Дипломная (вкр): Электродвигатель крана

Электродвигатель крана

Введение

В последнее время наметилась устойчивая тенденция к применению частотно-регулируемых электроприводов в крановом хозяйстве на металлургических предприятиях и за их пределами, как в России, так и за рубежом. Это обстоятельство объясняется следующим. Использование регулируемых приводов в крановом хозяйстве позволяет значительно повысить комфортные показатели работы крана в части ускорения. В свою очередь, обеспечиваемые частотно - регулируемым приводом плавные переходные процессы приводят к значительному снижению динамических нагрузок в элементах кинематической цепи привода, что позволяет повысить надежность и долговечность работы механического оборудования крана, отпадает необходимость замены редуктора, канатоведущего барабана, тормозных колодок, электродвигателя и других элементов при модернизации кранов.

Основной причиной широкого применения регулируемого привода в крановом хозяйстве является снижение энергопотребления при работе крана на 40-60%, которое достигается за счет значительного снижения вращающихся маховых масс лебедки главного подъема .

Применение частотно - регулируемых преобразователей позволяет использовать асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором общего назначения, а не специализированные асинхронные двигатели с фазным ротором. Маховый момент ротора таких двигателей в разы меньше аналогичных крановых асинхронных двигателей с фазным ротором, а стоимость их снижается в 3-4 раза по сравнению с крановыми двигателями, специальной серии.

Таким образом, экономический эффект от внедрения частотно-регулируемого электропривода складывается из экономии электроэнергии и снижения эксплуатационных затрат.

Срок окупаемости в зависимости от грузоподъемности и интенсивности работы крана составляет от 3 до 8 лет (меньшая цифра соответствует большей грузоподъемности и интенсивности).

Для более точной оценки экономической и технологической эффективности внедрения частотно-регулируемого электропривода предлагается оснастить таким электроприводом один из кранов и экспериментально замерить расход электроэнергии до и после внедрения, а также оценить динамические нагрузки, удобство в управлении и другие технические параметры крана. Наиболее важное значение для успешного проведения этой работы имеет правильный выбор преобразователя частоты, как по его техническим параметрам, так и по маркетинговым соображениям, с учетом опыта использования преобразователей другими предприятиями.

Стоимость предлагаемого проекта состоит из стоимости нового электрооборудования (преобразователя частоты с тормозным резистором), стоимости работ по проектированию, монтажу, настройке и наладке электропривода крана, проведения исследовательских работ по оценке его технико-экономических показателей и экономической эффективности. На металлургических предприятиях работают мостовые краны общего назначения (крюковые, грейферные, магнитные, магнито-грейферные) и металлургические (литейные, для раздевания слитков, колодцевые, посадочные и др.).

Конструкция кранов в основном определяется их назначением и спецификой технологического процесса. Но ряд узлов, например механизмы подъема и передвижения, выполняются однотипными для кранов различных видов. Поэтому имеется много общего в вопросах выбора и эксплуатации электрооборудования кранов.

Электрооборудование кранов металлургических цехов работает, как правило, в тяжелых условиях: повышенная запыленность и загазованность, повышенная температура или резкие колебания температуры окружающей среды (от минусовой до +60-70 °С), высокая влажность (до 80-90%), влияние химических реагентов. В связи с этим оно должно выбираться в соответствующем конструктивном исполнении.

Оборудование кранов стандартизировано, поэтому краны различные по назначению и конструкции комплектуются серийно выпускаемым электрооборудованием. Схемы управления отдельными кранами отличаются, что связано со спецификой соответствующих цехов металлургических предприятий и назначением кранов. К электрооборудованию кранов предъявляют следующие требования: обеспечение высокой производительности, надежность работы, безопасность обслуживания, простота эксплуатации и ремонта и др.

На металлургических предприятиях 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 грузоподъемность достигает 800 т, однако наиболее широко используются краны грузоподъемностью от 5 до 320 т трех-, четырех- и пятидвигательные. Для привода механизмов этих кранов наиболее широко применяются трехфазные асинхронные электродвигатели с фазным ротором (реже - с короткозамкнутым)

1. Описание технологического процесса

.1 Основные режимы работы крановых механизмов

Режим работы крановых механизмов - важный фактор при выборе мощности приводных электродвигателей, аппаратуры и системы управления. От него зависит и конструктивное исполнение механизмов.

В ряде случаев даже однотипные краны работают в разных режимах. Неверный выбор режима при проектировании электропривода кранов ухудшает технико-экономические показатели всей установки. Выбор же более легкого режима обусловливает повышенный износ электрооборудования, частые поломки и простои. Поэтому важно выбрать оптимальный режим работы кранового механизма.

