Вступ

Бурхливий технічний прогрес в області електротехніки та електроніки, що спостерігається в останні роки, призвів до суттєвих змін у теорії і практиці електричного приводу. Ці зміни насамперед стосуються створення нової елементної бази і технічних засобів автоматизації, швидкого розширення областей та обсягів застосування регульованого електроприводу, який переважно реалізується у вигляді тиристорного і транзисторного електроприводу постійного і змінного струму. Останнім часом все більший інтерес і розвиток отримує керований синхронний привод, що є самим перспективним видом електропривода по багатьом важливим показникам. Істотні зміни відбулися також у розвитку автоматичних систем керування електроприводами. Ці системи характеризуються переважним використанням принципів підлеглого регулювання, розширенням практичного застосування адаптивного керування, розвитком робіт по векторним принципам керування електроприводами з двигунами змінного струму, застосуванням аналогових і цифроаналогових систем управління на базі інтегральних мікросхем. Все ширше використовуються керуючі обчислювальні машини різних рівнів, розвиваються роботи по прямому цифровому управлінню електроприводами.

Метою даного курсового проекту є розробка електроприводу для механізму пересування візка, вибір оптимальної системи управління з урахуванням техніко-економічних показників, а також перевірка обраної системи на відпрацювання заданих переміщень.

1 Загальна частина

1.1 Класифікация портальних кранів за їх призначенням

1.1.1 Перевантажувальні портальні крани

Портові крани. Вантажопідйомність кранів, що використовуються в портах при завантаженні масових вантажів, коливається в межах 1,5-20т. При вантажопідйомності понад 3т вони зазвичай забезпечуються змінним обладнанням - грейферами для роботи з насипними вантажами і гаками для роботи зі штучними вантажами.

Для кранів вантажопідйомністю до 3т включно застосування грейферів досить обмежене, в основному вони використовуються для постачання вугіллям каботажних та річкових суден. Тому для спрощення підйомного механізму такі крани звичайно виготовляються тільки з гаками. Для спеціалізованих морських причалів при великих кількостях насипних вантажів доцільне застосування грейферних кранів вантажопідйомністю до 25 т.

Портові крани зазвичай мають постійну вантажопідйомність на всіх вильотах. Залежно від ширини прикордонних складів і обслуговуваних судів портові крани мають максимальний виліт від 15 до 40 м (зазвичай 25 і 30 м). Мінімальний виліт приймається з конструктивних міркувань. З метою обслуговування найбільшою площі з однієї установки крана слід прагнути мати цей виліт найменшим.

Ширина колії порталу (відстань між осями підкранових рейок) залежить від кількості залізничних шляхів, що перекриваються порталом. Зазвичай портали виконуються одноколійними, двоколійними і трьохколійними. У деяких випадках портали замінюються Г-подібними напівпорталами, в яких горизонтальна рама металоконструкції однією стороною спирається безпосередньо на ходові візки, що катаються по підкранових рейках, укладених на несучих конструкціях будівель прикордонних складів або на спеціальних естакадах. У річкових портах, що мають відкосі набережні, іноді застосовуються напівпортали спеціальної конструкції, які переміщаються по рейках, укладених на різних рівнях. Це дозволяє наблизити вісь обертання крана до розвантажувального судна, не вдаючись до зведення дорогих масивних стінок набережних. При великих коливаннях рівня води в річці під час паводків ходові візки, що йдуть по нижній рейці, і частина металевої конструкції напівпорталу часто працюють під водою.

Поворотна частина крана на одноколійному порталі встановлюється на середині його прольоту, на двоколійному вона іноді зміщується до однієї з підкранових рейок залежно від умов роботи крана. Поворотна частина крана на трьохколійному порталі іноді виконується пересувною, що збільшує обслуговуєму площу, але ускладнює конструкцію крана. Зважаючи на високу вартість споруди підкранових колій та набережних, тиск на ходові колеса кранів зазвичай обмежується 20-30т. Залежно від цього тиску визначається число ходових коліс.

Можливості застосування портальних кранів для виконання широкого спектру операцій:

- перевалки штучних вантажів за допомогою вантажного гака;

- роботи з важкими вантажами;

-обробки навалювальних вантажів за допомогою грейфера;

- роботи з магнітом,

- перевантаження металобрухту за допомогою прямокутного грейфера,

- обробки контейнерів за допомогою спредера.

