Выбор электрической схемы и двигателя для привода механизма передвижения мостового крана грузоподъемностью 40 тонн

Размещено на http://www.allbest.ru

Министерство образования Ставропольского края

ГБПОУ Ставропольский Региональный многопрофильный колледж

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По МДК 01.04. Электрическое и электромеханическое оборудование

Специальность 13.02.11 «Техническая эксплуатация и обслуживание

электрического и электромеханического оборудования (по отраслям)»

На тему: «Выбор электрической схемы и двигателя для привода механизма передвижения мостового крана грузоподъемностью 40 тонн»»

Студент А.Р. Меджидов

Оценка выполнения и защиты курсовой работы

Руководитель О.И. Юдина

2021



Содержание

Введение

1. Общая характеристика мостового крана

1.1Устройство и конструкция мостовых кранов

1.2 Типы мостовых кранов

1.3 Применение мостовых кранов

2. Описание принципиальной электрической схемы

2.1 Электрические схемы механизма передвижения

3. Расчет и выбор двигателя электропривода для перемещения мостового крана

Заключение

Список источников и литературы



Введение

Актуальность: Сегодня в современной промышленности мостовыми кранами пользуются в различных сферах производства. Применение мостовых кранов на предприятиях позволяет повысить производительность труда, а так же позволяет автоматизировать производственные процессы.

Цель работы: Выбор электрической схемы и двигателя электропривода для передвижения мостового крана для углубленного изучения теоретических знаний в соответствии с темой курсовой работы при изучении дисциплины «Электрическое и электромеханическое оборудование».

Мостовой кран представляет собой грузоподъёмное оборудование, которое активно используется на производственных предприятиях, складах, строительных площадках. Транспортировка материалов выполняется за счёт перемещения их по подкрановому пути. В промышленности применяются модели с широким диапазоном характеристик. Выбор определяется особенностями сферы использования и параметрами грузов.

Мостовые краны бывают общего назначения, а также специального. К кранам общего назначения относятся краны, которые для поднятия груза имеют крюк. К кранам специального назначения относят краны, которые имеют специальное захватывающее устройство.

Назначение каждой из представленных на рынке моделей мостовых грузоподъёмных устройств определяется исходя из особенностей их конструкции, функциональности, технических характеристик. Сфера использования техники указывается в инструкции по её эксплуатации.



1. Общая характеристика мостового крана

1.1 Устройство и конструкция мостовых кранов

Мостовой кран состоит из узлов - блоков, представляющих собой отдельные сборочные единицы, обеспечивающие возможность сборки всех механизмов крана. Мост крана представляет собой жесткую металлическую раму, состоящую из двух пролетных и двух концевых балок коробчатого сечения. Вдоль пролетных балок расположены площадки обслуживания.

Рисунок 1 Мостовой кран

Кран перемещается вдоль цеха или рабочей площадки по подкрановым путям, проложенным на подкрановых балках или колоннах. Механизм передвижения крана изготовляется двух типов - с центральным приводом и с раздельным приводом. Механизм передвижения с центральным приводом состоит из двух приводных или двух холостых колес, которые при помощи букс прикреплены к концевым балкам моста. Электродвигатель расположен в середине пролета моста и соединен с редуктором при помощи зубчатых муфт и приводных валов. Механизм передвижения крана с раздельным приводом отличается от механизма передвижения с центральным приводом тем, что около каждого приводного колеса с установленным редуктором монтируется электродвигатель, который при помощи зубчатых муфт и приводного вала соединяется с входным валом редуктора

Подъем и перемещение грузов в поперечном направлении осуществляются подвижной тележкой, установленной на мосту крана. Тележка состоит из сварной рамы с механизмами подъема груза и передвижения. Механизмы подъема различных видов кранов принципиально одинаковы и состоят из электродвигателя, тормоза, редуктора, барабана и полиспаста. Электродвигатель соединен с редуктором при помощи зубчатых муфт и приводных валов.

