ВЫБОР МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЕЙ КРАНОВЫХ МЕХАНИЗМОВ

Электродвигатели кранов работают в тяжёлых условиях (ударная нагрузка, значительные перегрузки, пов­торно-кратковременный режим работы с частыми песка­ми и реверсами и т. д.), поэтому к ним предъявляют особые требования в отношении надёжности и удобства эксплуатации. Для привода механизмов кранов выпу­скаются специальные крановые двигатели п о в т о р н о - к р а т к о в - р е м е н н о г о р ежима, от­личающиеся от двигателей общего применения повышен­ной прочностью конструкции, увеличенной перегрузочной способностью, более нагревостойкой изоляцией и мень­шим моментом инерции ротора за счёт уменьшения его диаметра и увеличения длины. Основное конструктивноеисполне-ние крановых двигателей - закрытое, с горизонттальнымвалом, на лапах.

Основным (номинальным) режимом работы крано­вых двигателей является ре-жим при ПВ_ном - 25%. В справочной литературе приводятся данные и для режи­мов при ПВ, равном 15, 40, 60 и 100%.

Наибольшее распространение получили крановые асинхронные двигатели се-рий МТ и МТВ с фазным рото­ром и с короткозамкнутым ротором серии МТК и МТКВ. Напряжения двигателей 220,380 и 500В; мощности при ПВ_Ном = 25%: серии МТ - от 1,4 до 7,5кВт, МТВ - до 160кВт, МТК - от 1,4 до 7,5кВт,МТКВ - до 37 кВт. В серию МТ входят также металлургические двигатели (для тяжёлых условий работы) серии МТМ с фазным ротором на мощности от 2,2 до 125кВт при ПВ = 40% и серии МТКМ с короткозамкнутым ротором на мощности от 2,2 до 28кВт при ПВ = 40%.

Крановые двигатели постоянного тока выпускаются с последовательным, не-зависимым и смешанным возбуж­дением — серия ДП и новая серия Д. Напряжения дви­гателей 220 и 440В; мощности при ПВном = 25% от 2,5 до 185кВт,

Выбор мощности двигателя механизма мостового кра­на производят, по нагру-зочной диаграммы меха­низма, т.е. графика Р_с= f(t)) или М_с = ф(t) за цикл работы.

Во многих случаях построение точной нагрузочной диаграммы кранового ме-ханизма затруднительно из-за разнообразных и часто меняющихся операций, выпол-ня­емых краном. В первую очередь это относится к меха­низмам цеховых кранов гру-зоподъёмностью до 10-20т. Основой для выбора мощности двигателя в таких слу­ча-ях может служить расчётный цикл, состоящий для ме­ханизма подъёма из четырёх рабочих операций (подъём и спуск груза G_Но_М, подъём и спуск пустого грузозахва-тывающего приспособления) и для механизма передви­жения моста или тележки из двух операций (пере­движение с грузом Gном в одном направлении и без гру­за в обратном направлении).

Для расчётного цикла предполагают известным ре­жим работы механизма (лёг-кий, средний и т.д.), т.е. можно задаться значением продолжительности включе­ния ПВрасч(см. § 3-2).Известны также номинальная скорость движения V_Ном >м/с,и наи-большее перемещение L,м механизма.

Приняв, что для каждой i - й рабочей операции vp,I = vном, можно определить продолжительность операций t_р,i, с:

причем это время делится равномерно между операция­ми. Время цикла:

По (3-1) - (3-7) определяют значения статической мощности Р_с,i или момента М_сij на валу двигателя для всех рабочих операций, после чего можно построить на - грузочную диаграмму механизма, показанную на рис. 3-4, а для механизма подъёма. При помощи этой диа­граммы находят эквивалентную за суммарное время ра­бочих операций статическую мощность Р_с,э,р, кВт, при­ведённую к ближайшей стандартной продолжительности включения ПВном (если ПВрасч =/= ПВном), по формуле:

где kэ = 1,1. - 1,4 – кэффициент запаса, учитывающий дополнительную загрузку двигателя в периоды пуска и электрического торможения.

Номинальная угловая скорость двигателя wном, рад/с, должна соответствовать заданной номинальной скорости механизма Vном, м/с,и определяется по формуле (3-8). Для выбранного двигателя строят механические характеристики в соответст-вии с принятой схемой управления и рассчитывают времена пуска t_п,i и электри-ческого торможения tт,i( привода, с:

где J_Е - приведённый к валу двигателя момент инерции привода (§ 3-6); wс,i — угловая скорость двигателя, рад/с, соответствующая установившейся скорости меха­низма v_у,I, м/с, и определяемая по характеристикам w = f(М) — см., например, рис. 3-4,б (для двигателя ме­ханизма передвижения); М_П(т),ср.i — среднее значение мо­мента двигателя при пуске (торможении), Н-м; Мc,i — статический момент на валу дви-гателя при данном пе­реходном процессе, Н-м; знак перед Мc,i учитывает на­прав-ление действия Мc,I по отношению к Мп(т),ср,i.

