Расчет и выбор мощности двигателя подъема

ВВЕДЕНИЕ

В цехе индукционной плавки металлка используются индукционные печи. В этих печах нагреваемое тело помещается в переменное магнитное и электрическое поле и нагревается возникающими в теле вихревыми токами или за счет диэлектрических потерь. Сюда относятся индукционные печи нормальной частоты со стальным сердечником, широко применяющиеся для плавки цветных сплавов ( медных и алюминиевых ). Сюда также относятся индукционные печи высокой, средней и низкой частоты без стального сердечника, применяющиеся для плавки стали, чугуна и цветных сплавов. Сюда относятся также индукционные печи весьма высокой частоты для нагрева диэлектриков в высокочастотном электрическом поле (сушка форм и стержней - 6-50 мггц , древесины - 0,3-0,75 мггц).Различают индукционные тигельные печи различной емкости и мощности для плавки стали, чугуна, алюминиевых и медных сплавов. Наиболее распространенным типом индукционных печей являются печи средней частоты (500-2400 Гц) емкостью 0,06-1 т, предназначенные для плавки стали, но широко используемые также для плавки чугуна и цветных металлов. Эти печи хорошо вписываются в литейные цехи, они удобны для фасонного литья, когда отбор жидкого металла должен осуществляться мелкими порциями. Плавка в этих печах ведется в периодическом режиме с полным сливом металла после каждой плавки. Широкое применение нашли тигельные печи для плавки и выдержки чугуна, в том числе для получения синтетического чугуна из отходов производства.Для экономичной работы печи при плавке мелкой шихты остаточная емкость тигля должна составлять 60-70 % от номинальной емкости. Индукционные тигельные печи для плавки алюминия и сплавов на его основе выпускаются в двух исполнениях: на промышленной и на средних частотах.Применение для плавки алюминиевых сплавов индукционных печей средней частоты рекомендуется в тех случаях, когда к металлу предъявляются особые требования по чистоте от окисных и газовых загрязнений. Эти печи конструируются таким образом, чтобы плавка алюминия велась без разрыва защитной поверхностной окисной пленки вследствие циркуляции расплава. Индукционные тигельные печи промышленной частоты для плавки медных сплавов используют как при непрерывном, так и при периодическом режимах работы.

Для работы в индукционном цехе, а также перемещения котлов с расплавленным металлом используют мостовой кран. Разновидности мостовых кранов используемых в индукционном цехе:

1) Мостовые двухбалочные краны применяются для подъема и перемещения груза в помещениях, производственных цехах, складах или под навесом при температуре окружающей среды в пределах от -20°C до +40°C, либо от -40°C до +40°C.Мостовые двухбалочные краны в зависимости от назначения и характера выполняемой работы могут комплектоваться различными грузозахватными органами: крюками, грейферами, электромагнитами, траверсами и специальными захватами. В Индукционном цехе используются грейферы и крюки.

2) Кран мостовой двухбалочный магнитный г/п: 5т, 7т, 11т, 14т, 15.5т, 16т, 17.5т, 20т, 20.5т, 21т, 21.5т, 22.5т, 23т, 26т, 28т, 30т, 32.5т, 35т, 37.5т, 45т, 52.5т, 55т, 57.5т, 62т предназначен для подъема и транспортировки стальных и чугунных грузов, подачи листовых и цилиндрических заготовок, плит, чушек, скрапа, изложниц для разливки стали, стружки и других ферромагнитных материалов на металлообрабатывающие станки, при перегрузке небольших партий металла, труб, кругов на металлобазах, перемещения металлических грузов внутри цехов на различных производствах при температуре окружающего воздуха от минус 35° С до плюс 40° С в среде, не насыщенной химически активными газами, парами и пылью, разрушающими металлы и электрическую изоляцию.

