Описание башенного крана КС – 5363 и технологического процесса в котором он участвует

Введение

Широкое внедрение комплексной механизации и автоматизации производственных процессов, неуклонное сокращение во всех отраслях численности работников, занятых ручным трудом, особенно на вспомогательных и подсобных работах, является одной из важных задач народного хозяйства. Крановое электрооборудование при этом представляет собой одно из основных средств сокращения тяжёлого физического труда.

Подавляющее большинство грузоподъемных машин, изготовляемых отечественной промышленностью, имеет электрический привод механизмов, и поэтому эффективность действия и производительность этих машин в значительной степени зависят от качественных показателей используемого кранового электрооборудования. Современный крановый электропривод за последнее время претерпел существенное изменение в структуре и применяемых системах управления.

Для наиболее массовых кранов общего назначения начинают широко применяться электроприводы на основе короткозамкнутых двигателей, значительная часть кранов изготовляется с управлением с пола, а быстроходные краны для тяжелых режимов работы комплектуются различными тиристорными системами, обеспечивающими глубокое регулирование скорости, плавность пуска и торможения при постоянно повышающихся требованиях к экономии энергоресурсов.

На кранах может быть установлено до трех механизмов подъема различной грузоподъемности.

Перемещение груза по горизонтали на мостовых и козловых кранах осуществляется с помощью грузовой тележки и самого крана, а на стреловых кранах – с помощью механизмов поворота, изменения вылета стрелы или грузовой тележкой стрелы. Всеми механизмами кранов управляют из одного места – кабины или поста управления.

Конструкции башенных кранов постоянно усовершенствуют, что позволяет расширить область их применения. Например, первые краны имели грузоподъемность 0, 5…1, 5 т., грузовой момент до 30 т·м., высоту подъема 20…30 м., сейчас работают краны грузоподъемностью до 50 т., грузовым моментом до 1000 т·м., высотой подъема до 150 м.

Для повышения производительности кранов на новых машинах увеличены скорости рабочих движений, повышена мобильность кранов, а также внедряются новые типы электроприводов.

Анализ мирового опыта создания нового и модернизации действующего технологического оборудования показывает высокую динамику развития регулируемых электроприводов, компьютерных средств автоматизации, использованием информационных средств. Эта динамика обусловлена стремлением к максимальному повышению производительности технологического оборудования и качества выпускаемой продукции. Все ведущие электротехнические корпорации выпускают регулируемые электроприводы комплектно с компьютерными средствами автоматизации в виде гибко программируемых систем, предназначенных для широкого использования.

Все эти электроприводы имеют достаточно быструю окупаемость, а поэтому не использование их в строительном деле – непозволительная роскошь.

В данном курсовом проекте будет спроектирован электропривод лебёдки основного подъёма пневмоколёсного крана КБ – 5363, при этом спроектированный электропривод должен отвечать всем предъявляемым к нему требованиям.

Требования к системе управления электроприводом

К электроприводам подъемных кранов предъявляются наиболее жесткие требования. Использование специализированных систем регулируемого электропривода позволяет повысить скорости перемещения и точность останова груза, за счет ограничения рывка и ускорения обеспечить отсутствие ощутимых толчков при старте и останове, увеличить срок службы основных механических узлов – тяговых тросов, тормозных колодок, редукторов, подвески противовеса.

Подъемно-транспортные механизмы предъявляют к электроприводу ряд специфических требований:

· способность развивать более чем номинальный вращающий момент во всем диапазоне изменений скорости, начиная с нулевой, и во всех четырех квадрантах плоскости механических характеристик как при использовании датчика частоты вращения (положения) ротора двигателя, так и в бездатчиковом варианте;

· высокое быстродействие в процессах отработки возмущений, позволяющее «подхватывать» висящий груз при его растормаживании;

· наличие задатчика интенсивности;

· функция управления тормозом и возможность гибкого интегрирования электропривода в систему управления краном, подъемником или лифтом;

· возможность торможения с рекуперацией энергии в питающую сеть;

· предварительная настройка системы управления на параметры двигателя и коррекция настройки (адаптация системы) в процессе работы электропривода;

· необходимый набор защит от перегрузок, способных привести к аварии.

Выбор рода тока, типа и мощности электродвигателя

Для проектирования мы выберем электропривод постоянного тока. Он имеет ряд преимуществ перед приводом постоянного тока:

· простота конструкции и наладки;

· достаточно широкий диапазон регулирования скорости рабочего механизма;

· плавное изменение скорости рабочего механизма, что исключает возникновение сильных колебаний упругих элементов (в данном случае - троса);

· сравнительно низкий пусковой ток;

· малая стоимость по сравнению с регулируемым электроприводом переменного тока равной мощности.

