книги из ГПНТБ / Кудактин, А. В. Электрооборудование подъемно-транспортных машин учебник для учащихся механизаторской специальности мореходных училищ

Если действительная продолжительность включения, вычисленная по нагрузочной диаграмме, совпадает с номинальным значением ПВ предварительно выбранного электродвигателя или близка к ней, то выбор мощности можно считать законченным при условии, что:

При выборе крановых электродвигателей должны учитывать­ ся также условия их эксплуатации и, в соответствии с этим, сле­ дует выбирать электродвигатели того или иного конструктивного исполнения.

Большинство крановых электродвигателей имеют закрытое исполнение.

Закрытые электродвигатели (рис. 114—116) не имеют спе­ циальных отверстий для обмена воздухом между электродвига­ телем и окружающей средой, хотя некоторый обмен воздухом в них все же имеет место за счет неплотностей в соединениях от­ дельных деталей. К закрытым электродвигателям близки гермети­ ческие и взрывобезопасные электродвигатели, снабженные специ­ альным кожухом, который у первых не должен пропускать воду при полном их погружении, а у вторых — препятствовать распро­ странению взрыва на окружающую среду при взрыве внутри электродвигателя.

По способу вентиляции различают электродвигатели с естест­ венной вентиляцией, с самовентиляцией и с независимой вентиля-

200

димых отдельными электродвигателями. Несмотря на повышенную стоимость, такие электродвигатели имеют определенное преиму­ щество перед электродвигателями с естественной вентиляцией и самовентиляцией, режим охлаждения которых всецело зависит от скорости вращения ротора (якоря) и ухудшается при ее умень­ шении. Независимая же вентиляция позволяет значительно уве­ личить допустимую нагрузку электродвигателей и применять их в помещениях с повышенными температурами, где обычные элект­ родвигатели сильно перегреваются при работе и быстро выходят из строя.

При выборе электродвигателей надо учитывать условия их ра­ боты и, в соответствии с этим, выбирать наиболее подходящие электродвигатели с точки зрения их конструктивного исполнения, охлаждения и т. п. В ряде случаев для кранов могут использо­ ваться электродвигатели защищенного исполнения, которые при одной и той же мощности и скорости имеют меньшие массу, габа­ риты и стоимость, чем электродвигатели закрытого исполнения.

§ 51. Электрические аппараты

для управления механическими тормозами

Большинство крановых механизмов снабжается спе­ циальными тормозными устройствами, постоянно удерживающими эти механизмы в заторможенном состоянии. Наибольшее распро­ странение получили колодочные и ленточные тормоза, управление которыми в большинстве случаев автоматизировано. Когда элект­ родвигатель отключен, приводимый им механизм постоянно нахо­ дится в заторможенном состоянии благодаря воздействию спе­

201

циального груза или пружин на ленточный или колодочный тор­ моз. В момент включения электродвигателя получает питание управляющий аппарат, воздействующий на тормоз, и механизм растормаживается;'при этом груз поднимается (или пружины при­ водятся в напряженное состояние), подготавливая тормоз к за­ крытию при последующем отключении электродвигателя от сети.

Принцип действия механического тормозного устройства можно рассмотреть по рис. 117, где схематически показан грузовой ко­ лодочный тормоз, управляемый посредством электромагнита 6. При отключении последнего от сети рычаг 10, связанный с якорем, под действием груза 9 поворачивается по часовой стрелке вокруг оси И. Благодаря чему тяга 7 опускается вниз и передает усилие тяге 5. Последняя, будучи связана с рычагами 2 и 8, поворачива­ ет их -вокруг неподвижных осей 12 и 14, в результате чего тор­ мозные колодки 1 прижимаются к барабану 3 и механизм, на валу которого закреплен тормозной барабан, затормаживается.

В случае подачи питания в обмотку электромагнита 6 его якорь притягивается к сердечнику и рычаг 10 поворачивается вокруг оси 11 против часовой стрелки. При этом тяга 7 поднимается и через рычаги 2, 4, 5 и 8 заставит тормозные колодки 1 отойти от барабана 3, благодаря чему происходит растормаживание меха­ низма, сидящего на валу 13.

Помимо электромагнитов, для управления механическими тор­ мозами применяются электрические толкатели и центробежные оттормаживатели, а также вспомогательные электродвигатели (сервомоторы).

*• Тормозные электромагниты. До последнего времени для уп­ равления механическими тормозными устройствами применяли - электромагниты, которые отличаются друг от друга по конструк­ ции и роду тока.

