Электрооборудование мостового крана

Министерство образования, культуры и спорта Российской Федерации

Кондровский механико-технологиеский техникум

Курсовой проект

Тема: Электрооборудование мостового крана

Кондрово, 2007 год

Содержание

Введение

1.Общая часть

1.1 Краткая характеристика мостового крана с описанием основных узлов и кинематической схемы

1.2 Описание режима и цикла работы электродвигателя и привода мостового крана

2. Специальная часть

2.1 Расчет Р электродвигателя и привода мостового крана по нагрузочному графику и выбор электродвигателя в каталоге

2.2 Расчет пускорегулирующих сопротивлений R графическим и аналитическим способами применительно к типу двигателя и его нагрузки

2.3 Выбор ящика R тормозных электромагнитов конечных выключателей защитной панели

2.4 Описание работы электросхемы моста

3. Организация и экономика производства

3.1 Спецификация основного электрооборудования рассчитываемого механизма крана

3.2 Сметная стоимость электрооборудования

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Кранами называются грузоподъемные устройства, служащие для вертикального и горизонтального перемещения грузов на не большие расстояния. По особенностям конструкции, связанным с назначением и условиями работы, краны разделяются на мостовые, портальные козловые, башенные и д.р. В цехах предприятий электромашиностроения наибольшее распространение получили мостовые краны, с помощью которых производится подъем и опускание тяжелых заготовок, деталей и узлов машин а также их перемещение вдоль и поперек цеха. Вид мостового крана в основном определяется спецификой цеха и его технологией, однако многие узлы кранового оборудования, например механизмы подъема и передвижения, выполняется однотипными для различных видов кранов.

В зависимости от вида транспортируемых грузов на мостовых кранах используют различные грузозахватывающие устройства: крюки, магниты грейферы, клещи и т.п. Наибольшее распространение получили краны с крюковой подвеской или с подъемным электромагнитом, служащим для транспортировки стальных листов, скрапа, стружки и других ферромагнитных материалов. Питание электромагнита, подвешиваемого к крюку. Осуществляется с помощью гибкого кабеля, для намотки которого на кране установлен кабельный барабан, приводимый во вращение через передачу то барабана лебедки.

У всех типов кранов основными механизмами для перемещения грузов являются подъемные лебедки и механизмы передвижения. Это позволяет выделить ряд общих вопросов электропривода кранов: расчет статических нагрузок, выбор системы электропривода и другие. Так как двигатели обычно имеют угловую скорость, значительно большую чем скорость подъемного барабана или ходовых колес моста, то движение к рабочим органам механизмов крана передается через редукторы. Для механизмов подъема наибольшее применение получили схемы с полиспастом П при помощи которого движение от барабана передается крюку.

Широко применяется также схема механизма передвижения моста с раздельным приводом ходовых колес. Каждый двигатель имеет механический тормоз, который устанавливается на механической муфте между двигателем и редуктором или на тормозном шкиве, на противоположном конце вала двигателя. Номинальные скорости движения крюка 0,15 - 0,2 м/с, тележки 0,65 - 1 м/с, моста 2,0 - 2,3 м/с.

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1 Краткая характеристика мостового крана описанием основных узлов и кинематической схемы

По грузоподъемности 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 грузоподъемностью свыше 15т устанавливают два механизма подъема: главный для подъема грузов с малой скоростью и вспомогательный для подъема легких грузов с большей скоростью (с соотношением грузоподъемности, например 20/5, 30/5, 50/10 т). Вызвано это тем, что поднимать грузы малого веса тяжелым крюком невыгодно, так как расходуется лишняя электроэнергия, а производительность не высока.

Т Р

Д

Б

П

К

рис.1-1 Кинематическая схема подъема мостового крана

Для механизмов подъема наибольшее применение получили схемы с полиспастом П на (рис. 1-1) при помощи которого движение от барабана Б передается крюку К. У полиспаста на кинематической схеме передаточное число равно 4. На (рис.1-2) представлена кинематическая схема передвижения моста с общим приводом ходовых колес.

Вдоль моста проложены рельсы, по которым на колесах приводимых во вращение электродвигателем через редуктор, перемещается тележка с подъемной лебедкой. Управление работой механизмов крана производится из кабины оператора крановщика, в которой установлены контроллеры органы ручного управления электроприводами механизмов. Здесь же располагаются ящики резисторов.

Р Т Д

рис. 1-2 Передвижение моста с общим приводом ходовых колес

Передача движения к ходовым колесам концевых балок от двигателя, установленного на мосту, может осуществляться через редуктор (рис. 1-2), расположенный в средней части моста и обозначенный Р .

Кривые зависимости КПД крановых механизмов от нагрузки.



80 80

70

60

40

20

0 20 40 60 80 100%

Широко применяется также схема механизма передвижения моста с раздельным приводом ходовых колес. Каждый механизм имеет механический тормоз Т.

Мостовой кран (рис.1-3) представляет собой мост, перемещающейся по крановым путям на ходовых колесах, которые установлены на концевых балках. Пути укладываются на подкрановые балки, опирающиеся на выступы верхней части колонны цеха. Механизм передвижения крана установлен на мосту крана. Управление всеми механизмами происходит из кабины прикрепленной к мосту крана. Питание электродвигателей осуществляется по цеховым троллеям. Для подвода электроэнергии применяют токосъемы скользящего типа, прикрепленные к металлоконструкции крана. В современных конструкциях мостовых кранов токопровод осуществляется с помощью гибкого кабеля. Привод ходовых колес осуществляется от электродвигателя через редуктор и трансмиссионный вал.

Рисунок 1-3- Общий вид мостового крана.

