Определение пути, пройденного рабочим органом

7. Определение пути, пройденного рабочим органом

с установившейся скоростью.

Путь, пройденный рабочим органом, с установившейся скоростью вычисляется по формуле:

где Н – высота подъёма башенного крана – расстояние по вертикали от уровня стоянки крана до грузозахватного органа, находящегося в верхнем рабочем положении. Под уровнем стоянки поднимается горизонтальная поверхность основания (например, поверхность головок рельсов для рельсовых кранов, путь перемещения гусеничных и пневмоколёсных кранов, нижняя опора самоподъёмного крана), на которую опирается неповоротная часть крана. (Принимаем Н =16 м)

S_n – путь, пройденный рабочим органом за время пуска (S_n = 0.25 м)

S_m – путь, пройденный рабочим органом за время торможения (S_m = 0.05 м)

S_p = H – (S_n + S_m) = 16 – (0.25 + 0.05) = 15.7 м.

8. Определение времени равномерного хода рабочей машины.

Время равномерного хода рабочей машины можно определить по формуле:

где S_p – путь, пройденный рабочим органом с установившейся скоростью (S_p = 15.7 м);

V – скорость поступательно движущегося элемента (V = 0.3 ).

сек.

9. Определение времени паузы (исходя из условий

технологического процесса).

Исходя из условий технологического процесса принимаем время паузы равным:

t₀ = 210c = 3.5 мин

что удовлетворяет техническим требованиям выбранного двигателя.

Определение продолжительности включения.

Время одного включения двигателя, его работы и последующей остановки, называется рабочим циклом. Продолжительность цикла обычно не более 10 мин. Промышленность выпускает крановые электродвигатели, рассчитанные на 15, 25, 40 и 60% - ную относительную продолжительность включения.

Величина ПВ показывает, сколько времени двигатель находится включенным в течение цикла:

Обычно крановые двигатели рассчитаны на работу при 25% ПВ, но один и тот же двигатель может работать и при 15 % ПВ, и при 40% ПВ, но при этом должна соответственно изменяться его нагрузка.

В данном случае

Построение нагрузочной диаграммы.

Нагрузочной диаграммой называется зависимость силы тока, момента, мощности в функции времени.

Для выбранного двигателя по полученным данным строим нагрузочную диаграмму М =(t) учитывая реальные времена протекания переходных процессов и величины пусковых и тормозных моментов, а также реальные значения пауз между временами работы двигателя.

г
де t_n- время пуска;

t_p- время работы;

t_m- время торможения;

t₀- время паузы.

M_n- момент пуска;

M_p- момент работы;

M_m- момент торможения.

Определение мощности двигателя из условий нагрева.

Электрические машины не должны нагреваться свыше допустимых пределов. При пере-

греве машины изоляция обмоточных проводов быстро стареет, теряет изоляционные свойства, становится хрупкой и при дальнейшей работе может обуглиться, что может привести к короткому замыканию и выходу машины из строя.

По нагрузочной диаграмме определяем эквивалентный по нагреву момент двигателя за время его работы без учёта времени пауз

где М_n и М_m – моменты, развиваемые двигателем при пуске и торможении.

Эквивалентная мощность

После этого производится пересчёт эквивалентной мощности на ближайшую, стандартную продолжительность включения

где ПВ_д – действительная продолжительность включения двигателя

ПВ_к – ближайшая по величине стандартная продолжительность включения по отношению к действительной ПВ.

Если полученная в результате расчёта мощность Р_к < Р_н двигатель, который был предварительно выбран, по условиям нагрева проходит.

Если же Р_к > Р_н, то необходимо задаваться следующим габаритом двигателя и расчёт производить вновь.

Определяем эквивалентный момент:

где M_n = 1.3 M_н = 1.3 ^. 29.67 = 38.57 (кг ^. м)

где k – поправочный коэффициент (k = 1.5);

(Q+Q₀) – вес груза с грузозахватным приспособлением;

D_б – диаметр барабана;

m – число полиспастов;

i – передаточное отношение;

 - кпд привода.