Рисунок 2 Грузовая тележка

Управление механизмами крана осуществляется из кабины, подвешенной к мосту крана на стороне, противоположной расположению главных троллеев. Для обслуживания главных троллеев краны снабжены люльками-кабинами

Аппараты управления - контроллеры - обеспечивают пуск, реверсирование, регулирование скорости, торможение и остановку двигателя. Контроллеры бывают с механическим и магнитным приводом. Первые имеют наиболее простую конструкцию и по исполнению контактной части могут быть кулачковые и барабанные. Контроллеры с механическим приводом непосредственно воздействуют на силовую цепь двигателя.

Механизмы мостовых кранов:

Привод мостового крана монтируется на концевых балках и служит для перемещения моста по крановому пути. На опорных эстакадах колеса привода находятся сверху рельса, а подвесные кран-балки комплектуются специальными тележками, позволяющими мосту передвигаться по нижней полке двутавра. В качестве силового агрегата используются двигатели, передающие крутящий момент через редуктор или систему шестерен непосредственно через колеса

Грузовая тележка перемещается вдоль пролетной балки и служит для перемещения механизма подъема для подъема груза в нужной точке. Она состоит из рамы, с установленными на нее мотор-редукторами.

Механизмом подъема мостовых кранов в большинстве случаев является передвижной или стационарный электрический тельфер, но в случае тяжелых режимов работы или большой грузоподъемности применяется лебедка (развернутая схема). Такой грузоподъемный механизм включает в себя электродвигатель, трансмиссионный вал, редуктор, блоки, барабан, трос и т.д. Подобные механизмы применяются только на кранах двухбалочного типа.

Тормозная система мостового крана необходима для регулировки скорости подъема, опускания и удержания груза на весу, а также для контроля перемещения грузовой тележки вдоль пролетной балки. В механизмах мостовых кранов чаще всего используются колодочные или диско-колодочные тормоза. Кабина мостового крана может быть, как подвижной, так и стационарной. Стационарные кабины крепятся с одной из сторон крана, их используют при высоте подъема до 22 метров. При большей высоте на пролетную балку рекомендуется устанавливать подвижную кабину, потому что она обеспечивает наилучший обзор.

Кабины открытого типа не остекляют и устанавливают на краны, которые рассчитаны на работу только в закрытых помещениях. Кабины закрытого типа всегда остеклены и подходят для управления мостовыми кранами, установленными на открытых площадках.

Грузозахватные механизмы. К ним относятся крюки, скобы, грейферы и электромагниты. Для предотвращения выпадения груза, крюки комплектуются предохранительными замками. Исключением являются мостовые краны в литейных цехах, предназначенные для транспортировки расплавленного металла или жидкого шлака.

1.2 Типы мостовых кранов

В соответствии с требованиями ГОСТов все представленные на рынке модели делят на устройства общего и узкопрофильного назначения. Специализированные механизмы отличаются тем, что в их комплектацию включены захваты узкой направленности. К примеру, при работе с металлоломом используются магнитные мостовые краны, с сыпучими материалами -- грейферы. Общепромышленные модели оснащаются крюком с автоматической защёлкой, что позволяет использовать их для перемещения грузов на стропилах.

Отдельные виды мостовых кранов разрабатываются для эксплуатации в определённых отраслях производства с учётом особенностей поставленных задач, условий работы. Такую технику выпускают, к примеру, для металлургических предприятий. Они отличаются способностью выдерживать длительную эксплуатацию в условиях воздействия агрессивных сред, высоких температур, оснащаются специальными захватами (ковочными, литейными, для работы со слитками).

Также бывают однобалочные мостовые краны и двухбалочные. Если мост состоит из одной балки, грузоподъёмное оборудование отличается сравнительно небольшим весом. Но это отрицательно сказывается на их грузоподъёмности: она не превысит 10 т. При этом возможна комплектация дополнительной консольной тележкой, что расширит сферу применения оборудования.

Рисунок 3 Однобалочный мостовой кран

Двухбалочные модели допускает использование не только стандартной грузовой тележки, но и дополнительных навесных механизмов. За счёт этого увеличивается сфера использования техники, расширяются возможности управления за счёт применения дистанционных пультов. Это мощные мостовые краны, активно задействованные на производственных предприятиях различных отраслей промышленности.



