книги / Электроприводы крановых механизмов. (Системы электропривода и методы расчета)
.pdfР П. ГЕРАСИМЯК, В. А. ПАРАВД
ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ
КРАНОВЫХ
МЕХАНИЗМОВ
(системы электропривода и методы расчета)
«Э Н Е Р Г И Я»
МОСКВА 1970
6П2.1.081 Г 37
УДК 621.86/87-83
Герасимяк Р. П., Параил В. А.
Г 37 Электроприводы крановых механизмов. М., «Энер гия», 1970.
136с. с илл.
Вкниге на основании конкретизированных требований к приводу крановых механизмов анализируются возможности различных систем электропривода переменного и постоянного тока и даются рекоменда ции по их применению для основных механизмов кранов.
Книга предназначается для инженерно-технических работников,
занимающихся проектированием и эксплуатацией крановых электро приводов. Она может быть полезной также студентам вузов и техни кумов, специализирующимся в области электропривода или подъемно транспортной техники.
3-3-10
6П2.1.081
177-170
ВВЕДЕНИЕ
Внедрение 'комплексной механизации и широкой ав томатизации в народное хозяйство страны немыслимо без развития и совершенствования подъемно-транспорт ной техники. Значительную долю ее 'составляет крановое оборудование, незаменимое при подъеме и перемещении грузов на складах, строительных площадках, в цехах и портах, а также «при выполнении различных монтажных операций.
Основная масса кранов, за исключением небольшой группы кранов специального назначения (например, ко вочные), не участвует в непосредственном изготовлении продукции. Однако, обеспечивая технологический процесс доставкой сырья и полуфабрикатов, осуществляя тран спортировку готовой продукции или участвуя в монтаже, ремонте, краны представляют собой очень важное звено технологического процесса, нередко определяющее про изводительность основной технологической линии.
Кратко остановимся на назначении и основных па раметрах наиболее распространенных типов кранов.
Мостовые краны выпускаются грузоподъемностью 5—250 тс. Они применяются при изготовлении, монтаже и ремонте оборудования на различных предприятиях. Для монтажных работ на крупных гидроэлектростанци ях созданы мостовые краны грузоподъемностью до 500 тс. К мостовым относится большая группа металлурги
ческих кранов: литейных, |
обслуживающих |
разливоч |
|
ные и миксерные отделения |
(до 450—630 тс), клещевых |
||
для обслуживания |
пролета |
нагревательных |
колодцев |
и др. |
|
|
|
Основными рабочими механизмами мостовых кранов |
|||
являются механизмы |
подъема (иногда по два |
и три на |
одном кране), а также механизмы передвижения моста и тележки. Скорости отдельных механизмов определя-
з-
ются главным образом назначением крана и его грузо подъемностью. Так, для подъема она достигает 30—40 м/мин, скорость передвижения тележки 60—80 м/мин, а моста — до 120—140 м/мин.
Козловые краны являются одним из основных средств механизации в некоторых отраслях промышленности, строительстве, на транспорте. Основная масса козловых кранов в СССР грузоподъемностью от 1 до 20 тс произ водится для складских работ; для производства монтаж ных операций изготовляются козловые краны грузо подъемностью 30— 500 тс.
Разновидностью 'козловых кранов являются мостовые перегружатели рудных дворов металлургических заво дов и угольных складов электростанций. Они отлича ются высокой производительностью (до 1 000 т/ч) и большими пролетами (120—150 м). Основными рабочи ми механизмами козловых кранов и мостовых перегру жателей являются механизмы подъема и передвижения тележки. Скорости этих механизмов у перегружателей достигают соответственно 70—80 и 200—220 м/мин. Рас смотренные -краны составляют группу нестреловых кра нов.
К стреловым (поворотным) относятся портальные, башенные и самоходные -краны. Портальные краны пред назначаются для перегрузочных работ главным образом в портах. Их грузоподъемность колеблется от 3 до 16 тс, при этом скорость подъема достигает 70—90 м/мин, из
менения -вылета стрелы — 60 м/мин, |
а скорость поворота |
— до 2,5 об/мин. Грузоподъемность |
портальных кранов, |
используемых для монтажных операций на судострои тельных и судоремонтных заводах, составляет 5—80 тс при скорости рабочих движений, существенно ниже ско ростей перегрузочных кранов.