202

лельные катушки тормозных электромаг­ нитов всегда снабжаются трубчатыми разрядными сопротивления­

ми, которые могут быть смонтированы внутри корпуса магнита, ря­ дом с ним или установлены в отдельных ящиках (при напряжении свыше 220 В). Разрядное сопротивление подключается параллель­ но катушке электромагнита и служит для предохранения ее изоля­ ции от пробоя при отключении и для облегчения гашения дуги, воз­ никающей между контактами коммутационного аппарата, разры­ вающего цепь катушки. Последовательная катушка электромагни­ та состоит из небольшого числа витков толстой медной проволоки и включается в цепь якоря электродвигателя последовательно. Такие катушки имеют сравнительно небольшую индуктивность и- разрядных сопротивлений не требуют.

Стальной якорь 7 плотно скользит внутри тонких направляю­ щих бронзовых втулок 6 и 8 и при подаче тока в катушку 4 втя­ гивается внутрь ее, воздействуя на рычаг 2 (см. рис. 117), закреп­ ленный в отверстии 9 (см. рис. 118). При этом, как указывалось, происходит растормаживание механизма. Для закрытия тормоза катушка должна быть обесточена. При этом якорь 7 под действи­ ем собственного веса опускается вниз и освобождает рычаг тор­ моза; в результате под действием груза или специальной пружины механизм затормаживается.

Коническая форма верхней части якоря электромагнита и упо­ ра крышки обеспечивает получение примерно одинакового тяго­ вого усилия электромагнита по всей длине хода якоря. В торцевой части якоря укрепляется тонкая латунная шайба 3, предотвращаю­

203

щая прилипание якоря к крышке при обесточивании катушки*

В электромагнитах этого типа для предотвращения ударов якоря

окрышку применяется так называемое воздушное демпфирование. Якорь 7, двигаясь вверх при включении катушки, нагнетает внутрь

крышки 2 воздух, который сравнительно медленно проходит через отверстие в крышке, сечение которого регулируется винтом 1 с прорезью. В нижнем положении якорь не имеет упора, поэтому при обесточивании катушки он не испытывает ударных нагрузок

инет необходимости устанавливать воздушный демпфер в нижней части тормоза.

При интенсивной работе тормозные электромагниты могут пе­ регреваться. Поэтому длинноходовые электромагниты (типа КМП

иТМ) в корпусе имеют несколько вентиляционных пазов, которые обеспечивают хороший теплообмен между магнитом и окружаю­ щим воздухом. Электромагниты рассчитаны на номинальное на­

пряжение ПО, 220 и 440 В постоянного тока и обеспечивают тяго­ вые усилия от 4,5 до 100 кг при ходе якоря от 30 до 150 мм. Длин­ ноходовые тормозные магниты типа КМГ1 имеют защищенное исполнение корпуса и устанавливаются обычно в местах, загорожен­ ных от попадания брызг и капель воды. Корпус магнитов типа ТМ имеет водозащищенное исполнение. Такие электромагниты можно устанавливать на открытом воздухе, не снабжая их дополнитель­ ными защитными приспособлениями.

Длинноходовые тормозные электромагниты применяются обыч­ но для управления грузовыми тормозными устройствами, подоб­ ными приведенному на рис. 114. В тормозах же с пружинным воз­ вратом чаще используются короткоходовые электромагниты посто­ янного тока типа МП, допускающие большую частоту включений и имеющие более высокую износоустойчивость. Короткоходовые магниты типа МП при сравнительно небольшом собственном весе (от 9 до 36 кг)' развивают значительные тяговые усилия, дости­ гающие в некоторых случаях порядка 200—250 кг.

Короткоходовой электромагнит типа МП (рис. 119) состоит из массивного стального сердечника 4, в котором расположена по­ следовательная или параллельная катушка 3. При включении ка­

204

чительных ударов не происходит. Это позволяет отказаться от воз­ душного демпфирования, несмотря на большую допускаемую ча­ стоту включений (до 700—800 в час).

Рассмотренные тормозные электромагниты постоянного тока могут иметь, как указывалось, последовательные или параллель­ ные тяговые катушки. Последовательное включение тяговой ка­ тушки обеспечивает высокое быстродействие магнита при его включении, поскольку по его обмотке проходит пусковой ток элект­ родвигателя. В данном случае обеспечивается полная надежность действия тормоза, так как при нарушениях силовой цепи электро­ двигателя включение магнита невозможно. Однако при небольших нагрузках, когда электродвигатель потребляет небольшие токи, тяговое усилие магнита может оказаться недостаточным для удер­ жания якоря, и тормоз может самопроизвольно закрываться, вызы­ вая ненормальности в работе приводимого механизма. Поэтому магниты следует выбирать с некоторым запасом и рассчитывать их на создание полного усилия при минимально возможном токе электродвигателя.