По правилам устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных механизмов установлено четыре номинальных режима работы: легкий (Л), средний (С), тяжелый (Т), весьма тяжелый (ВТ).

Для каждого механизма крана режим работы определяется отдельно, режим работы крана в целом устанавливается по механизму главного подъёма.

В соответствии со стандартом СЭВ 2077-80 все краны по условиям использования и нагружения подразделяются на 7 классов (А0-А6).

1.2 Механическая часть

Конструкция крана (см. рис. 1.1) состоит из моста по рельсам которого перемещается грузовая тележка 2.Управление краном производится из кабины крановщика 3, расположенной под рабочей площадкой моста. Для обслуживания питающих крановых троллей и токоприемников предусмотрена кабина для обслуживания троллей 4. Электрооборудование 5, расположенное на мосту, тележки и в кабине крановщика, предназначено для управления механизмами крана. Токоподвод к грузовой тележке осуществляется гибким кабелем 6, подвешенным к кареткам, перемещающимся по монорельсу.

Мост крана состоит из двух полумостов, вес каждого из которых равномерно, передается на четыре ходовых колеса. Полумосты шарнирно соединены между собой переходными балками. Привод передвижения моста -раздельный. Мост оборудован переходными площадками, лестницами, буферами

1.3 Устройство и работа крана

Электропривод большинства грузоподъёмных машин характеризуется повторно - кратковременном режимом работы при большой частоте включения, широком диапазоне регулирования скорости и постоянно возникающих значительных перегрузках при разгоне и торможении механизмов. Особые условия использования электропривода в грузоподъёмных машинах явились основой для создания специальных серий электрических двигателей и аппаратов кранового исполнения. В настоящее время крановое электрооборудование имеет в своём составе серии крановых электродвигателей переменного и постоянного тока, серии силовых и магнитных контроллеров, командоконтроллеров, кнопочных постов, конечных выключателей, тормозных электромагнитов и электрогидравлических толкателей, пускотормозных резисторов и ряд других аппаратов, комплектующих разные крановые электроприводы.

Мост крана состоит из двух пролетных балок коробчатого сечения, каждая из которых опирается на две концевые балки коробчатого сечения, шарнирно соединённых между собой соединительной балкой, образующих жесткую раму.

На концевых балках моста крана закреплены восемь двухребордных ходовых колес, из которых четыре - приводные.

Для выхода на площадку моста из кабины предусмотрен люк.

На пролетных балках при помощи прижимных планок закрепляются подтележечные рельсы.

Площадки пролетных балок оборудованы перилами и предназначены для безопасного и удобного обслуживания кабельного токоподвода грузовой тележки, а также электрооборудования и механизмов, расположенных вне кабины и тележки.

Для обслуживания главных троллей у торца моста подвешена кабина.

Концевые балки моста при монтаже крана оборудуются перилами, а площадки перилами и ограждениями. Переход между площадками пролетных балок, осуществляется по концевым балкам с использованием лестниц.

Ограничение перемещения тележки крана осуществляется буферными устройствами, расположенными на пролетных балках моста, а крана - буферами, закрепленными на концевых балках.

Скребки, установленные перед колесами моста предотвращают возможность попадания под колеса посторонних предметов.

Механизм передвижения крана с приводными колесами выполнен с четырьмя раздельными приводами, состоящими из электродвигателя, тормоза, быстроходного вала с шарнирами муфт, редуктора, тихоходного вала с шарнирами муфт, соединённого с валом приводного колеса. Общий вид крана показан на рис.1.1.

Грузовая тележка состоит (рис. 1.2.) из: рамы, двух механизмов подъёма с грузовыми подвесками, механизма передвижения тележки. На одном кране грузовая тележка с электромагнитом на вспомогательном подъеме, оборудуется и кабельным барабаном.

1-рама; 2- механизм главного подъема; 3- механизм вспомогательного подъема, 4-механизм передвижения тележки; 5-кабельный барабан.

Рис. 1.2. Грузовая тележка

Рама тележки сварная, балочной конструкции, разъёмная для обеспечения возможности её транспортировки железнодорожным транспортом. Соединение частей рамы выполнено с помощью накладок и чистых болтов без применения сварки. Рама установлена на четыре ходовых колеса, два из которых приводные. Ходовые колеса крепятся к раме посредством угловых букс.

Грузовая тележка передвигается по рельсам вдоль пролётных балок моста.