Башенные краны, предназначенные для строительных работ, выпускаются грузоподъемностью до 8 тс. Сейчас созданы краны грузоподъемностью 25—100 тс, а также краны для строительства зданий повышенной этажности с высотой подъема до 100 м. Скорости подъема башен ных кранов доходят до 40 м/мин, а -кранов для высотно го строительства — до 60—80 м/мин, скорость поворо та — до 2 об/мин.
Самоходные краны бывают автомобильные, гусенич ные, железнодорожные и плавучие. Грузоподъемность наиболее мобильных, универсальных кранов на пневмо-
4
колесном ходу составляет 3—100 тс, а плавучих — до 250 тс.
Основными рабочими движениями стреловых кранов являются подъем груза, поворот крана, а для некото рых— и изменение вылета стрелы. Механизмы передви жения чаще всего служат лишь для установки крана у объекта.
Как следствие широкого распространения кранов во многих отраслях народного хозяйства возникает задача максимального улучшения их эксплуатационных качеств, повышения надежности работы кранового оборудования, возможно более полного удовлетворения требований производственного процесса. Значительную, а во многих случаях и основную роль в решении этой задачи играет привод крановых механизмов, который должен обеспе чить требуемое движение рабочих органов крана.
Механизмы современных кранов в подавляющем большинстве случаев оборудуются электрическим при водом, обладающим известными преимуществами перед другими видами приводов1. Весьма важно и то обстоя тельство, что применение электропривода значительно облегчает задачу дистанционного управления и автома тизации работы механизмов.
Выбор и проектирование системы электрического при вода (и тесно связанный с этим выбор рода тока) пред ставляют собой весьма сложную и важную задачу, тре бующую решения большого комплекса проблем. Совре менное состояние техники электропривода позволяет дать множество решений. Основная трудность заключа ется в выборе оптимального варианта.
Прежде всего необходимо установить четкий пере чень требований, которые прямо или косвенно влияют на выбор системы привода и ее элементов. Каждое тре бование должно быть сформулировано в возможно бо лее точных Количественных выражениях. Очень важно знать степень необходимости выполнения того или ино го требования, величину допустимых отклонений.
Естественно, не только каждый вид технологическо го процесса или каждый тип производственного меха низма, но Даже каждый конкретный экземпляр этого
1 Прогресс, достигнутый сейчас в области гидропривода, позво ляет в отдельных случаях 'применять последний вместо электропри вода или в сочетании с ним.
механизма может предъявлять свои специфические тре бования. Однако возможна разработка общих важней ших требований и методики их установления для той или иной группы механизмов с аналогичным характером технологического процесса и сходной механической частью.
В предлагаемой читателю книге первые две главы посвящены определению требований, предъявляемых к электроприводу крановых механизмов.
При рассмотрении требований, предъявляемых к электроприводу механизмов подъема, особое внимание уделяется методике установления данных, определяющих вид механических характеристик, которые должен обес печить электропривод. Работа электропривода на этих характеристиках позволит осуществить технологический процесс как в статике, так и в значительной мере в ди намике.
Обоснованные и достаточно четко сформулированные требования, предъявляемые к электроприводу того или иного механизма крана, дают возможность решить важ нейший принципиальный вопрос — выбор рода тока и системы электропривода.
Оценка существующих систем кранового электропри вода и рекомендации по их применению неоднократно освещались в литературе [Л. 36, 40, 60, 78, 83]. Благо даря вкладу отечественных специализированных научных организаций (ВНИИПТмаш, ВНИПТИ, ВНИИстройдормаш), ведущих предприятий (завод «Динамо» им. Кирова и др.), а также вузов (МЭИ, ЛИВТ, ОПИ) за последние годы создан ряд новых систем и получили свое развитие в крановом электроприводе некоторые из вестные системы. Большие и полезные работы по со вершенствованию привода крановых механизмов прово дятся и за рубежом.
