Розрахунок кранової установки

Вступ

Крани належать до великої групи вантажопідйомних машин, в яку входять також  електричні талі, навантажувачі, мостові  крани, підойми тощо. Режими роботи електроустаткування кранів є типовими і, як правило, загальними для механізмів цієї групи.

Найбільш  розповсюджені типи кранів умовно поділяють  на мостові, кабель-крани, стрілові, консольні, крани-штабелери, електричні візки і пересувні талі. В залежності від використання в технологічному процесі вони можуть мати різні захоплюючи пристосування: гаки, грейфери, магніти тощо.

Мостові крани (підойми) за виконуваними функціями поділяють на цехові, козлові і мостові перевантажувачі. Перші використовуються для виконання різних технологічних і монтажних операцій; другі — для виконання складальних і монтажних операцій; треті застосовуються на рудних дворах і вугільних складах.

Кранові механізми працюють у різних умовах: від легких — у механічних цехах, до дуже важких — у ливарних і металургійних цехах. Для механізмів типових кранів характерні наступні режими роботи з різними значеннями відносної тривалості вмикання (ТВ):

І — легкий (Л) з ТВ = 15—25 % (до 60 вмик/год),

ІІ — середній (С) із ТВ = 25 % (до 120 вмик/год),

ІІІ — важкий (В) із ТВ = 40 % (до 240 вмик/год),

IV — дуже важкий (ДВ) із ТВ = 60 % (до 600 вмик/год).

Ці режими залежать від класу використання (А1, А2, А3, А4) і класу умовного відносного навантаження (В1, В2, В3, В4) кранового механізму. Режим ще більш складних, ніж ДВ, умов роботи, де відносна тривалість вмикання механізму може досягати 100 %, називають особливо важким (ОВ).

Для різних класів використання значення часу роботи кранових механізмів знаходиться в межах: для класу А1 — до 1 год на добу і до 200 год протягом року; для А2 — відповідно 1-3 год і 200 800 год; для А3 — 3-7 год і 800-2500 год, а для А4 — більше 7 год на добу і 2 500 год за рік.

Основними механізмами у більшості кранів є механізми підіймання, переміщення крана і візка, повороту або зміни (для штабелерів — висування) позиції (вильоту) вантажу. За графіком навантаження (циклу роботи) механізми кранів можна розділити на дві основні групи:

1 — механізми  підіймання, в яких графік навантаження складається з чотирьох ділянок — підіймання і опускання вантажу, підіймання і опускання незавантаженого захоплюючого пристрою;

2 — механізми  переміщення, повороту, зміни позиції,  в яких графік навантаження  має дві ділянки — робота  з вантажем і без нього.

Електроприводи  для кранових механізмів виготовляють як на змінному, так і на постійному струмі:

- перші  — на базі асинхронних двигунів з фазним чи з короткозамкненим ротором,

- другі  — на базі двигунів паралельного, послідовного чи змішаного збудження. Напруга живлення двигунів змінного струму — не більша 660 В, а постійного струму — до 600 В.

Механізми кранів працюють у важких атмосферних  умовах при повторно-короткочасному режимі з великим числом вмикань  за годину. Тому для них випускаються спеціальні кранові і металургійні електродвигуни з підвищеною перевантажувальною здатністю, високою механічною міцністю і зі зменшеною електромеханічною (динамічною) сталою часу Т_ем.

Раніше  у приводах кранових механізмів широко застосовувалися двигуни постійного струму серії ДП і змінного струму серій МТ і МТК. В даний час ці двигуни замінені крановими і металургійними двигунами постійного струму серії Д (з послідовним, змішаним чи з паралельним збудженням), змінного струму з фазним ротором серій МТР і МТН, і з короткозамкненим ротором серій МТКР і МТКН, причому двигуни змінного струму використовуються набагато частіше (майже у 90% кранових електроприводів). У двигунів серій Д, МТН і МТКН ізоляція класу Н, а серій МТР і МТКР — класу Р. Конструктивно вони виконуються закритими з продуванням і з охолодженням ззовні.