Любой современный грузоподъемный кран в соответствии с требованиями безопасности, должен иметь для каждого рабочего движения в трех плоскостях, следующие самостоятельные механизмы: механизм подъема - опускания груза, механизм передвижения крана в горизонтальной плоскости и механизмы обслуживания зоны работы крана (передвижения тележки)

1.2 Описание режима и цикла работы электродвигателя и привода мостового крана

Нагрузка кранов, как правило, изменяется в широких пределах: для механизмов подъема - от 0,12 до 1,0 а для механизмов передвижения - то 0,5 до 1,0 номинального значения. Характерно для кранов также то, что их механизмы работают в повторно-кратковременном режиме, когда относительно непродолжительные периоды работы, связанные с перемещением грузов, чередуются с небольшими паузами на загрузку или разгрузку и закрепление груза. Постольку на кранах применяется многодвигательный привод, и двигатели через передачи связаны с механизмами подъема или передвижения, то они, как и другие элементы электрооборудования кранов, работают также в повторно-кратковременном режиме при большом числе включений в час.

Согласно действующим стандартам все краны по режимам работы механического и электрического оборудования делятся на четыре категории, определяющие степень их использования, характер нагрузки и условия работы, С - средний, Т - тяжелый, ВТ - весьма тяжелый.

Основными показателями по которым судят о режиме работы, является продолжительность включения двигателя механизма ПВ, в %, число включений двигателя в час h, коэффициенты использования механизмов по грузоподъемности , в течении года и в течении суток :

ПВ = tp * 100/(tp + to)

= mc/mном

= А/365

= В/24

где t_p - время работы двигателя за цикл; to - суммарное время пауз за цикл; mc - масса груза, перемещаемого за смену; mном - номинальная грузоподъемность; А - число дней работы механизма в году; В - число часов работы механизмов в сутки.

При вычислении ПВ время цикла t_ц = t_р + t_о не должно превышать 10 мин.

Легкому режиму работы соответствует ПВ = 10ч15% и h = 60ч100, среднему ПВ = 15ч25% и h = 120ч200 (краны механических и сборочных цехов машиностроительных заводов), тяжелому ПВ = 25ч40% и h = 300ч400(краны производственных цехов и складов на заводах с крупносерийным производством)

По мимо тяжелых условий работы при большом числе включений в час электрооборудование мостовых кранов обычно находится в условиях тряски, высокой влажности воздуха, резких колебаний температуры и запыленности помещений. В связи с этим на кранах применяется специальное электрооборудования, приспособленное к условиям работы кранов и отличающееся повышенной надежностью.

Основное крановое электрооборудование: электродвигатели, силовые, магнитные и командные контролеры, пускорегулировочные резисторы, тормозные электромагниты, конечные выключатели и другие - в значительной степени стандартизировано.

Рабочее напряжение сети, питающей краны, не должно превышать 500 В. В соответствии с этим на кранах применяется электрооборудование на 220 или 440 В постоянного тока и 220 или 380 В переменного тока. На напряжение 440В используется только в силовых цепях кранов большой грузоподъемности.

Для защиты питающих проводов и электродвигателей от токов К.З. и значительны перегрузок (свыше 225%) на кранах предусматривается максимальная токовая зашита с помощью реле максимального тока или автоматических выключателей.

Плавкие предохранители используют только для защиты цепей управления. Тепловая защита на кранах обычно не применяется, так как в условиях ПВ режима она может приводить к ложным отключениям. Для предотвращения самозапуска двигателей, т.е. самопроизвольного пуска их при восстановления напряжения сети после перерыва в электроснабжении, в электрических схемах кранов используют совместно с «нулевой» защитой блокировку нулевой позиции контроллеров.

Обязательным является наличие конечных выключателей для автоматической остановки механизмов при подходе их к крайним положениям. Для безопасности обслуживания электрооборудования люк для выхода из кабины на мост снабжается конечным выключателем, снимающим напряжение со вспомогательных троллеев при открывании люка.

Все токоведущи части в кабине крана полностью заграждаются. Механизмы крана оснащаются тормозами замкнутого типа с электромагнитами, которые автоматически растормаживают механизм при включении и автоматически растормаживают при отключении двигателя. Металлоконструкции кранов и все металлические части электрооборудования, которые могут оказаться под напряжением из-за порчи изоляции, должны быть заземлены. Соединение с контуром заземления цеха осуществляется через подкрановые пути.

Для качественного выполнения подъема, спуска и перемещения грузов электропривод крановых механизмов должен удовлетворять следующим основным требованиям:

а) Регулирование угловой скорости двигателя сравнительно в широких пределах (для обычных кранов до 4:1, для специальных кранов - до 10:1 и более) в связи с тем, что тяжелые грузы целесообразно перемещать - с большей скоростью для увеличения производительности крана.

Пониженные скорости необходимы также для осуществления точной остановки транспортируемых грузов с целью ограничения ударов при их посадке и облегчают работу оператора, так как не требуют многократного повторения пусков для снижения средней скорости привода перед остановкой механизма.

б) Обеспечение не обходимой жесткости механических характеристик привода, особенно регулировочных, с тем чтобы низкие скорости почти не зависели от груза.

в) Ограничение ускорений до допустимых пределов при минимальной длительности переходных процессов. Первое условие связано с ослаблением ударов в механических передачах при выборе зазора, с предотвращением пробуксовки ходовых колес тележек и мостов, с уменьшением раскачивания подвешенного на канатах груза при интенсивном разгоне и резком торможении механизмов передвижения; второе условие необходимо для обеспечения высокой производительности крана.

г) Реверсирование электропривода и обеспечения его работы как в двигательном, так и в тормозном режиме. Выбор рода тока для электрооборудования крана имеет важное значение поскольку с ним связаны такие показатели как технические возможности привода, капиталовложения и стоимость эксплутационных расходов, масса и размеры оборудования, его надежность и простота обслуживания.

Привод с асинхронным двигателем с К.З. ротором применяется для механизмов кранов небольшой мощности (? 10 - 15 кВт), работающих в легком режиме. Если необходимо регулировать скорость или обеспечить точную остановку механизма, то можно использовать двух или трехскоростные двигатели.