Предлагаемый труд является попыткой систематизи ровать накопленный в настоящее время отечественный и зарубежный опыт проектирования и эксплуатации сис тем крановых электроприводов. Поэтому в гл. 3 дается обзор и сравнительная оценка различных систем элект роприводов переменного и постоянного тока примени тельно к механизмам кранов. Для облегчения выбора того или иного привода в гл. 4 сведены некоторые реко мендации по выбору рода тока и системы электропри вода основных механизмов кранов.
В работе освещены электроприводы лишь основных механизмов кранов, т. е. таких, которые применяются в подъемно-транспортных операциях и определяют качест во и темп этих операций. К основным механизмам от носятся в первую очередь механизмы подъема с их наи более разнообразными требованиями и сложными сис темами электропривода (этим механизмам и их электро приводам в работе уделено основное внимание), меха низмы передвижения мостов и тележек, а также пово рота стреловых кранов.
Ввиду возрастающей тенденции к применению на кранах асинхронного привода в книге большое внима ние уделено системам переменного тока, а гл. 5 посвяще на учету влияния электромагнитных моментов асинхрон ного двигателя на элементы крановых механизмов.
В заключение необходимо подчеркнуть, что настоя щая работа не является полным справочным пособием по проектированию электропривода кранов. Вследствие ограниченного объема книги в нее включены лишь не которые вопросы, не освещенные либо недостаточно ос вещенные в литературе, а также отдельные результаты исследований, выполненных авторами. Предлагаемая работа должна помочь специалистам в решении ряда важных проблем при проектировании кранового элект ропривода.
Г л а в а п е р в а я
ТРЕБОВАНИЯ К ЭЛЕКТРОПРИВОДУ МЕХАНИЗМОВ ПОДЪЕМА
Для выбора системы электропривода, помимо знания технических возможностей рассматриваемых систем, на дежности работы, их стоимости и т. п., необходимо чет ко представлять технологические требования, предъяв ляемые к приводу тем механизмом, для которого он вы бирается. Точное установление требований к электро приводу облегчает выбор оптимальной системы, т. е. такой, которая является наименее сложной и дорогой из всех систем, обеспечивающих желаемые эксплуатацион ные показатели данного механизма.
Ниже рассмотрены некоторые важнейшие требования к приводу подъемных механизмов кранов.
1-1. Диапазон изменения статических моментов при подъеме и спуске
Одним из основных требований к электроприводу ме ханизмов подъема кранов является обеспечение опреде ленного диапазона изменения моментов двигателя (как при подъеме, так и спуске грузов), зависящего главным образом от возможного диапазона изменения статиче ских моментов сопротивления механизма.
Для механизмов подъема характерна несимметрия нагрузки для обоих направлений движения. При этом степень несимметрии нагрузки возрастает с повышением к. п. д. механизма. На рис. 1-1 показаны пределы изме нения моментов сопротивления при подъеме и спуске для разных значений номинального к. п. д. В идеализи рованном случае (отсутствуют потери в механизме,
г)=1,0) момент сопротивления при подъеме (спуске) пустого грузозахватывающего приспособления
|
|
|
со |
|
со |
0, |
а Мс\ = М*в. |
|
||||
|
|
|
|
|
|
с.н |
с,в. |
|
||||
Наибольший статический момент в режиме подъема |
||||||||||||
(спуска) |
|
Мс.н определяется |
величиной |
номинального |
||||||||
груза Qн с учетом веса грузо |
|
|
|
|
||||||||
захватывающего |
приспособле |
|
|
|
|
|||||||
