Система управления электрическим приводом механизма поворота башенного крана грузоподъёмностью 25 тонн

Все электрические приводы  должны быть стойкими к различным  видам ударных или вибрационных нагрузок во избежание их разрушения.

Оборудование должно оставаться работоспособным и сохранять  все параметры и характеристики, несмотря на воздействие постоянного  магнитного поля и переменных полей с различной сетевой частотой.

Требования к электроприводу в отношении видов и функций  управления заключаются в том, что  электрические приводы должны обеспечивать такие виды управления, как ручное по месту с использованием ручного  дублера, дистанционное управление с постоянных пультов, а также  автоматическое управление с помощью  специальных технических средств  по типовым алгоритмам.                                                                                                                  Электрические приводы изготавливают  и разрабатывают под конкретные виды энергетической арматуры в качестве инструмента управления ею.

 

Они делятся на однооборотные, многооборотные и прямоходные. Исходя из конструкции и выполняемых функций, электроприводы подразделяются на два вида: для регулирующей и для запорной арматуры, а в зависимости от типа сочленения с арматурой электроприводы бывают встроенные и выносные. 

Еще одно из требований, предъявляемых  к электроприводу, является то, что  в его состав должны входить такие конструктивные элементы;

Электродвигатель, который  обеспечивает перемещение у арматуры рабочего органа;

Редуктор, который обеспечивает необходимую скорость перемещения  у выходного вала электрического привода;

 

 

 

Устройство ограничения  крутящего момента. Этот элемент  обеспечивает необходимый уровень  уплотнения электродвигателя при полном открытии или закрытии запорной арматуры;

Устройство для отключения электрического привода при крайних  положениях запорного органа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Расчетная часть

 Исходные данные проектированияповорота башни

Исходными данными проектирования являются физические и геометрические параметры механизма поворота башни  башенного крана.

Таблица 1 Исходные данные проектирования  поворота башни

Наименование параметра	Значение  параметра	Единица  измерения
Максимальная грузоподъёмность	8000	кг
Максимальная скорость поворота башни	0,8	об/мин
Высота крана	52	м
Максимальный поворот башни	540	градусы
Общая масса крана	70 000	кг
Масса противовеса	28 000	кг
Масса поворотной части	54 000	кг
Масса балласта	12 000	кг
Масса ходовой	8 000	кг
Масса стрелы	2 500	кг
Масса башни в сборе	6 500	кг
Масса кабины	1 000	кг
Масса платформы	6 400	кг
Радиус кольцевого рельса	2,7	м
Радиус цапфы	0,12	м

 

 

 

Таблица 2 Исходные данные для расчета механизма поворота

Наименование параметра	Буквенн. Обозначение	Значен. параметра	Едениц. измерения
1	2	3	4
Вылет стрелы при максимальной грузоподъёмности		11,7	м
Максимальный вылет стрелы		25	м
Скорость грузоподъема крана		0,41.	м/с
Скорость вращения башни		0,8	об/мин
Вес поворотной части крана	G0	54 000	кг
Грузоподъемность	G	8 000	кг
Вес башни		6 500	кг
Вес противовеса		28 000	кг
Вес стрелы		2 500	кг
Высота подъема груза(крюка)	h	52	м
КПД механизма поворота при  номинальной нагрузке		0,8.	доли
Диаметр опорных колес		0,49	м
Средний радиус опорного кольцевого рельса		2,70	м
Радиус  поворотной платформы	r1	4	м
Радиус противовеса	rпр	12	м
Радиус стрелы	rст	25
Радиус поворотной платформы		3,75	м
Принятая предварительно номинальная  скорость вращения  двигателя		960	об/мин
Количество приводных  двигателей		1	шт
Коэффициент трения качения  колес по рельсу	k	0,0005.	доли
Коэффициент трения скольжения в цапфах колес	f	0,1.	доли
Коэффициент, учитывающий  дополнительные  потери на трение  реборд опорных катков о  рельс	C	3,00.	доли
Радиус цапфы		0,12	м
Ускорение свободного падения	g	9,8	м/с2
Коэффициент, учитывающий  наклон башни		0,02.

 

 

2.1.Расчёт механизма поворота, определение  статических нагрузок и построение диаграммы мощностей.