Обычно тормозные магниты постоянного тока, применяемые для управления механическими тормозами механизмов подъема, нагрузка которых может изменяться в весьма широких пределах, снабжаются параллельными катушками. Тяговое усилие магнита с параллельной катушкой не зависит от нагрузки электродвигателя и это обеспечивает большую стабильность работы тормоза. Одна­ ко срабатывают такие магниты при пуске электродвигателей мед­ леннее, поэтому в ряде случаев применяют искусственную форси­ ровку напряжения. Сущность такой форсировки заключается в том, что в момент включения тормоза к его катушке подводится

электромагнита включают специальное добавочное (форсировочное) сопротивление. В момент включения катушки сопротивление зашунтировано, и к катушке подводится повышенное напряжение, а после срабатывания тормоза сопротивление вводится в цепь катушки, снижая подводимое к ней напряжение до нормальной величины.

Недостаток электромагнитов с параллельными катушками — это возможность их срабатывания при неисправностях в силовой цепи электродвигателя. Для предотвращения подобных явлений в схемах управления предусматривают специальные блокировки.

Иногда применяют электромагниты смешанного возбуждения, имеющие и параллельные и последовательные катушки, работаю­ щие совместно. Конструкция таких магнитов и их принцип дейст­ вия практически ничем не отличаются от рассмотренных. Они бы­ ваютдлинноходовыми и короткоходовыми и снабжаются двумя катушками, одна из которых включается в цепь электродвигателя параллельно, а другая — последовательно. При включении тормоза начинают работать обе катушки, создается общий магнитный по­ ток, вызывающий соответствующее перемещение якоря и растор-

205

Рис. 120. Длинноходовой трех­ фазный электромагнит

маживание механизма. Хотя электромагниты этого типа обладают достоинствами электромагнитов как с последовательными, так и с параллельными катушками, широкого распространения они не по­ лучили из-за высокой стоимости и сложности включения в схемы электроприводов.

Большинство крановых механизмов работает, как известно, на переменном токе. Поэтому чаще для управления механическими тормозными устройствами применяются электромагниты перемен­ ного тока, имеющие, как правило, параллельные тяговые катушки.

Наибольшее применение получили трехфазные длинноходовые электромагниты типа КМТ, с помощью которых управляют грузо­ выми тормозами кранов. Такой электромагнит (рис. 120) состоит из неподвижного Ш-образного стального сердечника 3 и имеюще­ го такую же форму якоря 5, шарнирно связанного с управляющей тягой 6. Для ухменьшения потерь на вихревые токи и нагрева электромагнита сердечник и якорь обычно делаются не сплошны­ ми, а набираются из тонких стальных листов, плотно пригнанных друг к другу. На стержнях сердечника укрепляются три тяговые ка­

206

тушки 4, которые соединяются в звезду или треугольник и подклю­ чаются к сети трехфазного тока посредством зажимов 2. При включении катушек якорь притягивается к сердечнику и переме­ щает вверх тягу 6, которая скользит в направляющей втулке и воздействует на систему рычагов тормоза, вызывая его открытие. При отключении катушек якорь под действием собственного веса опускается вниз и тормоз закрывается.

Для смягчения ударов, возникающих при включении и выклю­ чении катушек, многие тормозные электромагниты этого типа снаб­ жаются воздушным демпфером, состоящим из поршня 7 и цилинд­ ра 1, причем верхняя и нижняя полости цилиндра соединены труб­ кой. Она обеспечивает действие воздушного демпфера как при включении катушек, так и при их отключении. Изменяя сечение трубки, можно в большей или меньшей степени смягчать удары и в некоторых пределах регулировать время срабатывания тормоза.

Помимо недостатков, присущих всем электромагнитам с па­ раллельными катушками, трехфазные длинноходовые магниты имеют существенный недостаток, связанный с изменением индук­ тивного сопротивления их катушек в зависимости от величины зазора между якорем и сердечником. Это сопротивление имеет наи­ большее значение при плотном соприкосновении якоря с сердечни­ ком и наименьшее при нижнем положении якоря, когда воздуш­ ный зазор между сердечником и якорем имеет максимальную ве­ личину. В связи с этим ток, потребляемый катушками электро­ магнита, в первое мгновение включения в 10—20 раз превышает номинальный ток, соответствующий плотному соприкосновению якоря с сердечником. Это обстоятельство имеет известное положи­ тельное значение, так как повышенный пусковой ток способствует быстрому срабатыванию тормозного электромагнита. С другой стороны, возникновение даже небольшого зазора между якорем и

В связи с этим необходимо тщательно производить подгонку под­ вижной и неподвижной частей магнитной системы такого элект­ ромагнита и следить за состоянием соприкасающихся поверхно­ стей при его эксплуатации. Кроме того, при выборе магнитов при­ ходится учитывать число включений в час и с возрастанием числа включений уменьшать длину хода якоря.