ния Q0 и номинальным к. п. д. |
|
|
|
|
||||||||
г]н, подсчитываемым |
для дан |
|
|
|
|
|||||||
ного |
механизма |
известными |
-V М*д |
|
м1 |
|||||||
способами. |
|
моментов |
|
о |
Н*са |
|
||||||
Если |
|
величины |
|
Мс.н |
||||||||
при |
подъеме — спуске |
номи |
|
|
|
|
||||||
нального |
груза |
имеют |
значе |
|
|
|
|
|||||
ние главным образом для вы |
|
|
|
ун=0,9 |
||||||||
бора |
мощности |
двигателя, |
то |
|
|
|
||||||
минимальные значения |
стати- |
|
|
|
ун=0,в |
|||||||
ческих моментов |
при подъеме |
|
|
|
РЬ1 |
|||||||
ЛР |
и |
особенно |
при |
спуске |
Рис. |
1-1. |
Пределы измене |
|||||
М* |
в ряде случаев могут кар |
|||||||||||
ния |
статических |
моментов |
||||||||||
динально |
влиять |
на |
выоор |
си |
при |
подъеме и |
спуске раз |
|||||
личных грузов. |
|
|||||||||||
стемы |
электропривода. |
На |
|
|||||||||
|
|
|
|
|||||||||
пример, |
|
отрицательная |
вели |
|
|
|
|
чина статического момента Мс при спуске пустого гру зозахватывающего устройства либо малого груза (си ловой спуск) может значительно усложнить систему электропривода, если при этом требуется низкая ско рость. Аналогичная картина может иметь место, когда необходимы пониженные -скорости при подъеме пусто го крюка или легкого груза.
Момент при спуске грузозахватывающего устройства и малых грузов рекомендуется определять на основании равенства потерь при подъеме и спуске этого груза ли бо построением диаграммы Mc = f(Q ), при помощи ко торой можно найти и критический груз (т. е. груз, спуск которого с установившейся -скоростью осуществляется без помощи двигателя) [Л. 31, 38]. Оба эти метода, а также определение минимального статического момента в режиме подъема базируются на знании к. п. д. меха низма при подъеме ' грузозахватывающего устройстваDa.
Последний определяется |
по кривым Л = /Г"тг"т^ |
|
1т) |
|
\ Ун + У< |
(рис. 1-2), впервые опубликованным Фейглем *в 1926 г. и приводимым до настоящего времени в большинстве ру ководств. К сожалению, использование этих кривых, особенно для малых Q, может внести существенную по грешность при вычислении действительного момента
потерь и величины крити ческого груза [Л. 22, 59],
|
|
|
|
и |
Проведенные |
расчеты |
|||||
|
|
|
|
эксперименты |
показа |
||||||
|
|
|
|
ли, |
что |
указанные мето |
|||||
|
|
|
|
ды дают завышенные зна |
|||||||
|
|
|
|
чения |
момента силового |
||||||
|
|
|
|
спуска |
|
и |
критического |
||||
|
|
|
|
груза QHP [Л. 59]. Очевид |
|||||||
|
|
|
|
но, |
более |
точное |
опреде |
||||
|
|
|
|
ление |
статических |
мо |
|||||
п |
, 0 |
0 |
, . |
ментов |
может |
быть |
вы- |
||||
полнено |
на |
|
основе |
ис- |
|||||||
Рис. 1-2. Зависимость коэффи |
пользования |
момента |
по- |
||||||||
циента полезного действия меха- |
|||||||||||
низма от степени загрузки его при |
терь в |
механизме, |
|
|
|||||||
разных т]н. |
механизма |
(здесь |
|
Величину |
статического |
||||||
момента |
и в дальнейшем |
все |
момен |
||||||||
ты приведены к валу двигателя) можно представить: |
|||||||||||
|
|
|
МС= М Г± М и; |
|
|
|
|
|
( 1- 1) |
момент от груза Q
М т= Qa,
где
As.
а — ~W'
Du — диаметр барабана; i — передаточное число.
Знак перед моментом потерь Мп определяется на правлением движения груза.
Момент потерь составляют: момент постоянных потерь М„о, не зависящих от груза, и момент потерь, прямо пропорциональных моменту, создаваемому гру зом [Л. 19, 35]:
МП= МП0+ Ш Г. |
(1-2) |
Тогда статический момент при спуске груза
М } = М Т( 1 - Ь ) - М Щ. |
(1-3) |