3) Кран мостовой двухбалочный литейный предназначен для перемещения и заливки/разлива жидкого металла. Краны литейных цехов работают в непрерывно при интенсивном использовании оборудования, наличием высокой температуры окружающей среды и излучением теплоты от раскаленного или расплавленного металла. Кабина управления краном выполняется теплоизолированной, в ней также оборудуется установка для кондиционирования воздуха. Учёт режима работы крана при проектировании и выборе электрооборудования определяет энергетические показатели и надёжность при эксплуатации крановой установки. Правилами Госгортехнадзора предусматривается четыре режима работы механизмов: лёгкий-Л, средний-С, тяжёлый-Т, весьма тяжёлый-ВТ.

1.Технология работы мостового крана

Мостовой кран – это устройство служащее для вертикального и горизонтального перемещения грузов. Подвижная металлическая конструкция с расположенной на ней подъемной лебедкой являются основными элементами подьемного крана. Механизм подьемной лебедки приводится в действие электрическим двигателем. Подъемный кран представляет собой грузоподьемную машину циклического действия, предназначенную для подъема и перемещения груза, удерживаемого грузозахватным устройством (крюк, грейфер). Он является наиболее распространенной грузоподьемной машиной, имеющее весьма разнообразное конструктивное исполнение и назначение. Мостовой кран представляет собой мост, перемещающийся по крановым путям на ходовых колёсах, которые установлены на концевых балках. Пути укладываются на подкрановые балки, опирающие 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 колёс осуществляется от электродвигателя через редуктор и трансмиссионный вал. Повышенная опасность работ при транспортировке поднятых грузов требует при проектировании и эксплуатации соблюдение обязательных правил по устройству и эксплуатации подъемно-транспортных машин. На механизмах подъема и передвижения правилами по устройству и эксплуатации предусмотрена установка ограничителей хода, которые воздействуют на электрическую схему управления. Конечные выключатели механизма подъема ограничивают ход грузозахватывающего приспособления вверх, а выключатели механизмов передвижения моста и тележки ограничивают ход механизмов в обе стороны. На крановых установках допускается применять рабочее напряжение до500 В, поэтому крановые механизмы снабжают электрооборудованием на напряжения 220,380, 500 В переменного тока и 220, 440 В постоянного тока. В схеме управления предусматривают максимальную защиту, отключающую двигатель при перегрузке и коротком замыкании. Нулевая защита исключает самозапуск двигателей при подаче напряжения после перерыва в электроснабжении. Для безопасного обслуживания электрооборудования, находящегося на ферме моста, устанавливают, блокировочные контакты на люке и двери кабины. При открывании люка или двери напряжение с электрооборудования снимается. При работе крана происходит постоянное чередование направления движения крана, тележки и крюка. Так, работой механизма подъема состоит из процессов подъема и опускания груза и процессов передвижения пустого крюка. Для увеличения производительности крана используют совмещение операций: время пауз, в течение которого двигатель не включен и механизм не работает, используется для навешивания груза на крюк и освобождение крюка, для подготовки к следующему процессу работы механизма. Каждый процесс движения может быть разделен на периоды неустановившегося движения (разгон, замедление) и период движения с установившейся скоростью. Мостовой кран установлен в цехе индукционной плавки металла, где наблюдается выделение пыли, поэтому электродвигатель и все электрооборудование мостового крана требует защиты общепромышленного исполнения не ниже IP 53 -защита электрооборудования от попадания пыли, а также полная защита обслуживающего персонала от соприкосновения с токоведущими и вращающимися частями, а также защита электрооборудования от капель воды падающих под углом 60 градусов к вертикали. Краны индукционного цеха работают в непрерывно при интенсивном использовании оборудования, наличием высокой температуры окружающей среды и излучением теплоты от раскаленного или расплавленного металла. Кабина управления краном выполняется теплоизолированной, в ней также оборудуется установка для кондиционирования воздуха. Учёт режима работы крана при проектировании и выборе электрооборудования определяет энергетические показатели и надёжность при эксплуатации крановой установки.

Рисунок 1. Конструкция мостового крана

Рисунок 2. Внешний вид мостового крана

Рисунок 3. Кинематическая схема механизма подъема главного крюка

Требования к электрооборудованию мостового крана

В состав электрооборудования крана входят электродвигатели: подъема; перемещения тележки; моста; тормозные устройства, установленные на валу каждого двигателя, сопротивление пускорегулирующей защитная панель, конечные выключатели, вспомогательные и цеховые троллеи.

