книги из ГПНТБ / Ретман А.А. Автоматика и автоматизация портовых перегрузочных работ учебник

матическими, либо комбинированными. В этом случае можно обес­ печить плавную или ступенчатую регулировку частоты вращения или линейного перемещения, дистанционный пуск и остановку.

Существующие типы машин должны быть сконструированы таким образом, чтобы для автоматизации их работы можно было использовать эффективные несложные типовые устройства авто­ матики, обладающие высокой надежностью. При этом перегру­ зочная машина должна иметь источник электрического тока для питания устройств и системы автоматики.

Техническая целесообразность автоматизации отдельных ма­ шин и перегрузочных процессов возникает, если перегрузочные машины отличаются высокой эксплуатационной безотказностью и достаточной долговечностью, высокой производительностью при небольших эксплуатационных расходах, простым и безопасным обслуживанием. Очевидно, что нет необходимости автоматизиро­ вать работу таких перегрузочных машин, которые имеют большое количество конструктивных и технологических недостатков, т. е. часто выходят из строя, обладают низкой производительностью. Нет необходимости автоматизировать и такой перегрузочный процесс, в котором большинство операций выполняется вручную

перегрузочного процесса должна начинаться с технико-экономиче­

затраты, необходимые для создания и внедрения устройства или системы автоматики; себестоимость перегрузки 1 т груза до и пос­

труда, повышение качества перегрузки, увеличение срока службы перегрузочных машин и механизмов. Иногда дополнительные по­ казатели превращаются в основные. Так, улучшение условий тру­ да при автоматизации перегрузочного процесса в некоторых слу­ чаях, как уже отмечалось, необходимо, даже если не дает пря­ мой денежной экономии. Это положение может относиться и к обеспечению такого показателя, как надежность работы.

В капитальные затраты входят расходы на разработку и про­ ектирование, изготовление или приобретение, монтаж или на­ ладку нового устройства или системы. Для уменьшения капиталь­ ных затрат желательно максимально использовать унифициро­ ванные узлы автоматики.

120

Расчет снижения себестоимости АС годовой перегрузки груза производится с учетом только тех затрат, которые изменяются после автоматизации по формуле

матизации.

Срок окупаемости дополнительных затрат на автоматизацию

зацию.

Полученный в результате расчета срок окупаемости необхо­ димо сравнить с нормативным.

Для снижения себестоимости перегрузки груза необходимо обеспечить высокую надежность работы перегрузочных машин. Объективным критерием увеличения надежности работы устрой­ ства или системы является увеличение времени безотказной ра­ боты, а следовательно, экономия Ст за счет уменьшения расходов на ремонт отказавших или приобретение новых изделий

121

В настоящее время действуют Типовая методика Госплана Совета Министров СССР и Временная методика расчетов эконо­ мической эффективности внедрения автоматизации Министерства морского флота. В результате автоматизации портовых перегру­ зочных работ сокращается время простоя судов, вагонов и авто­ машин под погрузкой и разгрузкой, что также дает большой экономический эффект в масштабе народного хозяйства страны.

Г Л А В А VIII

АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ КРАНАМИ

§ 17. АВТОМАТИЗАЦИЯ РАБОТЫ МЕХАНИЗМА ПОДЪЕМА

Портальные краны в настоящее время получили наибольшее распространение в портах как основное средство механизации погрузочно-разгрузочных работ. От их эксплуатационных пока­ зателей во многом зависит пропускная способность'причалов и, как следствие, продолжительность стоянки судов и производи­ тельность морского транспорта в целом.

Эксплуатационные показатели кранов в значительной степени определяются свойствами применяемого электропривода, в част­ ности электропривода механизма подъема. Большинство исполь­ зуемых в портах кранов универсальны, т. е. могут работать как в крюковом, так и в грейферном режиме. Однако ввиду разных требований, предъявляемых к механизмам при крюковом и грей­ ферном режимах, намечается тенденция к более узкой специализа­ ции кранов.