Крани з бункером (крани типу "кенгуру") на порталі застосовують для вивантаження сипучих вантажів з суден при стійкому вантажопотоці.

Обертання виключено з робочого циклу крана, тим самим підвищується продуктивність. Рух грейфера з трюму до бункера і назад забезпечують тільки механізми підйому і зміни вильоту. З грейфера вантаж висипається в бункер і доставляється на склад транспортерами, один або два з яких встановлені на крані. Розміри бункера в плані, з урахуванням розгойдування грейфера на канатах, значні. Для зменшення розгойдування довжина підвісу повинна бути можливо меншою.

1.1.2 Монтажні суднобудівні і судноремонтні крани

Монтажні крани призначені для робіт з відповідальними штучними вантажами.

Суднобудівні та судноремонтні крани зазвичай встановлюються на високих порталах для кращого обслуговування робіт з монтажу та ремонту суден. Портальні крани, встановлювані на набережних судноверфей для добудови суден на плаву, називаються добудовними кранами. Вони застосовуються також при ремонті суден біля ремонтних набережних і в сухих доках. Портальні крани, застосовувані для збірки суднових корпусів на стапелях, називаються стапельні кранами. Сучасна технологія побудови суден передбачає збирання корпусу корабля великими вузлами, тому вантажопідйомність стапельних і добудовних кранів досягає 80т і більше. Висота підйому гака над головкою підкранових рейок монтажних кранів досягає 50 м. Зазвичай вони встановлюються на спеціальних високих порталах і, починаючи з вантажопідйомності 20т і більше, забезпечуються двома гаками – головним і допоміжним. Часто монтажні крани мають змінну вантажопідйомність залежно від вильоту. Швидкості робочих рухів подібних кранів, в відміну від перевантажувальних, призначаються невеликими. Для зручності установки монтованого обладнання механізм головного підйому, а іноді й інші механізми крана мають додаткову малу (посадкову) швидкість.

Максимальні вильоти монтажних кранів іноді досягають 35-40 м.

Особливу групу складають встановлювані на бортах плавучих доків докові крани , які служать для виконання роботи всередині доків. Вони переміщаються уздовж стінки дока по шляхах з дуже малою колією-3,0-4,5 м. У зв'язку з цим доводиться приймати спеціальні заходи для забезпечення стійкості кранів. Стійкість крана забезпечують противагами на поворотної частини і при необхідності заливанням бетону в опори порталу. Крім протиугінних захоплень докові крани постачають проти перекидними захватами (кліщами-захватами), охоплюють постійно головки підкранових рейок і оберігають кран від можливого перекидання при перевантаженнях і утримують кран при бічному ураганному вітрі. Підкранові рейки на доці повинні бути при цьому надійно закріплені для опору відриває зусиллям. Іноді стріли докових кранів повинні укладатися в похідне положення на час транспортування у відкритому морі. Докові крани проектують з урахуванням крену і диференту доку.

1.1.3 Будівельні портальні крани

Будівельні портальні крани використовуються для механізації будівельних робіт. Застосування портальних кранів на будівництві внаслідок їх високої вартості доцільно тільки при перевантаженні великих кількостей матеріалів, коли кран працює тривалий час на одному місці. В даний час портальні крани широко застосовуються на будівлях гребель, шлюзів і силових будинків великих гідростанцій для укладання бетону, подається в цебрах по бетоновозних естакаді. Кран розвантажує бадді, підвозяться по естакаді під порталом крана, і подає їх в блоки, де бадді спорожняються і назад вантажаться на транспортні кошти. За допомогою портальних кранів подають і встановлюють опалубку (у вигляді щитів), арматурні ферми, плити-оболонки, встановлюють заставні частини затворів і турбін і т. д. В кінці будівництва ці крани використовуються для монтажу основного обладнання. Будівельні портальні крани зазвичай мають вантажопідйомність 10 – 20т. Залежно від вильоту стріли вона може бути змінної. Величина максимального вильоту цих кранів залежить від ширини гребель і досягає 50 м, висота підйому гака над головою підкранових рейок-36 м. Глибина опускання гака нижче головки підкранової рейки залежить від висоти естакади і досягає 70 м і більше.

