Курсовая работа (т): Электрическое оборудование подъемного крана

Электрическое оборудование подъемного крана

Введение

Основными направлениями экономического и социального развития являются дальнейшее повышение эффективности металлургии и повышения качества выпускаемой продукции.

Важнейшими задачами в развитии металлургической промышленности является механизация трудовых работ и автоматизация производственных процессов. В решении этих задач значительная роль выпала на подъемно-транспортные механизмы, в первую очередь краны, применяющиеся на металлургических предприятиях.

Следует заметить, что производительность цехов предприятия в значительной мере зависит от надежности работы и производительности кранов. Работа крана в условиях того или иного цеха специфична и зависит от характера конкретного производственного процесса.

Конструкция крана в основном определяется из его назначения и специфики технологического процесса. Ряд узлов, например, механизм подъема и передвижения выполняются однотипными для кранов различных видов. Поэтому имеется много общего в вопросах выбора и эксплуатации электрооборудования крана. Оборудование крана стандартизовано, поэтому краны, различные по назначению и конструкции, комплектуются серийно-выпускаемым типовым электрооборудованием. Схемы управления отдельными кранами отличаются, это связано со спецификой цехов и назначением крана.

По грузоподъёмности мостовые краны условно разделяют на малые (масса груза 5 - 10 т.), средние (10 - 25 т.) и крупные (свыше 50 т.) Обычно на тележках мостовых кранов грузоподъёмностью свыше 15 т. устанавливают 2 механизма подъёма: главный - для подъёма тяжёлых грузов с малой скоростью, и вспомогательный - для подъёма лёгких грузов с большой скоростью (с соотношением грузоподъёмности, например, 20/5, 30/5, 50/10 т.). Вызвано это тем, что поднимать грузы малого веса тяжёлым крюком не выгодно, так как расходуется лишняя электроэнергия , а производительность невысока

Краны относятся к одному из видов грузоподъёмных машин, которые по своему назначению и условиям работы подразделяются на мостовые, козловые, башенные, портальные и другие, в их обязанность входит подъём, перемещение и спуск груза на небольшой рабочей площади. В целях промышленных предприятий нашли большое применение мостовые краны разной, в зависимости от необходимости производства и грузоподъёмности, конструкции. Наиболее распространёнными являются крюковые двухбалочные краны общего назначения с электрическим приводом грузоподъёмностью 5- 50т, регламентированные ГОСТом 25711-83.

1. Конструкция мостового крана

1.1 Основные механические узлы крана.

Рис.1.1. Внешний вид мостового крана.

На рис. 1.1 показан общий вид нормального (крюкового) мостового крана. Несущая сварная конструкция крана представляет собой мост с двумя главными балками 25 коробчатого сечения (или с решетчатыми фермами), перекинутыми через пролет цеха, и концевыми балками 12 и 13, на которых установлены ходовые колеса 15.Колеса перемещаются по рельсам 16 подкранового пути, закрепленным на балках опорных конструкций 1 в верхней части цеха. Привод ходовых колес осуществляется от электродвигателя 19 через редуктор 14 и трансмиссионный вал 18. Вдоль моста проложены рельсы 20, по которым на колесах 12, (приводимых во вращение электродвигателем 9 через редуктор 16), перемешается тележка 5 с подъемной лебедкой. На барабан 6 лебедки наматываются подъемные канаты 24 с подвешенным к ним на блоках 22 крюком 23 для захвата грузов. Барабан приводится во вращение электродвигателем 7 через редуктор ·8. Управление работой механизмов крана производится из кабины 27 оператора-крановщика, в которой установлены контроллеры или командоконтроллеры 26 органы ручного управления электроприводами механизмов. Электроаппаратура управления приводами размещается в шкафах 4, установленных на мосту крана. Здесь же располагаются ящики резисторов 21. Для. проведения операций обслуживания механизмов и электрооборудования предусмотрен выход на мост из кабины через люк 3. Электроэнергия к крану подводится при помощи скользящих токосъемников от главных троллеев 17, уложенных вдоль подкранового пути. Для подвода питания к электрооборудованию, размещенному на тележке 5, служат вспомогательные троллеи 11 , и идущие вдоль моста.