Эквивалентная мощность:

Поскольку Р_к = 21.6 кВт < Р_н = 22 кВт то двигатель по условию нагрева проходит.

Проверка выбранного электродвигателя на перегрузочную способность и по пусковому моменту.

Выбранный по каталогу двигатель (МТ51-8) проверяется на перегрузочную способность на основании неравенства:

где  - перегрузочная способность двигателя (выбирается по каталогу),  = 3;

М_н – номинальный момент (М_н =29.67 кГ^.м )

М_max - максимальный момент двигателя (выбирается по каталогу ), М_max = 85 кГ^.м.

Проверка по пусковому моменту осуществляется на основании неравенства:

где - кратность пускового момента (берется из каталога), =2.8;

М_с – момент сопротивления (М_с = 32,45 кГ^.м).

Если выбранный двигатель не проходит по перегрузке или пусковому моменту, то выбирается двигатель большего габарита, который удовлетворял бы этим неравенствам:

3^.29.67 = 58 кГ^.м

двигатель проходит на перегрузочную способность

0.7 ^. 2.8 ^. 29.67 = 58 кГ^.м > 32.45 кГ^.м

двигатель проходит по пусковому моменту.

Выбор данных двигателя по каталогу.

Выписываем все каталожные данные двигателя МТ 51- 8

Величина	Обозначение	Значение
Продолжительность включения Мощность на валу Скорость вращения Линейный ток статора Напряжение сети Коэффициент мощности КПД Ток ротора Кратность максимального момента Напряжение между кольцами ротора Маховый момент ротора	ПВ Рн nдв I1н U1 Кр  I2н U2 GDдв2	25% 22 кВт 723 об/мин 56.5 А 380 В 0.7 0.84 70.5 А 3 197 В 4.4 кГ.м2

Построение естественной механической характеристики двигателя.

Механической характеристикой двигателя называется, зависимость частоты вращения n от момента М нагрузки на валу.

Различают естественные и искусственные характеристики электродвигателей.

Естественной механической характеристикой называется – зависимость оборотов двигателя от момента на валу при номинальных условиях работы двигателя в отношении его параметров (номинальные напряжения, частота, сопротивление и тому подобное). Изменение одного или нескольких параметров вызывает соответствующее изменение механической характеристики двигателя. Такая механическая характеристика называется искусственной.

Для построения уравнения механической характеристики асинхронного двигателя воспользуемся формулой Клоса:

где М_k– критический момент двигателя;

S_k– критическое скольжение двигателя;

 - перегрузочная способность двигателя ( = 3);

S_н – номинальное скольжение двигателя

где n_н – скорость вращения ротора;

n₁ – синхронная скорость поля статора;

где f – промышленная частота тока питающей сети, (f = 50 Гц);

Р – число пар полюсов (для двигателя МТ 51 – 8 Р=4)

Номинальное скольжение двигателя МТ 51 - 8

Критическое скольжение двигателя

Критический момент двигателя

Для построения характеристики в координатах переходят от скольжения к числу оборотов на основании уравнения

n = n₁(1 – S)

Скольжением задаются в пределах от 0 до 1.

Так для S = 0 n = 750 ^. (1 – 0) = 750 об/мин;

S = 0.1 n = 750 ^. (1 – 0.1) = 675 об/мин;

S = 0.2 n = 750 ^. (1 – 0.2) = 600 об/мин;

S = 0.3 n = 750 ^. (1 – 0.3) = 525 об/мин;

S = 0.4 n = 750 ^. (1 – 0.4) = 450 об/мин;

S = 0.5 n = 750 ^. (1 – 0.5) = 375 об/мин;

S = 0.6 n = 750 ^. (1 – 0.6) = 300 об/мин;

S = 0.7 n = 750 ^. (1 – 0.7) = 225 об/мин;

S = 0.8 n = 750 ^. (1 – 0.8) = 150 об/мин;

S = 0.9 n = 750 ^. (1 – 0.9) = 75 об/мин;

S = 1 n = 750 ^. (1 – 1) = 0 об/мин.

