемных операций и климатических  факторов эксплуатации.

             Рисунок1.Общий вид мостового крана.  
          Номинальная грузоподъемность - масса номинального груза на крюке или захватном устройстве, поднимаемого грузоподъемной машиной.

Скорость подъема крюка  выбирают в зависимости от требований технологического процесса, в котором  участвует данная грузоподъемная машина, характера работы, типа машины и  ее производительности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Условия работы и  общая техническая характеристика  электрооборудования мостового  крана.

 

Повышенная опасность работ  при транспортировке поднятых грузов требует при проектировании и  эксплуатации соблюдение обязательных правил по устройству и эксплуатации подъемно-транспортных машин. На механизмах подъема и передвижения правилами по устройству и эксплуатации предусмотрена установка ограничителей хода, которые воздействуют на электрическую схему управления. Конечные выключатели механизма подъема ограничивают ход грузозахватывающего приспособления вверх, а выключатели механизмов передвижения моста и тележки ограничивают ход механизмов в обе стороны. Предусматривается также установка конечных  выключателей, предотвращающих наезд механизмов в случае работы двух и более кранов на одном мосту. Исключение составляют установки со скоростью движения до 30 м/мин. Крановые механизмы должны быть снабжены тормозами закрытого типа, действующими при снятии напряжения.

На крановых установках допускается  применять рабочее напряжение до 500 В, поэтому крановые механизмы снабжают электрооборудованием на напряжения 220, 380, 500 В переменного тока и 220, 440 В постоянного тока. В схеме управления предусматривают максимальную защиту, отключающую двигатель при перегрузке и коротком замыкании. Нулевая защита исключает самозапуск двигателей при подаче напряжения после перерыва в электроснабжении. Для безопасного обслуживания электрооборудования, находящегося на ферме моста, устанавливают, блокировочные контакты на люке и двери кабины. При открывании люка или двери напряжение с электрооборудования снимается.

Правилами Госгортехнадзора предусматривается  четыре режима работы механизмов: лёгкий - Л, средний - С, тяжёлый - Т, весьма тяжёлый - ВТ.  

На рисунке 2. Представлена схема механизма тележки, 1 – двигатель, 2 – соединительная муфта, 3 – редуктор, 4 – ходовые колеса.

 
Рисунок 2. Кинематическая схема тележки.

 

3. Требования к системе электропривода и обоснование выбранного типа электродвигателя.

 

Для выбора системы электропривода необходимо четко представлять себе технологические требования к приводу того механизма, для которого он выбирается.  
Для качественного выполнения подъема, спуска и перемещения грузов электропривод крановых механизмов должен удовлетворять следующим основным требованиям:

1. Регулирование угловой скорости двигателя в сравнительно широких пределах в связи с тем, что тяжелые грузы целесообразно перемещать с меньшей скоростью, а пустой крюк или ненагруженную тележку – с большей скоростью для увеличения производительности крана. Пониженные скорости необходимы также для осуществления точной остановки транспортируемых грузов с целью ограничения ударов при их посадке и облегчают работу оператора. Обеспечение необходимой жесткости механических характеристик привода, особенно регулировочных, с тем чтобы низкие скорости почти не зависели от груза.

2. Ограничение ускорений до допустимых пределов при минимальной длительности переходных процессов. Первое условие связано с ослаблением ударов в механических передачах при выборе зазора, с предотвращением пробуксовки ходовых колес тележек и мостов, с уменьшением раскачивания подвешенного на канатах груза при интенсивном разгоне и резком торможении механизмов передвижения; второе условие необходимо для обеспечения высокой производительности крана.

3. Реверсирование электропривода и обеспечение его работы, как в двигательном режиме, так и в тормозном режиме.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Режимы работы двигателей крана.

 

Электродвигатели, установленные  на кранах, работают в тяжелых условиях, часто в помещениях с повышенной температурой или с большим содержанием в них паров и газов, а также на открытом воздухе. Мостовые краны имеют повторно-кратковременный режим работы, с частыми пусками и торможениями.

