Расчет и выбор крана для механического цеха

Министерство образования Российской Федерации ГОУ СПО «Ачинский политехнический техникум».

Курсовой проект По дисциплине: «электрическое и электромеханическое оборудование».

На тему: Расчет и выбор крана для механического цеха.

Специальность 1806 «техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования».

Группа ЭОЭО-43

Студент Борисенко Андрей Александрович.

Руководитель Чикуров Игнат Макарович.

г. Ачинск 2005 г.

Министерство образования Российской Федерации ГОУ СПО «Ачинский политехнический техникум».

Пояснительная записка К курсовой работе (проекту).

По дисциплине: «электрическое и электромеханическое оборудование».

На тему: Расчет и выбор крана для механического цеха.

Специальность 1806 «техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования «.

Группа ЭОЭО-43

Студент Борисенко Андрей Александрович.

Руководитель Чикуров Игнат Макарович.

г. Ачинск2005 г.

Введение

…3

I. Пояснительная записка.

1. Описание технологического процесса…5

II. Расчетная часть.

1. Расчет электроприводов крана…9

2. Расчет и выбор пусковых и регулировочных сопротивлений…17

3. Расчет и выбор пускорегулирующей аппаратуры…32

4. Расчет и выбор кабелей проводов и троллей…36

5. Расчет электроосвещения…38

6. Описание схемы управления, снабжения и сигнализации…46

7. Охрана труда и техника безопасности при монтаже и эксплуатации оборудования…50

Список литературы

…54

Развитие промышленности обеспечивается внедрением новейших технологий.

Первое место по количеству потребляемой электроэнергии принадлежит промышленности, на долю которой приходится более шестидесяти процентам всей вырабатываемой в стране электроэнергии. С помощью электрической энергии приводятся в движение миллионы станков и механизмов, освещаются помещения, осуществляется автоматическое управление производственными процессами. Сейчас существуют технологии, где электроэнергия является единственным энергоносителем.

Промышленные предприятия с мощностью выше 1000 кВ составляют девяносто семь процентов. Установленная мощность электрооборудования современных металлопрокатных цехов достигает 150−200 мВт около пятнадцати процентов от мощности электростанции. Энергоемкие предприятия обладают высокой степенью энерговооруженности и автоматизации. Основой развития электроэнергетики является сооружение электростанций большой мощности. В Российской федерации работают электростанции с мощностью выше 1000 МВт каждая.

Электрификация обеспечивает выполнение задач широкой комплексной механизации и автоматизации производственных процессов, что позволяет усилить темпы роста производительности общественного труда, улучшить качество продукции и облегчить условия труда. На базе использования электроэнергии ведется техническое перевооружение промышленности, внедрение новых технологических процессов и осуществление коренных преобразований в организации производства и управлении им. Поэтому в современной технологии и оборудовании промышленных предприятий велика роль электрооборудования, т. е. совокупности электрических машин, аппаратов, приборов и устройств, посредством которых производится преобразование электрической энергии в другие виды энергии и обеспечивается автоматизация технологических процессов.

Первостепенное значение для автоматизации производства имеют многодвигательный электропривод и средства электрического управления. Развитие электропривода идет по пути упрощения механических передач и привода идет по пути упрощения механических передач и приближения электродвигателей к рабочим органам машин и механизмов, а также возрастающего применения электрического регулирования скорости приводов.

Широко внедряются комплектные тиристорные преобразовательные устройства.

Применение тиристорных преобразователей не только позволило создать высокоэкономичные регулируемые электроприводы постоянного тока, но и открыло большие возможности для использования частотного регулирования двигателей переменного тока, в первую очередь наиболее простых и надежных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.

Все большее распространение получают новейшие средства электрической автоматизации технологических установок, машин и механизмов на базе полупроводниковой техники, высокочувствительных контрольно-измерительной и логических элементов. Расширяется область применения программного управления технологическими объектами с записью программы на бумажной или магнитной ленте. Для управления технологическими процессами все чаще используют электронные вычислительные машины.

В современных условиях эксплуатация электрооборудования требует глубоких и разносторонних знаний, а задачи создания нового или модернизированных знаний, а задачи создания нового или модернизации существующего электрифицированного агрегата, механизма или устройства решают совместными усилиями технологи, механики и электрики.