Мостовой кран состоит из моста, выполненного из главных (продольных) балок перекинутых через пролёт цеха, коробчатого сечения (или с решётчатыми фермами) и концевых(поперечных) балок, на которых установлены буксы с ходовыми колёсами, которыми кран упирается на подкрановые пути. Подкрановые пути расположены на опорных колоннах . что позволяет крану обслуживать практически всю площадь цеха и не занимать полезную площадь пола цеха. Рельсы подкрановых путей соединены между собой и заземлены. Движение крана по подкрановым путям осуществляется ходовыми колёсами, которые приводятся в движение электродвигателем через редуктор и трансмиссионный вал. Перемещение груза поперёк цеха осуществляется грузовой крановой тележкой, которая передвигается вдоль моста крана по подтележечным рельсам с помощью электродвигателя и редуктора. Подъём груза осуществляется также электродвигателем через редуктор, но используя барабан лебёдки с закреплёнными на нём концами каната. Канат заласован в полиспаст, подвижный блок которого вместе с крюком для грузов образуют крюковую подвеску.

.2 Кинематические схемы мостового крана

Передвижение тележки осуществляется вдоль моста по проложенным рельсам на 4 ходовых колесах. Привод колесной пары от электродвигателя (1) с электромагнитным тормозом (2) через редуктор (3). Колеса (4) передвигаются по рельсам (5).На тележке установлена лебедка подъемная для груза . Скорость передвижения тележки номинальная- от 0,65 до 1,0 м/с.

Рис.1.2.1. Кинематическая схема механизма передвижения тележки.

Рис.1.2.2. Механизм передвижения моста.

Передвижение моста (несущей конструкции) осуществляется по рельсам подкранового пути, вдоль пролета цеха. К концевым балкам устанавливаются ходовые колеса (5), которые движутся по рельсам (3). Привод колес от ЭД (1) с тормозом (2) через редуктор (4) может быть раздельным или общим. Скорость передвижения моста номинальная- от 2,0 до 2,3 м/с.

Так как длина моста равна 18 метров, применяем однодвигательный привод.

Рис.1.2.3. Механизм подъёма.

Механизм подъема представляет собой подъемную лебедку барабанного типа. Барабан лебедки (4) с намотанным на него канатом приводится во вращение двигателем (1) с тормозом (2) через редуктор (3). К канату крепится грузозахватывающее устройство - крюк (6). Для механизмов подъема наибольшее применение получили полиспасты (5), которые передают движение от барабана (4) к крюку (6).

2. Требования к электрооборудованию мостовых кранов

2.1 Требования к электрооборудованию крана

Электрооборудование крана выполняется и эксплуатируется в соответствии с «Правилами устройств и безопасной эксплуатации электрооборудования кранов».

Питание электрооборудования крана:

Краны относятся к категории потребителей не ниже второй, для которой перерыв питания допустим на время перехода с основной сети на резервную. Краны литейных , взрывопожароопасных кранов относятся к электроприемникам первой категории ( обеспечиваются питанием от двух источников перерыв допустим на время переключения с основного питания на резервное.

Крановые электропривода питаются от напряжения не более 500 В переменного тока и 440 В постоянного тока.

Питание для мостового крана передается по главным (цеховым) троллеям, о напряжении на них указывают включенные сигнальные лампы расположенные вместе подачи напряжения на троллеи.

Подвод электроэнергии для питания приводов механизма крана осуществляется через троллеи расположенные на подкрановых балках, с которых токосъемниками снимается напряжение для работы мостового крана. Со стороны троллеев на кране расположена люлька для осмотра цеховых троллеев.

В соответствии с требованиями Росгортехнадзора подача питания для электрооборудования мостового крана осуществляется через рубильник защитного шкафа, который в свою очередь отпирается индивидуальным ключом - ключ маркой. Ключ не может быть выдернут без операции отключения.

2.2 Основные защиты крана

·   Для защиты питающих проводов и электродвигателей от токов к.з. и перегрузок свыше 225% на кранах предусматриваются максимально токовая защита с помощью реле максимального тока или автоматических выключателей. Плавкие предохранители применяются только для цепей управления. Тепловая защита на кранах не применяется.

·   Нулевая защита.

·   Наличие конечных выключателей для автоматического отключения механизмов крана при подходе к крайним положениям;

·   Люк выхода на мост снабжается конечным выключателем отключающим питание со вспомогательных троллеев при выходе на мост. Чтобы кран заработал необходимо, чтобы конечные выключатели на двери на люке выхода на галерею моста были заблокированы. Все токоведущие части в кабине крана полностью ограждаются.

·   Все механизмы крана снабжаются нормальнозакрытыми тормозами. краны пожаро-взрывоопасных помещений снабжаются двумя тормозами;

·   Металлоконструкции крана и все металлические части электропривода, которые могут при нарушении изоляции оказаться под напряжением должны быть заземлены. Соединение с контуром заземления цеха осуществляется через крановые пути.

2.3 Требования к электроприводу мостового крана

·        Выбор системы электропривода определяется:

·        Грузоподъемностью;

·        Номинальной угловой скоростью;

·        Требуемым диапазоном регулирования скорости;

·        Жесткостью механических характеристик;

·        Числом включений в час.