Повторно - кратковременный режим – это режим работы двигателя, при котором рабочие периоды t_раб чередуются с периодами отключения t₀.  
Повторно - кратковременный режим работы характеризуется  относительной продолжительностью включения (ПВ).

 

где,   t_раб – время работы (с)

t_ц – время цикла (с)

Номинальное значение относительной  продолжительности включения – 15, 25, 40, 60%.

 

Исходные данные:

- грузоподъемность G_г = 20 т;

- вес крана G₀ = 30 т;

- диаметр ходового  колеса D = 0,6 м;

- диаметр цапфы d = 110 мм;

- скорость передвижения V = 70 м/мин;

- орентировачная частота  вращения двигателя n = 750 об/мин;

- продолжительность включения ПВ = 30%;

- время цикла Т_ц = 300 сек.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Расчет  мощности электродвигателя, механизму передвижения мостового крана.

 

5.1. Определяем сопротивление движению механизма при перемещении с полным грузом по формуле:

 
               

где,  F_Г – сопротивление движению механизма при перемещении с полным грузом, Н;

К – коэффициент трения ребер колес о рельсы, К=1,5;

G_Г – вес крана с грузом, т;

G₀ – вес крана без груза, т;

R – радиус ходового  колеса, мм;

µ - коэффициент трения скольжения в подшипнике, µ=0,1;

r – радиус цапфы  колеса, мм;

f – коэффициент трения качения ходового колеса, f=0,05;

 

 
 
          Определяем сопротивление движению механизма при перемещении без груза по формуле:

 

        

 
 

5.2. Рассчитываем момент статического сопротивления на валу электродвигателя при движении с грузом по формуле:  
                                                                        

где,    М_г – момент статического сопротивления на валу электродвигателя при движении с грузом, Н·м;

F_г – сопротивление движению механизма при перемещении с полным грузом, Н;

V – скорость перемещения моста, м/с;

n – частота вращения двигателя, об/мин;

η_г - КПД механизма при полном грузе, η = 80 %.

 
           
      
          Рассчитываем момент статического сопротивления на валу без груза по формуле:  
                                                               

где, М₀ – момент статического сопротивления на валу двигателя при  
движении без груза, Н·м;

F₀ – сопротивление движению механизма при перемещении без груза, Н;

V – скорость перемещения моста, м/с;

n – частота вращения  двигателя, об/мин;

η₀ - КПД механизма без груза. η₀ = 75 %.

 
         

 

_{5.3. Строим нагрузочную  диаграмму,  М = f(t).}

 

 

 

5.4. Рассчитываем средний статический эквивалентный  момент по формуле:

 
                                                                     
где,    М_э – средний статистический момент, Н·м;

М_г – момент статического сопротивления на валу электродвигателя при движении с грузом, Н·м;

М₀ – момент статического сопротивления на валу двигателя при движении без груза, Н·м.  
              

 
          5.5. Находим среднюю эквивалентную мощность механизма по формуле:  
                                                                          
где, Р_э – средняя эквивалентная мощность механизма, кВт;  
М_э – средний статистический момент, Н·м;  
ω – угловая скорость рассчитывается по формуле:

 

 
         

 

5.6. Перерасчет Р_э на стандартную Р_ПВст.

 
Приводим ПВ_ф =30%, к стандартному значению ПВ_ст = 25%  
Рассчитываем мощность двигателя по формуле:

 
                                                                             
где,   – мощность двигателя моста, кВт;

Р_э – средняя эквивалентная мощность механизма, кВт;

ПВ_ф – продолжительность включения механизма во время работы, %;  
          ПВ_ст – стандартная продолжительность включения, %.

 
        

 
          Выбираем, двигатель МТКН(F) 312: Р_н = 22 кВТ, n_н = 750 об/мин, ПВ_ст =25%, η = 0,87, = 2 кг·м².

5.7. Проверяем  выбранный двигатель по нагреву с учетом пусковых режимов.