Двигуни постійного струму серії Д виготовляються на напруги 220 і 440 В, потужністю 2,4÷106 кВт для ТВ = 40 % і частоти обертання 1550÷460 хв^–1, з ймовірністю безвідмовної роботи 0,98 за три роки експлуатації і 0,92 за п’ятнадцять років експлуатації. Кранові двигуни серій МТР і МТКР виготовляються на напруги 220/380 і 500 В змінного струму частотою 50 Гц із синхронними частотами обертання 1000, 750 і 600 хв^–1, потужністю 1,4÷30 кВт (МТР) і 1,4÷26 кВт (МТКР) для ТВ = 40 %; металургійні двигуни серій МТН і МТКН — на напруги 220/380, 240/415, 400 і 500 В того ж струму і з тими ж частотами обертання, потужністю 3÷160 кВт (МТН) і 3÷37 кВт (МТКН) для ТВ = 40 %; середній коефіцієнт потужності двигунів з фазним ротором складає 0,72, коротко-замкнених — 0,76.

Серед двигунів цих же серій випускаються дво- та тришвидкісні двигуни з числом пар полюсів 4/12, 4/24, 1/8/24 (МТКР) і 6/12, 6/16, 6/20 (МТКН), в яких реалізовано принцип керування з постійним моментом і які мають потужність (з меншим числом пар полюсів), що відповідає основній шкалі потужностей одношвидкісних двигунів. Для вказаних двигунів основним режимом роботи є повторно-короткочасний з величиною ТВ = 40 %. Крім того, у каталогах наводяться технічні дані цих двигунів для режимів роботи з ТВ = 15, 25, 60 і 100%. Слід зауважити, що одношвидкісні двигуни можуть працювати ще й при короткочасних режимах протягом 30 і 60 хв з потужностями, що відповідають основній шкалі з ТВ = 25 і 40 %.

Згідно  зі стандартом, кранові двигуни можуть використовуватися для роботи в наступних режимах: S3 — повторно-короткочасному з ТВ = 15, 25, 40 і 60 % з тривалістю циклу 10 хв, і S2 — в короткочасному режимі. Випускаються електродвигуни серії 4МТ потужністю до 200 кВт з ймовірністю безвідмовної роботи за три роки експлуатації до 0,96 для кранового виконання і 0,98 для металургійного виконання протягом трьох років роботи.

Перевантажувальна здатність за моментом двигунів постійного струму становить приблизно 2,5÷3,0 для двигунів паралельного збудження, 3,5÷4,0 для двигунів змішаного збудження і 4,0÷4,5 для двигунів послідовного збудження.

Пускові моменти кранових двигунів змінного струму з короткозамкненим ротором  складають (2,5÷3,3)Мном, а максимальні  — (2,6÷3,6)Мном; пускові моменти двигунів з фазним ротором можуть бути рівні максимальним і становлять (2,3÷3,0)Мном.

З метою вилучення механічної передачі і збільшення прискорення під час розгону механізмів переміщення електричних візків (талів) та інших схожих пристроїв, які переміщаються по моно-рельсових шляхах, останнім часом ведуться роботи щодо використання лінійних асинхронних двигунів (ЛАД). Уже розроблено цілу низку таких двигунів різних типів на потужності до кількох сотень кіловат, але коефіцієнт потужності і ККД (коефіцієнт корисної дії) їх є меншими, ніж обертових двигунів.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Умови проектування

Метою даної  курсової роботи є розрахунок мостового крану загального призначення для робіт у цеху заводу.

Після розрахунків приймаються (з обґрунтуванням) наступні умови проектування:

1. Маса  вантажозахоплюючого пристрою G₀ = 0,2 т.

2. Частота  обертання для попереднього вибору  двигуна механізму підйому n = 1000 об/хв.

3. Прискорення  механізму а = 0,2 м/с.

Характеристика приміщення цеху:

4. Коефіцієнти  відбивання від стелі, стін  і розрахункової поверхні відповідно r_п = 0,7, r_с = 0,5, r_р.п = 0,1.

6. Кількість  робочих годин у році t_р = 5000 год.

7. Габаритні  розміри цеху:

довжина А, = 60 м;

ширина В, = 25 м;

висота Н, = 15 м;

 

Вихідні дані

8. Швидкості  руху механізмів, м/хв:

- V_п = 19 м/хв;

- V_в = 25 м/хв;

- V_м = 80 м/хв;

9. Максимальні  переміщення механізмів, м:

- L_п = 7 м;

- L_в = 14 м;

- L_м = 50 м; 

10. Вантажність  крана, т G  = 6 т.

 

 

2. Розрахунок тривалості включення (ТВ) механізмів крану

 

2.1. Розраховуємо  час роботи механізмів крану.