Наибольшее распространение на кранах получил привод с асинхронными двигателями с фазным ротором и ступенчатым регулированием угловой скорости путем изменения угловой скорости в цепи ротора.

Такой привод достаточно прост, надежен, допускает большое число включений в час и применяется в средних и больших мощностях. С помощью резисторов в цепи ротора можно в широких пределах изменять момент при пуске, получать желаемые ускорения и плавность пуска, уменьшать токи и потери энергии в двигателе при переходных процессах, а также получать пониженные угловые скорости. Однако этот привод не обеспечивает необходимую жесткость регулировочных характеристик и устойчивую работу при пониженных скоростях. Он не экономичен вследствие значительных потерь энергии в пускорегулировочных сопротивлениях; кроме того, имеет место повышенный износ двигателя, электромеханических тормозов и контактной аппаратуры управления.

При контактном управлении процессы пуска, торможения и реверса автоматизируются, что значительно облегчает условия работы крановщика в напряженных режимах. В ряде случаев на одном кране целесообразно применить как контроллерное управление для механизмов с ранее напряженным режимом работы, так и контактное управление - последнее обычно для механизмов подъема.

2. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Расчет мощности электродвигателя привода мостового крана по нагрузочному графику и выбор электродвигателя в каталоге

Исходными данными проектирования являются физические и геометрические параметры механизма передвижения моста, а также размеры помещения цеха, в котором расположен кран. Исходные данные представлены в таблице:

Таблица 2.1

Наименование параметра	Значение параметра
Грузоподъемность главного крюка	10т
Скорость подъема главного крюка хн	4,6 м/мин
Скорость передвижения крана хм	75 м/мин
Скорость передвижения тележки	30 м/мин
Высота подъемного главного крюка	6 м
Масса главного крюка	0,1 т
Диаметр барабана лебедки D	700 мм
Масса тележки	4 т
Длинна перемещения моста L	60 м
Длинна перемещения тележки L	22 м
КПД моста	0,82%
Режим работы крана средний	С
Продолжительность включений ПВ%	40%
Радиус ходовых колес	550 мм
Радиус шейки оси ходовых колес	75 мм
Диаметр барабана лебедки	0,7 м
Jп передаточное число полиспаста	12

Целью расчета является определение статических нагрузок, приведенных к валу электродвигателя, для выбора мощности электродвигателя механизма подъема мостового крана.

Исходными данными являются технические характеристики мостового крана таблица №1,п. 1.3.и [Л.З].

Статическая мощность на валу электродвигателя подъемной лебедки при подъеме груза, определяется следующим образом:

Р_{ст.гр.под} = (G+G₀)* н_н * 10^-3/ з_нагр

где G=m*g=10*10^-3 * 9,8=98000Н - вес поднимаемого груза;

m - номинальная грузоподъемность, кг;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

G₀=m₀*g=0,1 *10³ * 9,8=980 Н - вес пустого захватывающего приспособления;

m_o-масса пустого захватывающего приспособления, кг;

н_н = 4,6м/мин = 0,07 м/с - скорость подъема груза;

з_нагр =0,84 - КПД под нагрузкой.

Р_{ст.гр.под} = (98000+3980)* 0,07 * 10^-3/ 0,84= 8,25кВт

Мощность на валу электродвигателя при подъеме пустого захватывающего приспособления:

Р_{ст.п..гр} = G₀ * н_н * 10^-3/ з_хх кВт

где з_хх = 0,42 - КПД механизма при холостом ходе

Р_{ст.п..гр} = 980 * 0,07 * 10^-3/ 0,42 = 0,16кВт

Мощность на валу электродвигателя, обусловленная весом груза:

Р_{ст.п..гр} = (G +G₀) * н_с * 10^-3, кВт

где н_с= н_н=0,07 м/с - скорость спуска

Р_{ст.п..гр} = (98000 +980) * 0,07 * 10^-3 = 6,93кВт

Мощность на валу электродвигателя, обусловленная силой трения

Р_тр = (G +G₀) / з_нагр * (1- з_нагр) * н_с * 10^-3

Р_тр = (98000 +980) / 0,84 * (1- 0,84) * 0,07 * 10^-3 =1,32кВт

Так как выполняется условие Р_гр > Р_тр,следовательно_г электродвигатель работает в режиме тормозного спуска.

Мощность на валу электродвигателя при тормозном спуске, определяется следующим способом:

Р_т.сп = (G +G₀) * н_с (2-(1/ з_нагр))* 10^-3, кВт

Р_т.сп = (98000 +980) * 0,07 (2-(1/ 0,84))* 10^-3=5,61кВт

Мощность на валу электродвигателя во время спуска порожнего захватывающего приспособления:

Р_т.ст.о. = G₀ * н_с ((1/ з_ххх)-2)* 10^-3, кВт

Р_т.ст.о. = 980 * 0,07 ((1/ 0,42)-2)* 10^-3= 0,03 кВт

После определения статических нагрузок рассчитаем нагрузочный график механизма подъема мостового крана для наиболее характерного цикла работы, используя [Л.7 с 389] по таблице 18-1 (Таблица №2)

Время подъема груза на высоту Н:

t_Р1=H/н_н=6/0,07 =85,7 сек.

где Н - высота подъёма груза, м

время перемещения груза на расстояние L

t₀₁=H/н_кр=6/1,25 =48 сек.

Время для спуска груза:

t_Р2=H/н_н=6/0,07 =85,7 сек.

Время на зацепление груза и его отцепления:

t₀₁= t₀₄= 200 сек.

Время подъёма порожнего крюка:

t_Р3=H/н_н=6/0,07 =85,7 сек.

Время необходимое для возврата крана к месту подъёма нового груза: t₀₃=L/н_кр=60/1,25 =48 сек.