Наиболее жесткие требования предъявляются к электропри­ воду крюковых кранов. Например:

посадочная скорость опускания штучных грузов должна быть 8—10 м/мкн при номинальной скорости подъема 50—80 м/мин;

для ограничения динамических нагрузок при выборе слабины каната скорость подъема должна быть 10—15 м/мин. Такая же скорость необходима при работе привода на холостом ходу;

для перемещения груза при прохождении трюмных люков не­ обходима одна промежуточная скорость подъема и спуска 15— 20 м/мин.

Для уменьшения изнашивания тормозной системы и снижения динамических нагрузок на элементы крановых механизмов пере­ ход с номинальной скорости спуска на пониженную желательно производить электрическим торможением, что снижает число включений механических тормозов.

Необходимо, чтобы все эти требования выполнялись электро­ приводом механизма подъема автоматически. На рис. 84 дана схема, обеспечивающая пониженную частоту вращения двигателя при подъеме и спуске разных грузов.

122

В одну из фаз статора включается дроссель насыщения ДН, сопротивление которого определяется током управления. Сила то­ ка управления зависит от величины напряжения на кольцах рото­ ра двигателя М. Снимаемое с колец напряжение выпрямляется полупроводниковым выпрямителем ТВ. При работе двигателя на номинальных частотах вращения дроссель насыщения ДН дол­

двигателя при подъеме любых и спуске средних и тяжелых гру­ зов. Кроме того, при переходе с номинальной частоты вращения двигателя на пониженную нет необходимости в использовании ме­ ханических тормозов.

Схема дроссельного электропривода на портальных кранах позволяет автоматизировать отдельные операции подъема и ‘спус­ ка грузов крюковой лебедкой без существенного усложнения кра­ нового электрооборудования. Она по сравнению с другими схе­ мами автоматизации имеет ряд преимуществ. Так, схема динами­ ческого торможения не дает возможности получить пониженную частоту вращения двигателя в режиме подъема и затрудняет электрическое торможение при переходе с номинальной частоты вращения.

Регулирование частоты вращения торможением вихревыми токами не применяется для двигателей механизма подъема пор­ тальных кранов, так как отечественной промышленностью для них тормозные генераторы не выпускаются. Применение схемы с регулируемым электрогидравлическим толкателем ограничено легким и средним режимом работы. При напряженном режиме

123

наблюдается повышенный износ тормозной системы. Система уп­ равления двигателя с микроприводом очень сложна и не обеспе­

вует режим силового спуска для легких грузов. Однако, как по­ казала практика, механизм подъема редко нуждается в режиме силового спуска и в уменьшении частоты вращения двигателя при посадке легких грузов. По сравнению с другими дроссельны­ ми схемами эта схема проста, так как в ней отсутствует тахогенератор обратной связи по частоте вращения и размеры дросселя

ДН невелики.

Всовременных грейферных портальных кранах механизм

подъема представляет собой двухбарабанную лебедку с парал­ лельным или соосным расположением барабанов. Такие грейфер­ ные лебедки подразделяются на три группы:

лебедки с раздельным приводом барабанов; лебедки с кинематической связью между обоими барабанами; лебедки с дифференциальными механизмами.

Грейферные лебедки с раздельным приводом барабанов пред­ ставляют собой две одинаковые по характеристикам грузовые лебедки, между которыми отсутствует какая-либо механическая связь.