Типовые трехфазные длинноходовые электромагниты типа КМТ развивают тяговые усилия от 35 до 140 кг при ходе якоря от 50 до 80 мм. Допустимое число включений в час не более 500 при

не требующие значительных тяговых усилий, часто управляются

207

220, 380 и 500 В и применяются при легких и средних режимах работы. Главный их недостаток — малая износоустойчивость, что серьезно препятствует применению их при напряженных ре­ жимах работы. Так, однофазные электромагниты типа МО вы­ держивают не более 1,5 млн. включений, а трехфазные типа КМТ не более 2 млн. включений. Серьезным недостатком магнитов переменного тока является также и то, что они имеют очень низ­ кий коэффициент мощности (порядка 0,15—0,2) и потребляют значительную кажущуюся мощность, что приводит к выделению значительного количества тепла при работе магнита. Поэтому на кранах, оборудованных трехфазными электродвигателями и рабо­ тающих в напряженных режимах, применяют в основном тормоз­ ные электромагниты постоянного тока, питаемые через полупро­ водниковые выпрямители или от других источников постоянного тока.

Электрические толкатели и центробежные оттормаживатели.

Рассмотренные тормозные электромагниты, несмотря на наличие демпферных устройств, постоянно испытывают при работе резкие толчки и удары, расшатывающие тормозную систему и приводя­ щие к ее быстрому износу. Они не имеют средних положений, по­ этому использовать тормозные электромагниты для регулировки величины тормозного усилия невозможно. Это затрудняет приме­ нение механического торможения для осуществления плавного спуска грузов при отключенном электродвигателе и не позволяет наиболее рационально сочетать электрическое и механическое тор­ можение при управлении крановыми механизмами.

В связи с этим, для управления механическими тормозными устройствами все чаще применяют другие аппараты, среди кото­ рых одно из первых мест принадлежит электрическим толкате­

208

лям, отличающимся высокой надежностью и плавностью в работе. Наряду с этим толкатели могут при необходимости регулировать величину тормозного усилия и обеспечивать регулирование ско­ рости крановых механизмов. Поэтому электродвигатели толкате­ лей иногда подключаются к ротору приводного электродвигателя. Питаясь током пониженной частоты, электродвигатель толкателя развивает при этом неполную частоту вращения, тормоз не от­ крывается полностью и, притормаживая механизм, плавно снижа­ ет его скорость.

Конструктивно электрический толкатель состоит из электро­ двигателя и гидравлического насоса, представляющего собой крыльчатку, вращающуюся в цилиндре с маслом. Асинхронный короткозамкнутый электродвигатель толкателя включается и вы­ ключается одновременно с приводным электродвигателем. При включении электродвигатель начинает вращать крыльчатку, со­ здающую в цилиндре давление масла, не зависящее от направле­ ния вращения электродвигателя. Под давлением масла поршень, связанный с системой рычагов тормоза, движется и открывает последний. При отключении электродвигателя насос останавлива­ ется, давление масла в цилиндре снижается и поршень возвра­ щается в исходное положение, закрывая тормоз. Мощность элект­ родвигателя толкателя обычно невелика и составляет от несколь­ ких десятков ватт до 1 —1,5 кВт в зависимости от конструкции и габаритов толкателя и требуемого тягового усилия. Разгон и ос­ тановка крыльчатки происходят в доли секунды и могут регули­ роваться специальными вентилями. Тяговое усилие, создаваемое толкателем, зависит от его конструкции, давления масла и раз­ меров поршня.

Современные электрические толкатели имеют самое различное конструктивное исполнение. На рис. 122 приведен общий вид тол­ кателя типа Т-75, применяемого в настоящее время. Он состоит из электродвигателя 2 и гидравлического насоса, заключенного в корпусе 11, который в нижней части заканчивается поддоном 12. Внутри корпуса помещается золотник 10 и крыльчатка насоса 9, жестко закрепленная на валу 7.

При включении электродвигателя крыльчатка насоса начина­ ет вращаться и создает избыточное давление на золотниковую коробку. В результате золотник 10, преодолевая натяжение пру­ жины 6, поднимается и масло поступает под поршень. Поршень поднимается вверх и передвигает полый шток 3, воздействующий на систему рычагов тормоза. Ход поршня ограничивается ‘кресто­ виной 5, положение которой фиксируется шпилькой 4. До тех пор пока работает электродвигатель и крыльчатка создает напор мас­ ла, поршень 8 находится в верхнем положении и шток 3 держит тормоз в открытом состоянии. При отключении электродвигателя насос останавливается и поршень под действием собственного веса

ивнешней нагрузки начинает опускаться вниз, и масло перетекает

вверхнюю часть цилиндра. Когда он придет в крайнее нижнее по­ ложение, возвратная пружина 6 опускает золотник 10 вниз и от­