2. Разработка кинематической схемы механизма.

Кинематическая схема проектируемого механизма предназначена для согласования и преобразования параметров механической мощности двигателя и рабочего механизма. В данном случае это преобразование вращательного движения в вертикальное поступательное движение. Помимо основной задачи на кинематическую схему возлагают задачи обеспечения безаварийной работы:

1. При исчезновении напряжения в сети механизм должен быть надёжно заторможен тормозом;

2. Не допускать подъёма крюка выше крайней точки, чтобы не допустить поломку механизма.

Кинематическая схема в настоящее время в большинстве крановых механизмов выполняется в виде, изображенном на рис.2.1. Она включает в себя:

1-электродвигатель, 2- соединительную муфту с тормозным барабаном, установленную между барабаном и редуктором. 3- крановый редуктор, 4- муфта, установленная между редуктором и барабаном, 5- барабан с канавками для укладки троса, 6 и 7- полиспаст, 6- неподвижная ось полиспаста, 7- подвижная ось полиспаста (на рис.2.1 изображён полиспаст с передаточным отношением , 8- крюк, 9- концевой выключатель для предотвращения поломки и порчи механизма подъёма при ошибках управлении, 10 и 11- пружинный тормоз, который затормаживает муфту 2 при снятии напряжения с катушки электромагнита ( и - сила пружины и электромагнита).

Из конструкционных особенностей передаточное число полиспаста изменяется дискретно причём, в кранах большой грузоподъёмности . Выбирая передаточные числа полиспаста можно найти ориентировочно передаточные числа редуктора. .

Исходными данными для выбора редуктора являются:

1. Ориентировочное передаточное соотношение редуктора. Причём передаточное отношение редуктора выбирается т.о., чтобы выполнялось условие Это условие будет соответствовать расхождению скоростей подъёма груза в задании и реальной не более чем на 10%.

2. Тип редуктора (в проектируемых крановых механизмах, как правило, применяется горизонтальные цилиндрические двухступенчатые редукторы ).

Рис. 2.1. Кинематическая схема механизма подъёма.

Рис. 2.2. Графическое определение мощности редуктора.

3. - расчётная мощность редуктора при заданной скорости вращения (коэффициент полезного действия редуктора не учитывается). Она определяется о мощности выбранного двигателя с запасом

Коэффициент запаса зависит от режима работы и типа редуктора. Например, для редукторов типа Ц2 расчётная мощность принимается в зависимости от номинальной мощности установленного двигателя (соотношение в ПВ=25%) и режима работы.

Режим работы	Лёгкий (Л)	Средний (С)	Тяжёлый (Т)	Весьма тяжёлый (ВТ)
Коэффициент запаса	2,25	2,25	1,6	1.25

Для других типов редукторов в /6/ приводятся другие коэффициенты запаса.

Так как скорости вращения двигателей не совпадают со скоростями редукторов, приводимыми в таблицах /6/, то мощность редуктора при номинальной частоте вращения двигателя определяется для заданного режима работы (Л,С,T,ВТ) методом линейной интерполяции или графическим методом.

Например для Т – режима работы из каталога получим, что для ближайших скоростей и мощность составляет соответственно и (причём ). Построив график зависимости найдём легко - мощность редуктора, соответствующую номинальной скорости двигателя (рис 2.2).

Необходимо, конечно, выбрать соответственно габарит редуктора, чтобы выполнилось условие .

Выбрав редуктор и передаточное соотношение полиспаста выполняют кинематическую схему механизма подъёма крана (рис. 2.1). Из рис.2.1 видно, что в механизме подъёма используется двойной полиспаст, поэтому усилие на трос будет в 2 раз меньше, чем на крюке крана. Это обстоятельство позволяет при большой грузоподъёмности крана существенно уменьшать диаметр троса.

Студенты заочного отделения выбор редуктора при отсутствии справочника производят упрощённо только по передаточным отношениям (см. приложение 2.1).

3. Проверка выбранного двигателя из условий пуска.

Из задания известно, что двигатель при разгоне механизма должен обеспечивать определённые динамические показатели. В данном случае это среднее значение «»,расчёт которого производится по основному уравнению движения. При построении механических характеристик (рис. 2.3) рассчитывается наибольший максимальный момент при пуске, который выбирается для машин переменного тока из условия.

a).

b).