I. Пояснительная записка.

1. Описание технологического процесса.

Общее положение.

Кранами называются грузоподъемные устройства, служащие для вертикального и горизонтального перемещения грузов на небольшие расстояния. По особенностям конструкции, связанным с назначением и условиями работы, краны разделяются на мостовые, портальные, козловые, башенные и др. в цехах предприятий электромашиностроения наибольшее распространение получили мостовые краны, с помощью которых производится подъем и опускание тяжелых заготовок, деталей и узлов машин, а также их перемещение вдоль и поперек цеха. Вид мостового крана в основном определяется спецификой цеха и его технологией, однако многие узлы кранового оборудования, например механизмы подъема и передвижения, выполняются однотипными для различных разновидностей кранов.

Описание конструкции.

Несущая сварная конструкция крана представляет собой мост с двумя главными балками коробчатого сечения (или с решетчатыми фермами), перемкнутыми через пролет цеха, и концевыми балками, на которых установлены ходовые колеса. Колеса перемещаются по рельсам подкранового пути, закрепленным на балках опорных конструкций в верхней части цеха. Привод ходовых колес осуществляется от электродвигателя через редуктор и трансмиссионный вал.

Вдоль моста проложены рельсы, по которым на колесах, приводимых в движение электродвигателем через редуктор, перемещается тележка с подъемной лебедкой. На барабан лебедки наматываются подъемные канаты с подвешенным к ним на блоках крюком для захвата грузов. Барабан приводится во вращение электродвигателем через редуктор.

Управление работой механизмов крана производится из кабины оператора-крановщика, в которой установлены контроллеры или командоконтроллеры. Электроаппаратура управления приводами размещается в шкафах установленных на мосту крана. Здесь же располагаются ящики резисторов. Для проведения операций обслуживания механизмов и электрооборудования предусмотрен выход на мост из кабины через люк.

Электроэнергия к крану подводится при помощи скользящих токосъемников от главных троллеев уложенных вдоль подкранового пути. Для подвода питания к электрооборудованию, размещенному на тележке служат вспомогательные троллей идущие вдоль моста.

В зависимости от вида транспортируемых грузов на мостовых кранах используют различные грузозахватывающие устройства: крюки, магниты, грейферы, клещи и т. п. наибольшее распространение получили краны с крюковой подвеской или с подъемным электромагнитом, служащим для транспортировки стальных листов, скрапа, стружки и других ферромагнитных материалов.

У всех типов кранов основными механизмами для перемещения грузов являются подъемные лебедки и механизмы передвижения. Это позволяет выделить ряд общих вопросов электропривода кранов: расчет статических нагрузок, выбор двигателей по мощности, анализ режимов работы, выбор системы электропривода кранов: расчет статических нагрузок, выбор двигателей по мощности, анализ режимов работы, выбор системы электропривода и другое.

Описание механического и электрического оборудования.

Двигатели на кранах обычно имеют значительно большую угловую скорость, чем скорость подъемного барабана или ходовых колес моста (тележки), то движение к рабочим органам механизмов крана передается через редукторы. Для механизмов подъема наибольшее применение получили схемы с полиспастом, при помощи которого движение от барабана передаются крюку. У полиспаста передача движения к ходовым колесам концевых балок от двигателя, установленного на мосту, может осуществляется через редуктор, расположенный в средней части моста, широко применяется также схема механизма передвижения моста с раздельным приводом ходовых колес. Каждый механизм крана имеет механический тормоз, который устанавливается на соединительной муфте между двигателем и редуктором или на тормозном шкиве на противоположном конце вала двигателя.

По грузоподъемности мостовые краны условно разделяют на малые (масса груза 5−10 т), средней (10−25 т) и крупные (свыше 50 т). Нагрузка кранов, как правило, изменяется в широких пределах: для механизмов подъема — от 0,12 до 1, а для механизмов передвижения — от 0,5 до 1 номинального значения. Характерно для кранов также то, что их механизмы работают в повторно кратковременном режиме, когда относительно непродолжительные периоды работы, связанные с перемещением грузов, чередуются с небольшими паузами на загрузку или разгрузку и закрепление груза.