Для обеспечения функций крана электропривод должен удовлетворять следующим условиям:

1. Регулирование угловой скорости ЭП в диапазоне 4:1, 10:1 для специальных кранов.

2. Обеспечение высокой жесткости механических характеристик;

3. Ограничение ускорений при минимальной длительности переходных процессов для уменьшения ударов в механических передачах, уменьшением пробуксовки ходовых колес о рельсы, уменьшением раскачивания груза при высокой производительности;

4. Реверсирование привода.

Для электропривода крана применяются 3 системы:

. Нерегулируемые короткозамкнутые асинхронные двигатели серий:

МТКF и МТКН.

МТК - краново - металлургическая серия

К - короткозамкнутая

F или Н - класс изоляции двигателя.

Применяются на кранах малой грузоподъёмности (кран-балки,

кран-тельферы)

. Асинхронные двигатели с фазным ротором и реостатным регулированием скорости. Применяются на кранах с низкими требованиями к точности и плавности регулирования. МТН и МТF.

. Частотно регулируемый асинхронный электропривод с короткозамкнутым ротором. Обеспечивает высокую плавность, точность регулирования скорости при минимальных потерях, но имеет высокую стоимость.

В курсовом проекте применяем асинхронный двигатель с фазным ротором и реостатным регулированием скорости. В данной системе электропривода, двигатель крана, управляемый контроллером, работает в следующих режимах:

Рис.2.1 Механические характеристики режимов работы двигателя.

.4 Режимы работы электрического оборудования крана по нагреву. Расчет ПВ

Электрооборудование кранов выполняется и эксплуатируется для ПВ режима S3. В зависимости от продолжительности включения ПВ различают

следующие разновидности режимов:

Л- легкий, характеризуется продолжительностью включения 10-15%, основная нагрузка 25% от номинала. В таком режиме работают строительно-монтажные краны.

С- средний, ПВ 15-25% краны механических и сборных цехов машиностроительных заводов.

Т - тяжелый, ПВ= 25-40%, краны производственных цехов и складов с крупносерийным производством.

ТП - весьма тяжелый, ПВ=40-60%, технологические краны металлургического производства.

Время работы механизмов крана

, с (2.1)

, с (2.2)

, с (2.3)

=70 с

 с

 с

Рис.2.2 Нагрузочная диаграмма для электропривода крана.

Время цикла.

, с(2.4)

 с

Продолжительности включения ПВ электропривода крана.

 (2.5)

  (2.6)

 (2.7)

По расчетным ПВ принимается ПВ стандартное из ряда: 15,25,40,60 %.

Для для привода подъёма принимаем ПВ=40%

Для привода перемещения тележки и моста принимаем ПВ=25%

3. Расчёт статической мощности двигателя подъёма и предварительный выбор мощности

Статическая нагрузка привода подъёма носит активный характер, т.е. при подъёме масса груза мешает электроприводу, при спуске - помогает. Спуск тяжёлых грузов осуществляется в тормозном режиме.

Статическая мощность двигателя при подъёме груза:

, кВт (3.1)

где: m, m₀ - масса груза и крюка, Т; g=9,8 м/с²;  - КПД механизма подъёма.

 кВт

Статическая мощность при спуске груза в тормозном режиме:

, кВт (3.2)

 кВт

Статическая мощность при подъёме пустого крюка:

, кВт (3.3)

где з₀ - КПД крана без нагрузки

  (3.4)

где   (3.5)

По формуле 3.4:

По формуле 3.3:

 кВт

Статическая мощность при силовом спуске пустого крюка:

,кВт (3.6)

 кВт

Эквивалентная мощность двигателя:

, кВт (3.7)

=20,7 кВт

Номинальная мощность двигателя выбирается по условию:

где К_зап. - коэффициент запаса, который учитывает перегрузку двигателя в периоды пусков и торможений. Принимается равным от 1,1 до 3.

 кВт

По справочнику [1, табл.1-3] выбираем асинхронный двигатель с фазным ротором серии: МНТ511-8

Р_ном=28 кВт

n=705 об/мин

з=83%

M_max=1000 Н·м

J_д=1,08 кг·м²

I_2ном=64 А

Е_2ном=281 В

Для уменьшения скорости барабана подъёмной лебёдки, на валу двигате - ля устанавливается редуктор. Передаточное число редуктора рассчитывается по формуле:

; (3.8)

где n_ном - номинальное число оборотов выбранного двигателя (об/мин);  i_п - передаточное число полиспаста; R_б - радиус барабана подъёмной лебёдки (м)