Лекция №15. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГРУЗОВЫХ КРАНОВ. НАГРУЗОЧНЫЕ ДИАГРАММЫ И МОЩНОСТЬ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ МЕХАНИЗМА ПОДЪЕМА ГРУЗОВОГО КРАНА (2 часа)

Цель занятия: занятия направлены на формирование компетенций

ПК-1. Способен осуществлять безопасное техническое использование, техническое обслуживание, диагностирование и ремонт судового электрооборудования и средств автоматики в соответствии с международными и национальными требованиями в части знания устройства и принципа работы элементов судовых электроприводов (З-2.1, З-2.2).

ПК-7. Способен осуществлять безопасное техническое использование, техническое обслуживание, диагностирование и ремонт электрооборудования и средств автоматики судовых палубных механизмов и грузоподъемных устройств в соответствии с международными и национальными требованиями (З-3.5)

ПК-10. Способен осуществлять наблюдение за эксплуатацией электрических и электронных систем, а также систем управления (З-4.1).

Результаты обучения по дисциплине должны обеспечить достижение обучающимися требуемой в соответствии с Таблицей A-III/6 Кодекса ПДНВ компетентности в сфере:

Наблюдение за эксплуатацией электрических и электронных систем, а также систем управления (Судовые электроприводы).

Методические материалы:

1.Савенко А.Е. Судовые электроприводы: учебное пособие для курсантов специальности

26.05.07Эксплуатация судового электрооборудования и средств автоматики и направления подготовки 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника / А.Е. Савенко - Керчь: ФГБОУ ВО КГМТУ, 2019.- 208 с.

2.Набор слайдов с иллюстрациями по теме лекции.

Учебное оборудование:

Аудитория, комплектованная учебной мебелью, доской и видеопроекционным оборудованием для презентаций, средствами звуковоспроизведения, экраном.

Последовательность изложения учебного материала:

Общая характеристика грузовых кранов

Краны осуществляют следующие операции:

1)подъем и спуск груза или пустого гака;

2)поворот стрелы с грузом и без;

3)изменение вылета стрелы;

4)передвижение крана.

Подъем и спуск груза осуществляется аналогично грузовым лебедкам и все процессы также аналогичны.

Электроприводы поворота работают в повторно-кратковре-менном режиме. Цикл их работы органически связан с циклом работы электропривода механизма подъема и имеет с ним общий период, выполняя горизонтальное перемещение груза. За каждый период механизм дважды разгоняется и дважды тормозится, выполняя поворот крана с грузом и обратный холостой поворот. В общем виде цикл работы состоит из следующих операций: подъем груза, перенос груза в горизонтальной плоскости, опускание груза, расстройка груза, подъем холостого гака и обратное перемещение в горизонтальной плоскости, опускание холостого гака и застройка груза.

117

В процессе поворота осуществляется разгон поворотной платформы со стрелой и грузом, который висит на тросе. При разгоне груз отстает от нока стрелы, а при торможении – опережает его. То есть происходит раскачивание груза на тросе, поэтому электропривод должен автоматически гасить колебания груза. Продолжительность включения механизма поворота

ПВ = 20÷35%.

Работы на судне приходится вести и с креном, что создает дополнительную нагрузку. Нагрузка на привод механизма складывается:

1)из трения в опорах механизма;

2)ветровой нагрузки;

3)нагрузки, связанной с креном судна.

Для привода применяют при скорости перемещения груза 1,6–2,0 м/с – двухскоростные двигатели, а при 2 м/с – трехскоростные.

Важной особенностью механизма поворота является большая механическая инерция, определяемая весом поворотной конструкции с подвешенным грузом и скоростью поворота.

Статические нагрузки, преодолеваемые механизмами поворота, как правило, симметричны, т.е. не зависят от направления вращения крана.

Механизмы изменения вылета стрелы по условиям работы близки к механизмам поворота. Ограничение раскачивания груза так же необходимо, как и для механизма поворота. Поэтому требования к скоростным характеристикам механизмов изменения вылета стрелы и поворота аналогичны.

Обеспечение высокой производительности является основным требованием, предъявляемым к кранам. Уменьшение продолжительности цикла повышает производительность, уменьшает время стоянки судна в портах и повышает рентабельность его работы. Уменьшение продолжительности цикла можно достигнуть путем увеличения скорости электропривода, сокращения продолжительности пусков, торможений и работ по застропке и расстропке грузов.

Нагрузочные диаграммы. Для обоснованного выбора двигателя по мощности прежде всего необходимо знать, как изменяется нагрузка на валу двигателя во времени. Представление о характере нагрузки дают нагрузочные диаграммы, на которых графически показаны зависимости развиваемых электродвигателем момента, мощности или тока от времени, т. е.