Согласно действующим стандартам все краны по режимам работы механического и электрического оборудования делятся на четыре категории, определяющие степень их использования, характер нагрузки и условия работы: Л — легкий режим работы, С — средний, Т — тяжелый и ВТ — весьма тяжелый. Основными показателями, по которым судят о режимах работы, являются продолжительность включения двигателя механизма ПВ.

Помимо тяжелых условий работы при большом числе включений в час электрооборудование мостовых кранов обычно находится в условиях тряски, высокой влажности воздуха, резких колебаний температуры и запыленность помещений. В связи с этим на кранах применяется специальное электрооборудование, приспособленное к условиям работы кранов и отличающееся повышенной надежностью.

Основное крановое электрооборудование: электродвигатели, силовые, магнитные и командные контроллеры, пускорегулировочные резисторы, тормозные электромагниты, конечные выключатели и другие — в значительной степени стандартизировано. Поэтому различные по конструкции краны комплектуются обычно таким электрооборудованиям по типовым схемам.

Для защиты питающих проводов и электродвигателей от токов к.з. и значительных перегрузок на кранах предусматривается максимальная токовая защита. Плавкие предохранители используют только для цепей управления. Для предотвращения само запуска двигателей, т. е. самопроизвольного пуска их при восстановлении напряжения сети после перерыва в электроснабжении, в электрических схемах кранов используют совместно с «нулевой» защитой блокировку нулевой позиции контроллеров. Обязательным является наличие конечных выключателей для автоматической остановки механизмов при подходе их к крайним положениям. Для безопасности обслуживания электрооборудования люк для выхода из кабины на мост снабжается конечным выключателем, снимающим напряжение со вспомогательных троллеев при открывании люка. Все токоведущие части в кабине крана полностью ограждаются. Механизмы кранов оснащаются тормозами замкнутого типа с электромагнитами, которые могут оказаться под напряжением из-за порчи изоляции, должны быть заземлены. Соединение с контуром заземления цеха осуществляется через подкрановые пути.

Выбор рода тока и напряжения.

Исходя из задания экономически целесообразно для питания завода использовать линии с переменным током, а не с постоянным, так как для питания завода постоянным током требуется дополнительное оборудование, что увеличивает затраты на производство электроэнергии. Двигатели постоянного тока на заводе не применяется потому-то нет необходимости регулировать частоту вращения в больших пределах.

Завод можно питать напряжением 6 и 10 кВ, но так как расстояние от ГПП до завода два километра четыреста метров, экономически целесообразно использовать напряжение линии 10 кВ при этом потери электроэнергии будут меньше чем при напряжение 6 кВ.

На заводе присутствуют высоковольтные двигатели напряжением 10 кВ минимальной мощности. 800 кВт, а в задание сказано, что минимальная мощность двигателей меньше 800 кВт.

Низковольтные двигатели хорошо запитывать от сети напряжением 380 и 660 В. У двигателей напряжением 660 В минимальная мощность 200кВт. В задание максимальная мощность не превышает 100 кВт отсюда следует, что для питания низковольтных двигателей примем напряжение 380 В от этой же сети будем питать осветительную нагрузку.

II. Расчетная часть.

1. Расчет электроприводов крана.

Расчет и выбор мощности электродвигателя подъема.

Максимальная грузоподъемность — 8,5 т.

Максимальная высота подъема — 12 м.

Длина пролета (расстояние между рельсами) — 20 м.

Скорость подъема (опускания) — 0,28 м/с.

Скорость передвижения тележки — 0,6 м/с.

Скорость передвижения крана — 1,2 м/с.

Режим работы ПВ — 25%.

Масса крана — 15,4 т.

Масса тележки — 3 т.

Масса грейфера — 1,54 т.

Длина троллей — 68 м.

Диаметр колеса тележки — 0,25 м.

Диаметр колеса моста — 0,5 м.

Диаметр шейки оси моста — 0,08 м.

Диаметр шейки оси тележки — 0,05 м.

Расчет мощности электродвигателя по методу номинальных режимов рекомендуется вести в следующей последовательности.

