ЗМІСТ
Вступ 4
1.Загальна частина.
1.1 Короткий опис технологічного процесу і основних вузлів крана. 6
1.2 Технологічні вимоги, щопред'являються до електроприводу. 9
1.3 Обгрунтуванняі вибір системи електроприводу. 9
2. Розрахунковачастина.
2.1 Розрахунок потужності і вибір двигуна покаталогу. 13
2.2 Вибір схеми керування і основного електроустаткування. 21
2.3 Розрахунок, вибір і розбиття пуско-регулюючихрезисторів. 26
2.4 Опис схеми управління у всіх режимах. 31
2.5 Заходи що до техніки безпеки при ремонті іексплуатації
кранів. 32
Література 35
ВСТУП.
Рівень розвитку енергетики в найбільш узагальненому вигляді відображає технічний потенціал будь-якоїкраїни.
Електрифікація виконує провідну роль в розвитку всіхгалузей господарств, є стрижнем розвитку економіки. З цього виходитьнеобхідність випереджаючих темпівзростання виробництва. Енергетика України за попередні роки розвитку створиламогутні енергетичні бази. До кінця 2006 року встановлена потужність електростанції досягне 51 млн. кВт, а виробництвоелектроенергії 272 млрд. кВт·ч. Подальший приріст виробництва електроенергіїнамічається одержати за рахунок нетрадиційних джерел енергії. Їх питома вага у виробництві електроенергіїзбільшується, та ведуться активні роботи за новими надійними джерелами.
Розвиток електроенергетики припускає складнусукупність заходів зміни виробництва господарських засобів, які можна назватименш матеріальними, але надійнішими і довговічнішими виробами, повнішевикористовування вторинних сировинних ресурсів, підвищення КПД енергетичнихустановок, зменшення втрат енергії та матеріалів.
У розвитку металургійної промисловостінайважливішими задачами є широка механізація трудомістких робіт та автоматизація виробничого процесу. Їх значна рольналежить підйомно-транспортномуустаткуванню тав першу чергу кранам, як основному засобу внутрішньоцехового транспорту,незамінного при підйомі та переміщенні вантажів на складах, будівельнихмайданчиках, в цехах, в портах, а також при виконанні різних монтажнихоперацій.
Продуктивність основних цехів металургійнихпідприємств, наприклад сталеплавильних та прокатних, в значній мірі залежитьвід надійності роботи та продуктивності кранів. В той же час ефективність роботи кранів істотно залежитьвід якісних показників устаткуваннякрана. Вантажні крани, вантажопідйомністю 5÷250 т. застосовуються при виготовленні, монтажі таремонті устаткування на різних підприємствах.
До мостових кранів відносяться велика група металургійних кранів: ливарні(обслуговуючі розливні цехи), кліщові (для обслуговування прокату).
Значну роль в рішенні цієї задачі виконує привідмеханізмів кранів, який повинен забезпечити необхідний рух робочих органівкрана. В більшості випадків устатковуєтьсяелектроприводом, володіючою великою перевагою перед іншими видами приводу. У електроприводі крана широке застосуванняодержують пристрої з напівпровідниковими елементами. З їх допомогою з'являєтьсяможливість створити нові системи електроприводу, які відрізняються вищимиякісними показниками, ніж електропривод, виконаний на основі релейно-контактноїапаратури.
1.ЗАГАЛЬНАЧАСТИНА
1.1 Короткий опистехнологічного процесу та основних вузлів крана.
Ливарним виробництвом називають процеси отримання фасонних виробів(відливок) шляхом заливки розплавленого металу в порожнисту форму, відтворюючуформу і розміри майбутньої деталі. Після затвердіння металу у формі виходитьвідливання — заготівка або деталь. Відливання широко застосовують вмашинобудуванні, металургії і будівництві.
Технологічний процес литва металу починається на аглофабриках з ошматковуваннія пильоватихруд і тонких концентратів перед доменною плавкою, що дозволяє істотно поліпшититехніко-економічні показники роботи доменних печей, збільшити їхпродуктивність. Далі готова до застосування порода відправляється в доменний цех, девипускається три види чавуну, а також проводитьсявідведення шлаку. Готовий чавун поступає в мартенівський цех, де проводитьсязавалення, розплавлення і поліровка. Націй стадії технологічного процесу віддаляється залишок шлаку. Далі розплавленийчавун поступає в конвертерний цех десталь виплавляється в конвертерах з продуванням чистим киснем зверху приінтенсивності подачі кисню 600-800м3/мин або 1000-1300м3/мин., такожпроводиться продування і повалка — встановлення заданоїконцентрації С в сталі. Потім проводиться розливання стали, а післяохолоджування поріже втранспортно-обробному відділенні. З транспортно-обробного відділення стальпоступає на прокатний стан де прокатуються листи і плити з різною межеюміцності в холодному стані з вуглецевих, нізьколегованних, легованих і конструкційних марокстали. Після прокату листи і плити відправляються на склад готової продукції.
