3.2 Требования к электроприводу механизмов крана

Для выбора системы электропривода необходимо чётко представлять себе технологические требования к приводу того механизма, для которого он выбирается. Установление таких требований облегчает выбор оптимальной системы электропривода,

т. е. такой, которая наиболее проста и дешева из всех систем, обеспечивающих желаемые эксплуатационные показатели механизма.

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

1. Регулирование угловой скорости двигателя в сравнительно 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 меньшей скоростью, а пустой крюк или ненагруженную тележку 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.

2. Обеспечение необходимой жесткости механических характеристик привода, особенно регулировочных, с тем чтобы низкие скорости почти не зависели от груза.

3. Ограничение ускорений до допустимых пределов при минимальной длительности переходных процессов.

4. Реверсирование электропривода и обеспечение его работы как в двигательном, так и в тормозных режимах.

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.

3.3 Статические нагрузки двигателей механизмов кранов

Механизм подъема.

П одъем груза и захватывающего приспособления:

П одъем порожнего захватывающего приспособления:

,

Тормозной спуск груза:

,

Силовой спуск груза:

,

Холостой ход вала редуктора:

г де G- вес поднимаемого груза, кг;

G₀ – вес захватывающего приспособления, кг;

V- скорость подъема (опускания) груза, м/сек;

- КПД механизма подъема (табл. 3.5);

R_б - радиус барабана подъемной лебедки, м;

i- передаточное число редуктора;

где п_дв— скорость вращения двигателя, об/мин.

Механизм перемещения:

;

где К – коэффициент, учитывающий трение реборды ходового колеса о рельсы,

при изменении отношения пролёта крана или колеи тележки к базе в пределах 1÷4

для цилиндрического обода К₁ = 2,0 - 2,3, для конического обода К₁ = 1,2; при изменении

указанного отношения от 5 до 6 для цилиндрического обода К₁ = 2,4 - 2,6, для конического

К₁ = 1,3;

G - вес перемещаемого груза, кг; G₀ – cобственный вес механизма перемещения

(для механизма перемещения тележки вес тележки, для механизма перемещения моста –

вес моста крана), кг;

μ – коэффициент трения скольжения (0,1); для роликоподшипников равен примерно 0,015;

r – радиус шейки вала колес (цапф), см; ( табл 3.4); f – коэффициент трения качения,

(табл. 3.2);V – cкорость перемещения моста или тележки, м/с; R_хк – радиус ходового колеса, см;

- КПД механизма перемещения (табл. 3.5);

i - передаточное число редуктора,

Таблица 3.2 Коэффициент трения качения ходового колеса.

Тип головки рельса	Диаметр ходового колеса, мм
	200	3300	4400		5500	6600		7700	8800		900		1000
Рельс с плоской головкой	0,03			0,05			0,06					0,07
Рельс с выпуклой головкой	0,04			0,06			0,08			0,1		0,12

Мощность на валу двигателя механизма перемещения при отсутствии конструктивных данных может быть определёна по упрощённой формуле:

р = (0,02 - 0,03) - коэффициент, учитывающий трение скольжения и трение качения.

Для подъема: G₀ = G_кр;

для тележки: G_o = G_кр + G_тел;

для моста: G₀ = G_кр + G_meл + О_моста, где: G_кр - вес крюка; G_тел - вес тележки; G_моста- вес моста.

Если точно неизвестен вес крюка, тележки, моста, то можно принять их, исходя из номинальной грузоподъемности:

G_кр = (0,03-0,08) G_н;

G_моста = (0,8 - 2) G_н;

G_тел = (0,3 - 0,6) G_н;

G_ковша = (0,4 - 0,6) G_н.

Скорости подъема и передвижения в м/сек зависят от величины грузоподъемности и ряда технологических факторов и для обычных кранов берутся в пределах:

V_моста = 1— 30 м/ мин;

V_тел =25—60 м/мин;

V_под = 40—125 м/мин.