По исходным данным устанавливаем номинальный режим работы механизма, для которого рассчитываем электродвигатель. Согласно таблицы 1 Куликов стр. 11 принимаем средний режим работы с коэффициентами. Кгр =1, Кr =1, Кс =0,67, число включений 120, t среды =25 ⁰с.

Определим мощность на валу двигателя при статическом режиме работы:

где, G — грузоподъемность, т. е. вес поднимаемого груза.

G₀ — вес грейфера.

V — скорость движения.

з — КПД = 0,8

По мощности Рс по каталогу предварительно выбираем двигатель МТН 512−8 мощностью Рн. с? Рс и требуемой скоростью вращения n_ном.

Определим время пуска двигателя по формуле.

где, а — допустимое ускорение при пуске (выбираем по кривой).

Рассчитаем время установившегося движения, принимая, что весь участок пути подъема Н или перемещения L проходит с установившейся скоростью V.

Н =12 м.

V =0,28 м/с.

Находим величину ф.

tn =1.86

ty =42.8

Определяем необходимую мощность двигателя при ПВ =25%.

г — определяем по графику =0,88

k₁ — зависит от режима работы (средний) =0,75

Рнс =37 кВт.

По данному расчету окончательно выбираем двигатель МТF 412−8 больше чем Рнс при ПВ =25% но меньше чем Рс.

Расчет и выбор мощности электродвигателя моста.

Максимальная грузоподъемность — 8,5 т.

Скорость передвижения крана — 1,2 м/с.

Режим работы ПВ — 25%.

Масса крана — 15,4 т.

Масса тележки — 3 т.

Масса грейфера — 1,54 т.

Длина троллей — 68 м.

Диаметр колеса моста — 0,5 м.

Диаметр шейки оси моста — 0,08 м.

Расчет мощности электродвигателя по методу номинальных режимов рекомендуется вести в следующей последовательности.

По исходным данным устанавливаем номинальный режим работы механизма, для которого рассчитываем электродвигатель. Согласно таблицы 1 Куликов стр. 11 принимаем средний режим работы с коэффициентами. Кгр =1, Кr =1, Кс =0,67, число включений 120, t среды =25 ⁰с.

Определим мощность на валу двигателя при статическом режиме работы:

где, G — грузоподъемность, т. е. вес поднимаемого груза.

G₀ — вес грейфера.

V — скорость движения.

з — КПД = 0,9

Dк — диаметр колеса моста.

r — радиус шейки оси моста.

м — коэффициент трения 0,1

f — коэффициент трения качения 0,0055

k — 1.5

Определим время пуска двигателя по формуле.

где, а — допустимое ускорение при пуске =0.27

По мощности Рс по каталогу предварительно выбираем двигатель MTF (H) 312−8 мощностью Рн. с? Рс и требуемой скоростью вращения n_ном.

Рассчитаем время установившегося движения, принимая, что весь участок пути подъема Н или перемещения L проходит с установившейся скоростью V.

Н =68 м.

V =1.2 м/с.

Находим величину ф.

tn =4

ty =56

Определяем необходимую мощность двигателя при ПВ =25%.

г — определяем по графику =1.123

к₁ — зависит от режима работы (средний) =0,75

Рнс =10.5 кВт.

По данному расчету окончательно выбираем двигатель МТH 311−8 больше чем Рнс при ПВ =25% но меньше чем Рс.

Расчет и выбор мощности электродвигателя тележки.

Максимальная грузоподъемность — 8,5 т.

Скорость передвижения тележки — 0,6 м/с.

Режим работы ПВ — 25%.

Масса тележки — 3 т.

Масса грейфера — 1,54 т.

Длина троллей — 20 м.

Диаметр колеса тележки — 0,25 м.

Диаметр шейки оси тележки — 0,05 м.

Расчет мощности электродвигателя по методу номинальных режимов рекомендуется вести в следующей последовательности.

По исходным данным устанавливаем номинальный режим работы механизма, для которого рассчитываем электродвигатель. Согласно таблицы 1 Куликов стр. 11 принимаем средний режим работы с коэффициентами. Кгр =1, Кr =1, Кс =0,67, число включений 120, t среды =25 ⁰с.

Определим мощность на валу двигателя при статическом режиме работы:

где, G — грузоподъемность, т. е. вес поднимаемого груза.