Велике значення в технологічному процесі литва металу мають мостові крани, що виконуютьроль транспортних механізмів.
Мостовими кранами називаються вантажопідйомні пристрої,призначені для горизонтального і вертикального переміщення вантажів на невеликівідстані (в межах цеху, ділянки і т. д.).
Повантажопідйомності мостові крани діляться на:
а) малі 5-10 тонн.
б) середні 10-50 тонн.
в) крупні 50-1600 тонн
Міст крана є несучою зварноюконструкцією, перекинутою через проліт цеху в поперечному напрямі у верхніййого частині. На кінцевих балках моста встановлені ходові колеса (4 шт.), якіпереміщаються по рейках підкранового шляху, закріплених на підкранових балках.Уздовж моста прокладені рейки, по якихпереміщається на чотирьох колесах візок з вантажопідйомною лебідкою. На барабанлебідки намотуються канати з підвішенимдо них на блоках вантажозахватнимпристроєм (крюком).
Крани вантажопідйомністю більше 15 тонн окрім механізму головного підйому мають також механізм допоміжногопідйому для підйому легких вантажів.
Привід механізмів крана здійснюється від електродвигунів через редуктори. Управління краном проводиться зкабіни за допомогою контролерів, за допомогою яких здійснюється перемикання режимів роботи електродвигунівмеханізмів крана (швидкість, реверс, гальмування), встановлена панельосвітлення і сигналізації, панель вимірювальних приладів і захисна панель. Апаратура управліннякраном (контактори, проміжні реле, релечасу) встановлена в шафах, розташованихна мосту крана, тут також розташовуються шафи з ящиками пускорегулюючихрезисторів.
Електроенергія до механізмів кранів підводиться задопомогою ковзаючих токознiмачів від головних троллєєв, прокладених уподовж підкранового шляху.Електроенергія до візка підводиться за допомогою гнучкого кабелю, підвішеногона тросі. Ввідним пристроєм електроенергії є захисна панель. Для експлуатації іремонту електроустаткуванніпередбачений вихід оператора на міст крана через люк кабіни або інвентарнулюльку.
Таким чином, в мостовому крані є три механізми: механізм підйому, механізмпереміщення візка і механізм переміщення моста. Кожен механізммає електромеханічний гальмівний пристрій 3, який встановлюється на сполучніймуфті 2 між двигуном 1 і редуктором 4або на спеціальному гальмівному шківі, розташованому на вільному кінці валуелектродвигуна. (див. мал. 1). Механізм підйому кранів транспортуючих рідкий метал повинен мати два незалежні електромеханічні гальма. На мал. 1представлена кінематична схема механізмупідйому мостового крана.
1
3
4
2
2
5
2
Мал. 1. Кінематична схема механізму підйомумостового крана:
1 — двигун; 2 — муфта; 3 — гальмо; 4 — редуктор; 5 — барабан;
1.2 Технологічні вимоги, що пред'являються доелектроприводу.
Для якісного виконання своїх функцій електропривод крана повинен виконуватинаступні вимоги.
1. Регулювання кутової швидкості двигуна в порівняношироких межах (до 4:1), для спеціальних(до 10:1), у зв'язку з тим, що важкі вантажі доцільно переміщати з меншоюшвидкістю, а порожній кран з більшою швидкістю для збільшення продуктивності.Пониження швидкості також необхідне для точної зупинки.
2.Забезпечення необхідної жорсткості механічниххарактеристик двигуна, особливо регулювальних, з тим щоб низькі швидкості не залежаливід вантажу.
3. Обмеження прискорень до допустимих меж примінімальній тривалості перехідних процесів. Перша умова про ослабленням ударівв механічних передачах при виборі зазоруіз запобіганням тому, що пробуксують ходові колеса візка, мостів, зменшеннярозгойдування.
4. Реверсування електроприводу і забезпечення його роботи як в руховому,так і в гальмівному режимах
1.3 Обгрунтуванняі вибірсистеми електроприводу.
У цехах металургійних підприємств знаходять застосування електродвигуникранів трифазного змінного струму (асинхронні) і постійного струму(послідовного або паралельного збудження).
Керування двигунами кранів здійснюється за допомогою контроллерів, які призначенідля пуску, зупинки, регулювання швидкості, гальмування і реверсування.Застосовують силові кулачкові і магнітніконтроллери. Контроллери вибираються залежно від потужності електродвигуна ірежиму роботи.