Для забезпечення високої продуктивності при таких великих висотах підйому будівельні крани мають такі ж високі швидкості підйому, як і перевантажувальні крани. Однак швидкості повороту і зміни вильоту у будівельних кранів дещо менше, ніж у перевантажувальних, внаслідок необхідності зменшення розгойдування вантажу, що висить зазвичай на довгих канатах. Будівельні крани робляться тільки крюковими. Портали їх мають велику висоту, так як під ними можуть перевозитися по естакаді арматурні ферми і обичайки трубопроводів до турбін.

1.1.4 Классіфікація портальних кранів за типами стріл

При розгляді різних типів портальних кранів найправильніше розрізняти їх за кінематичними схемами стріл, які визначають як конструкцію крана в цілому, так і його експлуатаційні якості. Проста стріла не забезпечує горизонтального переміщення вантажу при зміні вильоту. Неврівноваженість ваги стріли і підйом або опускання вантажу при зміні вильоту вимагають вельми потужних механізмів зміни вильоту, тому такі стріли зустрічаються тільки в кранах старих типів. Крани з простими стрілами володіють зниженою продуктивністю, так як на установку вантажу в потрібне положення витрачається великий час. В даний час для портальних кранів застосовуються повністю або частково врівноважені стріли, що забезпечують переміщення вантажу по траєкторії, близькій до горизонталі. Потужність двигунів механізмів зміни вильоту таких стріл витрачається тільки на подолання тертя в шарнірах стріли, перекочування канатів по блоках і подолання вітрових і інерційних опорів. Зазвичай незначна частина потужності витрачається на невеликий підйом і опускання вантажу внаслідок відхилення його траєкторії від точної горизонтальної лінії і на подолання неврівноваженою частини моменту від ваги стріли.

Було запропоновано і виконано велику кількість схем стріл з горизонтальним переміщенням вантажу при зміні вильоту. Нижче розглянуті чотири схеми, отримавші найбільшого поширення.

Перша схема - шарнірно-зчленовані стріли з профільованим хоботом і гнучкою відтяжкою. Стріла складається з стріли , хобота і канатної відтяжки. Криволінійна частина хобота профілюється так, щоб забезпечувалося переміщення вантажу по горизонталі. Траєкторія руху кінця хобота залежить від положення вантажного канату. Якщо канат паралельний осі стріли, то кінець хобота переміщається по горизонталі. З допомогою такої стріли можливо отримати найбільше наближення траєкторії переміщення вантажу до горизонталі при зміні вильоту

Друга схема - шарнірно-зчленовані стріли з прямолінійним хоботом і з жорсткою або з гнучкою відтяжкою.

Жорстка відтяжка хобота, що має достатню ширину в нижній частині, значно зменшує скручування стріли під дією сил інерції, прикладених до кінця хобота, і утримує хобот від перекидання в разі обриву вантажу. Завдяки цим властивостям жорстка відтяжка широко застосовується в швидкохідних портальних кранах і в кранах з великою вантажопідйомністю (75-100т). Вантажопідйомність плавучих кранів, обладнаних укосинами такого типу, досягає 350т.

При гнучкій відтяжці хобота зменшується вага стріли, але зростає небезпека скручування стріли і перекидання хобота. Розроблено конструкцію стріли з додатковим шарніром, що забезпечує обертання хобота в поперечному напрямку. Відтяжка хобота в цій стрілі зроблена у вигляді однієї гілки каната.

При виникненні поперечних сил на кінці хобота останній повертається, не скручуючи стрілу.

До недоліків стріл з прямолінійним хоботом слід віднести велику довжину хобота, велику вагу і велику парусність при наявності жорсткої відтяжки.

Третя схема - стріли з зрівняльними поліспастами. Такі стріли забезпечують переміщення вантажу по лінії, близької до горизонталі. Для зменшення довжини вантажного каната іноді застосовують укорочені зрівняльні поліспасти.

Стріли з зрівняльними поліспастами легкі, прості у виготовленні, зручні в монтажі і дозволяють без утруднень здійснювати укладання їх в похідне положення.

До недоліків цих стріл відносяться велика довжина канатів від вантажу до головки стріли при малих вильоти і, як наслідок, велика розгойдування вантажу, а також підвищена витрата вантажних канатів за рахунок їх великої довжини і додаткового зносу від перекочування по блокам при зміні вильоту.