G₀ — вес грейфера.

V — скорость движения.

з — КПД = 0,9

Dк — диаметр колеса тележки.

r — радиус шейки оси тележки.

м — коэффициент трения 0,1

f — коэффициент трения качения 0,0055

k — 1,25

Определим время пуска двигателя по формуле.

где, а — допустимое ускорение при пуске =0.217

По мощности Рс по каталогу предварительно выбираем двигатель МТН 211−6 мощностью Рн. с? Рс и требуемой скоростью вращения n_ном.

Рассчитаем время установившегося движения, принимая, что весь участок пути подъема Н или перемещения L проходит с установившейся скоростью V.

Н =20 м.

V =0,6 м/с.

Находим величину ф.

tn =2,8

ty =33

Определяем необходимую мощность двигателя при ПВ =25%.

г — определяем по графику =0,98

к₁ — зависит от режима работы (средний) =0,75

Рнс =6,8 кВт.

По данному расчету окончательно выбираем двигатель МТКH 112−6 больше чем Рнс при ПВ =25% но меньше чем Рс.

2. Расчет и выбор пусковых и регулировочных сопротивлений.

Расчет и выбор пусковых и регулировочных сопротивлений для двигателей подъема груза.

Двигатель МТF 412−8

Р =26 кВт.

n =715 об/мин.

Iрот. =68 А.

Iстат. =71 А.

Cosц =0.68

Мmax =883 H*м.

з =82%

U =248 В.

ПВ =25%

Аналитический метод расчета.

По мощности двигателя принимаем число ступеней Z =4. для нормального пуска необходимо чтобы Мn₂ было больше Мс ?20%, 1,2Мn>Мс. Число ступеней известно. Начальный пусковой ток Iп принимается из расчета, что двигатель разгоняется по линейной части механической характеристики. Если двигатель работает на линейной части характеристики (М? 0,75Мmax), то момент пропорционален току (Мn₁?In₁) и можно использовать скоростные характеристики вместо механических.

Принимаем

Рассчитаем омическое сопротивление первой ступени.

Рассчитаем омическое сопротивление второй ступени.

— коэффициент переключения, находим по формуле.

In2 — переключения, определяем по формуле.

тогда

Рассчитаем омическое сопротивление третей ступени.

Рассчитаем омическое сопротивление четвертой ступени.

Рассчитаем омическое сопротивление пятой ступени.

Из полученных значений омического сопротивления ступеней определяем сопротивление секций (r1, r2, r3).

Графический метод расчета.

Для нахождения величины омического сопротивления резистора графическим методом необходимо построить пусковые характеристики. Для построения пусковых характеристик нам необходимо знать Мn1 и Mn2, начальный и переключающий пусковой момент, возьмем значения этих моментов из предыдущего расчета Мn1=2 и Mn2=1,7 (его можно найти аналогично току In2).

Построим скоростные (механические) характеристики.

По построенным характеристикам определяем сопротивление ступеней.

Определим сопротивление секции.

Находим расчетный ток резистора по формуле.

Е — относительная продолжительность включения сопротивления определяется как отношение времени работы сопротивления к вркмени цикла работы двигателя (tn1=tn2=1.86, Tц =42.8).

Тогда расчетный ток будет равен:

По расчетным параметрам выбираем ящик сопротивлений из справочника.

По полученным данным и технико-экономическим соображениям выпираем ящик сопротивлений типа 2ТД7 540 019

Iдлит.доп.=49А Iр=38 А.

Составим схему включения элемент0 В в схему.

Для этого используем сопротивления секций найденные аналитическим методом так как этот метод наиболее точный чем графический.

r1=0.3 Ом в секцию включен один элемент.

rф=0,32 Ом Поскольку отклонение величин не превышает 10% секция выбрана верно.

r2=0,3 Ом в секцию включен один элемент.

rф=0.32 Ом Поскольку отклонение величин не превышает 10% секция выбрана верно.

Для третей ступени выбираем другой ящик так как в предыдущем нет подходящих сопротивлений. 2ТД75 400 110

Iдлит.доп.=49А Iр=38 А.

r3=0,21

в секцию включены два элемента.