Силові кулачкові контролери відносяться до числа апаратів ручного управління. Силовікулачкові контроллери є багатопозиційнимиперемикачами з нульовим положенням, якіза допомогою своїх контактів включають і відключають елементи ланцюгів управління електродвигуном.Вони знаходять широке застосування для управління електродвигунами невеликоїпотужності, працюючих переважно в легкому (Л) або середньому (С) режимах. Їхосновними достоїнствами є простота конструкції і надійність роботи припорівняно невеликих габаритних розмірах. У електроприводах кранів змінногоструму застосовують контролери серії ККТ60А, постійного струму — контроллерисерії КВ1. Контроллери типів ККТ-61А, ККТ-62А, ККТ-65А, ККТ-68Аі ККТ-69Азастосовуютьдля управління асинхронними електродвигунами з фазним ротором серії MTF(МТН), аконтроллер типа ККТ-63А — асинхроннимиелектродвигунами з короткозамкнутим ротором серії MTКF(МТКН). Контроллери ККТ-61А, ККТ-68А– длямеханізмів пересування і підйому; ККТ-62А– для механізмупересування; ККТ-65А, ККТ-69А– длямеханізмів підйому.Кулачкові контроллери постійного струмутипа КВ1-01 застосовують для управління двигунами постійного струму серій П іДП послідовного, паралельного і змішаного збудження механізмів пересування, аконтроллери типа KB1-02 — для управління електродвигунамипослідовного збудження механізмів підйому. При застосуванні контроллерів серіїКВ1 може бути одержаний діапазон регулювання 5:1.
Магнітніконтроллери застосовуються при великихпотужностях двигунів і великому числівключення в годину. Конструктивно є набором контакторів, котушки якихуправляються за допомогою командоконтролера, по конструкції аналогічногокулачковим контроллерам. При отриманні живлення контактори своїми контактамивмикають чи вимикають ланцюги керування електродвигуном. Їх доцільнозастосовувати в наступних випадках: для кранів середньої і великої продуктивності,працюючих в напруженому режимі (Т і ВТ); при частоті ввімкнень більше 600 в 1 годину; принеобхідності дистанційного автоматичного і неавтоматичного керування.Дляуправління електродвигунами змінного струму найбільше поширення набули магнітніконтроллери серій ТА, ДТА, ТАЗ, ТСА, ТСАЗ, К, ДК, КС, ДКСВони призначенідля управління асинхронними електродвигунами з фазним ротором. Регулюванняшвидкості електродвигунів здійснюється ними шляхом ступінчастої зміни опору вланцюзі роторів електродвигунів.Контроллери серій ТСА, ТСАЗ, КС, ДКСзастосовують велектроприводах механізмів підйому і грейфера; контроллери серій, ТА, ТАЗ, Д, ДК— длямеханізмів горизонтального пересування. Ланцюг управління у контроллерів серій Д, ДК, КС, ДКС, КСДБ — на постійному струмі 220В, у решти магнітнихконтроллерів — на змінному струмі. У відносно нових магнітних контроллерахсерії ТСДі КСДБвикористанийпринцип динамічного гальмування з самозбудженням.Магнітніконтроллери серій П і ПСзастосовують для управління електродвигунами постійного струму послідовногозбудження. Швидкість регулюється шляхом ступінчастої зміни опору резисторів,включених в ланцюг якоря електродвигуна. Всі магнітні контроллери постійногоструму забезпечують пуск, реверсування, гальмування, стійкий діапазонрегулювання швидкості 4:1 ÷ 5:1 і мають максимальну і нульову захисту.
Електродвигуни мостових кранів ливарних цехів працюють, як правило,повторно-короткочасному режимі при широкому регулюванні частоти обертання,причому робота їх супроводжується значними перевантаженнями, частими пусками,реверсами і гальмуваннями. Крани ливарного виробництва це крани середньої івеликої продуктивності, працюючих в напруженому режимі (Т і ВТ); при частотівключень більше 600 в 1 ч;
Класифікація механізмів мостових кранів по режиму роботи приведена втаблиці 1.
Таблиця 1.
Класифікація механізмів мостових кранів по режиму роботи.