Однако, электропривод постоянного тока – не панацея, так как имеет ряд специфичных недостатков, таких как:

· сложная конструкция и высокая стоимость двигателя постоянного тока, а также необходимость периодической чистки и продороживания коллектора, что предполагает значительные финансовые затраты;

· низкий коэффициент мощности при больших углах регулирования, а следовательно – неоправданно высокая энергоёмкость производства;

· тиристорный преобразователь, который преобразует переменный ток в постоянный, является генератором высших гармоник в сеть, которые, «забивая» сеть. способны вызывать помехи в средствах связи, а так же негативно сказываться на качестве других работ, проводимых на данном объекте (в цехе, на строительной площадке).

Как видно, при всех своих положительных сторонах, электропривод постоянного тока имеет весьма серьёзные недостатки, однако, одна из главных причин выбора оного – сравнительная простота моделирования переходных процессов в приводе и высокая точность результатов моделирования.

Для данного электропривода используются специальные электродвигатели так называемой «крановой» серии (серии Д и ДП – двигатели постоянного тока, MTF, MTH, MTKF, MTKH – двигатели переменного тока). Они работают, как правило, в повторно-кратковременном режиме при широком регулировании частоты вращения, причем работа их сопровождается значительными перегрузками, частыми пусками, реверсами и торможениями. Кроме того, электродвигатели крановых механизмов работают в условиях повышенной тряски и вибраций, а также повышенной влажности, насыщенности воздуха различными солями и пылью, которыё обычный двигатель быстро выведут из строя.

Предварительная проверка работоспособности электропривода по условиям перегрузки и нагревания двигателя

Предварительную проверку работоспособности электропривода произведём по нагрузочной диаграмме. Для проверки по условиям перегрузки возьмём максимальный момент на валу двигателя и сопоставим его с номинальным.

Отношение

то есть не превышает перегрузочной способности ( ), а значит, электропривод работоспособен по условиям перегрузки.

Произведём проверку работоспособности электропривода по условиям нагрева. Для этого используем метод эквивалентных моментов:

где α – относительный коэффициент, рассчитываемый следующим образом:

при постоянной скорости вращения двигателя;

при переменной скорости двигателя.

Определим коэффициенты , а также произведения для каждого участка нагрузочной диаграммы.

Участок 1:

, ;

Участок 2:

Участок 3:

;

Участок 4:

Участок 5:

;

Участок 6:

На этом участке двигатель заторможен, поэтому .

Участок 7:

;

Участок 8:

Участок 9:

;

Участок 10:

Участок 11:

, ;

Участок 12 аналогичен участку 6, а следовательно

Участок 13:

, ;

Участок 14:

Участок 15:

, ;

Участок 16 подобен участкам 12 и 6:

Участок 17:

, ;

Участок 18:

Участок 19:

;

Участок 20 подобен участку 16, .

Неравенство выполняется, а потому можно считать, что двигатель работоспособен по условиям нагрева.

Определим продолжительность включения. Общая продолжительность работы привода Общая длительность пауз равна Отсюда вычислим продолжительность включения .

При использовании двигателей режима S3 для пересчёта эквивалентного момента к стандартной продолжительности включения найдём общую длительность работы привода в пересчитываемом режиме:

Определим стандартизированное время пауз в работе двигателя:

Тогда при пересчитанные в соответствии с формулой

при :

В данном производственном процессе работоспособными будут двигатели режима S3, рассчитанные на и . С учётом тенденции к уменьшению эквивалентного момента с увеличением продолжительности включения, можно твёрдо гарантировать работоспособность двигателя режима S1, поэтому пересчёт к этому режиму производить нецелесообразно.

Найдём эквивалентный момент для двигателя, работающего в режиме S2. Для этого определим постоянную времени нагрева T_н, при этом учитываем режим нагрева (60 мин) и массу двигателя (885 кг). При определении T_н воспользуемся справочными данными, где учтены вышеуказанные параметры [6, с.61, табл 2.7].

Становится очевидным, что выполняются условия и , следовательно поиск эквивалентного момента будем производить по формуле:

По результатам проверки по нагреву видно, что двигатели, изготовленные для режима S2 – 60 мин не перегреваются даже при максимальной загрузке и весьма интенсивном режиме работы, а потому именно эти двигатели окончательно выбираем для проектирования. С учётом величины эквивалентного момента по сравнению с номинальным, можно гарантировать работу двигателей рассчитанных на 30 и 15 минут непрерывной работы.

На этом этап предварительной проверки по нагреву можно считать законченным.

Выбор трансформатора

Тиристорный преобразователь комплектного электропривода подключается к сети с использованием согласующего трансформатора или применяется бестрансформаторный способ подключения.