Электрооборудование крана относится к категории потребителей не ниже 2, краны пожаро-взрывоопасных цехов к 1 категории. ЭО запитывается напряжением не более 500В переменного тока. ЭО запитано от главных «цеховых» троллеях, через токосьемники напряжение подается на вспомогательный троллей расположенный под мостом или гибкий шланговый кабель подающий питание на защитную панель крана он которой через вводный рубильник, линейный контактор, аппараты защиты напряжение гибким шланговым кабелем подается на привода крана. По требованиям ростехнадзора шкаф защитной панели запирается индивидуальной ключ биркой.

2.1 Требования к электроснабжению крана

Электрооборудование крана выполняется и эксплуатируется в соответствии с «Правила устройств и безопасной эксплуатации грузоподъемных механизмов».

Краны относятся к категории потребителей не ниже 2-й, краны взрыво-пожароопасных помещений к 1-й.

Электроснабжение осуществляется от напряжения не более 500В: 380 переменного тока, 440 постоянного тока.

Электроснабжение крана осуществляется по главным (цеховым) троллеям через скользящие токосъемники, питание подается на вспомогательный троллей или гибкий шланговый кабель к защитной панели крана, расположенной в кабине крановщика. Питание к двигателям крана подается через защитную панель через вводный рубильник. О подаче напряжения на главные цеховые троллеи указывают три сигнальные лампы, расположенные в месте подачи питания.

Шкаф защитной панели отпирается индивидуальной ключ-биркой, которая не может быть выдернута без операции отключения.

2.2 Основные виды защит крана.

На кранах обязательны к применению следующие виды защит:

-максимально токовая защита от токов КЗ и сверх перегрузов свыше 25%, осуществляется реле максимального тока КаМ.

Рисунок 4. Схема включения реле максимального тока

-тепловая защита на кранах не применяется.

-нулевая защита, это защита от само запуска двигателя при отключении, восстановлении напряжения. Осуществляется через линейный контактор который получает питание только при установке всех контроллеров крана в нулевое положение.

-на всех механизмах крана устанавливаются нормально закрытые тормоза, на кранах взрыво-пожароопасных помещений два тормоза.

-на дверях кабины и люке выхода на мост устанавливается конечники отключения питания защитной панели при открытии дверцы.

-конечное положение всех механизмов крана снабжены конечными выключателями.

-все металло конструкции крана заземляются через подкрановые пути с общим контуром заземления цеха.

2.3 Требования к ЭП крана

-диапазон регулирования скорости 4:1, 10:1 для специальных кранов

-наличие реверса

-ограничение ускорений и торможений при минимальной длительности переходных процессов, для уменьшения раскачивания груза, проскальзывания ходовых колес при обеспечении оптимальной производительности крана

-высокая жесткость механических характеристик

Данным требованиям удовлетворяют три системы ЭП:

1) Нерегулируемый или двухскоростной АД с КЗ ротором, краново-металлургической серии MTKF,MTKH

MT – краново-металлургическая серия

К – КЗ двигатель

F или H – класс изоляции обмоток

Система применяется в тельферах и кран балках.

2) АД с фазным ротором и регулированием скорости изменения сопротивления на роторе с помощью кулачковых или магнитных контроллеров. С двигателями серии MTH,MTF.

3) Частотно-регулируемый ЭП. АД с КЗ ротором серии ATMK.

В курсовом проекте для ЭП крана применяем АД с фазным ротором.

Рисунок 5. Режимы работы двигателя подъема в системе ЭП крана

2.4 Режимы работы ЭО крана. Расчет продолжительности включения.

ЭО крана выполняется и эксплуатируется в повторно кратковременном режиме S3. В зависимости от продолжительности включения крана, производительный цикл различает следующие разновидности режимов работы:

-Л – легкий режим, характеризуется продолжительностью включения ПВ=10-15%. В данном режиме работают строительно-монтажные краны, насосы компрессорных станций, ремонтных производств.

-С – средний режим, ПВ=15-25%, краны механических и сборных цехов машиностроительных заводов.

-Т – тяжелый режим, ПВ=25-40%, краны производственных цехов.

