3.2. Проверка электродвигателя по условиям перегрузки и пуска

3.2.1. Двигатель, выбранный по условию нагрева, прове­рить по условию перегрузки:

М_мах  М_{с мах,} (3.10)

где M_rnax = (2 2,5) М_ном для двигателей постоянного тока независимого возбуждения;

М_max= — для асинхронных двигателей;

— минимальное напряжение сети в относительных единицах;

— кратность максимального момента асинхронного двигателя;

M _{c max}— наибольший за рабочий цикл момент сопротивле­ния на валу двигателя.

3.2.2. Асинхронный двигатель проверить по условию пу­ска:

(3.11)

где _min — кратность минимального момента двигателя;

M_сп — момент сопротивления на валу двигателя при пуске;

 ₃ — коэффициент запаса.

Электропривод крановых механизмов

Определить режим работы механизмов подъема и передвижения, произвести выбор электрических двигателей для их приводов и силовых преобразователей (РВП или ЧП).

И с х о д н ы е д а н н ы е:

1. Масса груза т_г, кг;

2. масса балки т_б, кг;

3. Скорость передвижения балки ν_б;

4. Скорость подъема груза ν_г;

5. Длина цеха l_ц, м;

6. Высота подъема груза Н, м;

7. Диаметр ходовых колес балки D_к, м;

8. Диаметр цапфы вала колеса балки d_ц, м;

9. Диаметр барабана лебедки D_б, м;

10. Коэффициент трения качения колес балки ƒ_б, см (для диаметров ходового колеса в мм: 200... 320 – 0,03; 400...560 – 0,05; 630 ...710 – 0,06; 800 – 0,06; 900...1000 – 0,07);

11. Коэффициент трения в цапфах μ (подшипники скольжения 0,1; подшипники качения – 0,005);

12. Коэффициент, учитывающий дополнительное сопротивление в ребордах колес, торцах ступиц, К_р = 1,5-3;

13. Значение суммарных передаточных чисел механизмов передвижения i_;

14. Коэффициент полезного действия передач механизмов перемещения η_;

Р е ш е н и е. Для определения режимов работы крановых механизмов и выбора к ним электрических двигателей необходимо определить значения усилий, мощностей и продолжительность их действия как под нагрузкой, так и на холостом ходу (на примере кран – балки).

Механизм передвижения. Величина суммарного усилия под нагрузкой при пуске для механизма передвижения

∑F = F₁ + F₂ + F₃ + F₄,

где F₁ – усилие, необходимое для преодоления сопротивления движению кран-балки на горизонтальном, прямолинейном участке пути; F₂ – усилие, необходимое для перемещения кран-балки по вертикали; F₃ – усилие, связанное с преодолением действия ветровой нагрузки; F₄ – динамическое усилие, связанное с разгоном и торможением кран-балки.

,

R – радиус колеса балки, R = 0,225 м – радиус колеса; α – угол наклона путей к горизонту; α = 0,5^°, если не задан угол α.

F₂ = 9,81(m_г + m_б)sinα,

F₃ = F₀S,

где F₀ – удельная ветровая нагрузка; S – площадь, подверженная действию ветра под углом 90^о по вертикали.

F₀ =q₀n_вcβ,

где q₀ – скоростной напор ветра на высоте 10 м над поверхностью; q₀ = О,бЗν²; n_в – коэффициент, учитывающий возрастание скоростного напора в зависимости от высоты (до 10 м n_в = 1, до 20 м n_в = 1,32); с – аэродинамический коэффициент (для конструкций из труб с = 0,8...1,2, для коробчатых конструкций с = 1,2...1,3); β – коэффициент динамичности, учитывающий пульсирующий характер ветровой нагрузки; β = 2.

В связи с тем что в условиях цеха скоростью ветра можно пренебречь, удельная ветровая нагрузка при этом равна нулю.

,

где dνldt – ускорение при разгоне кран-балки; dνldt = 0,8 м/с².

В установившемся режиме под нагрузкой суммарное усилие

∑F_у = F₁ + F₂ + F₃.

Потребная мощность механизма передвижения кран-балки при разгоне под нагрузкой

.

В установившемся режиме значение потребной мощности механизма передвижения кран-балки

.

На холостом ходу значения усилий и мощностей при пуске и в установившемся режиме:

,

,

,

,

.

Для определения режима работы механизма передвижения кран-балки необходимо установить продолжительность включения, предварительно определив время пуска, время движения кран-балки, как с грузом, так и на холостом ходу, и построить нагрузочную диаграмму.

Время разгона кран-балки до установившейся скорости движения

.

Время передвижения кран-балки при постоянной нагрузке

t₂ = l_ц/ν_б.

Время опускания груза и подъема захватывающего устройства

t₂ = 2Н/ν_г.

Время разгона кран-балки до установившейся скорости движения при возвращении ее в исходное положение

t₄ = t₁.

Продолжительность перемещения кран-балки в исходное положение с постоянной скоростью движения

t₅ = t₂.

Продолжительность опускания захватывающего устройства и поднятия груза

t₆ = t₃.

Нагрузочная диаграмма механизма перемещения кран-балки показана на рисунке 6.4.

.

Как видно из нагрузочной диаграммы на рис. 6.4, механизм передвижения кран-балки работает в перемещающемся режиме с продолжительностью включения свыше 60%.