Для правильного определения способа подключения преобразователя к сети следует определить необходимые значения фазного и линейного напряжений, обеспечивающих требуемое значение напряжения

где – коэффициент, учитывающий падение напряжения в элементах преобразователя,

- коэффициент, учитывающий допустимое длительное отклонение напряжения сети;

и - коэффициенты схем выпрямления по напряжению,

- коэффициент схемы выпрямления по току.

Найденные значения напряжений существенно ниже величины напряжений сети 220 В и 380 В. Следовательно, необходимо применение трансформатора.

Определим габаритную мощность трансформатора

Окончательно принимаем , , и

Выбираем трансформатор типа ТС3П-160/0, 7-УХЛ3.

Таблица 5

Расчёт датчика тока

Информация о величине тока якоря может быть получена путем непосредственного измерения этого тока, или путем измерения действующего значения фазового (линейного) тока на стороне переменного тока. В курсовом проекте выбираем вариант непосредственного измерения с помощью шунта, включаемого в якорную цепь (см. рис. 9). Шунты представляют собой калиброванные медные резисторы с малой величиной сопротивления. Шунты стандартизированы по номинальному току I_{ш, н}и номинальному падению напряжения на сопротивлении шунта U_{ш, н}; УГР – это устройство гальванической развязки.

Рис. 9.

Схема измерения тока

Номинальное значение тока якоря двигателя , перегрузочная способность Так как шунт устанавливается перед двигателями, через него протекает двойной якорный ток, это нужно учесть при выборе шунта.

Выберем шунт из условия

Назначаем шунт 75ШСМ,

Коэффициент датчика тока выбираем из условия:

где – перегрузочная способность для двигателя серии Д.

Так как берём с некоторым запасом, примем

Максимальное значение сигнала на выходе датчика тока

Так как то датчик рассчитан верно.

Расчёт датчика скорости

Датчик скорости (см. рис. 10) реализуется с использованием тахогенератора постоянного тока.

Рис. 10.

Схема измерения скорости

Номинальная частота вращения двигателя , угловая скорость вращения ; максимальная частота вращения. Так как требуется обеспечить условие , выбираем тахогенератор с типа ПТ–32-1.

где - коэффициент передачи согласующего усилителя.

выбираем из условия

Принимаем

Определим значения сопротивлений:

Примем тогда

По ряду Е24 примем

Пересчитаем

Окончательно принимаем .

Следовательно, наибольшее значение сигнала обратной связи по скорости равно , поэтому делаем вывод, что датчик скорости рассчитан верно.

Все полученные данные о параметрах структурной схемы САР, полученные как в текущем, так и в предыдущих разделах занесём в таблицу.

Таблица 6

Синтез регулятора тока

Рассмотрим разомкнутый контур тока

Рис. 20.

Определим передаточную функцию регулятора тока. В системе подчинённого регулирования эта функция должна иметь вид:

Такая функция получается при синтезе методом ЛЧХ с желаемым видом заданной части.

Передаточная функция разомкнутого контура тока:

s w: space=" 720" /> < /w: sectPr> < /wx: sect> < /w: body> < /w: wordDocument> ">

Отсюда найдем реальную передаточную функцию регулятора тока:

Эта передаточная функция описывает так называемый пропорционально-интегральный регулятор тока (ПИ-регулятор).

Рис. 21.

Структурная схема контура тока

Передаточная функция замкнутого контура тока будет иметь конечный вид:

Этот контур обладает астатизмом первого порядка относительно сигнала задания, то есть в установившемся режиме ошибка регулирования равна нулю. Установившееся значение переходной функции равно

Так как моделирование системы автоматического управления будет осуществляться в компьютерной программе MatLab, то определим отдельные значения пропорциональной и интегральной частей регулятора:

Синтез регулятора скорости

После синтеза регулятора тока приступим к синтезу регулятора скорости. Для удобства заменим контур тока передаточной функцией , так как контур тока является вложенным в контур скорости. Обратная связь по противо-ЭДС будет полностью скомпенсированной. Для упрощения синтеза нагрузку на валу также учитывать не будем.

Рассмотрим контур скорости:

Рис. 22.

Звено второго порядка

упрощаем путём усечения – отбрасываем слагаемые с высшей степенью.

Рис. 23.

Определим передаточную функцию регулятора скорости. В системе подчинённого регулирования передаточная функция разомкнутого контура скорости должна выглядеть так:

Однако, реальная передаточная функция контура скорости имеет такой вид:

Отсюда:

Регулятор с такой передаточной функцией представляет из себя обычное безынерционное звено, а поэтому его называют пропорциональным регулятором или просто П – регулятором.