-ВТ – весьма тяжелый, ПВ=40-60%, технические краны металлургического производства.

Для крана цеха индукционной плавки металла принимаем весьма тяжелый режим работы, ПВ=60%.

Для расчета продолжительности включения ЭП крана рассчитывем время работы привода подъема тележки моста

(2.1)

(2.2)

(2.3)

где, - скорость подъема, тележки, моста

Н – высота подъема, м

- пролет моста, м

- длина подкрановых путей, м

Находим суммарное время работы крана за цикл

,с (2.4)

Суммарное время отключения крана

(2.5)

Где , в долях

Продолжительность включения приводов подьема тележки и моста за цикл работы крана

(2.6)

(2.7)

(2.8)

Расчет и выбор мощности двигателя подъема

3.1 Расчет статических нагрузок и предварительный выбор двигателя подъема.

Статические нагрузки для привода подъема обусловлены силой тяжести, которая носит активный характер, который может как помогать движению (при спуске груза), так и мешать движению (при подъеме груза).

, Н (3.1)

где m – масса, кг

g – ускорение свободного падения, g = 9,8 м/

Сила тяжести груза

, Н

Сила тяжести грузозахватывающего устройства

, Н

Статическая мощность двигателя при подъеме груза

,Вт (3.2)

где - КПД привода подъема

, кВт

Статическая мощность двигателя при спуске груза в тормозном режиме

(3.3)

, кВт

Статическая мощность двигателя при подъеме пустого крюка

, кВт (3.4)

где - КПД механизма подъема без нагрузки

(3.5)

где - коэффициент загрузки

(3.6)

По формуле 3.5

По формуле 3.4:

, кВт

Статическая мощность при силовом спуске крюка

, кВт (3.7)

, кВт

Эквивалентная мощность двигателя

(3.8)

=65,94 , кВт

Номинальная мощность двигателя выбирается по условию

(3.9)

где - коэффициент запаса, учитывающий перегрузку двигателя

Данному условию удовлетворяет АД с фазным ротором серии: МТН 612-6

80 кВт

965 об/мин

88%

= 3580

3.2 Проверка двигателя на нагрев, перегрузочную и пусковую способность.

При работе в ЭП крана двигатель должен поднять максимальный груз даже при возможной просадке напряжения сети на 15%, при этом пуск двигателя подъема должен осущесвиться за время от 1 до 5 секунд для предотвращения резких толчков и обеспечения заданной производительности крана т.к. в периуды пуска двигатель перегревается пусковым током в 2,5 раз превышающим номинальное значение, осуществляем проверку двигателя на нагрев. Для уменьшения скорости барабана подъемной лебедки на валу двигателя устанавливается редуктор, на барабане полиспаст.

Предаточное число редуктора

(3.10)

где -число оборотов, об/мин

-радиус барабана подъемной лебедки, м

-передаточнео число полиспаста

Принимаем к установке редуктор [1, табл. 16] двух ступенчатый, 2-й рядный с передаточным числом 28

Статический момент двигателя при подъеме груза

, Нм (3.11)

, Нм

Проверка двигателя на перегрузочную способность осуществляется исходя из условий реостатного пуска двигателя обеспечивающего и возможного снижения напряжения сети на 15%.

(3.12)

При выполнении данного условия выбранный двигатель проходит проверку на перегрузочную способность.

Статический момент двигателя при спуске груза в тормозном режиме

, Нм (3.13)

, Нм

Статический момент двигателя при подьеме пустого крюка

, Нм (3.14)

, Нм

Статический момент при спуске пустого крюка в силомов режиме

, Нм (3.15)

, Нм

Момент инерции двигателя подъема с грузом

, (3.16)

где, - угловая скорость двигателя,

(3.17)

Момент инерции привода подъема без груза

(3.18)

Время пуска двигателя при подъеме груза

(3.19)

где, - пусковой момент двигателя

,Нм (3.20)

, с

Оптимальное время пуска с грузом для двигателя подъема от 1 до 5 секунд. Если секунды, то необходимо ограничить пусковой момент двигателя задаваясь оптимальным временем пуска