Рис. 2.3. Механические характеристики

a). асинхронная машина с фазным ротором.

b). машина постоянного тока.

где - максимальный критический момент, определяется через способность

Перегрузочная способность асинхронной машины зависит от исполнения и мощности и приводится в каталогах /4/.

Для МПТ введено понятие максимально допустимого тока , величина которого также зависит от исполнения МПТ. Для краново-металлургических машин . Таким образом, для МПТ независимого возбуждения перегрузочная способность и максимально допустимый момент

Для МПТ смешанного и последовательного возбуждения из-за не пропорционального изменения тока и потока, величину перегрузочной способности и найдём по универсальным рабочим характеристикам /4/. Значение максимально допустимого тока принимается равным . Величину наибольшего максимального момента найдём как

Исходя из основного уравнения движения

можно по среднему пусковому моменту двигателя найти угловое ускорение для механизма подъёма

Средний пусковой момент найдём как полу-сумму максимального момента

и момента переключения

где - коэффициент запаса, учитывающий возможное изменение момента для получения заданного ускорения груза.

Момент при подъёме груза определяется как

суммарный, приведённый к валу двигателя момент инерции механизма, определённый как сумма моментов инерции двигателя , муфты и приведённых моментов инерции редуктора , груза и крюка :

Момент инерции двигателя дан в таблице в учебнике Вешеневского.. Момент инерции муфты и редуктора ориентировочно выбираем как

Момент инерции крюка и груза, приведенные к валу двигателя

Линейное ускорение груза определяем как

Сравнивая с заданным ускорением , делаем вывод о возможном обеспечении выбранным двигателем заданных динамических свойств , не превышая допустимых кратковременных загрузок.

При расчётах могут быть получены следующие результаты

1. Полученное ускорение более чем на 30% отличается от заданного, это говорит о том, что : <, то что двигатель из-за недостатка мощности не в состоянии обеспечить разгон привода с заданным ускорением, необходимо проанализировать другие варианты и при необходимости выбрать более мощный и весь расчёт повторить сначала. Если >, то за счёт уменьшения и и соответственно, можно снизить величину среднего ускорения без изменения мощности двигателя. Но следует учесть, что . В противном случае электрическая схема управления будет допускать сбои при снижении напряжения (рис. 2.3).

2. Полученное ускорение менее чем на 30% отличается от заданного. Это говорит о том, что двигатель правильно выбран по требованиям динамики механизма.

Необходимо отметить, что ускорение груза можно варьировать выбирая двигатель с большим или меньшим моментом инерции. Например, асинхронные машины МТ-62-10 и МТН-512-8 имеют одинаковые мощности и приблизительно одинаковой скорости моменты инерции 4,37 и 5,7 кГм соответственно. Такая разница в моментах инерции позволит на 25% изменить среднее ускорение при подъёме греза.

Анализируя варианты выбора двигателя и кинематических схем для и , выбирают наиболее удачный по условиям пуска.

4. Предварительная проверка мощности двигателя из условий нагрева.

Для предварительной проверки выбора мощности двигателя из условий нагрева находят статические усилия или статические моменты наиболее характерных режимов работы механизма. При расчёте электропривода крана, как правило, оперируют статическими моментами.

К основным режимам работы механизма подъёма крана относится:

1) Подъём груза (номинальный груз), момент , сила

2) Спуск груза (номинальный груз), момент , сила

3. Подъём порожнего крюка, момент , сила

4. Спуск порожнего крюка, момент , сила

При расчёте моментов необходимо учитывать изменения К.П.Д. для каждого режима работы крана. В задании даётся К.П.Д. при номинальной нагрузке. Для перерасчета К.П.Д. при частичной нагрузке пользуются кривыми для типовых передач, выраженными в зависимости от коэффициента относительной загрузки.

По данным номинального К.П.Д. передачи может быть определены К.П.Д. передачи при частичной загрузке механизма. При отсутствии кривых К.П.Д. находят по формуле:

где - номинальный К.П,Д. при полной загрузке.

- коэффициент относительной загрузки.