Время спуска порожнего крюка:

t_Р4=H/н_н=6/0,07 =85,7сек.

Вычертим нагрузочный график механизма подъёма для рабочего цикла:

Таблица 2-2 Рабочий цикл механизма подъема.

Участки	Подъем груза	Пауза	Спуск груза	Пауза	Подъем крюка	Пауза	Спуск крюка	Пауза
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Ре. (кВт)	8,25	0	5,61	0	0,16	0	0,03	0
t, (сек)	85,7	8	85,7	200	85,7	8	85,7	200

Суммарное время работы электродвигателя:

?t_Р= t_Р1+ t_Р2+ t_Р3+ t_Р4= 4*85,7 = 342,8 сек.

Суммарное время пауз:

?t₀= t₀₁+ t₀₂+ t₀₃+ t₀₄= 48+48+200+200=496 сек. Действительная продолжительность включения:

ПВ_д=(?t_Р/(t_Р+t₀))*100%

ПВ_д=(342,8/(342,8+496))*100% = 40,8%

Эквивалентная мощность за суммарное время работы электродвигателя:

Р_экв =v Р²_С1 * t_Р1+ Р²_С2 * t_Р2+ Р²_С3 * t_Р3+ Р²_С4 * t_Р4/ ?t_Р, кВт

Р_экв =v 8,25² * 85,7+ 5,61² * 85,7+ 5,61² * 85,7+ 0,03² * 85,7/ 342,8 =34,2кВт

Эквивалентную мощность пересчитываем на стандартную

продолжительность включения соответствующего режима работы механизма крана, кВт: Р_эн = Р_экв *v ПВ_дв/ ПВ_ст ,

Р_эн = 34,2 *v 40,8/40=34,5кВт

Определяем расчетную мощность электродвигателя с учетом коэффициента запаса:

Р_дв = Р_эн *К_з/ з_ред

где К_з =1,2 - коэффициент запаса;

з_ред = 0,95 - КПД редуктора

Р_дв = 34,5*1,2/ 0,95 = 46 кВт

Угловая скорость лебедки в рад/с и частота вращения лебедки в об/мин, определяется следующим способом:

щ_л=2* н_н/ D , рад/с ,

где D - диаметр барабаны лебёдки

щ_л=2* 0,07/ 0,7 = 0,2 рад/с

n_л =30*щ_н / р , об/мин

n_л =30*0,2 / 3,14 = 2 об/мин

Полученное значение мощности электродвигателя равное 50,7кВт и значение стандартной продолжительности включения ПВ_ст = 40% , будут являться основными критериями для выбора электродвигателя.

Воспользуемся исходными данными и результатами расчетов.

Выберем электродвигатель из следующих условий:

Р_ном ?Р_дв Р_ном?50,7 кВт

Таблица 2-3

Параметры двигателя	Значение параметра
Мощность, Рн	55 кВт
Частота вращения, пн	970 об/мин
Ток статора, U	99 А
Коэффициент мощности, сos ц	0,76
КПД, зн	89%
Toк рoтopa, l2	89А
Напряжение ротора, U2	340В
Максимальный момент, Мт	1630 Нм
Маховый момент, GD2	4,10 кг*м2
Напряжение, U	380 В
Частота, f	50Гц
Продолжительность включения, ПВсм	40%

Проверяем выбранный электродвигатель по допустимой нагрузке и условию осуществимости пуска.

Выбранный электродвигатель должен удовлетворять следующим условиям:

Первое условие допустимой нагрузки:

М_доп >М_с.мах.,Нм, где М_смах = 9550* Р_смах / n_н Нм;

Р_с - статическая мощность при подъеме груза, кВт;

n_н - частота вращения вала электродвигателя, об/мин.

М_с.мах=9550*8,25/970 =81,22 Нм;

М_доп =M_m= 1630 Нм;

М_доп=1630 Нм > 81,25 Нм = М_с.мах

Первое условие выполняется.

Второе условие допустимой нагрузки:

М_срп ?1,5 М_с.мах

где М_срп = М₁М₂/2 - средний пусковой момент, Нм;

М₁ = 0,85* M_m= 0,85 * 1630 = 1385,5 Нм - максимальный момент двигателя при пуске, Нм;

М₂ = (1,1 + 1,2)* М_н = 1,2*81,25 = 97,46 Нм - минимальный момент двигателя, Нм;

М_н = 9550 * Р_н / n_н = 9550 * 55/970= 541,4 Нм - номинальный момент двигателя, Нм.

М_срп= 1385,5+97,46/2=741,48 Нм;

1,5* М_с.мах =1,5*81,25= 121,83 Нм;

М_срп = 741,48 Нм > 121,83Нм = 1,5* М_с.мах

Второе условие выполняется.

Третье условие допустимой нагрузки:

М₂?1,2 М_с.мах

1,2* М_с.мах=1,2*81,22= 97,46 Нм.

М₂ = 97,46 Нм ? 97,46 Нм=1,2* М_смах

Третье условие выполняется.

Проверяем двигатель по условию осуществимости пуска:

а_б?а, м/с²,

где а_б - допустимое линейное ускорение при подъеме или перемещении груза, м/с²;

а_б =(0,2 + 0,3) м/с² - для механизма подъема;

а - наибольшее линейное ускорение при подъеме груза, м/с².