2.1.1. Для  механізму підйому, враховуючи необхідність підйому вантажу лише на половину загально можливої висоти підйому,

де  L_n — висота піднімання вантажу, L_п = 7 м;

V_n — швидкість піднімання, V_п = 19 м/хв .

 

2.1.2. Для  механізму переміщення візка

де  L_b — переміщення візка, L_в = 14 м;

V_b — швидкість переміщення візка, V_в = 25 м/хв.

 

2.1.3. Для  механізму переміщення моста

де  L_м — переміщення моста, L_м = 50 м;

V_м — швидкість переміщення моста, V_м = 80 м/хв.

 

2.2. Графік  повного циклу роботи кранової  установки будується з урахуванням  часу пауз між операціями  та паузи в кінці циклу Враховуємо також необхідність підйому вантажу лише на половину загально можливої висоти підйому, та можливість одночасної роботи механізмів переміщення.

2.1. Графік  повного циклу роботи механізмів  мостового крану

 

2.3. Виходячи  з графіка повного циклу роботи  механізмів мостового крану розраховуємо загальний час циклу роботи крану

де  — час роботи механізма підйому при підніманні та опусканні вантажу та порожнього вантажозахоплюючого пристрою відповідно.

 

2.4. Розраховуємо  ТВ механізму підйому

2.5. Розраховуємо  ТВ механізма переміщення візка

2.6. Розраховуємо  ТВ механізма переміщення моста

 

 

3. Вибір двигуна механізму підйому

Кінематична схема механізму підйому зображена на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Кінематична схема механізму  підйому

 

3.1. Попередній  вибір потужності двигуна

3.1.1. Статичні  моменти для чотирьох операцій  визначаються виразами

— при  підйомі номінального вантажу

— при  опусканні номінального вантажу

— при  підйомі порожнього вантажозахоплюючого механізму

— при  опусканні порожнього вантажозахоплюючого  механізму

де G₀ — маса вантажозахоплюючого пристрою, G₀ = 0,2 т;

G — вантажність  крану, G = 6 т.

V_п — швидкість руху механізму підйому, V_п = 19 м/хв;

n_дв — частота обертання двигуна, n_дв = 1000 об/хв (п. 1.2);

g — прискорення вільного падіння, g = 9,8 м/с²;

h_ном  - ККД механізму підйому при номінальному навантаженні η_ном = 0,8 (п. 1.1);

h₀ — ККД механізму підйому без навантаження, η₀ = 0,3.

3.1.2. Середньоквадратичний  статичний момент, (Н∙м) 

де М_п.н, М_о.н, М_п.п, М_о.п — статичні моменти при відповідних операціях, Н∙м (п. 2.1.1).

3.1.3. Середня  потужність навантаження Р_ср (кВт) визначається за виразом

.

де М_ср — середньоквадратичний статичний момент, (п. 3.1.2);

n_дв — частота обертання двигуна, n_дв = 1000 об/хв (п. 1.2)

3.1.4. Перерахунок  потужності (кВт) на найближче  стандартне значення тривалості  включення (ТВ)

де Р_ср.ст — середня потужність, перерахована на стандартне значення ТВ, кВт;

Р_ср — середня потужність навантаження, (п. 3.1.3);

ТВ_п.ст  — стандартна тривалість включення двигуна механізму підйому, ТВ_п.ст  = 40% (таблиця 2.11);

ТВ_п  — розрахована тривалість включення двигуна механізму підйому,  (п. 2.4).

3.1.5. Маючи  значення потужності, приведеної  до стандартного значення тривалості  включення ТВ_п.ст, Р_ср.ст, вибираємо двигун МТН 312-6 з фазним ротором (таблиця 7.1 [2 стр. 176]) з такими параметрами:

— номінальна потужність Р_п.ном  = 15 кВт;

— частота  обертання n_п.ном = 955 об/хв;

— частота  обертання магнітного поля статора  п_с = 1000 об/хв;

— коефіцієнт потужності cosj_п  = 0,7;

— максимальний момент М_п.мах = 471 Н×м;

— маховий момент GD2 = 1,25 кг×м²;

— номінальний  ККД h_п = 0,81;

— тривалість включення ТВ_п.ст = 40 %.

3.1.6. Виконуємо  перерахунок статичних моментів  з урахуванням n_п.ном (п. 3.1.5) отримуємо М_п.н.пер., М_о.н.пер., М_{п.п.пер.}, М_{о.п.пер.}.

— при  підйомі номінального вантажу