M=f(t); P=φ(t); I=ψ(t).

В нагрузочных диаграммах учитывается изменение указанных параметров как в установившихся режимах, так и при переходных процессах.

Режим работы электродвигателя определяется условиями работы грузоподъемного механизма, которые меняются в зависимости от характера перерабатываемого груза, принятого способа организации грузовых работ и типа грузоподъемного механизма.

Существует несколько способов выполнения грузовых операций, однако на судах наиболее типичными являются два способа:

1)работа одной лебедки с поворотом стрелы, что соответствует также работе подъемного механизма крана;

2)спаренная работа двух лебедок на один гак. При выполнении грузовых операций данным способом одна стрела располагается над люком трюма, а другая разворчивается за борт. Такая работа спаренными грузовыми стрелами носит название «телефон».

Рассмотрим первый способ — работу одной лебедки с поворотом стрелы. Цикл работы подъемного механизма лебедки можно разделить на следующие основные операции и периоды:

подъем груза в течение времени t1; стоянка подъемного механизма (поворот стрелы) t01; спуск груза в силовом или тормозном режиме t2; стоянка (расстропка груза) t02; подъем холостого гака t3; стоянка (обратный перевод стрелы) t03; спуск холостого гака t4; стоянка (застропка груза) t04.

Работу лебедки в этом случае можно представить в графическом изменении момента на валу электродвигателя за цикл нагрузки tц,.

Момент на валу электродвигателя считается положительным в том случае, если совпадает по знаку с направлением вращения вала двигателя. Приняты следующие обозначения: М1, М2, М3, М4

—статический момент электродвигателя соответственно при подъеме груза, при спуске груза, при

118

подъеме холостого гака, при спуске холостого гака; Мп1, Мп- повышенные значения моментов электродвигателя, обусловленные переходными процессами (моменты пусков и торможений); tп1— tп4 — продолжительность соответствующих переходных процессов; tп, —полное время цикла.

Статические нагрузки электроприводов. Без учета потерь на трение приведенный к валу электродвигателя момент, обусловленный весом груза, можно определить по формуле

где G=mg — вес груза, имеющий массу т,

G0=m0g — вес грузозахватного устроиства (гака, балластной груши, грейфера н др), масса которого m0,

Dб — диаметр грузового барабана,

iр, iп— соответственно передаточные отношення редуктора н полиспаста.

Момент, создаваемый грузом Мх, является активным (потенциальным) моментом, направленным всегда в одну сторону и не зависящим от направления движения груза. Значение момента зависит от веса поднимаемого груза.

В реальной грузовой лебедке всегда имеются потери трения, обусловливающие соответствующий реактивный момент Мтр, всегда препятствующий движению электропривода. Этот момент меняет свое направление с изменением направления движения. Таким образом, на вал двигателя действует суммарный статический момент Мо, являющийся алгебраической суммой момента от груза и момента трения.

При подъеме груза

При расчетах статических нагрузок моменты потерь (трения) могут быть учтены с помощью соответствующих значений к. п. д. подъемного механизма.

При подъеме груза

Где i=iрiп — передаточное отношение подъемиого механизма с учетом кратности полиспаста, ηл — кпд лебедки. К п д механизма меняется с изменением натрузки. Определить к п д механизма при частичной нагрузке можно по кривым в зависимости от номинального значения к. п

д. механизма подъема, ηл‘ — обратный к. п. д. механизма лебедки.

Значение обратного к. п. д. можно определить следующим образом. При спуске груза на валу электродвигателя будет приложен момент

При подъеме такого же груза электродвигатель должен создавать момент, необходимый для подъема груза и для преодоления потерь на трение, т. е.

Определив из последних соотношений Мтр и подставив его значение получим

119

Статический момент при спуске пустого грузового устройства может быть определ также по выражению

где Мтр0 — момент потерь при спуске пустого грузозахватного устройства.

В этом выражении момент нагрузки электродвигателя в зависимости от веса грузозахватного устройства может быть либо движущим, либо тормозным. При тяжелом грузозахватном устройстве (грейфер, гак с тяжелой балластной грушей и др.) Мгр0 > Мтр0 момент Мс4 является движущим (тормозной спуск).

При легком грузозахватном устройстве, а иногда и при легких грузах возможно соотношение Мгр0< Мтр0, при котором потери трения в механизме преодолеваются совместно моментом от веса грузозахватного устройства и движущим моментом двигателя (силовой спуск).

При силовом спуске (если ηл0 < 0,5) двигатель должен развить движущий момент, преодолевая неуравновешенную грузом часть момента потерь в механизме.