Четверта схема - стріли з зрівняльними блоками, розташованими на хитному важелі і відтягують вантажний канат при зміні вильоту. Траєкторія руху вантажу таких стріл значно відхиляється від горизонталі. Поліпшення цієї траєкторії зазвичай викликає значне ускладнення стрілового пристрою. Урівноваження власної ваги стріл у всіх чотирьох схемах досягається за рахунок рухомого противаги, який розташовується на хитному важелі-коромислі, з'єднаному жорсткої тягою зі стрілою, або на канатній підвісці, з'єднаної зі стрілою.

1.2 Вимоги до електрообладнання перевантажувальних кранів

Електрообладнання вантажопідіймальних кранів і машин, його монтаж, струмопроводи, освітлення, заземлення та інші заходи безпеки мають відповідати вимогам Правил улаштування електроустановок, Правил технічної експлуатації електроустановок споживачів.

Електропостачання вантажопідіймального крана чи машини від зовнішньої електричної мережі може здійснюватися через ввідний пристрій (рубильник, автоматичний вимикач, тощо) з ручним або дистанційним приводом.

Ввідний пристрій вантажопідіймального крана чи машини, що знаходиться поза кабіною або у відкритій кабіні керування, повинно замикатися на замок у вимкненому стані й мати покажчик «вимкнено», «ввімкнено».

З метою уникнення несанкціонованого керування вантажопідіймальними кранами або машинами їх захисна панель має бути обладнана індивідуальним контактним замком із ключем (ключем-маркою), що виключає подачу напруги на вантажопідіймальний кран. У випадку встановлення захисної панелі поза кабіною ключ-марка може дублюватися на панелі управління в кабіні. У талях і вантажопідіймальних кранах, керованих з підлоги, ключем-маркою обладнується апарат управління, а управляється зі стаціонарного поста - дистанційний пульт (панель). Захисна панель має бути опломбована.

Портальні, козлові крани, а також причальні та мостові перевантажувачі (далі - перевантажувачі), електропостачання яких здійснюється за допомогою гнучкого кабелю, обладнуються кабельним барабаном для автоматичного намотування (змотування) кабелю. Дозволяється не обладнувати кабельним барабаном вантажопідіймальні крани, шлях пересування яких не перевищує 50 м.

Система управління електродвигунами вантажопідіймального крана чи машини повинні виключати:

- Самозапуск електродвигунів після відновлення електропостачання вантажопідіймального крана чи машини;

- Пуск електродвигунів не за заданою схемою прискорення;

- Пуск електродвигунів контактами пристроїв безпеки.

Кабіна і електроприміщеннях повинні бути оснащені електричним освітленням, а також опаленням, кондиціонером, вентилятором і т.п. відповідно до вимог НД (за потреби).

Живлення електричних ланцюгів освітлення і сигнального пристрою має здійснюватися до ввідного пристрою і мати самостійні вимикачі.

До ввідного пристрою за наявності самостійних вимикачів можуть бути також підключені крановий підйомник, система гучномовного або телефонного зв'язку, кондиціонер, загороджувальні вогні, повітроочисні фільтри, холодильник, пилосос, опалювальні прилади для обігріву електрообладнання.

Світильники (прожектори), встановлені на вантажопідіймальних кранах і машинах для освітлення робочої зони, мають вмикатися самостійними вимикачами, встановленими в кабіні та на порталі (естакаді, опорі, тощо).

Дозволяється не обладнувати ремонтним освітленням однобалкові крани.

Використання металоконструкцій крана як струмопроводу для живлення кіл напругою понад 25 В не дозволяється.

Вантажозахоплювальний орган та інші елементи вантажопідіймальних кранів (наприклад, штирьового), які знаходяться за умовами технологічного процесу під напругою, що не заземлюються. У цьому випадку вони повинні бути ізольовані від заземлених частин вантажопідіймального крана не менше ніж трьома ступенями ізоляції. Опір кожного ступеня ізоляції має бути не менше 10 МОм. Ізоляція електрообладнання й електропроводки має бути розрахована на випадок додавання до них напруги від вантажу при пошкодженні або перекритті ступенів захисної ізоляції.

Перевірка величини опору ступенів ізоляції та перевірка ізоляції електрообладнання й електропроводки виконуються під час проведення повного технічного освидетельствованія лабораторією, яка отримала в установленому порядку дозвіл на виконання цих робіт.