Механизм главного подъёма состоит из электродвигателя, двух шарниров муфт с промежуточным валом, двух редукторов с зубчатой муфтой между ними, двух колодочных тормозов, барабана, полиспаста, подвески грузоподъемностью 90т.

Полиспаст механизма главного подъема - пятикратный сдвоенный.

Барабаны механизма подъемов получают вращение через зубчатую ступицу с редуктора. Опорами барабанов с одной стороны являются подшипники в выходном зубчатом вале редуктора, а с другой стороны подшипники в опоре барабана.

Барабан механизма главного подъема состоит из сварной обечайки, наповерхности которой нарезаны винтовые канавки, обеспечивающие направление и однослойность навивки грузового каната. С помощью шпилек с пружинными шайбами и гайками, на поверхности барабана накладками, закрепляются концыканата. Задняя опора барабана состоит из корпуса, который может поворачиваться относительно шарнира и вторым концом опирается на весоизмерительную ячейку SIWAREX R серии RN, которая является одним из элементов ограничителя грузоподъемности. Вращение на вилку концевого выключателя передается с вала ступицы через стакан, закрепленного к валу болтами и сухарь.

Механизм вспомогательного подъёма состоит из электродвигателя, вала с зубчатыми муфтами, редуктора, колодочного тормоза, барабана, сдвоенного полиспаста, подвески грузоподъемностью 20 т.

Полиспаст механизма вспомогательного подъема - двукратный сдвоенный.

Барабан вспомогательного механизма подъема состоит из обечайки, на поверхности которого нарезаны винтовые канавки, обеспечивающие направление и однослойность навивки грузового каната. На поверхности барабана накладками закрепляются концы каната. Задняя опора барабана состоит из корпуса, который может поворачиваться относительно шарнира и вторым концом опирается на весоизмерительную ячейку SIWAREX R серии RN, которая является одним из элементов ограничителя грузоподъемности. Вращение на вилку концевого выключателя передается с вала ступицы через стакан, закрепленного к валу болтами и сухарь.

Тележка опирается на четыре двухребордных колеса, два из которых приводные.

Механизм передвижения тележки состоит из электродвигателя, колодочного тормоза, быстроходного вала с зубчатыми муфтами, вертикального редуктора, двух промежуточных валов с зубчатыми муфтами (шарнирами муфт) и двух приводных колёс. Приводные колеса тележки состоят из колеса, насаженного на вал с применением шпонок. Вал колеса вращается на подшипниках качения, установленных в угловых буксах.

Кабина управления закрытого типа остеклена, имеет тепло и шумоизоляцию, оснащена кондиционером, электрообогревателем и пультом управления.

Пульт управления предназначен для управления всеми механизмами крана. Пульт управления поворотный оборудован креслом крановщика имеющего регулировку положения по высоте и вдоль продольной оси кабины.

В конструкции крана предусмотрены:

свободный доступ для обслуживания механизмов и электрооборудования;

безопасность обслуживания, ремонта, монтажа механизмов и их сборочных единиц;

места для строповки сборочных единиц крана при монтаже и ремонте;

система лестниц и площадок, необходимых для технического обслуживания и ремонта механизмов и электрооборудования.

В крановом электроприводе начали довольно широко применять различные системы тиристорного регулирования и дистанционного управления по радиоканалу или одному проводу.

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.

Режим работы грузоподъемных машин цикличен. Цикл состоит из перемещения груза по заданной траектории и возврата в исходное положение для нового цикла.

2. Выбор типа электропривода, двигателя и силового преобразователя

.1 Общие сведения о применениях различных электроприводов

В цехах металлургических предприятий находят применения крановые электродвигатели трехфазного переменного тока (асинхронные) и постоянного тока (последовательного или параллельного возбуждения). Они работают, как правило, в повторно-кратковременном режиме при широком регулировании частоты вращения, причем работа их сопровождается значительными перегрузками, частыми пусками, реверсами, 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.

В связи с этим по своим технико-экономическим показателям и характеристикам крановые электродвигатели отличаются от двигателей общепромышленного исполнения.

Основные особенности крановых двигателей:

· исполнение, обычно, закрытое;

· изоляционные материалы имеют класс нагревостойкости F и Н;

· момент инерции ротора по возможности минимальный, а номинальная частота вращения относительно небольшая - для уменьшения потерь энергии в переходных процессах;

· магнитный поток относительно велик - для обеспечения большой перегрузочной способности по моменту;

· значение кратковременной перегрузке по моменту для крановых электродвигателей постоянного тока в часовом режиме составляет 2,15 -5,0, а для двигателей переменного тока - 2,3 - 3,5;