Рисунок 4 Двухбалочный мостовой кран

Мостовые краны различаются:

- по конструкции:

В зависимости от способа установки металлоконструкций на крановом пути различают подвесные и опорные модификации оборудования. В первом случае крепление выполняется на нижний, а во втором случае - на верхний горизонтальный пояс пролётной балки.

Важным преимуществом подвесных механизмов является сравнительно невысокая стоимость и простота монтажных работ. Но грузоподъёмность таких механизмов не превышает 8 т. Конструкции отличаются небольшой высотностью, что позволяет увеличить рабочую зону в сравнении с опорными аналогами, имеющими большую производительность (до 500 т).

- по способу перемещения:

Мостовые модели стандартного исполнения перемещаются в ходе выполнения работ по параллельным путям. Но конструкция мостовых кранов позволяет использовать их в модификации, учитывающей особенности технологического процесса, характер размещения производственного оборудования. Для решения специализированных задач возможна установка грузоподъёмной техники со следующими принципами перемещения:

- радиальным- механизм подъёма на балке сможет вращаться вокруг площадки, которая жёстко закреплена в центре цеха, по кольцевому рельсу;

Рисунок 5 Радиальный мостовой кран

- поворотным (рис.6) - работы в отличие от предыдущего варианта могут выполняться в любой точке, ограничения в передвижениях связаны только с протяжённостью проложенных подкрановых путей;

- хордовым (рис. 7) - с меньшей площадью обслуживания в сравнении с радиальным. Из-за особенностей конструкции радиус вращения при этом останется неизменным;

Рисунок 6 поворотный мостовой кран



Рисунок 7 хордовый мостовой кран

- кольцевым - с передвижением механизмов по рельсам разного диаметра. Конструкция в этом варианте несколько усложняется из-за необходимости использования ходовых колёс, отличающихся между собой по размеру во избежание проскальзывания.

Рисунок 8 кольцевой мостовой кран

- по грузоподъемности:

Грузоподъемность мостовых кранов - одна из основных характеристик техники. Наибольшее распространение получили модели, у которых этот параметр составляет 1_50 т. В большинстве случаев для промышленного использования этого достаточно. Для выполнения узкопрофильных задач задействуют технику грузоподъёмностью до 500 т (к примеру, для монтажа турбины гидроэлектростанции).

- по типу привода:

Выпускаются мостовые модели с ручным и электроприводом. В первом случае в качестве основного рабочего механизма для передвижения применяются тали червячного типа. Это оптимальный вариант при необходимости регулярной работы с небольшими грузами в ходе сборочных или ремонтных работ на машиностроительных предприятиях.

Электрический привод для мостового крана используется чаще, так как позволяет успешно работать с грузами высокой тоннажности без физических усилий со стороны оператора. Для передвижения конструкций используется до 4 электродвигателей (зависимости от требований к производительности). Для передачи вращения на колёса задействуют только редуктор или его комбинацию с трансмиссией.

1.3 Применение мостовых кранов

Сферы применения однобалочных и двухбалочных мостовых кранов достаточно широки: промышленность, металлургия, сельское хозяйство, складское хранение, торговля и пр. Использование современных грузоподъемных механизмов позволяет существенно снизить трудозатраты, сократить время выполнения важнейших операций в любом производственном процессе.

Грузоподъемное оборудование может эксплуатироваться как на открытых площадках, так и в помещениях. Область применения зависит от технических характеристик механизмов: особенностей конструкции, грузоподъемности, типа привода (ручной или электрический), вида исполнения (общепромышленное, взрывобезопасное или химзащищенное), оснащение крана (крюк, грейфер, магнит и пр.).

Для каждой сферы подбирается оборудование, способное эффективно справиться с поставленными задачами. Например, для предприятий металлургии и тяжелого машиностроения предназначены краны особого типа, управляемые только машинистами.

Область применения мостовых кранов.