Мостові електричні крани в корпусах електролізу у виробництві алюмінію повинні мати ізоляцію, яка виключає з'єднання електролізерів, які перебувають під напругою, з "землею" через гак (вантажозахватне пристосування) або канат крана. Кількість послідовних ступенів ізоляції гака або вантажозахоплювального пристосування від "землі" має бути не менше трьох. Величина опору ізоляції каждойступені повинна бути не менше 1,5 МОм.

Перевірка величини опору ізоляції вантажозахоплювального пристосування мостового електричного крана і захоплення механізму перестановки обпалених анодів (штирів) від металоконструкцій має проводитися кожну зиму. Перевірка опору двох інших ступенів ізоляції мостового крана має проводитися не рідше одного разу на 15 днів.

Гак крана або іншого піднімального пристрою, який застосовується у виробництві кристалічного кремнію та електротермічного кремнію під час нарощування електродів без відключення печі, повинен мати не менше двох послідовних ступенів ізоляції від "землі". Величина опору ізоляції кожного ступеня має бути не менше 1,5 МОм. Перевірка опору ізоляції має проводитися кожну зміну.

1.3 Переваги тиристорного керування порівняно до релейно-контакторної

Тиристорні панелі замислювалися і випускаються як повна заміна контакторним панелям при модернізації діючих, або при випуску нових кранів. При цьому вони володіють розширеним функціоналом і підвищеною надійністю.

Застосування тиристорних панелей покращує експлуатаційні характеристики крана. Тиристорні ключі здійснюють безконтактну комутацію ступенів опорів ротора і реверсування. Не існує проблем з пригоранням контактів, перегоранням котушок контакторів. Точне регулювання часу затримки між комутаціями ступенів дозволяє обмежити пускові струми. А контроль струмів статора за допомогою швидкодіючих трансформаторів забезпечує тепловий захист і відключення панелі при тривалих пускових струмах.

Імпульсно-ключове регулювання дозволяє збільшити глибину регулювання двигуна механізму крана до 1:10 (одного до десяти). Тиристорні панелі так само

широко використовуються спільно з частотними перетворювачами в системах кранових приводів комбінованого типу. А введення в експлуатацію панелі займає не більше 10 хвилин після підключення і подачі живлення. Всі перераховані переваги тиристорних панелей в експлуатації означають пряму економічну вигоду у вигляді зниження витрат на обслуговування і ремонт обладнання, скорочення простоїв.

Напрацьовані конструктивні та схемотехнічні рішення дозволяють реалізувати будь-які, навіть самі жорсткі індивідуальні вимоги: з розміщення, обслуговування, принципам регулювання швидкості приводів, аж до нестандартних рішень.

Переваги тиристорних кранових панелей

Використання в панелях безконтактної комутації (тиристорного ключа) дає істотні переваги по відношенню до релейно-контакторних панелей:

- висока надійність експлуатації та ймовірність безвідмовної роботи електрообладнання кранів забезпечується винятком у тиристорних схемах механічних контакторів з силового ланцюга електроприводів. Особливо це актуально для великовантажних кранів при застосуванні в середовищах з підвищеним вмістом пилу, вологи, наприклад в цементному виробництві, в гірничодобувній галузі, в металургії, в портах.

- висока швидкодія системи тиристорного управління і можливість підвищеної частоти включень приводу;

- низьке власне енергоспоживання системи тиристорного управління;

Тиристорні панелі оптимальні для реконструкції кранів, де традиційно використовуються двигуни з фазним ротором.

Панелі тиристорного управління легко адаптуються до особливостей конкретних кранів за рахунок наявності вбудованого промислового контролера.

Комплексне оптимальне управління електроприводом тиристорного управління за допомогою промислового контролера з високою точністю забезпечує:

- оптимальні змінювані витримки часу між включенням ступенів, що зменшує динамічні навантаження на двигун і редуктор, механічних елементів конструкцій крана, збільшуючи їх надійність;

- захист двигунів від максимальних струмів і від обриву фази;

- виключення всіх пристроїв системи при пропажі напруги силової мережі і стопоріння крана.

Кранові тиристорні панелі мають контакторні аналоги, що дозволяє, не міняючи характеристики кранів міняти зношені контакторні панелі на безконтактні. При цьому, за рахунок відпрацьованої технології виробництва, панелі тиристорного управління за ціною сумірні з контакторними.