Когда грейфер в раскрытом состоянии опущен на кучу груза для закрытия челюстей, поддерживающей электродвигатель вы­ ключен, а его тормоз открыт. В результате канат этой лебедки имеет слабину для возможности заглубления грейфера при за­ черпывании, а на подъем работает только замыкающий электро­ двигатель. В момент полного закрытия челюстей грейфера этот двигатель воспринимает кратковременную нагрузку, соответству­ ющую массе груженого грейфера. Далее включается поддержи­ вающий электродвигатель, и нагрузка одинаково распределится между обоими электродвигателями. Чаще всего этого не проис­ ходит, так как поддерживающий электродвигатель может быть включен с опозданием; кроме того, необходимо время, чтобы вы­ брать слабину поддерживающих канатов. Поэтому, чтобы во время подъема груженого грейфера каждый электродвигатель воспринимал одинаковую нагрузку и имел одинаковую частоту вращения, их характеристику смягчают.

Вследствие этого в момент отрыва груженого грейфера под­ держивающий электродвигатель оказывается ненагруженным, так

и тогда оба электродвигателя начнут работать синхронно. Для смягчения характеристики и достижения тем самым синхрониза­ ции в цепь якоря обоих двигателей вводят невыключаемое сопро­ тивление. Хотя в начальный момент синхронной работы обоих

124

двигателей при подъеме груженого грейфера может иметь место некоторая неравномерность в распределении нагрузки, грейфер не раскрывается, так как этому препятствует сопротивление в его полиспасте.

Однако смягченная характеристика электродвигателей вызы­ вает существенный недостаток работы лебедок при подъеме и особенно при опускании раскрытого грейфера. При этих опера­ циях возможно самопроизвольное закрытие челюстей грейфера, так как замыкающий электродвигатель разгружен, а поддержи­ вающий несет нагрузку, соответствующую массе порожнего грей­ фера. Это ведет к рассогласованию в работе двигателей, а имен­ но: замыкающий электродвигатель, работающий в двигательном режиме, отстает от поддерживающего, который вращается со сверхсинхронной частотой вращения при тормозном режиме. Про­ исходит закрытие челюстей, что неудобно, так как удлиняется цикл крана и это небезопасно для окружающих.

В связи с указанным в грейферных лебедках с раздельным приводом барабанов предусматривают электрическую синхрони­ зирующую связь роторов обоих двигателей, которую вводит в дей­ ствие крановщик нажатием на педаль-кнопку.

Преимуществом грейферных лебедок этой группы является простота конструкции и надежность при условии обеспечения син­ хронности работы обоих двигателей при подъеме и спуске грей­ фера, а также экономичность, так как мощность каждого двига­ теля назначается 0,6 общей мощности. Вместе с тем наличие двух рукояток управления и педали-кнопки затрудняет управление, это не позволяют совмещать операции по времени, что отражается на производительности крана, уменьшая ее.

Если в предыдущем типе грейферных лебедок для синхронной работы обоих барабанов требовалась специальная электрическая схема включения, то стремление обеспечить равномерное распре­ деление нагрузок между обоими двигателями независимо от элек­ трических свойств и схем включения привело к созданию двухмо­ торных лебедок с кинематической связью между барабанами. Это значит, что между обоими барабанами, а следовательно, и двига­ телями существует механическая связь. В лебедках современных кранов эта связь осуществляется с помощью планетарного редук­ тора (рис. 85).

имеющей изнутри зубья внутреннего зацепления. С другой сторо­ ны, обойма зубьями внешнего зацепления через зубчатую пару 1 связана с поддерживающим электродвигателем ПД. Каждый са­ теллит свободно сидит на водиле 9, скрепленном с ведущей ше­ стерней 10, свободно установленной на валу, и через передачу S осуществляется связь с замыкающим барабаном ЗБ. Другая груп­ па водил 6 связывает обойму'со свободно посаженной шестерней 5 и через передачу 7 с поддерживающим барабаном ПБ.