Найдём передаточную функцию замкнутого контура скорости:

Одного взгляда на структурную схему САР достаточно, чтобы понять, что она обладает астатизмом первого порядка по отношению к сигналу задания и нулевого – по отношению к возмущению. Для обеспечения должных порядков астатизма необходимо между точками приложения сигналов задания и возмущения поместить интегрирующее звено. Наиболее простой способ выполнения такого решения – замена П – регулятора на ПИ – регулятор. В результате такой замены запасы устойчивости САР не снижаются.

Пропорционально – интегральный регулятор получается путём последовательного соединения интегрирующего звена и форсирующего звена I порядка. Постоянные времени у И- и Ф1- звеньев равны , передаточная функция регулятора скорости имеет вид:

При применении такого регулятора скорости мы можем обеспечить требуемые порядки астатизма.

Рис. 24.

Конечный вид структурной схемы САР.

Найдём по схеме передаточную функцию:

Проверим устойчивости этой САР при помощи грубого алгебраического критерия:

Оба полученных коэффициента больше 2, 25, поэтому можно сделать вывод, что система устойчива.

Выделим в регуляторе скорости отдельно интегрирующую и пропорциональную части:

Заключение

В данном курсовом проекте был спроектирован двухдвигательный электропривод постоянного тока привода основного подъёма пневмоколёсного крана КС - 5363.

Спроектированные привод прошёл проверку работоспособности по перегрузке и нагреву, для него был смоделирован цикл работы; результаты моделирования полностью соответствуют ожидаемым.

Также спроектированы и приведены в приложении:

· тахограмма и нагрузочная диаграмма;

· принципиальная схема энергетической части электропривода;

· функциональная схема электропривода;

· принципиальная схема защит и блокировок (включена в схему энегетической части электропривода).

Библиографический список

1. Андреев Б. Л. Основы электропривода / Б. Л. Андреев, Ю. А. Сабинин. – М.: Госэнергоиздат, 1963.

2. Вешеневский В. Н. Характеристики двигателей в электроприводе / В. Н. Вешеневский. – 6-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1977.

3. Герасимяк Р. П. Электроприводы крановых механизмов / Р. П. Герасимяк. – М.: Энергия, 1970.

4. Драчев Г. И. Теория электропривода. Учебное пособие к курсовому проектированию для студентов / Челябинск, ЮУрГУ, 2002.

5. Технические и экономические расчёты в курсовых и дипломных проектах: учеб. пособие / В. Л. Тимофеев, О. Н. Баркова, И. Н. Исаев; НТИ (ф) УГТУ – УПИ. – Нижний Тагил, 2006.

6. Яуре А. Г., Певзнер Е. М. Крановый электропривод: Справочник. – М.: Энергоатомиздат, 1988.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение

На кранах может быть установлено до трех механизмов подъема различной грузоподъемности.

Описание башенного крана КС – 5363 и технологического процесса в котором он участвует

Рис. 1

Кран КС - 5363 в рабочем (вверху) и походном (внизу) положениях

Для курсового проектирования был выбран полноповоротный кран на пневмоколёсном шасси грузоподъёмностью 30 тонн КБ – 5363. Этот кран оснащён выносными опорами, которые снижают удельное давление шасси на грунт, тем самым увеличивая грузоподъёмность крана и продлевая срок службы шасси, так как в шинах колёс отсутствует избыточное давление воздуха. Кран имеет достаточно хорошо оснащённую приборами кабину управления, которая имеет отличную обзорность, эти факторы позволяют максимально снизить психологическую нагрузку на оператора – крановщика и его утомляемость.

Кран оснащён комбинированным дизель-электрическим приводом и электро-гидравлическим приводом, благодаря чему обеспечивается высокая плавность всех движений. Кран предназначен для монтажа сборных железобетонных и стальных конструкций, технологического оборудования промышленных объёктов, для монтажа дорожных сооружений, а так же для погрузо-разгрузочных работ.

Лебёдка основного подъёма крана имеет обычную однодвигательную схему, в которой двигатель посредством муфты подсоединён к трёхступенчатому редуктору, выходной конец которого присоединён к барабану. Муфта, соединяющая двигатель и редуктор имеет фрикционную поверхность, облегчая работу тормоза, который удерживает груз и крюковую подвеску от произвольного движения, когда двигатель заторможен.

Рис. 2.

Схема лебёдки основного подъёма

Рис. 3.

Кинематическая схема лебёдки главного подъёма

Данный привод требует глубокого регулирования скорости, именно поэтому он и был выбран для курсового проектирования.

Требования к системе управления электроприводом

Подъемно-транспортные механизмы предъявляют к электроприводу ряд специфических требований:

· наличие задатчика интенсивности;

· возможность торможения с рекуперацией энергии в питающую сеть;

· необходимый набор защит от перегрузок, способных привести к аварии.

12 3 4 5 6 Следующая ⇒