Средний путь, м, за зремя пуска или торможения, находят как:

где R — радиус барабана подъёмной лебёдки или ходово­го колеса тележки (моста), м; i_р и i_П — передаточные числа редуктора и полиспаста (для механизма подъёма). Тогда время tу,i, с, движения механизма с установившейся скоростью vy,i в течение i - й рабочей операции:

По полученным данным строят нагрузочную диаграм­му двигателя М = f( t) за цикл работы с учетом динами­ческих нагрузок (см., например, диаграмму на рис. 3 -4,в для двигателя механизма передвижения).

Далее па нагрузочной диаграмме двигателя опреде­ляют фактическую продол-жительность включения ПВфакт и затем находят приведенный к стандартному зна-чению ПВ_НОм эквивалентный момент, Н*м, двигателя за суммарное время работы:

где коэффициент 0,75 учитывает ухудшение условий ох­лаждения двигателя с самовентиляцией; для двигателя с независимой вентиляцией этот коэффициент ра-вен единице.

Окончательную проверку выбранного двигателя по нагреву выполняют по условию:

где М_Ном — номинальный момент двигателя при ПВ_НОм.

Практика расчетов показывает, что если отношение Ety,j/(Etп,j+Etт,j)>10, то влиянием динамических нагру­зок на нагрев двигателя можно пренебречь, т. е. по ус-ло­виям нагрева предварительный выбор двигателя в этих случаях будет и оконча-тельным. Обычно это имеет место для двигателей механизмов подъёма и передви-жения те­лежек. Напротив, для двигателей механизмов передвиже­ния мостов дина-мические нагрузки существенно влияют на нагрев двигателя.

Выбранный по условиям нагрева двигатель проверя­ет по условиям допусти-мой кратковременной перегрузки и надежности пуска.

Двигатель удовлетворят требованиям в сотношении допустимой перегрузки, если выполняется условие:

где М_С,тах — максимальное значение статического мо­мента на валу двигателя, возможное при эксплуатации и испытаниях крана; К — перегрузочная способность дви­гателя; 0,8 — коэффициент, учитывающий для асинхрон­ных дви-гателей снижение напряжения сети на 10%.

Правильно выбранный двигатель должен обеспечи­вать надёжный разгон привода, для чего требуется вы­полнение условия:

где М_п,_ср — средний пусковой момент двигателя, опре­деляемый по каталож-ным данным для асинхронных дви­гателей с короткозамкнутым ротором или по пус-ковой диаграмме для двигателей достоянного тока и асинхрон­ных с фазным рото-ром (см. рис. 3 - 4, б);

М1 и М₂ — максимальный и минимальный моменты двигателя при пуске, причем необходимо, чтобы было выполнено условие М2 > 1,2М_с,мах

Заключительным этапом проверки выбранного дви­гателя является оценка ускорений и замедлений меха­низма при пуске н торможении привода.

Максимальное значение среднего за период пуска (торможения) линейного ус-корения (замедления) механизм а_Ср,мах, м/с², определяется по формуле:

где tп(т),min — наименьшее возможное в цикле работы время пуска (тормо-жения) механизма при выбранном двигателе, с; величину tп(т),min можно опреде-лить по формуле (3-20); v_у — значение установившейся скоро­сти, до которой раз-гоняется или с которой тормозится механизм, м/с.

Двигатель удовлетворяет требованиям, если соблю­дается соотношение:

аср,max < а_доп

где а_доп — максимально допустимое ускорение (замедле­ние) механизма, м/с².

Для механизмов подъёма мостовых кранов а_доп = (0,2-0,3) м/с², для механизмов передвижения а_доп = (0,6—0,8) м/с². При невыполнении условия (3-28) привод будет работать с чрезмерно большими динамическими моментами, что вызовет уда­ры в механических передачах, раскачивание грузов и по­вышенный износ оборудования.

С другой стороны, ускорения (замедления) меха­низмов не должны быть мень-шими определенных значе­ний, чтобы процессы пуска и торможения не затягива­лись. Здесь ориентиром может служить максимально до­пустимое время пуска, кото-рое для механизмов подъё­ма лежит в пределах 3-5 с, а передви­жения 10-15с.

