2.2 Побудова діаграми навантаження електроприводу суднового крану

Підйом номінального вантажу

Зведений до валу двигуна момент інерції електроприводу може бути визначений за формулою:

, (2.19)

де j_дв = 5.5 кгм² - момент інерції двигуна (за паспортними даними);

V = 22 м/хв = 0,36 м/с - швидкість піднімання вантажу, м/с;

_дв = _н = 151,7 рад/c - кутова швидкість двигуна.

кгм² .

Динамічний момент при пуску на обмотці середньої швидкості (передбачається що М_п = const):

М_1д = М_п – М_1ст , (2.20)

М_1д = 270.4 –115= 155,4 Н·м.

Час розгону, с:

(2.21)

де ₁ = 141 1/с – кутова швидкість двигуна, яка відповідає М_1ст (визначається з механічної характеристики, рисунок 2.3).

 0,31 с .

Розрахунковий гальмівний момент:

М_{г.р = ,} (2.22)

де Р_н= Р_1ст та _н= - номінальні потужність та швидкість механізму, кВт та 1/с відповідно.

М_{г.р =} Нм .

Гальмівний момент механічного гальма кранового електроприводу в холодному стані повинен бути не нижче значення, яке визначається за формулою:

М_г = k_г М_г.р , (2.23)

де k_г =1,25 - 2,0– коефіцієнт запасу гальмівного моменту гальма, визначається за таблицею 13.21 [4] для режиму С.

М_г = 1,25462,7 = 578,4 Нм .

ККД двигуна при номінальному навантаженні:

, (2.24)

.

Постійні втрати в електродвигуні ( ), кВт :

, (2.25)

де Р_н - номінальна потужність двигуна, кВт.

.

Гальмівний момент, обумовлений постійними втратами в електродвигуні:

, (2.26)

.

Сумарний гальмівний момент:

М_1г = М_1ст + М_г + М_г.дв , (2.27)

М_1г = 723,5+578,4+174,5 = 1476,4 Нм.

Час зупинки піднімаємого вантажу при вимиканні двигуна:

(2.28)

с .

Встановлена швидкість піднімання номінального вантажу:

(2.29)

де i – передаточне число механізму; k – кратність поліспаcта;

м/хв.

Шлях, пройдений вантажем при розгоні і гальмуванні:

(2.30)

м.

Час підйом вантажу в установленому режимі:

(2.31)

с.

Струм, який споживає електродвигун в межах допустимих навантажень пропорційний моменту на валу і може бути знайдений в усталеному режимі як:

I₁ = I_н( М_1ст / М_н) , (2.32)

I₁ = 113(723,5/402,4) = 203 А.

Гальмівний спуск вантажу

Оскільки в межах допустимих навантажень механічну характеристику для генераторного і рухового режимів можна представити однією лінією, швидкість рекуперативного гальмування визначається за формулою:

, (2.33)

де _с - синхронна кутова швидкість двигуна, 1/c; ₂ – швидкість в режимі двигуна, 1/c, яка відповідає значенню момента М_2ст і визначається із залежності =f(M) (рисунок 2.3).

Якщо струм гальмівного режиму I₂ прийняти рівним струму двигуна, працюючого з моментом М_2ст, то:

I₂ = I_н(М_2ст/ М_н) , (2.34)

I₂ = 113(434,1/402,4) = 121,9 А.

Час розгону при опусканні вантажу з включеним двигуном:

(2.35)

с.

Гальмівний момент при відключенні двигуна від мережі:

М_2г = М_г + М_г.дв - М_2ст , (2.36)

М_2г = 578,4 + 174,5 – 434,1 = 318,8 Нм .

Час зупинки вантажу, що опускається:

(2.37)

с.

Швидкість опускання вантажу:

(2.38)

де i – передаточне число механізму; k – кратність поліспаcта;

м/хв.

Шлях, пройдений вантажем, при розгоні та гальмуванні:

(2.39)

м.

Час опускання вантажу в установленому режимі:

(2.40)

с.

Підйом холостого вантажозахватного пристрою

Момент на валу двигуна при підніманні холостого вантажозахватного пристрою:

(2.41)

де ₀ - ККД передачі при m₀m_н , _п - ККД полістпаста.

Загрузка механізму при підйомі холостого гаку:

, (2.42)

.

За графіком залежності ₀=f(F_х/F_н), відносно кривій для _н=0,8 (як найближчої до _нм=0,8), знаходиться значення ₀0,15 [3].

Тоді

.

Зведений до валу двигуна момент інерції електроприводу без вантажу:

, (2.43)

кгм².

Час розгону при підніманні холостого вантажозахватного пристрою:

(2.44)

де ₃ , 1/с – швидкість двигуна, яка відповідає моменту М_3ст . Визначається з механічної характеристики двигуна (рисунок 2.3).