Поскольку отклонение величин не превышает 10% секция выбрана верно.

r4=0,2

в секцию включены два элемента.

Поскольку отклонение величин не превышает 10% секция выбрана верно.

Общая схема соединения сопротивлений.

1- я 2-я 3-я 4-я

секция секция секция секция

Расчет и выбор пусковых и регулировочных сопротивлений для двигателей передвижения моста.

Двигатель МТF 311−8

Р =9 кВт.

n =680 об/мин.

Iрот. =26 А.

Iстат. =26,1 А.

Cosц =0.74

Мmax =265 H*м.

з =72%

U =245 В.

ПВ =25%

Аналитический метод расчета.

По мощности двигателя принимаем число ступеней Z =3. для нормального пуска необходимо чтобы Мn₂ было больше Мс ?20%, 1,2Мn>Мс. Число ступеней известно. Начальный пусковой ток Iп принимается из расчета, что двигатель разгоняется по линейной части механической характеристики. Если двигатель работает на линейной части характеристики (М? 0,75Мmax), то момент пропорционален току (Мn₁?In₁) и можно использовать скоростные характеристики вместо механических.

Принимаем

Рассчитаем омическое сопротивление первой ступени.

Рассчитаем омическое сопротивление второй ступени.

— коэффициент переключения, находим по формуле.

In2 — переключения, определяем по формуле.

тогда

Рассчитаем омическое сопротивление третей ступени.

Рассчитаем омическое сопротивление двигателя.

Из полученных значений омического сопротивления ступеней определяем сопротивление секций (r1, r2, r3).

Графический метод расчета.

Для нахождения величины омического сопротивления резистора графическим методом необходимо построить пусковые характеристики. Для построения пусковых характеристик нам необходимо знать Мn1 и Mn2, начальный и переключающий пусковой момент, возьмем значения этих моментов из предыдущего расчета Мn1=2 и Mn2=1,7 (его можно найти аналогично току In2).

Построим скоростные (механические) характеристики.

По построенным характеристикам определяем сопротивление ступеней.

Определим сопротивление секции.

Находим расчетный ток резистора по формуле.

Е — относительная продолжительность включения сопротивления определяется как отношение времени работы сопротивления к времени цикла работы двигателя (tn1=tn2=4, Tц =56).

Тогда расчетный ток будет равен:

По расчетным параметрам выбираем ящик сопротивлений из справочника.

По полученным данным и технико-экономическим соображениям выпираем ящик сопротивлений типа 2ТД75 400 113

Iдлит.доп.=26А Iр=18 А.

Составим схему включения элемент0 В в схему.

Для этого используем сопротивления секций найденные аналитическим методом так как этот метод наиболее точный чем графический.

r1=0,8 Ом в секцию включен один элемент.

rф=0,803 Ом Поскольку отклонение величин не превышает 10% секция выбрана верно.

r2=0,65 Ом в секцию включены пять элементов.

rф=r1,2 + r3,4,5=0.44+0.28=0.72 Ом Поскольку отклонение величин не превышает 10% секция выбрана верно.

r3=0,55

в секцию включен один элемент.

rф=0.548

Поскольку отклонение величин не превышает 10% секция выбрана верно.

Общая схема соединения сопротивлений.

1-я 2-я 3-я секция

Расчет и выбор пусковых и регулировочных сопротивлений для двигателей передвижения тележки.

Двигатель МТКН 112−6

Р =5,3 кВт.

n =885 об/мин.

Iрот. =15,3 А.

Iстат. =19 А.

Cosц =0.76

Мmax =118 H*м.

з =69%

U =203 В.

ПВ =25%

Аналитический метод расчета.

По мощности двигателя принимаем число ступеней Z =3. для нормального пуска необходимо чтобы Мn₂ было больше Мс ?20%, 1,2Мn>Мс. Число ступеней известно. Начальный пусковой ток Iп принимается из расчета, что двигатель разгоняется по линейной части механической характеристики. Если двигатель работает на линейной части характеристики (М? 0,75Мmax), то момент пропорционален току (Мn₁?In₁) и можно использовать скоростные характеристики вместо механических.

Принимаем

Рассчитаем омическое сопротивление первой ступени.