Рисунок 9 Опорный мостовой кран

Опорные краны:

· однобалочное и двухбалочное оборудование с ручным приводом подходит для подъема и транспортировки грузов в условиях периодических работ невысокой интенсивности: в цехах по монтажу и ремонту, машинных залах электростанций, на складах;

· электрические однобалочные механизмы, оснащенные крюками, используются для погрузочно-разгрузочных работ в промышленных цехах, на складах товаров и готовой продукции;

· двухбалочные мостовые краны с электрическим приводом прекрасно справляются с широким спектром задач на открытых площадках (складские комплексы, морские порты и пр.);

· электрическое оборудование с магнитом применяется в металлургии: оно поднимает и перемещает изделия из черных металлов;

· оснащенные грейфером электрические краны выполняют операции по подъему, опусканию и перемещению сыпучих грузов (песок, щебень и пр.);

· оборудование с электроприводом большой грузоподъемности (свыше 50 тонн) применяется для перемещения тяжелых грузов. Оно незаменимо в механических, сборочных цехах и монтажно-ремонтных мастерских.

Рисунок 10 Подвесной мостовой кран

Подвесные краны:

· кран-балки (однобалочные механизмы) с одним пролетом и ручным управлением используются в производственных цехах, ремонтных мастерских и на складах - везде, где не требуется высокая частота и оперативность погрузочно-разгрузочных работ;

· однопролетные и двухпролетные электрические краны с двумя балками поднимают и перемещают грузы в крытых помещениях складов и промышленных предприятий.



2. Описание принципиальной электрической схемы

2.1 Электрические схемы механизмов передвижения мостовых кранов

На рис. 11 представлена схема электропривода передвижения при управлении короткозамкнутым односкоростным двигателем.

Рисунок 11 Принципиальная электрическая схема мостового крана



Электрооборудование, примененное в данной схеме:

M1, М2-- электродвигатели,

YB1, YB2 -- электромагниты тормозов или электрогидравлическне толкатели,

КМ1, КМ2 -- контакторы направления движения,

КМ4, КМ5 -- контакторы резисторов в цепи статоров,

FU-предохранители,

КМЗ -- контактор тормозов,

КТ -- реле контроля времени пуска,

QF - автоматический выключатель,

R - резисторы,

КК1, КК2-- тепловые реле,

SQ1, SQ2 -- конечные выключатели,

SB1, SB2 -- кнопки направления движения (двухходовые),

SB11, SB21 -- кнопки пуска,

SB3 -- кнопка прекращения свободного выбега,

SB4 -- кнопка шунтирования тепловой защиты,

ХА1--ХА9 -- контакты токопереходных троллеев

Эта схема предназначается для приводов тележек кранов грузоподъемностью 3--20 т и приводов мостов кранов грузоподъемностью 5--12 т. Обмотки статора короткозамкнутого двигателя получают питание от сети через две ступени резисторов.

Управление электроприводом -- от подвесных кнопочных постов. В управлении участвуют две основные двухходовые кнопки SB1 и SB2 дающие команду на движение в двух направлениях. Переход на положение без регулирующих резисторов осуществляется при подаче команд кнопками SB11, SB21.

При включении двигателя через контакты контакторов КМ1, КМ2 подается питание на привод тормоза YB через контакты КМЗ. После отключения электродвигателя привод тормоза продолжает получать питание и механизм имеет свободный выбег. Для отключения тормоза используется кнопка SB3, общая для механизма тележки и моста. При срабатывании конечных выключателей SQ1 и SQ2 происходит отключение линейного контактора защиты и накладывается механический тормоз.

Для обеспечения электрического торможения противовключением после свободного выбега используется реле времени КТ с выдержкой времени 2--3 с, задерживающее привод на положении с минимальным пусковым (тормозным) моментом.

Кнопкой SB1 или SB2 включаются контакторы направления KM1, КМ2, а также контактор малой скорости КМ4. После подачи питания к тихоходной обмотке двигателя через контактор КМЗ получает питание привод тормоза YB1, YB2. Для перехода на большую скорость двухходовыми кнопками SB замыкаются контакты SB11, SB21 (второе положение) и включается контактор КМ6.

Обмотка большой скорости подключается к сети через резистор одновременно с тихоходной обмоткой. Затем тихоходная обмотка отключается. По истечении выдержки времени реле КТ (2--5 с) включается контактор КМ5 и двигатель выходит на свою естественную характеристику быстроходного режима.

При отключении двигателя от сети привод тормоза продолжает получать питание и имеет место свободный выбег. Электрическое торможение может быть осуществлено при переходе с большой скорости на малую. Для отключения тормоза достаточно нажать кнопку SB3.