Динамические нагрузки электроприводов. При пусках, торможениях и реверсах электроприводов возникают динамические нагрузки. Динамический момент двигателя может быть определен из соотношения

включающий в себя момент инерции ротора двигателя и приведенный момент инерции всех вращательно и поступательно движущихся масс грузоподъемного механизма. Суммарный приведенный момент инерции определяется по формуле

Ji i — момент инерции и угловая скорость i-го вращающегося элемента, кг*м2 и рад/с; mj j — масса и линейная скорость j-го поступательно движущегося элемента, кг и м/c.

При рабочей скорости лебедки j < 2 м/с основную долю в моменте J составляет момент инерции двигателя. Для практических расчетов обычно приближенно J (1, 2 1,6)Jдв .

При пуске электродвигатель должен преодолевать статический момент сопротивления от веса поднимаемого груза и обеспечивать избыточный (динамический) момент, создающий необходимое ускорение электропривода,

M п M с M диц

120

Значение пускового момента для судовых грузоподъемных механизмов обычно принимается Мп = (2 2,5) Мн.

Однако Мп и можно определить найдя допустимое значение динамического момента исходя из допустимого ускорения 2хдон и установившейся рабочей скорости груза,

определяемые согласно механической характернстике по статнческому моменту сопротивлення нагрузки.

Тормозной момент двигателя при работе на спуск должен погасить кинетическую энергию вращающихся и поступательно движущихся масс электропривода, а также уравновесить активный статический момент, создаваемый грузом. Значение тормозного момента устанавливается исходя из тех же соображений, что и для пускового момента.

Выбор двигателя для механизма подъема. Для электродвигателей механизмов подъема характерны два режима работы: кратковременный и повторно-кратковременный.

Вкратковременном режиме работают шлюпочные и траповые лебедки, лоцманские подъемники и др. Расчет мощности электродвигателя подъемной лебедки Рр производится по номинальным значениям грузоподъемности и скорости выбирания троса. Также определяется время работы электропривода tр.

Вслучае применения двигателей кратковременного режима работы наиболее прост выбор двигателя при условии, что время кратковременной работы tр, равно одному из времен, определяемого стандартом tрн (10; 30; 60; 90 мин), для которого в каталоге указана номинальная

номинальной мощности Рн и потери Рр при мощности Рр. Условие правильного выбора двигателя

Преобладающее большинство грузоподъемных механизмов работает в повторнократковременном режиме, характерной особенностью которого являются частые пуски, торможения

иостановки. Поэтому для повторно-кратковременного режима работы грузоподъемных механизмов промышленность выпускает ряд специальных серий двигателей, обладающих высокой прочностью

иперегрузочной способностью, пониженным моментом инерции ротора (якоря) двигателя и высокой механической прочностью.

Для отечественных серий двигателей повторно-кратковременного режима допустимое время цикла принято равным 10 мин. Стандартные продолжительности включения ПВ = 15, 25, 40, 60 и

100 %.

Мощность электродвигателя грузовой лебедки рассчитывают в зависимости от поставленных условий. Чаще всего бывают заданы номинальная грузоподъемность и скорость подъема груза. В этом случае определяют мощность двигателя, выбирают его по каталогу, затем выбранный двигатель проверяют по условиям заданной производительности и нагрева. Этот метод расчета электропривода обычно называют по заданной грузоподъемности.

По данным заданных номинальных значений грузоподъемности искорости подъема номинального груза предварительно определяют момент на валу двигателя

121

Номинальная частота вращения электродвигателя, соответствующая принятой номинальной скорости подъема груза,

Для выбранного по каталогу электродвигателя оказываются известными его действительные рабочие характеристики и сих помощью, по методике, изложенной выше, может быть построена реальная натрузочная диаграмма, позволяющая оценить правильность сделанного выбора. Реальная нагрузочная диаграмма грузоподъемной лебедки М=f1(t) показана на рис. 15.1, а. Эту диаграмму можно перестроить и представить как Р=f2(t) или I=f3(t), так как значения М; Р и I взаимосвязаны.

По механической характеристике можно получить зависимость ω=f4(t). Зная М=f1(t) и ω=f4(t), нетрудно построить зависимость мощности на валу двигателя Р=f2(t), так как Р = Мω.

Где η — к. п. д. двигателя;

U— напряжение судовой сети (двигателя).

Следовательно, зная зависимости Р=f2(t) и η=f(P), легко перестроить нагрузочную днаграмму в форме I=f3(t)

Для проверки выбранного электродвигателя по условию допустимого нагревания необходимо реальные нагрузочные диаграммы М=f1(t) или I=f3(t) заменить эквивалентными в отношении нагрева двигателя двухучастковыми нагрузочными диаграммами М3=f3(t) или

Iэ=φэ(t) с постоянным за время работы двигателя моментом или током (рис. 15.1):

122

Контрольные материалы для проверки усвоения учебного материала:

124

125

126