При тех же скольжениях находим по формуле Клоса соответствующие им моменты:

S = 0 М = 0 кг ^. м

S = 0.05 кг ^. м

S = 0.1 кг ^. м

S = 0.15 кг ^. м

S = 0.2 кг ^. м

S = 0.21 кг ^. м

S = 0.3 кг ^. м

S = 0.4 кг ^. м

S = 0.5 кг ^. м

S = 0.6 кг ^. м

S = 0.7 кг ^. м

S = 0.8 кг ^. м

S = 0.9 кг ^. м

S = 1 кг ^. м

Пользуясь этими значениями переходим к построению естесственной механической характеристики двигателя МТ 51 – 8 (см. рис.)

Расчёт пускового реостата.

При пуске асинхронные электродвигатели потребляют из питающей сети значительные пусковые токи. В момент пуска скольжение асинхронного электродвигателя S = 100%, а в номинальном режиме не превышает 5%.

Значит, в момент пуска вращающееся магнитное поле статора в 20 раз чаще пересекает обмотку ротора. При пуске, продолжительность которого составляет доли секунды, так возрастает в 5 – 6 раз. За это время обмотка электродвигателя не успеет перегреться, и пусковой ток для него не опасен. Однако большие толчки тока приводят к толчкам напряжения, что неблагоприятно сказывается на режиме работы других потребителей. В связи с этим принимают меры по ограничению пусковых токов асинхронных электродвигателей. В то же время эти двигатели, потребляя большие пусковые токи, развивают сравнительно небольшой вращающий момент. Цель применения искусственных схем пуска асинхронных двигателей – не только снизить пусковые токи, но и повысить пусковые моменты.

Для асинхронного двигателя с фазным ротором сначала определяется сопротивление фазы ротора:

где U₂ – напряжение между кольцами ротора, (U₂ = 197 В);

S_н – номинальное скольжение (S_н =0.036);

I_2н– ток ротора (I_2н = 70.5 А)

Следовательно, сопротивление фазы ротора будет равно:

(Ом)

Затем определяем коэффициент небаланса по формуле:

где  - число ступеней пускового реостата, ( = 5)

М% - кратность максимального пускового момента (М% = 280).

Коэффициент небаланса равен:

Активное сопротивление одной фазы ротора при полностью введённом реостате (R₁) определяется из уравнения:

(Ом)

Сопротивление одной фазы ротора при работе двигателя на второй ступени (R₂) определяется из уравнения:

R₂ = R₁^. 

R₂ = 0.575 ^. 0.64 = 0.368 (Ом)

Сопротивление одной фазы ротора при работе двигателя на третьей ступени (R₃);

R₃ = R₂ ^.  = R₁^. ²

R₃ = 0.368 ^. 0.64 = 0.575 ^. 0.64² = 0.236 (Ом).

Сопротивление одной фазы ротора при работе двигателя на четвёртой ступени (R₄);

R₄ = R₃ ^.  = R₁ ^. ³

R₄ = 0.236 ^. 0.64 = 0.575 ^. 0.64³ = 0.151 (Ом).

Сопротивление одной фазы ротора при работе двигателя на пятой ступени (R₅);

R₅ = R₄^.  = R₁ ^. ⁴

R₅ = 0.151 ^. 0.64 = 0.575 ^. 0.64⁴ = 0.096 (Ом).

Сопротивление ступени реостата, закорачиваемого при переходе со ступени на ступень определяется как разность сопротивлений на двух смежных ступенях:

R₁ = R₁ – R₂,

R₁ = 0.575 – 0.368 = 0.207 (Oм);

R₂ = R₂ – R₃,

R₂ = 0.368 – 0.236 = 0.132 (Ом);

R₃ = R₃ – R₄,

R₃ = 0.236 – 0.151 = 0.085 (Ом);

R₄ = R₄ – R₅,

R₄ = 0.151 – 0.096 = 0.055 (Ом).

Критическое скольжение при введённом резисторе в цепь ротора будет:

а) При R₁ = 0.207 (Ом)

б) При R₂ = 0.132 (Ом)

в) При R₃ = 0.085 (Ом)

г) При R₄ = 0.055 (Ом)

.