125

Чтобы закрыть грейфер, электродвигатель ПД отключают, сле­ довательно, обойма заторможена, а электродвигатель З Д вклю­ чают «На подъем». Солнечная шестерня вращается, и сателлиты вынуждены обкатываться по внутренним зубьям заторможенной обоймы. Тем самым сателлиты увлекают за собой во вращатель­

Рис. 85. Схема кинематической связи барабанов лебедки с помощью планетар­ ного редуктора

т. е. солнечная шестерня тормозится, а включают «На подъем» поддерживающий 1 электродвигатель ПД. Он через передачу 1 вращает обойму, и теперь сателлиты, обкатываясь по солнечной шестерне, аналогично предыдущему, сообщают вращение замы­ кающему барабану ЗБ. Вместе с обоймой получают вращение и водила 6, которые через шестерню 5 и передачу 7 вращают под­ держивающий барабан ПБ. Передачи рассчитаны так, что часто­ та вращения обоих барабанов одинакова, и происходит подъем в данном случае закрытого грейфера.

Подобным же образом осуществляются операции открытия че­ люстей и опускание грейфера, только электродвигатели включают «На спуск».

Итак, для грейферных лебедок с планетарной передачей ха­ рактерно то, что операции закрытия и открытия челюстей грей­ феров выполняет замыкающий электродвигатель ЗД, а операции подъема и опускания — один двигатель барабана поддерживаю­ щих канатов, что и обеспечивает синхронные частоты вращения обоих барабанов. Кроме того, при включении одновременно двух

126

электродвигателей возможно совместить во времени операции от­ крытия или раскрытия челюстей с подъемом или спуском грейфе­ ра, так как из-за сложения частот вращения на водилах 9 часто­ та вращения замыкающего барабана увеличивается или умень­ шается, что позволяет уменьшить цикл работы.

Наряду с указанными достоинствами, грейферные лебедки об­ ладают недостатками. Они сводятся к тому, что общая мощность обоих электродвигателей в 1,5 раза больше, чем электродвигате­ лей у лебедок с раздельным приводом барабанов, и двигатель за­ мыкающего барабана мало используются по времени. Кроме того, они сложны в изготовлении, обслуживании и имеют значительную массу. Главная же трудность состоит в необходимости точного улавливания момента закрытия челюстей, чтобы при переключе­ нии на работу одного двигателя барабана поддерживающих ка­ натов -обе группы канатов несли одинаковую нагрузку, т. е. име­ ется опасность перегрузки замыкающего двигателя.

Чтобы устранить этот недостаток, в кинематической цепи за­ мыкающего барабана ставят муфту предельного момента, рас­ считанную на передачу вращающего момента, соответствующего примерно половине нагрузке заполненного грузом грейфера. При несвоевременном включении поддерживающего электродвигателя ПД (с опозданием) подъем груженого грейфера при работе только замыкающего двигателя не произойдет, так как фрикци­ онные поверхности муфты предельного момента будут пробуксо­ вывать до тех пор, пока не будет включен поддерживающий дви­

челюстей может производиться с помощью дифференциального механизма. Наконец, предотвратить перегрузку замыкающего двигателя могут автоматические выключатели, прерывающие по­ дачу тока в момент полного закрытия челюстей.

Дифференциальные механизмы, которыми снабжаются грей­ ферные лебедки некоторых типов, позволяют автоматизировать пуск двигателя поддерживающего барабана в конце зачерпыва­ ния, остановку двигателя после полного раскрытия челюстей, а также предотвратить самопроизвольное открытие и закрытие челюстей при опускании грейфера. Подобная автоматизация не только повышает производительность крана, но и облегчает кра­ новщику управление лебедкой, так как позволяет ввести одну рукоятку управления вместо двух.

Кинематически рассматриваемые лебедки не отличаются от лебедок с раздельным приводом обоих барабанов или с кинема­ тической связью между ними, но они снабжаются так называе­ мым дифференциальным механизмом, который механически свя­ зан как с замыкающим, так и с поддерживающим барабаном, по­ лучая от них привод.