3-8. КРАНОВЫЕ ТОРМОЗНЫЕ УСТРОЙСТВА И ГРУЗОПОДЪЁМНЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТЫ

Тормозные устройства предназначены для фиксации положения механизма при отключенном двигателе, на­пример, для удержания груза в подвешенном состоя-ний, а также дли сокращения выбега при остановке механиз­ма. На кранах применяя-ются колодочные, дисковые и ленточные механические тормоза, которые заторма-жива ют механизм при отключении двигателя; одновременно с включением двига-теля вал механизма растормажива­ется тормозными электромагнитами, электрогид-равличе­скими толкателями или специальными двигателями.

На рис. 3-5 изображен колодочный пружинный тор­моз с приводом от одно-фазного электромагнита переменного тока. Тормозной шкив б, укрепленный на валу

двигателя, охватывает­ся тормозными колодка­ми 11, размещенными на рычагах 1 и 7. На рычаге 7 жёстко закреплен магнитопровод 8 электро­магнита. При отключен­ной катушке 10 электро­магнита разжимающая пру-жина 3, расположен­ная на стержне 2, одним концом давит на упор­ную шайбу 5 стержня, а другим — на скобу 4, шарнирно соединенную с рычагом 7. По-этому вер­хние концы рычагов 1 и 7 стягиваются, а тормозные колодки зажимают шкив. 1 При вклю-чении катушки электромагнита его якорь 9. повора-чивается и сдвигает (на рисунке — влево) стержень 2. Пружина 3 сжимается, вследствие чего рычаги 1 и 7 разводятся, и колодки 11 освобождают шкив 6.

Тормозные электромагниты. В настоящее время на кранах применяют тор-мозные электромагниты однофаз­ного и трёхфазного переменного или постоянного тока. Катушки электромагнитов включаются и отключаются одновременно с двигателями. Тормозные электромагни­ты характеризуются рабочим напряжением, относитель­ной продолжительностью включения (ПВ) катушки, хо­дом подвижной части — якоря, тяговым усилием (или моментом), допустимым числом включений в час.

По ходу якоря тормозные электромагниты разделя­ются на длинноходовые, имеющие ход якоря до несколь­ких десятков миллиметров и развивающие относи-тель­но малое тяговое усилие, и короткоходовые, которые развивают сравнительно большое тяговое усилие при малом ходе якоря (доли или единицы миллиметров).

Электромагниты постоянного тока выпускаются с катушками, включаемыми па-раллельно якорю двигателя или последовательно к ним. В первом случае катушки выполняют с большим числом витков, вследствие чего они имеют значительную ин-дуктивность. Для увеличения быстродействия таких электромагнитов катушки рассчи-тывают на пониженное напряжение. При включении на катушку подается полное нап-ряжение сети, что ускоряет (форсирует) процесс срабатывания электромагнита. Для удержания втянутого якоря электромагнита требуется меньшее усилие, поэтому после срабатывания электромагнита в его цепь вводится добавочный резистор, кото-рый ограничивает ток катушки. Для защиты катушки от пробоя изоляции при от-ключении её от сети на корпусе электромагнита монтируется разрядный резистор. Электромагниты с последовательно включенными катушками имеют большее быс-тродействие и более пробтую схему включения, поскольку не требуется применять разрядные и токоограничивающие ре­зисторы. Главный недостаток таких электро-магнитов зависимость тягового усилия от тока нагрузки двигате­ля. Они применя-ются чаще для механизмов передвижения, где ток якоря при работе меняется мало.

Катушки электромагнитов переменного тока подклю­чаются параллельно ста-тору асинхронных двигателей. В катушках таких электромагнитов при включении про­ходит ток в 10 -15 раз больший, чем при втянутом якоре, так как при большом зазоре индуктивное сопротив­ление катушки мало. Поэтому при увеличенном зазоре пли при заклинивании якоря катушка вообще может сгореть. В однофазных электро-магнитах переменного тока имеется короткозамкнутый виток для предотвращения отхода якоря от срдечника в момент прохождения тока катушки через нуль.

Тормозные электромагниты выпускаются на продолжительность включения ПВ = 15, 25, 40 и 60%; они различаются по форме, массе, тормозному усилию и т.п. Из отечественных тормозных электромагнитов можно от­метить: а) короткоходовые в открытом исполнении с по­воротым якорем типа МО- однофазные переменного то-ка и типа МП - постоянного тока; б) длинноходовые тина КМП- постоянного тока, предназначенные для установки в закрытых помещениях, а также типа КМТ – трёх-фазные с якорем в литом или сварном корпусе и ти­па ВМ - постоянного тока для ра-боты кранов на откры­тых площадках.

Электрогидротолштели. Недостатками тормозных электромагнитов являются резкое включение, вызываю­щее удар якоря о магнитопровод, большие броски тока

включения у электромагнитов переменного тока, воз­можность перекоса рычагов. В связи с этим в тормозных устройствах кранов все большее распространение полу­ча-ют электрогидравлические толкатели. Они имеют большую надёжность в эксплуата-ции, позволяют регу­лировать быстродействие и плавность торможения, мо­гут соз-давать значительные тормозные моменты и легко управляются.