Определяем уравнение искусственной механической характеристики:

а) При R₁, равном 0.207 (Ом);

б) При R₂, равном 0.132 (Ом);

в) При R₃, равном 0.085 (Ом);

г) При R₄ = 0.055 (Ом);

Задаваясь значениями S, подсчитываем соответствующие им моменты.

Таблица 1. Результаты расчёта моментов.

Значен.	Цифровые показатели.
S1	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6	0.7	0.8	0.9	0.959	1
M1	18.4	35.6	50.7	63.2	73	80	84.8	87.6	88.8	89	87.1
S2	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6	0.688	0.7	0.8	0.9	1
M2	25.3	47.7	65.2	77.3	84.7	88.2	89	88.9	88	85.9	83.1
S3	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	0.518	0.6	0.7	0.8	0.9	1
M3	33.1	59.8	77.2	86.1	88.9	89	88	85.1	81.2	77	72.7
S4	0.1	0.2	0.3	0.4	0.409	0.5	0.6	0.7	0.8	0.9	1
M4	41.1	70.2	84.9	89	89	87.2	82.8	77.5	72.1	67	62.4

Пользуясь результатами расчётов, строим искусственные механические характеристики

двигателя МТ 51 – 8. (см. рис.)

Выбор схемы управления и защиты двигателя.

Электрической схемой называется чертёж, на котором показаны, соединения электрических цепей. Электрические крановые схемы дают возможность проследить прохождение тока по различным участкам цепи и рассмотреть работу любой части электрооборудования.

В любой из схем электрических соединений крана должны быть предусмотрены:

защита электрооборудования от перегрузки и коротких замыканий;

возможность реверса (изменения направления вращения электродвигателя);

торможение механизма при остановке;

автоматическое отключение электродвигателя при подходе механизма к концу пути;

отключение всего электрооборудования или его части для ремонта;

защита от понижения или исчезновения напряжения и невозможность самозапуска двигателей при восстановлении напряжения после случайного его снятия.

Надёжность работы кранового электропривода в значительной мере определяется контактной аппаратурой, которая, как и двигатель, работает в широком диапазоне изменения нагрузок и частоты включений.

Управление электроприводами башенных кранов осуществляется с помощью контроллёров. Контроллёром называется многопозиционный аппарат, предназначенный для управления электрическими машинами путём коммутации резисторов и обмоток машин; он производит все переключения в цепи электродвигателя, необходимые для пуска, торможения и регулирования его частоты вращения.

Из всех применяемых для управления крановыми электродвигателями контроллёров (барабанных, кулачковых и магнитных) магнитные, или контакторные, являются наиболее совершенными благодаря их надёжности и высокой производительности.

Преимущества автоматического, магнитного контроллёра перед ручным включением заключается в следующем:

меньше затрачивается физической силы, вследствие чего снижается утомляемость крановщика;

достигается защита электродвигателей от чрезмерных пусковых и тормозных токов и вызываемого ими искрообразования на коллекторе;

размеры командоконтроллёров значительно меньше, чем размеры контроллёров барабанных и кулачковых, в связи с чем, большее число их можно с удобством разместить в кабине крановщика;

магнитный контроллёр позволяет произвести большее число операций в час, так как нет необходимости задерживать рукоятку командоконтроллёра при переходе с одного положение на другое; при этом пуск и торможение происходят в минимально допустимое время и общая производимость- повышается;

снижается расход энергии, затрачиваемой при пуске;

сокращается стоимость ухода и ремонта оборудования, так как не только сам магнитный контроллёр надёжен, но и износ электродвигателя меньше.

Наконец, для большинства производств решающим фактором является значительно меньшая вероятность аварийной остановки крана и связанных с ним агрегатов.

В схемах управления крановыми двигателями широко применяют также разного рода реле для целей автоматики, защиты и управления.

Реле – это аппарат, приводимый в действие маломощным импульсом и приводящий в действие за счёт энергии местного источника более мощное устройство. Реле реагирует на изменение режима работы электрической цепи или механизма (повышение или понижение напряжения, увеличение или уменьшение тока, изменение частоты вращения и т.п.) и замыкает или размыкает свои контакты.