а = н/t_пмин м/с²

где t_пмин - наименьшее время при пуске с состояния покоя до скорости v с наибольшей загрузкой, сек.

t_пмин = GD²_прив *n_н /38,2*( М_{ср.пуск}- М_ст.мах) сек,

где GD²_прив=4* J_прив кг*м²

где J_прив =1,3* J_дв+182/ n²_н *W_к.мех кгм²,

где J_дв = GD²/4 кгм²

W_к.мех =m* н²_н /2 Дж

М_с.мах =9550* Р_ст.мах/ n_н

М_с.мах =9550* 8,25/970 =81,22 Нм;

W_к.мех =(10000+100)*0,07²/2=27,7Дж

J_дв =4,1/4= 1,025 кгм²

J_прив =1,3* 1,025 + 182/970²* 27,7=1,33 кгм²

GD²_прив=4*1,33= 5,32 кгм²

t_п.мин =5,32 *970/38,2*(741,48-81,22)=1,15 сек

а = 0,07/1,15=0,06м/с²

а_б=0,3 м/с² >0,06м/с² = а

Условие осуществимости пуска выполняется.

Так как электродвигатель МТН 512 - б удовлетворяет всем условиям выбора, то для привода механизма подъема мостового крана устанавливаем электродвигатель данного типа.

2.2 Расчет пускорегулирующих сопротивлений графическим и аналитическим способами к типу двигателя и его нагрузки.

Целью данного расчета является выбор ступеней сопротивлений в цепях электропривода механизма передвижения моста. В соответствии с его выбором определяются сопротивления и токи ступеней для электропривода механизма передвижения моста и выбираются ящики сопротивлений R.

Исходными данными являются технические характеристики выбранного электродвигателя и заданного контроллерконтактр (магнитный ) типа ПС.

Базисный момент, Нм:

;

M100%=9550*8,25/970=81,22 Hм

Определяем расчетный ток резистора, А:

;

где - номинальный ток ротора, А;

- номинальная мощность электродвигателя, кВт;

- номинальная частота вращения, об/мин.

I100% = 86*81,22*970/9550*55=12,9 A

Определяем сопротивление резистора в Ом:

;

где - напряжение между кольцами ротора,

RH = 340/v3*12,9=0,58 Ом

Согласно данным для магнитного контроллера ПС с защитой от перегрузок с помощью группового максимального реле сопротивлений и определяем сопротивление каждого резистора (в одной фазе):

;

Таблица 2-4

Обозначение ступени
Р1 - Р4	31	0,930
Р2 - Р5	78	2,03
Р3 - Р6	69	1,84
Общее	170	4,41

Находим расчетную мощность резистора (в трех фазах), кВт:

;

Определяем согласно табличным данным для условий режима работы С:

Частота включений фактическая 120в час, приведенная

;

Z=120*(1,33/1,2*1.025)=129,7

= 1,25 - коэффициент нагрузки;

= 1,2 - коэффициент использования;

базисный КПД электропривода;

КПД электродвигателя для z

КПД электродвигателя;

относительная продолжительность включения.

P p = 1,2*8,25/1.2*0,73*0,89[(0,89-0,73)+((1-0,89)*(1+0,4)*(0,76-0,73)/ /0,76)]=3,77 кВт

На одну фазу приходится 3,77/3=1,26 кВт

Определяем расчетный ток резистора, А Токовые нагрузки по ступеням берем из таблиц:

_________________________________________

Ip=v(3,77*1,1*10¹¹/0,58*170*(40²*31+35²*78+57²*69))=35,65 A

Значение расчетных токов по ступеням:



Обозначение ступени
Р1-Р4	40	15,8
Р2-Р5	35	12,8
Р3-Р6	57	21,7

В соответствии с таблицей нормализованных ящиков резисторов НФ 1А выбираем для ступеней Р1-Р4, Р2-Р5 ящик 2ТД.754.054-06, имеющий длительный ток 102А и сопротивление 2,65 Ом. Для ступеней Р3-Р6, выбираем ящик 2ТД.754.054-11.

Рассчитаем отклонение сопротивлений от расчета и данные занесем в таблицу№: 2-6

R%=Р_расч- Р_факт / Р_расч

Таблица 2-6 Отклонения сопротивлений от расчета.

Ступени	R расч ,Ом	R факт, Ом	R%, %
Р1-Р4	0,0930	0,0958	-3
Р2-Р5	2,03	2,044	-0,69
Р3-Р6	1,84	1,81	1,63
Итого		4,82

Учитывая что, длительные токи выбранных ящиков сопротивлений соответствуют расчетным значениям токов ступеней и отклонение сопротивлений отдельных ступеней от расчетных значений не превышает ±15% , а отклонение общего сопротивления резистора не превышает ±5% его расчетного значения, резистор выбран правильно.

Расчет пускорегулирующих сопротивлений графическим способом

Целью расчета является расчет и построение естественной и искусственных механических характеристик электродвигателя и механизма подъёма мостового крана.

Исходными данными являются технические данные выбранного электродвигателя МТН 512-6 и механизма подъёма, а также данные обмоток ротора и статора:

r1-0,065 Ом - активное сопротивление обмотки статора;

х1-0,161 Ом- реактивное сопротивление обмотки статора;

r2-0,05 Ом - активное сопротивление обмотки ротора; х2-0,197 Ом- реактивное сопротивление обмотки ротора;

к =1,21- коэффициент приведения сопротивления. При расчетах используем формулы [Л. 5]. Определим номинальное скольжение:

S_н=щ₀-щ_н/щ₀

где щ₀ =2рf/р=2*3,14*50/3=104,6 paд/c.

щ_н=рn_н/30= 3,14*970/30=101,526 paд/c

S_н=104,6-101,526/104,6=0,03

Номинальный момент:

М_н=Р_н/щ_н=55000/101,526=541,73 Нм;

Определим коэффициент перегрузочной способности

л= М_мох/М_н= 1630/541,73=3

Определим критическое скольжение:

S_кр=S_н(л+?( л²-1))

S_кр=0,03(3+v( 3²-1))=0,17

Определим номинальное активное сопротивление ротора:

r_2н= U₂/1,73* I₂= 340/1,73* 86= 2,28 Ом

где U₂- напряжение ротора, В;

I ₂- ток ротора, А.