Наиболее простой является лебедка с дифференциальным ме­ ханизмом, который с валами обоих барабанов связан цепной пе-

127

редачей 1 (рис. 86). Дифференциальным механизм состоит из конических шестерен 2 и 5. Шестерня 2 находится в зацеплении с

помещен изолированный кулачок 9, а по обе стороны от него раз­ мещены выключатели 3 и 4. Шестерня 7 удерживается в зацеп­ лении пружиной 6.

Для закрытия грейфера на куче груза рукоятку 11 контролле­ ра переводят в положение I «Закрытие». При этом оба электро­ двигателя получают питание и растормаживаются. Закрытие че­ люстей грейфера начинается после того, как пусковой момент замы­ кающего электродвигателя достигает величины, равной 1,8 номи­ нального значения. Поскольку поддерживающие канаты ослабле­ ны, срабатывает ограничитель массы груза, и в цепи поддержи­ вающего электродвигателя появится ток, создающий незначи­ тельный вращающий момент, но достаточный для того, чтобы выбрать слабину поддерживающих канатов (указанный момент появится, когда пусковые сопротивления полностью введены в

цепь ротора).

Через несколько секунд после начала закрытия челюстей шун­ тируются две ступени сопротивлений и частота вращения замы­ кающего барабана „возрастает. В этот период от замыкающего барабана ЗБ получает вращение зубчатое колесо 10 дифферен­ циального механизма. Поскольку коническая пара 5 и 7 не рабо­ тает, валик 8 по резьбе ввинчивается в колесо 10, перемещаясь поступательно влево по схеме вместе с кулачком.

В конце зачерпывания груза кулачок надавит на рычаг вы­ ключателя 3, что приведет к выключению соответствующих кон­ тактов и уменьшению момента замыкающего двигателя. Одновре­

128

менно с этим выключается имеющееся в схеме реле, и его размы­

положение II, выводят следующую ступень сопротивлений, и электродвигатель поддерживающего барабана ПБ увеличивает момент до 1,8 номинального.

Если в дальнейшем переводить рукоятку контроллера в по­ ложения III, IV и V, то скорость подъема грейфера возрастет, причем оба электродвигателя работают синхронно. В это время в дифференциальном механизме поступательное движение валика прекращается, так как он получает вращение от обеих кониче­ ских зубчатых пар, имеющих одинаковые значения частоты вращения, т. е. кулачок остается на одном месте у выключа­ теля.

Для опускания закрытого или открытого грейфера рукоятку контроллера резко переводят в положение II, минуя положение/ «Открытие». При этом закрытый грейфер не раскроется, так как

автоматически разгоняются и выходят на сверхсинхронную часто­ ту вращения.

Для открывгания грейфера рукоятку контроллера ставят в по­ ложение I «Открытие», что вызывает реверсирование электродви­ гателя замыкающего барабана ЗБ. При этом в дифференциаль­ ном механизме по причине, указанной выше, валик с кулачком движется поступательно вправо по схеме и в момент полного рас­ крытия челюстей кулачок надавит на выключатель 4 и двигатель остановится.

Предусматривается также невозможность закрывания откры­ того грейфера при его спуске. Для этого создаются на валах электродвигателей различные тормозные моменты, а именно: у поддерживающего — 0,64, а у замыкающего — 0,1 номинальной величины. Если грейфер начнет прикрываться, то из-за разности частот вращения кулачок дифференциального механизма воздей­ ствует на выключатель 4, частота вращения двигателя поддержи­ вающего барабана ПБ уменьшится, а при повторном нажатии на этот же выключатель возрастет и т. д.

Положение переключателей регулируется так, чтобы путь, проходимый кулачком, соответствовал длине замыкающего кана­ та, наматываемого на барабан или сматываемого с него.

На подобном принципе основана работа дифференциальных механизмов другого конструктивного исполнения (рис. 87).

Механизм заключен в корпус 1. Валик 4 одним концом с резьбой навинчен на гайку 6 с хвостовиком, связанным с валом замыкающего барабана. Другой конец валика вставлен во втул­