При срабатывании конечной защиты за счет размыкания линейного контактора защитной панели происходит отключение электродвигателя и наложение механического тормоза. Механизм тормозится с максимальной интенсивностью.

Благодаря применению резисторов в цепи быстроходной обмотки осуществляется сравнительно плавный пуск под контролем реле времени КТ, однако тормозной момент тихоходной обмотки не ограничивается, и в этом случае плавность торможения может быть достигнута несколькими импульсными включениями кнопки SB1 или SB2.



3. Расчет и выбор двигателя электропривода для перемещения мостового крана

Дано:

Gном - 40т

Gм - 22т

G0 - 0.3т

Vм - 2.1м/с

Rхк- 0.5м

r - 0.14м

ip- 18

ПВк- 60%

Вид передачи - зубчатая

Требуется:

1) рассчитать и выбрать асинхронный двигатель (АД) для электропривода механизма передвижения мостового крана;

2) выполнить проверки;

3) построить механическую характеристику для электродвигателя механизма.

Решение:

А) Рассчитывается и выбирается для механического передвижения АД с КЗ-ротором т. МТК таблица Д5 [2]с ПВ=60%

Pдр=КЗ·Рсэ·vПВp/ПВк= 1,2 · 12,87 · v60/60= 15,4 кВт

Pдр - расчетная мощность ЭД механизма передвижения. кВт

Рсэ - статическая эквивалентная мощность на валу ЭД. кВт

Принимается КЗ= 1,2

КЗ - коэффициент запаса



Pсэ=v P2спг+ P2спо / 2=v 17,142 +6,152/2 = 12,87 кВт

Pспг= К1 ·Gном + Gм + G0/(Rхк·зм,ном)·q· (µ·r·f) ·Vм · 10-3 =1,5 ·40 + 22 + 0,3/(0,5 · 0,85)·103 · 9,81· (0,02 · 0,14 + 10 · 10-4)· 2,1 · 10-3 =17,14кВт

Pспг - статическая мощность на валу ЭД при передвижении с грузом. кВт

Принимается К1 = 1,5

К1 - коэффициент трения реборд ходовых колес о рельсы

Gном,Gм,G0 - вес перевозимого груза, грузозахватывающего устройства, моста. кг

µ = 0,02для подшипников качения

µ - коэффициент трения в опорах хордовых колес

Rхк - радиус ходового колеса

q - ускорение силы тяжести

r - радиус цапфы

зм,ном = 0,85 для зубчатой передачи

зм,ном - КПД передачи

f = 10 · 10-4

f - коэффициент трения качения

Pспо= К1·Gм + G0/(Rхк·зм,о) ·q· 9,81 ·(µ·r·f)·Vм · 10-3=

=1,5 · 22 + 0,3/(0,5 · 0,85)·103 · 9,81· (0,02 · 0,14 + 10 · 10-4)· 2,1 · 10-3 = =6,15кВт

Pспо - статическая мощность на валу ЭД при передвижении без груза. кВт

зм,о = F· (зм,ном·Gм + G0/ Gном + Gм + G0) = F (85·22 + 0,3/40 + 22 + 0,3) = =0,85



-Рассчитывается и принимается для АД «nc»по шкале синхронных скоростей: 3000, 1500, 1000, 750, 600, 500…

ncр= 60 ·Vм·ip/р·Dxk = 60 · 2,1 · 18/3,14 · 0,8 = 902 об/мин

Принимается nc= 1000 об/мин

По таблице Д5 [2] выбирается АД с КЗ-ротором т МТКН 411-6 ПВ=60%

Uном = 380 В

Pном=22кВт

nном = 935 об/мин

Iном = 51 А

сosц = 0,79

КПД = 83,5%

Ммакс=765Н · м

Мn =706 Н · м

In=275 А

J =0,475 кг · м2

m = 255 кг

Построение механических характеристик M=F(S) для АД с КЗ-ротором и механизма,

А) По результатам расчетов и проверок внести в табл1данные для построения характеристик (Мном Ммакс Мп Мсэ Sп)