Активное сопротивление обмотки ротора: R_2вm=R_2HS_H=2,28* 0,03=0,068 Ом

Найдём суммарное активное сопротивление роторной цепи для каждой ступени:

R_2? = R_2вm + R_2вш , Ом,

где R_2вш - сопротивление реостата в цепи ротора.

R_2вm1 = 0,096*0,068=0,164 Ом

R_2вm2 = 0,292*,0292=0,36 Ом

R_2вm3 = 0,644*0,68=0,712 Ом

Для построения механических характеристик зададимся значениями скольжения от 0 до 1 и подставим в выражение:

М=2*М_мах* (1+а*s_кр)/( s /s_кр)+( s_кр /s )+2* а*s_кр

где а - R₁ /R₂* к² = 0,065/0,05*1,21²=0,88

Скольжение на искусственных характеристиках при выбранных значениях s_e вычисляются по формуле:

s_u = s_e* (R_2? /R_2вm )

Угловые скорости на искусственных характеристиках вычисляются по формуле:

щ_u = щ_e *(1- s)

Результаты расчётов М, щ_e, s_u, щ_u при различных значениях s приведены в таблице№

Рассчитаем механическую характеристику механизма подъёма мостового крана.

Механические характеристики производственных механизмов рассчитываются по формуле Бланка:

M_ст=М₀+(М_ст.н-М₀)*( щ /щ_e) Нм;

где M_сmo - момент сопротивления трения в движущихся частях, Нм;

М_ст.н - момент сопротивления при номинальной скорости, Нм;

щ_н- номинальная угловая скорость вращения ротора электродвигателя, рад/с;

щ - изменяемая угловая скорость вращения ротора электродвигателя, рад/с;

х - показатель степени, который характеризует статический момент при изменении скорости вращения. Для механизмов перемещения и подъёма кранов х = 0. Следовательно:

M_ст= М_ст.н= Р_ст/щ_e , Нм;

где Р_ст = 65,98 кВт - статическая эквивалентная мощность, пересчитанная на стандартную продолжительность включения;

щ_н- номинальная угловая скорость вращения ротора электродвигателя, рад/с;

M_ст= М_ст.н= 8,25/101,526 = 81,26 Нм.

Построение графика механической характеристики механизма подъёма мостового крана производим на том же графике, где и механическая характеристика выбранного электродвигателя

По графику видно, что механическая характеристика механизма подъёма имеет форму прямой линии, из этого следует, что статический момент M_ст не зависит от скорости вращения.

2.3 Выбор ящиков сопротивлений тормозных электромагнитов, конечных выключателей защитной панели.

Крановые защитные панели:

Крановые защитные панели применяют при контроллерном управлении двигателями крана, а также вместе с некоторыми магнитными контроллерами, не имеющими собственных аппаратов защиты. На защитной панели установлена электроаппаратура, осуществляющая максимальную защиту от токов К.З. и значительных (свыше 250 %) перегрузок крановых двигателей, а также нулевую защиту, исключающую само запуск двигателей после перерыва в электроснабжении. В схему защитной панели вводят контакты различных аппаратов, обеспечивающих надежность работы крана и безопасность его обслуживания, например контакты конечных выключателей, контакты люка кабины и аварийного выключателя, вспомогательные контакты силовых контроллеров.

Конструкция защитной панели представляет собой металлический шкаф с установленной в нем аппаратурой. Шкаф закрыт дверью с замком. Второй замок сблокирован с главным рубильником. Размещаются защитные панели обычно в кабине крана.

Для защиты двигателей переменного тока выберем ПКЗ 160. Принципиальная электрическая схема защитной панели типа ПКЗ 160 состоит из трех двигателей постоянного тока. Основной аппаратурой панели являются:

вводный выключатель (рубильник); контактор; два групповых реле, состоящих из реле максимального тока - для защиты отдельных двигателей и блок-реле для защиты подводящих проводов; кнопка для включения панели; предохранители цепи управления.

В схему панели включены блокировочные контакты контроллеров, контакт люка кабины, контакты конечных выключателей механизмов подъема и передвижения, выключатель для аварийного отключения панели. Блок-реле при срабатывании размыкают контакты в цепи катушки линейного контактора, который отключает все двигатели от сети.

Таблица 2-7 Технические данные защитной панели типа ПКЗ 160

Тип	Каталожный номер	Напряжение, В	Номинальный ток ,А	Суммарный номинальный ток	Число максимальных реле РЭО 401	Назначение	Максимальный коммутационный ток, А
1	2	3	4	5	6	7	8
ПЗБК 160	ЗТД.660.046.3	500	160	260	8	Магнитные и кулачковые контроллеры	1600

Крановые конечные выключатели

Крановые конечные выключатели служат для предотвращения перехода механизмами предельно допустимых положений (ограничение подъема грузозахватывающего устройства, или хода тележек и мостов), а также блокировки открывания люков и дверей кабины.

Указанная защита преимущественно выполняется посредством рычажных конечных выключателей поворотного типа, которые проще по устройству и надежнее в работе, чем выключатели нажимного типа.

Для механизмов передвижения чаще всего используют выключатели с самовозвратом в исходное положение. Для ограничения верхнего положения крюка применяется выключатель с грузовым приводом. Если необходимо ограничить и верхнее и нижнее положения захватывающего устройства, то устанавливают вращающиеся конечные выключатели. Связанные с одним из валов механизма подъема.