В схемах управления крановыми механизмами работа реле связана с работой электромагнитных контакторов. Реле, посылая импульсы тока в тяговые катушки контакторов, включают их, производя тем самым переключения в силовой цепи и изменяя режим работы электродвигателей.

При выборе аппаратуры управления необходимо учитывать возможные повышения температуры окружающей среды по сравнению с расчётной. Для контактов аппаратов можно рекомендовать увеличить номинальный ток на 20% при повышении температуры на каждые 10⁰С. Однако для контакторов и пускателей температура воздуха влияет на работу не только контакторов, но и катушек электромагнитов. Поэтому можно рекомендовать переход на аппараты тропического исполнения или снижать продолжительность включения так же на 20% при превышении температуры на каждые 10⁰С.

18. Вычерчивание схемы управления электродвигателя и описание ёё работы (подбор аппаратуры управления по каталогу).

Рис.1.

Рис.2. Механические характеристики электроприводов подъёма с торможением противовключения.

На рисунке 1 изображена схема электропривода подъёма с панелью управления ТСАЗ. схемы всех панелей управления обеспечивают автоматический разгон, реверсирование, торможение и ступенчатое регулирование скорости на реостатных характеристиках двигателя. Управление осуществляется от командоконтроллёра (кулачкового контроллёра малых размеров). В схеме электропривода обозначены: КН и КВ – контакторы реверсора, КЛ – линейный контактор, КТ – контактор тормоза, КУ1 – КУ4 – контакторы ускорения, КП – контактор противовключения. Подача питания в схему осуществляется через рубильник В1,а в цепь управления – через рубильник В2. Защита воздействует на реле РН и осуществляется: максимальная (обеспечивает автоматическое отключение двигателя при его перегрузке или возникновении в его цепи короткого замыкания) посредством реле РМ, конечная (обеспечивает автоматическое отключение электропривода при переходе механизмом крана предельно допустимых положений) – конечными включателями ВКВ и ВКН и нулевая (обеспечивает контроль машиниста за работой механизмов крана, исключая возможность самопроизвольных пусков двигателей, отключённых вследствие срабатывания защитных устройств или перерыва подачи электроэнергии) – непосредственно реле РН. Для защиты панели управления от токов, возникающих при коротких замыканиях, и значительных (50% и более) перегрузок предусмотрены также предохранители П.

Первое положение подъёма (см.рис.2) служит для выбора слабины троса и подъёма малых грузов на пониженных скоростях (характеристика 1_n). На втором положении (характеристика 2_n) производится подъём тяжёлых грузов с малой скоростью. Последующие две характеристики 3_n и 4^'n являются пусковыми, на которых разгон производится под контролем реле времени РУ1 и РБ (см.рис.1), причём характеристика 4^'_n является нефиксированной. На положениях спуска производится регулирование скорости двигателя в режимах: противовклю-

чения на первом и втором положениях (характеристики 1с и 2с), силового спуска или генера –

торного торможения в зависимости от веса груза на третьем положении (характеристика 3с), на котором все пусковые ступени резисторов выведены. Переход на характеристику 3с осуществляется по характеристикам 3^'с и 3^''с под контролем реле времени. Во всех схемах панелей для механического торможения до полной остановки используют механический тормоз ТМ.

Для спуска груза на характеристиках противовключения 1с и 2с оператору необходимо нажать ВН (см.рис.1) при установке рукоятки командоконтроллёра на соответствующую позицию спуска. Управление с помощью педали является вынужденным в связи в возможностью подъёма груза вместо спуска на характеристиках противовключения. Электропривод переводится в режим противовключения не только при опускании грузов, но и при торможении с положений спуска в нулевое (при нажатии педали на первом и втором положениях) или с третьего положения спуска в нулевое, первое или второе положения (при не нажатой педали). При этом за время выдержки реле РБ времени наряду с механическим торможением обеспечивается и электрическое на характеристике, соответствующей второму положению спуска. Помимо указанного, реле РБ контролирует также правильность сборки схем