- опытный коэффициент, среднее значение

Для определения статических моментов на валу двигателя находят силу, необходимую для подъёма груза:

а силу, необходимую для подъёма крюка:

Момент при подъёме груза:

Момент при спуске груза:

Относительная загрузка механизма при подъёме порожнего крюка:

По кривым (см. рис. 2.4. или аналитически), определяют К.П.Д. механизма при подъёме крюка:

Момент при подъёме крюка:

Момент при спуске крюка:

По вычисленным значениям статических моментов можно построить нагрузочную диаграмму. Работа механизма подъема состоит из процессов подъема и опускания груза и подъема и опускания порожнего грузозахватного приспособления (крюка). Кроме периодов работы механизма подъема имеются периоды пауз, в течении которых двигатель не включен и механизм не работает. Это время используется для загрузки и разгрузки грузозахватного устройства и для подготовки проведения следующего цикла работы электропривода и механизма.

Кроме того, время каждой операции механизма подъема в свою очередь можно разделить на время неустановившегося движения, в течении которого происходит разгон электропривода (пуск) и замедление (торможение), а также время движения с постоянной скоростью (время установившегося движения). При построении упрощенной диаграммы пренебрежем переходными процессами в электроприводе.

В задании на проектирование известны высоты h и скорость подъема V, время захвата (стропки груза) и оцепа , время подъезда тележки с краном и время ее отъезда и продолжительность включения механизма подъема ПВ. Допуская, что скорость подъема и спуска груза и крюка одинаковы, их можно приближенно вычислить по времени подъема груза

Обычно принято считать также, что время отцепа и захвата груза равны и время подъезда тележки равно времени отъезда t^от.

Запишем выражение для продолжительности включения электропривода через указанные выше величины.

где t_п – время паузы

Полное время паузы для электропривода механизма подъема крана определим как .

Полное время включения электропривода равно . время цикла найдем как сумму всех времен

По рассчитанным данным строим упрощенную нагрузочную диаграмму (рис.2.5).

Для рассчитанного графика повторно-кратковременной нагрузки найдем величину эквивалентного момента , которая позволит упрощенно проверить выбранный двигатель из условий нагрева.

Рис. 2.4. Упрощенная нагрузочная диаграмма.

5	4	3	2	1	№ варианта	Величины
=i ДП –32 посл. возб	=i МП –41 парал. возб.	˜ ток МТВ 311-6	˜ ток МТВ 311-8	˜ ток МТВ 311-6	P40min = 7,5кВт P40max = 10кВт P25min = 10кВт P25max = 13Квт	Тип двигателя P40min P40max P25min P25max		Данные двигателя	СВОДНЫЕ ДАННЫЕ ПО ВТОРОМУ РАЗДЕЛУ ПРОЕКТА
25	25	25	40	25	Из каталога	%	ПВ	Данные редуктора и полиспаста
12	12	13	7,5	11	Из каталога	кВт	Рн
675	685	925	695	945	Из каталога	Об/мин
0,425	0,775	0,9	0,387	0,225	Из каталога
	3,0	2,5	2,5	2,8	Из каталога	–	Км
1061	1991	4222	972	1102	расчёт	Дж
					Расчёт по Кз	кВт
					Из каталога	кВт
					расчёт	–
					Выбор	–
					Выбор	–
					Из каталога	–
					Расчёт	%
					Расчёт	Н м		Данные электропривода
					Расчёт	Н м				Таблица 2.1
					Расчёт	Н м
					Расчёт	Н м
					Расчёт	Н м
					Из задания	м/с2
					Расчёт	м/с2
					Расчёт	%
					Расчёт	кВт	P

Среднеквадратичный момент двигателя за время его работы при заданной продолжительности включения найдем как

Здесь время паузы в не учитывается, т.к. оно уже вошло в величину продолжительности включения ПВ%.

Мощность двигателя при стандартной величине ПВ=25% или ПВ=40% найдем с учетом коэффициента запаса Кз, определяющего увеличение мощности двигателя в переходных режимах:

Сравнивая мощность предварительно выбранного двигателя с мощностью Рэ из условия нагрева двигателя можно сделать вывод о правильности выбора двигателя и приступить к разработке системы управления.

При не выполнении условия необходимо выбрать более мощный двигатель уже по величине .

Основные расчётные данные по разделу 2 для удобства пользования сведены в таблицу 2.1.

В пояснительной записке по этому разделу показывают, что двигатель выбран на основе анализа нескольких вариантов.