В схемах управления крановыми электроприводами применяются следующие типы конечных выключателей:

КУ-701 и КУ-706 - рычажные с самовозвратом (для механизмов передвижения)

Таблица 2-8

Тип	Назначение	Привод	Включаемый ток, А	Скорость передвижения механизма, м/мин	Число включений в час	Степень защиты о внешней среды	Отключаемый переменные ток, А до 500	Электрическая износостойкость циклов В-О	Механическая износостойкость циклов В-О	Число цепей
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
КУ-703	Механизм подъема	Самовозврат под действием груза	10	1-80	600	IP44	10	0,3*106	1*106	2

Тормозные устройство:

Тормозные устройства предназначены для фиксации положения механизма при отключенном двигателе, например, для удержания груза в подвешенном состоянии, а также для сокращения выбега при остановке механизма. На кранах применяются колодочные, дисковые и ленточные механические тормоза, которые затормаживают механизм при отключении двигателя; одновременно с включением двигателя вал механизма растормаживается тормозными электромагнитами, электрогидравлическими толкателями или специальными двигателями.

В настоящее время на кранах применяют тормозные электромагниты однофазного и трехфазного переменного или постоянного тока. Катушки электромагнитов включаются и отключаются одновременно с двигателями.

Тормозные электромагниты характеризуются рабочим напряжением, относительной продолжительности 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 относительно 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 параллельно якоря двигателя или последовательно к ним.

В первом случае катушки выполняются с большим числом витков, вследствии чего они имеют значительную индуктивность. Для увеличения быстродействия таких электромагнитов катушки рассчитывают на пониженное напряжение. При включении на катушку подается полное напряжение сети, что ускоряет (форсирует) процесс срабатывания электромагнита.

Для удержания втянутого якоря электромагнита требуется меньшее усилие, поэтому после срабатывания электромагнита в цепь его катушки вводиться добавочный резистор, который ограничивает ток катушки. Для защиты катушки от пробоя изоляции при отключении ее от сети на корпусе электромагнита монтируется разрядный резистор. Электромагниты с последовательно включенными катушками имеют большее быстродействие и более простую схему включения, поскольку не требуется применять разрядные и токоограничивающие резисторы.

Главный недостаток таких электромагнитов - зависимость тягового

усилия от тока нагрузки двигателя. Они применяются чаще для механизмов передвижения, где ток якоря в процессе работы меняется сравнительно мало.

Определяем расчетный момент тормоза, Нм:

где номинальная грузоподъемность, т;

номинальная скорость подъема, м/с

КПД механизма подъема для номинальной нагрузки;

номинальная частота вращения тормозного шкива, соответствующая скорости , об/мин.

Определяем тормозной момент с учетом режимов работы механизма подъема, Нм:

где коэффициент запаса тормоза

Для двойного тормоза и режима работы С,

Выбираем тормозной электромагнит переменного тока серии КМТ 4А имеющие следующие технические данные:

Таблица 2-9

Данные тормоза:
диаметр шкива мм (м)	400(0,4)
тормозной момент, Нм	1300
Данные электромагнита:
тяговое усилие	700Н
масса якоря	24кг
максимальный ход	50мм
допустимое число включений в час	300
время включения, сек	0,2
время отключения, сек	0,25
Полная мощность, В*А:
При включении	38000

Реле защиты от перегрузок:

Обеспечение максимальной и нулевой защиты крановых механизмов электроприводов управляемых при помощи магнитных контроллеров возлагается на защитные панели. Для защиты цепей кранового электрооборудования от перегрузок применяется электромагнитное реле мгновенного действия типа РЭО 401, которые могут использоваться как в цепях переменного, тока так и в постоянного тока.

Эти реле входят в комплект защитных панелей. Чтобы защитить двигатель от перегрузки, достаточно иметь электромагнитное реле

РЭО 401 в одной фазе каждого двигателя. В остальные фазы реле ставиться только для защиты проводов.

Реле для отдельных электродвигателей выбирается согласно их мощности и напряжению, и настраиваются на ток срабатывания равный 2,5 - кратному расчетному току номинальной нагрузки для ПВ = 40%

2,5* I ? Iреле

Выбираем реле серии РЭО 401, так как оно удовлетворяет условию выбора: 2,5* I1 = 2,5*99 = 247,5А < 375 А Iреле

Технические данные реле РЭО 401 даны в таблице:

Таблица 2-10

Каталожный номер	Ток катушки, А	Пределы регулирования, А	Выводы катушки
Реле РЭО 401	Электромагнит РЭО 401	При ПВ = 100%	Пределы регулирования, А
1	2	3	4	5	6
2ТД.304.096 - 4	6ТД.237.004-2	375	250	325-1000	М12

Выбор сечения проводника:

Электроэнергию к мостовым кранам подводят от общей сети переменного тока или от преобразовательных установок постоянного тока. Поскольку механизмы крана в месте с электродвигателями и аппаратурой перемещаются относительно источника питания, токопровод к ним осуществляется при помощи контактных проводов троллеев или гибким кабелем.

Токопровод гибким плоским кабелем применяется только для кранов, работающих во взрыво и пожароопасных помещениях.

Троллейный токопровод выполняется с жесткими троллеями из профилированной стали в виде уголков, рельсов или швеллеров, а также гибкими троллеями из стали круглого сечения или стальных омедненных проводов.

Выбор сечения токопроводящих проводников (троллеев и гибких и гибких кабелей) производят по току нагрузки и по потере напряжения.

Расчетная мощность = кВт:

т.к. токопровод для одного двигателя =8,25 кВт

Рр = 8,25 кВт

Расчетный ток ; А для кранов работающих на переменном токе:

где номинальное напряжение сети, В

средний коэффициент мощности двигателя принимаемый равным 0,7

Ip=100*8,25/(v3*500*0,7)=13,6 А

Найдем сечение кабеля:

где максимальный ток нагрузки, А =85А

L - длинна провода (медь 57)

допустимая потеря напряжения в поводах на участке, берется примерно = 8%

s = 100*v3*85*98*0,7/(57*300*500)=12 мм²

Выбираем ГК сечением S=18 мм² из меди.