В связи с этим выбор электрического двигателя для механизма передвижения кран-балки производят с учетом методов, применяемых для длительной переменной нагрузки.

Рис.6.4. Нагрузочная диаграмма механизма передвижения кран - балки

При этом эквивалентное значение мощности

Выбор электрического двигателя. Устанавливаемые на мостовых кранах, кран-балках электродвигатели относятся к специальной группе электрических машин, называемых крановыми. Эти двигатели в большинстве своем изготовляют на напряжение 220/380 В. Они имеют повышенный момент пуска, значение которого находится в пределах 2,6...3,2 номинального. Крановые двигатели имеют изоляцию класса F, выдерживающую нагрев до 155^о С. Выбирают электрический двигатель для механизма передвижения, исходя из условий:

1. Климатическое исполнение и категория размещения;

2. По способу защиты от окружающей среды;

3. По конструктивному исполнению и способу монтажа;

4. По модификации (берут крановый двигатель).

5. По частоте вращения:

п_дв ≥ in_к,

где i – суммарное передаточное число; i = 20,2; п – частота вращения колеса кран- балки;

п_к = ω_к/0,105;

6. По роду тока и напряжения: ~I, U_н;

7. По мощности:

Р_дв ≥ Р_эк.

Проверка двигателя. Выбранный двигатель необходимо проверить по условию трогания:

К_и М_п ≥ К_з М_{с тах},

где К_и – относительное значение напряжения; К_и = 0,9; М_п – пусковой момент двигателя при номинальных параметрах сети; К_з – коэффициент запаса; К_з = 1; М_{с тах} максимальное значение момента сопротивления; К_и = U/U_н; М_п = М_*пМ_н.

Механизм подъема. Величина суммарного усилия под нагрузкой при пуске

∑F = F₁ + F₂,

где F₁ – усилие подъема в установившемся режиме; F₂ – величина динамического усилия, возникающего при пуске механизма подъема.

F₁ = (т_г + т₃),

где т_г т_з – соответственно масса груза (т_г = 4 000 кг), масса захватывающего устройства

(т_з = 50 кг).

,

где dν / dt – величина ускорения при подъеме груза; dν / dt = 0,2 м/с².

Значения потребных мощностей механизма подъема при пуске и установившемся режиме соответственно:

,

.

Суммарное усилие при пуске механизма подъема на холостом ход

∑F_х.х = F₃ + F₄,

где F₃ – усилие подъема на холостом ходу в установившемся режиме; F₄ – значение динамического усилия на холостом ходу.

F₃ = 9,81т_з.

Значения потребных мощностей на холостом ходу механизма подъема при пуске и установившемся режиме соответственно:

,

.

Для определения режима работы механизма подъема необходимо установить продолжительность действия соответствующих усилий и мощностей.

В данном случае полный цикл перемещения груза состоит из следующих операций: подъем груза, после чего происходит его перемещение в заданную точку; опускание груза, подъем захватывающего устройства, возвращение кран-балки в исходное положение и опускание захватывающего устройства.

Рассматривая пуск и торможение механизма подъема кран-балки как равноускоренное или равнозамедленное движение, можно определить его продолжительность:

.

Время подъема и опускания груза с постоянной нагрузкой

t₂ = Н/ν_г.

Продолжительность паузы механизма подъема равна продолжительности передвижения кран-балки:

t₃ = L/ν_б.

Время, в течение которого происходят захват груза и его освобождение от захватывающего устройства, равно t₃ = 2 с.

Продолжительность включения механизма подъема определяют по данным нагрузочной диаграммы:

.

Из нагрузочной диаграммы следует, что привод механизма подъема работает в повторно-кратковременном режиме с переменной нагрузкой в цикле. При этом эквивалентное значение мощности -

Выбор двигателя. Выбирают электрический двигатель для механизма подъема, исходя из условий:

1. Климатическое исполнение и категория размещени;.

2. По способу защиты от окружающей среды;

3. По конструктивному исполнению и способу монтажа;

4. По модификации (рекомендуется крановый двигатель).

5. По частоте вращения:

п_н.д ≥ in_б,

где i – суммарное передаточное число; i = 10,8; п_б – частота вращения барабана лебедки;

п_б = ω_б/0,105,

ω_б = ν_г/R_б.

6. По роду тока и напряжения: ~I, U_н;

7. По мощности:

Р_дв ≥ Р_эк.

Проверка двигателя. Выбранный двигатель необходимо проверить по условию трогания:

К²_и М_п ≥ К_з М _тах.

где К_и – относительное значение напряжения; К_и = 0,9; М_п – пусковой момент двигателя при номинальных параметрах сети; К_з – коэффициент запаса; К_з = 1,5; М_тах максимальное значение момента сопротивления.

М_тах = Р_тах / ω_н.

Если условие не выполняется, то выбирают двигатель на ступень выше и снова проверяют по вышеуказанному условию:

К²_и М_п ≥ К_з М _тах

В связи с тем, что привод механизма подъема кран-балки работает в повторно-кратковременном режиме, необходимо проверить двигатель на допустимое число включений в час, исходя из условий:

Ζ_доп ≥ Ζ_ф.

Допустимое число включений двигателя в час определяют из выражения

,

где t_доп – допустимое время пуска двигателя; t_доп = 2,7 с.

Фактическое число включений

.