Група режимів
Режим роботи
Максимальне число ввімкнень в годину Nв. мах
Тривалість ввімкнення, %
Число включень в годину, Nв
Коефіцієнт використовування завантажопідйомністю
Кгр
1М
Л
60
15
60
0,25-1
2М
90
3М
С
120
25
90
0,75
4М
150-180
40
120
5М
Т
240-300
40
240
0,75-1
6М
ВТ
більше300
60
більше300
1
Залежно від показників, перерахованих в таблиці 1, вироблятися вибір системиелектроприводу. Також при виборі слід враховувати, що крани ливарних цехів,транспортуючі рідкий метал повинні мати плавне регулювання швидкості прирозгоні і гальмуванні, і систему управління з динамічним гальмуванням, оскільки вона забезпечує вищу плавністьрегулювання в порівнянні з системами управління з гальмуванням противвімкненям;механізм повинен мати два незалежні електромеханічні гальма.
Стосовно завдання проекту режим роботи кранаорієнтовно повинен бути важкий (Т) або вельми важкий (ВТ), тривалістьвключення ПВ 40 або 60%. Остаточні значення показників будуть відомі після вибору двигуна в п. 2.1.
2. РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА
2.1 Розрахунокпотужності і вибір двигуна по каталогу.
1. Розрахунок статичної потужності.
Визначаємомаксимальну статичну потужність двигуна, необхідну для підйому номінальноговантажу.
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– масавантажозахватного пристрою.
Vn– швидкість підйому.
ηм– коефіцієнт корисної діїмеханізму.
2. Визначаємопопередню потужність електродвигуна і вибираємодвигун по каталогу.
2.1Визначаємо 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 каталожнійтривалості ввімкнення.
Рпред= Р'пред·
Рпред= 51,7кВт ·
2.6 По значеннях Рпред, по каталогу вибираємо двигун типаMTF, MTH, 4MT, дотримуючиумову що номінальна потужність повинна бути рівна або більше попередньої(до 20 %). Паспортні дані двигуна заносимо в табл. 2.
Таблиця 2
Паспортнідані 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 – частотаобертання вибраного по каталогу двигуна.
Визначаємо перевантажувальну здатність двигуна.
λ = Ммах/Мн
λ = 2610Н·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– кутовашвидкість.
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 –коефіцієнткорисної дії доданому навантаженню. Визначається покривих 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 (2ηо – 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 інерціїдвигуна, кг · м2
Jш — момент інерції гальмівного шківа, кг · м2
Jм — момент інерції муфти і швидкохідного валуредуктора, кг · м2
Jдв= GD2дв/ 4 Jдв= 13,1 кг·м2/ 4 = 3,27кг·м2
Jш= 0,3 Jдв Jш= 0,3· 3,27кг·м2= 0,98 кг·м2
Jм= 0,15 Jдв Jм= 0,15 · 3,27кг·м2= 0,49 кг·м2
Jп.д.г = 103 · (mг+ mо) · Vn2 / ωн2
Jп.д.г = 103 · (15 т+ 0,25 т) · 0,35 2м/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 2м/c/ 100,52 рад/с= 0,003 кг·м2
3.2.3 Визначаємо граничне допустиме прискорення двигуна.
доп= 2i· адоп /Dб
де адоп– максимальнодопустиме прискорення вантажу, м/c2
Середнє значення адоппри розгоні іуповільненні визначаємо з ([5] табл. 5)
адоп=аср= 0,1 м/c2
доп= 2·71,8 · 0,1 м/c2/0,5 м = 28,7 рад/с2
3.2.4 Визначаємо динамічний моментсистеми при підйомі вантажу.
Мдин= Jэг(2i· аср / Dб)
Мдин= 5,63 кг ·м2 (2 · 78,1·0,1 м/c2 / 0,5 м) = 161,58Н·м
3.3 Розрахунок середнього пускового моменту двигуна.
Мср.п = Мпг + Мдин
Мср.п =643,2 Н·м + 161,58Н·м = 804,8 Н·м
3.4 Визначаємо часрозгону і уповільнення.
3.4.1 Визначаємо часрозгону.
а) При підйомі вантажу.
tр.пг= Jэг((ωкон –ωнач) / (Мср.п – Мпг))
tр.пг= 5,63 кг ·м2 ((100,5 рад/с–0рад/с) / (804,8 Н·м – 643,2 Н·м)) =3,5 с
де ωкон ,ωнач - відповіднокінцеве 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–0рад/с) / 421,9 Н·м) =1,4 с
в) При підйомівантажозахватного пристрою.
tр.по= Jэо((ωкон –ωнач) / (М'ср.п – Мпо))
tр.по= 5,453 кг ·м2 ((100,5 рад/с–0рад/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 вантажозахватногопристрою.
г) При спуску вантажозахватного пристрою.
tр.со= Jэо((ωкон –ωнач) / (М'ср.п + Мсо))
tр.со= 5,453 кг ·м2 ((100,5 рад/с–0рад/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 ви