Мном = 9550 ·Pном/nном = 9550 ·22/935 =224 Н · м

Ммакс = Мкр= 765 Н · м

Мсэ= Pсэ·Rхк/ Vм·ip· 103 = 12,87· 0,5/2,1 · 18 · 103 = 170Н · м



Б) Дополнить таблицу вычислительными недостающими данными

Sном = 1- nном/ nc= 1- 935/1000 = 0,065

л м= Ммакс/Мном= 765/224 = 3,41

Sкр= Sном(лм+ v л2м- 1) = 0,065· ( 3,41 + v 3,412 -1) = 0,37

Ммин= 1,2 ·Мном= 1,2 ·268 = Н · м

Sмин= 1 -Sном(лмин+ v л2мин- 1) = 1 - 0,065· (1,2 + v 1,22- 1) = 0,90

Таблица 1 Данные для построения механических характеристик

Моменты Н · м	Мном	Мкр	Ммин	Мп	Мсэ
	224	765	262	706	170
Скольжение отн,ед,	Sном	Sкр	Sмин	Sп	-
	0,065	0,37	0,90	1,0	-

В) По данным табл.1 строятся характеристики M=F(S) для АД с КЗ -ротором и механизма передвижения



Рисунок 12 Механическая характеристика

Г) На пересечении двух характеристик определяется рабочая точка (РТ) и выполняется небольшой анализ,

-Скольжение Sрт= Sном ·Мсэ/ Мном= 0,07 · 170/154 = 0,49

-Прямой пуск будет успешнымт.кМсэ<Ммин

-РТ выше Мном(Мсэ<Мном) следовательно АД будет работать с недогрузкой (-24%)

ДM = Мсэ- Мном/Мном= 170-224/224 =-0,24 (24%)

КПД занижен т.к наибольший КПД достигается при условии

Мсэ = (0,85…0,9) Мном



Заключение

В данном курсовом проекте были рассмотрены различные типы и виды мостовых кранов, проанализированы их характеристики.

Была выбрана принципиальная электрическая схема управления электроприводом передвижения мостового крана, и дана характеристика примененного электрооборудования.

В проекте, согласно индивидуальному заданию, была рассчитана мощность электродвигателя для электропривода передвижения мостового крана.

Согласно расчету был выбран серийный крановый асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором МТКН 411-6 с характеристиками:

Uном = 380 В

Pном=22 кВт

nном = 935 об/мин

Iном = 51 А

сosц = 0,79

КПД = 83,5%

Ммакс=765Н · м

Мn =706 Н · м

In=275 А

J =0,475 кг · м2

m = 255 кг

Для двигателя и исполнительного механизма были рассчитаны, построены механические характеристики и выполнен их анализ

мостовой кран электрический двигатель



Список источников и литературы

1.Шеховцов, В. П. Электрическое и электромеханическое оборудование: учебник / В.П. Шеховцов. -- 3-е изд. -- Москва: ИНФРА-М, 2021. -- 407 с. -- (Среднее профессиональное образование). - ISBN 978-5-16-013394-2. - Текст: электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1242547 (дата обращения: 04.05.2021). - Режим доступа: по подписке.

2. Шеховцов, В.П. Расчет и проектирование ОУ и электроустановок промышленных механизмов: учеб пособие. - Москва : ИНФРА- М, 2019. - 352 с. Текст : непосредственный.

3. Шеховцов, В. П. Справочное пособие по электрооборудованию и электроснабжению : учебное пособие / В.П. Шеховцов. -- 3-е изд. -- Москва : ИНФРА-М, 2021. -- 136 с. -- (Среднее профессиональное образование). - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1144420 (дата обращения: 04.05.2021). - Режим доступа: по подписке.

4. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей. - СПб. : Издательство ДЕАН, 2014. - 304 с. - Текст : непосредственный.

5. Ившин, В. П. Современная автоматика в системах управления технологическими процессами : учебник / В.П. Ившин, М.Ю. Перухин. -- 3-е изд., испр. и доп. -- Москва : ИНФРА-М, 2021. -- 407 с. : ил. + Доп. материалы [Электронный ресурс]. -- (Высшее образование: Специалитет). --Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1216659(дата обращения: 16.09.2021). - Режим доступа: по подписке

Размещено на Allbest.ru