2.4 Описание работы электросхемы моста

Схемы управления крановыми двигателями могут быть симметричными и несимметричными относительно нулевого положения силового контроллера или командоконтроллера. Симметричные схемы применяют для приводов механизмов передвижения, а в некоторых случаях и для приводов механизмов подъема. В таких схемах при одинаковых по номеру положения рукоятки (маховика) контроллера, при движении в разные стороны двигатель работает на аналогичных характеристиках щ = f(M). Несимметричные схемы используют для приводов механизмов подъема когда при подъеме и спуске груза требуется, чтобы двигатель работал на различных характеристиках, так как обычно .

На чертеже представлена электрическая схема управления асинхронным двигателем с фазным ротором по средствам контроллера типа ПС, который имеет симметричную схему и применяется для механизмов передвижения и подъема.

Напряжение на контроллер подается через панель ПЗК. Одна фаза Л3 подводится к статору двигателя Д непосредственно, а две фазы Л1и Л2 - через контроллер. В первом положении Вперед (Подъем) рукоятки контроллера замкнуты контакты К1 и К5, чем обеспечивается изменение порядка чередования фаз напряжения на зажимах статора С1, С2, и С3.

Одновременно со статором двигателя в сеть включают тормозной электромагнит ЭмТ, растормаживающий механизм (троллейный токопровод, показанный на схеме, применяется только для привода

При дальнейшем перемещении рукоятки контроллера в положения 2- 5 Вперед (Подъем) или Назад (Спуск) замыкаются контакты К2, К4, К6,

К8, К10 и шунтируются ступени пусковых резисторов в цепи ротора двигателя.

Резисторы выводятся по фазам несимметрично, что позволяет уменьшить число переключающих контактов контроллера при требуемом числе пускорегулировочных ступеней и получить механические характеристики, обеспечивающие требуемый режим работы механизма.

При пуске оператор должен переводить рукоятку из одного положения в другое с некоторым интервалом времени, в противном случае могут возникнуть недопустимые броски токов и моментов двигателя. Характеристика 1 с малым моментом при щ = 0 используется для устранения люфтов в редукторах и слабины канатов при пуске двигателя.

При опускании средних и тяжелых грузов с полной скоростью двигатель работает в генераторном режиме (например, при моменте Мс1 угловая скорость - щ1). Пониженную угловую скорость в этом случае можно получить на положении контроллера 1 Подъем (например), угловая скорость - щ1 при Мс1), т.е. при работе двигателя в режиме противовключения.

Легкие грузы, не преодолевающие трение в механизме, и пустой крюк опускается при работе двигателя в двигательном режиме на положениях контроллера Спуск (например, при моменте - Мс2 угловая спуска на характеристике 1 - низкая скорость - щ2). Схема обеспечивает защиту двигателя от перегрузок по току с помощью группового максимального реле РМ (РМ1 - РМ3).С помощью контактов К9, К11, К12 создаются цепи конечной и нулевой.

Рис.7 Схема магнитного контроллера ККТ-64.

Поскольку данный магнитный контроллер не имеет собственных аппаратов защиты, то он подключается к сети через защитную панель. Подключение обмотки статора к сети осуществляется линейным контактором Л и реверсирующими контакторами В и Н. Для однофазного включения двигателя используется контактор О, а для подключения тормозного магнита ТМ - контактор Т. При спуске и регулировании скорости сопротивления в цепи ротора переключаются с помощью контакторов ускорения 1У - 4У и контакторов противовключения П.

Крановщик воздействует при управлении на командоконтроллер, имеющий 12 контактов и 9 фиксированных положений рычага (или валика): Нулевое положение, 4 положения подъема и 4 спуска.

Пуск двигателя в данной схеме автоматизирован с помощью электромагнитных реле времени 1РУ и 2РУ_} катушки которого питаются постоянным током от выпрямительного блока ВГ. Контакторы В и Н, а также Л и О механически попарно сблокированы, что предотвращает их одновременное включение.

На первом положении подъема срабатывают контактор В и реле 1РУ,2РУ, контактор Д контактор Т, реле РБ, затем контактор П. В результате двигатель подключается к сети, растормаживается и из цепи его ротора выключается часть сопротивления.

Во втором и третьем положениях срабатывают соответственно контакторы 1У и 2У, выключаются соответствующие сопротивления из цепи ротора. При включении контактора 2У отключается катушка 1РУ,в результате чего с выдержкой времени замыкается контактор 1РУв цепи катушек ЗУ и 4У.

Если перевести контролер в положение 4 подъема, то сработает контактор ЗУ, будет отключена катушка 2РУ, после чего с выдержкой времени включится контактор 4У.

При спуске груза вместо контактора В включается контактор Н.

Тип электрооборудования	Марка Кол-во
Электродвигатель	МТН-512-6 1
Магнитный контроллер	ККТ-64 1
Ящик сопротивлений	2ТД.754.054-06 2
Ящик сопротивлений	2ТД.754.054-11 1
Защитная панель	ПКЗ 160 1
Конечные выключатели	КУ-703 8
Тормозной электромагнит	КМТ 4А 1
Реле защиты 401	2ТД.304.096 - 4 3
Электромагнит 401	6ТД.237.004 - 2 3

3 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3.1 Спецификация основного электрооборудования

3.2 Сметная стоимость электрооборудования

Тип электрооборудования	Марка	Кол.-во	Цена за шт. руб.	Общая стоимость
Электродвигатель	МТН-512-6	1	38800	38800
Магнитный контроллер	ККТ-64	1	14500	14500
Ящик сопротивлений	2ТД.754.054-06	2	1500	3000
Ящик сопротивлений	2ТД.754.054-11	1	620	1620
Защитная панель	ПКЗ 160	1	5700	5700
Конечные выключатели	КУ-703	8	540	4320
Тормозной электромагнит	КМТ 4А	1	3200	3200
Реле защиты 401	2ТД.304.096 - 4	3	1200	3600
Электромагнит 401	6ТД.237.004 - 2	3	840	2520
Итого:	79900