При предварительном выборе двигателей сначала определяются статические моменты, соответствующие номинальной и минимальной грузоподъемности (по выше приведенным формулам) для каждого механизма крана.

Для предварительного выбора двигателя можно определить рабочее время с достаточным приближением, без учета пусковых и тормозных режимов.

При неизменной скорости вращения двигателя, время затрачиваемое на подъём и спуск

При перемещении механизма (тележки или моста) t_{раб(т.м)} , где S - путь движения механизма (задан).

Число циклов крана в час более точно может быть получено из таблицы 5.3, составленной на основании опытных данных.

Продолжительность одного цикла где Z - число циклов.

Р асчетная продолжительность включения

Таблица 3.3 Число циклов крановых механизмов в час.

Род кранов	Число циклов в час
Краны механических цехов специализированных заводов	15-25
Краны ремонтных цехов	15-20
Краны сборочных цехов	25-30
Краны чугунолитейных цехов	25-30
Краны сталелитейных цехов	25-30
Краны прокатных цехов	20-30
Грейферные краны	20—25
Загрузочные машины	8—12

Определяем расчетную мощность, по которой и выбираем из каталога двигатели для каждого механизма крана

где (1,15÷1,25) - коэффициент, учитывающий необходимость увеличения мощности двигателя на покрытие динамической нагрузки, а также нагревание пусковыми токами;

ПВ_кат.% - коэффициент относительной продолжительности включения из каталога для крановых двигателей.

Для выбранных двигателей выбираем по каталогам кранового электрооборудования контроллеры и сопротивления, которые обеспечивают определенные искусственные механические характеристики. После этого строятся нагрузочные диаграммы, под которыми понимают зависимости вращающего момента, мощности двигателя и тока от времени: М=ƒ(t), Р=f(t),I=f(t).

Построение нагрузочных диаграмм необходимо:

1. для проверки предварительно выбранного двигателя по нагреву и перегрузочной способности;

2. для выяснения условий работы двигателя в отдельные периоды цикла;

3. для последующего выбора аппаратуры управления.

Нагрузочные диаграммы строятся для каждого механизма и в целом определяют собой цикл работы крана. После выбора двигателей крана переходят к выбору аппаратуры управления: электромагнитных тормозов, конечных выключателей, защитной панели.

Таблица 3.4 Данные к выбору размеров ходовых колёс тележек и мостов мостовых кранов.

Грузоподъёмность крана, т	Тележка		Мост
	Диаметры, мм
	колёс	цапф		колёс	цапф
5-10	200-300	60-70		600-800	80-100
15-20	250-350	70-100		700-900	90-120
20-50	400-500	90-120		800-900	120-150

Тип передачи	Коэффициенты полезного действия η и η0 при опорах
	скольжения	качения
Открытые зубчатые передачи (η):
цилиндрические	0,93—0,95	0,95-0,96
конические	0,92—0,94	0,93—0,95
Закрытые цилиндрические зубчатые передачи	0,95—0,97	0,97—0,98
(редукторы) (η) Червячные передачи
Червячные передачи(η): при однозаходном червяке	0,5—0,75
двухзаходном червяке	0,75—0,80
Блоки и барабаны для стальных канатов (η)	0,94—0,96		0,96-0,98
Зубчатые муфты (η)	0,99
Механизмы подъема груза (η0):
с цилиндрическими зубчатыми колесами	0,75—0,80		0,80—0,85
с червячной передачей	0,65—0,70
Механизмы передвижения кранов и тележек (η):
с передачами цилиндрическими зубчатыми колесами, с червячной передачей	0,75—0,85 0,65—0,75		0,80—0,90
Механизмы поворота (η):
с передачей зубчатыми колесами	0,70—0,80		0,75—0,85
червячной передачей	0,50—0,75

Таблица 3.5 Коэффициенты полезного действия (η) крановых передач

Р асчёт и выбор остальных элементов кранов приведён в книге Н.Г.Павлова «Примеры расчётов кранов».

Рис. 3.3 Изменение К.П.Д. механизмов крана в зависимости от его загрузки.