Электрогидравлический толкатель типа ТГ (рис. 3 - 6) состоит из корпуса 1, внутри которого в нижней части помещен лопастной масляный гидронасос, приво-димый в действие асинхронным двигателем 7 с короткозамкнутым ротором. В верхней внутренней части корпуса 1 расположен поршень со штоком 6, При вклю-чении двига­теля насос перекачивает масло из нижней полости кор-

лиями 500,800 и 1600Н, а также толкатели ТЭГ-16, ТЭГ-25, ТГМ-50 и ТГМ-80 с рабочими усилиями 160,250,500 и 800Н. Толкатели обеспечивают указанные усилия при напряжении не менее 90% номинального, числе включений в час от 700 до 2000 и работе тормоза при ПВ=100%. Время срабатывания электрогидротолкателей составляет 0,6-1,5с, в некоторых случаях они мо­гут использоваться вместе с тор-мозом для регулирова­ния угловой скорости двигателей крановых механизмов [21]. Грузоподъёмные электромагниты. Использование их позволяет сократить длительность операций зацепления и снятия ферромагнитных материалов при тран-спорти­ровке. На рис.3-7,а показан электромагнит круглой формы типа М-42. Внутри стального корпуса 2 помеща­ется катушка 1, залитая компаундной массой. К корпу­су болтами крепятся полюсные башмаки 3. Снизу ка­тушка защищена кольцом 4 из не-магнитного материала.

Токоподвод к катушке осуществляется гибким кабелем 5, который автома-тически наматывается на кабельный барабан при подъёме и сматывается с него при спуске. Электромагнит подвешивается к крюку цепями.

Подъёмная сила электромагнита зависит от характе­ра и температуры подни-маемого груза: при большой плотности груза (плиты, болванки) подъёмная сила увеличивается, при меньшей плотности (скрап, стружка) значительно уменьшается; с ростом температуры снижа­ется магнитная проницаемость, достигая нуля при 720° С, вследствие чего подъёмная сила также падает до нуля.

Катушки таких электромагнитов питаются постоян­ным током, имеют боль-шую индуктивность и значительный поток остаточного магнетизма. Поэтому при отключении электромагнита должны быть приняты меры для ограничения перенап-ряжений, а также для быстрого ос­вобождения электромагнита от груза.

Управление подъёмным электромагнитом произво­дится обычно посредством магнитного контроллера, панель которого с аппаратурой помещается в шкафу и ус-танавливается в кабине крановщика. На рис.3-7,6 по­казана принципиальная элек-трическая схема магнитно­го контроллера ПМС-50, имеющего: вводной выключа­тель (рубильник) ВВ предохранители Пр1 и Пр2; включающий контактор КВ; контактор размагничива­ния КР; резисторы ПС и РС. Постоянный ток к катуш­ке электромагнита Эм подводится от сети 220В или от преобразовательного агрегата.

Для захвата груза электромагнитом рукоятку командоконтроллера ставят в положение В. Замыкается кон­такт КК командоконтроллера. Получает питание кон­тактор КВ, который своими контактами подключает эле­ктромагнит Эм к источнику питания, и груз захватыва­ется. Чтобы освободить электромагнит от груза, рукоят­ку командоконтроллера переводят в положение О. Раз­мыкается контакт КК, теряет питание контактор КВ и отключается от источника катущки Эм_и но ток в ней мгновенно не исчезает, а под действием ЭДС самоиндук­ции продолжает протекать в том же направлении по цепи с резисторами ПС и РС. При этом напряжение между точками 1 и 2 оказывается достаточным, чтобы вклю­чился контактор КР. В ре-зультате катушка Эм оказы­вается под напряжением обратной полярности, ток в ней интенсивно уменьшается, а затем возрастает в обратном направлении до зна-чения, необходимого для ликвидации остаточного магнетизма. Электромагнит освобождается от груза, даже весьма лёгкого, например от стружки. В процессе из-менения тока электромагнита напря­жение на катушке КР уменьшается, и при некотором его значении контактор КР отключается, что приводит к разрыву цепи размагничивания, но катушка Эм оста­ется замкнутой на резисторы. Это исключает недопус­тимые перенапряжения на электромагните.

Подъёмные электромагниты рассчитываются на по­вторно-кратковременный режим работы с ПВ=50% при продолжительности цикла не более 10мин. Оте-чествен­ной промышленностью изготовляются электромагниты двух форм: круглые типов М-22, М-42, М-62 и прямо­угольные типов ПМ-15 и ПМ-25. Выбор подъёмных элек­тромагнитов производится по напряжению, режиму ра­боты, подъёмной силе, потребляемой мощности, форме груза и его температуре.