с .

Гальмівний момент при вимиканні двигуна в кінці підйому вантажозахватного пристрою:

М_3г = М_3ст + М_г + М_г.дв , (2.45)

М_3г = 37,6 + 578,4 + 174,5 = 790,5 Нм.

Час зупинки піднімаємого вантажозахватного пристрою:

(2.46)

с.

Швидкість зупинки вантажозахватного пристрою при підніманні:

(2.47)

м/хв.

Шлях, який проходить вантажозахватний пристрій, при розгоні і гальмуванні:

(2.48)

м.

Час підйому холостого вантажозахватного пристрою в установленому режимі:

(2.49)

с.

Струм, який споживає електродвигун в межах допустимих навантажень при підніманні холостого вантажозахватного пристрою може бути знайдений як:

I₃ = I_н(М_3ст/ М_н) , (2.50)

I₃ = 113(37,6/402,4) = 10,6 А.

Силовий спуск вантажозахватного пристрою

Момент на валу двигуна при опусканні холостого вантажозахватного пристрою:

(2.51)

Нм.

Моменту М_4ст = 26,9 Нм відповідає швидкість двигуна ₄ =156 1/с, яка визначається з механічної характеристики двигуна (рисунок 2.3), та струм, який споживає електродвигун в межах допустимих навантажень при спуску холостого вантажозахватного пристрою:

I₄ = I_н(М_4ст/ М_н) , (2.52)

I₄ = 113(26,9/ 402,4) = 7,6 А.

Час розгону при опусканні холостого вантажозахватного пристрою:

(2.53)

с .

Гальмівний момент при вмиканні двигуна:

М_4г = М_4ст + М_г + М_г.дв ; (2.54)

М_4г = 26,9 + 578,4 + 174,5 = 779,8 Нм.

Час зупинки опускаємого вантажозахватного пристрою:

(2.55)

с.

Швидкість опускання холостого вантажозахватного пристрою:

(2.56)

м/хв.

Шлях, пройдений вантажозахватним пристроєм, при розгоні та гальмуванні:

(2.57)

0,20 м.

Час установленого руху при опусканні холостого вантажозахватного пристрою:

(2.58)

с.

Дані всіх розрахунків роботи електропровідного двигуна зводяться до таблиці 2.5, користуючись якою можна побудувати діаграму навантаження [1, п.10.2, стор.228] (рисунок 2.5).

Таблиця 2.5 – Зведені дані розрахунків роботи електропровідного двигуна

Режим роботи	Струм, А	Час, с
Підйом номінального вантажу:
Розгін	Iп = 730	t1п = 0,31
Усталений режим	I1 = 203	tп = 34,8
Гальмування	-	t1г = 0,19
Горизонтальне пересування вантажу	-	t01 = 30
Гальмівний спуск вантажу:
Розгін	Iп = 730	t2п = 0,23
Усталений режим	I2 = 121,9	tс = 28,9
Гальмування	-	t2г = 1,02
Розстроповка вантажу	-	t02 = 70
Підйом холостого гаку:
Розгін	Iп = 730	t3п = 0,38
Усталений режим	I3 = 10,6	tп0 = 31,5
Гальмування	-	t3г = 0,46
Горизонтальне пересування гаку	-	t03 = 30
Силовий спуск холостого гаку:
Розгін	Iп = 730	t4п = 0,38
Усталений режим	I4 = 7,6	tс0 = 37,6
Гальмування	-	t4г = 0,47
Застроповка вантажу	-	t04 = 90

Рисунок 2.5 – Діаграма навантаження електропривода

За діаграмой навантаження можна розрахувати:

- час роботи двигуна, який визначається з врахуванням часу перехідних режимів за формулою, с:

(2.59)

t_р=0,31+34,8+0,19+0,23+28,9+1,02+0,38+31,5+0,46+0,38+37,6+0,47= 136,24 с.

- час пауз, які визначаються за формулою, с:

t₀ = t₀₁ + t₀₂ + t₀₃ + t₀₄ , (2.60)

де t₀₁ - час горизонтального пересування вантажу, с;

t₀₂ - час розстроповування вантажу, с;

t₀₃ - час горизонтального пересування холостого вантажозахватного пристрою, с;

t₀₄ - час застроповування вантажу, с.

Якщо прийняти: t₀₁ = t₀₃ =30 с, t₀₂ =70 с, t₀₄ =90 с, то можна розрахувати:

t₀ = 30+70+30+90 = 220 с.

- повну тривалість циклу, с:

Т = t_р +t₀ , (2.61)

Т = 136,24 + 220 = 356,24 с.