Рассчитываем момент от трения в опорно-поворотном устройстве поворота

башни:

 

                                                          (2.01)

где, вес поворотной части  крана, включая вес противовеса, вес  подымаемого 

груза, коэффициент трения качения колёс по рельсу

(к = 0,0005…0,0006);

коэффициент трения скольжения в цапфах колёс

(f = 0,08…0,12);

R - Средний радиус опорного  кольцевого рельса

коэффициент, учитывающий  дополнительные потери

на трение реборд    опорных катков о рельс ;

C≈2,5…3

 

D - диаметр колес, м.

r – радиус цапфы,

g - ускорение свободного  падения

 

Момент от трения с грузом:

 

                                                (2.02)

 

 

 

Момент от трения без груза:

(2.03)

 

Рассчитываем момент, зависящий  от ветровой нагрузки, который имеет 

переменное значение во время  вращения крана и зависит от угла поворота

крана к направлению ветра. В расчётах примем среднеквадратичное значение

за время поворота крана  на угол 90°,вычисляемое по формуле:   

    =                                                                               (2.04)

Таблица 3Момент, зависящий от ветровой нагрузки

Площадь наветренной части  груза м2	Вес груза в кг	Сила ветра в Па
Sгр=2 м2	1000	150
Sгр=3 м2	5000	150
Sгр=5 м2	10000	150
Sгр=7 м2	20000	150

Без груза:

     =

                                                                                                      (2.05)

где р - давление ветра примем равное 150 Па,

S1-площадь наветренной  части груза, которую в зависимости от веса выбираем

по таблице 3.

S_m- площадь тени стрелы,                                                                                 

- плечи сил  G0 и G  до оси качения стрелы, м.

                     (2.06)

 

 

 

1,1                                    (2.07)

Площадь тени стрелы рассчитывается по формуле:

                                                             (2.08)

Среднеквадратичный момент при угле поворота крана от 0°  до 90° получается

равным с грузом:

                                                                                                      (2.09)

G_o- вес поворотного части крана, включая вес противовеса, Н;

G - вес груза;

R_o- радиус окружности описываемой центром тяжести поворотной части

крана при максимальном вылете стрелы, м.

- синус угла  наклона стрелы по отношению  к горизонтальной поверхности  выбирается равным (0,015-0,020)

без груза:

 

                                                                                                        (2.1)

Суммарный момент сопротивлений  повороту крана определяется по формуле

С грузом:

             (2.11)

Без груза:

 

                                                                                   (2.12)

Мощность, потребляемая механизмами  вращения крана определяется

по формуле:

 

 

 

С грузом:

                                                  (2.13)

Без груза:

                                             (2.14)

где скорость вращения башни  определяется:

                                                              (2.15)

 

n-скорость вращения башни в об/мин

Длительность операций, где:

                                                                                       (2.16)

t_р  - время выполнения операции (работы), сек;

при повороте на угол 540°     

ip - номер операции;

- угловая скорость поворота  крана, рад/с.

Угловая скорость электродвигателя рассчитывается по формуле:

 рад/с.                                                                      (2.17)

Требуемое передаточное число  редуктора:

 

Суммарное время работы:

                                                                           (2.18)

где,

j - номер операции.

 

 

 

 

Суммарное время паузы:

                                                   (2.19)

где, t_pi- время выполнения операции (работы), сек.

Время одной паузы:

                                                                                  (2.2)

Время цикла:

                                                   (2.21)

 

После определения статических  нагрузок, строится график электродвигателя

механизма поворота башни  башенного крана для наиболее нагруженного теоретического цикла  работы.

Эквивалентная за суммарное  время рабочих операций статическая  мощность:

                                     (2.22)

t_pi - время выполнения операции (работы), сек;

P_эк - эквивалентная статическая мощность

Таблица 4 Время цикла

Цикл работы	Время,с	Мощн. кВт
Поворот груза на угол 540°	37,00	20
Время первой паузы	27,75	0
Поворот стрелы без груза  на угол 540°	37,00	14
Время второй паузы	27,75	0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1 Диаграмма мощностей

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2. Расчёт мощности, выбор электродвигателя и проверка его

по  нагреву, пусковой и максимальной перегрузочной  способности.

Выбор двигателя осуществляем по каталогу. Выбираем двигатель

 ближайшей большей  мощности и скорости. Выбираемый  двигатель при этом 

должен по роду и величине напряжения соответствовать заданной сети

переменного или постоянного  тока; по конструктивному исполнению условиям компоновки; условиям крепления; по способу вентиляции и защиты от действий окружающей среды - условиям его работы. Выбранный двигатель  проверяется по перегрузочной способности, для этого рассчитывается зависимость  момента 

двигателя от времени, называемая нагрузочной диаграммой. Она строится

с помощью уравнения механического  движения.

 

Динамический момент М_дин определяется суммарным приведённым моментом инерции J_прив и заданным ускорением на участке разгона, также замедлением на участке торможения.

Таблица 5 Параметры выбранного двигателя MTF411-6

Параметры выбранного двигателя	Буквен обозн.	Знач. Парам.	Единица измер.
1	2	3	4
Мощность номинальная		22	кВт
Частота вращения номинальная		965	об/мин
Коэффициент мощности номинальный		0,73	Доли
КПД номинальный		0,83	доли
Ток ротора		95,5	А
Максимальный момент		650	Нм
Момент инерции		0,5	кг∙м2
Напряжение номинальное		380,00	В
Частота номинальная		50,00	Гц
Угловая частота вращения		101	рад/с