Рассчитаем омическое сопротивление второй ступени.

— коэффициент переключения, находим по формуле.

In2 — переключения, определяем по формуле.

тогда

Рассчитаем омическое сопротивление третей ступени.

Рассчитаем омическое сопротивление двигателя.

Из полученных значений омического сопротивления ступеней определяем сопротивление секций (r1, r2, r3).

Графический метод расчета.

Для нахождения величины омического сопротивления резистора графическим методом необходимо построить пусковые характеристики. Для построения пусковых характеристик нам необходимо знать Мn1 и Mn2, начальный и переключающий пусковой момент, возьмем значения этих моментов из предыдущего расчета Мn1=2 и Mn2=1,2 (его можно найти аналогично току In2).

Построим скоростные (механические) характеристики.

По построенным характеристикам определяем сопротивление ступеней.

Определим сопротивление секции.

Находим расчетный ток резистора по формуле.

Е — относительная продолжительность включения сопротивления определяется как отношение времени работы сопротивления к времени цикла работы двигателя (tn1=tn2=2.8, Tц =33).

Тогда расчетный ток будет равен:

По расчетным параметрам выбираем ящик сопротивлений из справочника.

По полученным данным и технико-экономическим соображениям выпираем ящик сопротивлений типа 2ТД75 400 113

Iдлит.доп.=26А Iр=10 А.

Составим схему включения элемент0 В в схему.

Для этого используем сопротивления секций найденные аналитическим методом так как этот метод наиболее точный чем графический.

r1=2.5 Ом в секцию включены три элемента.

rф=0,827*2+0,889=2,54 Ом Поскольку отклонение величин не превышает 10% секция выбрана верно.

r2=1,5 Ом в секцию включены два элемента.

rф=0,803+0,841=1,6 Ом Поскольку отклонение величин не превышает 10% секция выбрана верно.

r3=0.9 Ом в секцию включен один элемент.

rф=0.865 Ом Поскольку отклонение величин не превышает 10% секция выбрана верно.

Общая схема соединения сопротивлений.

1-я 2-я 3-я секция

3. Расчет и выбор пускорегулирующей аппаратуры (контакторы, пускатели).

Для перемещения груза.

Для защиты двигателей от токов короткого замыкания.

Определяем пусковой ток двигателя.

где, Ккратность пускового тока 3,2

Iст.- ток двигателя Принимаем реле типа РЭО401 с пределами регулирования тока срабатывания от 82А до 400А.

Для защиты двигателей от перегрузок выбираем температурно-токовое реле ТРП которое должно срабатывать в течение 9−20 мин.

Определим ток срабатывания реле.

По току срабатывания Iср принимаем реле типа ТРП-100

Для перемещения моста.

Для защиты двигателей от токов короткого замыкания.

Определяем пусковой ток двигателя.

где, Ккратность пускового тока 3,2

Iст.- ток двигателя Принимаем реле типа РЭО401 с пределами регулирования тока срабатывания от 16А до 152А.

Для защиты двигателей от перегрузок выбираем температурно-токовое реле ТРП которое должно срабатывать в течение 9−20 мин.

Определим ток срабатывания реле.

По току срабатывания Iср принимаем реле типа ТРП-40

Для перемещения тележки.

Для защиты двигателей от токов короткого замыкания.

Определяем пусковой ток двигателя.

где, Ккратность пускового тока 3,2

Iст.- ток двигателя Принимаем реле типа РЭО401 с пределами регулирования тока срабатывания от 16А до 152А.

Для защиты двигателей от перегрузок выбираем температурно-токовое реле ТРП которое должно срабатывать в течение 9−20 мин.

Определим ток срабатывания реле.

По току срабатывания Iср принимаем реле типа ТРП-40

Выбор тормозов к приводам крана.

Выбираем тормоз для механизма подъема.

Расчет ведется по тормозному моменту, обеспечивающему удержание груза на весу в статическом состоянии с определенным запасом торможения.

Находим момент торможения.

где, Кт — коэффициент торможения.

G — грузоподъемность крана 83 385 (1кг=9,81Н).

Dб — диаметр барабана см.

n — КПД механизма.

i — передаточное число.

По полученному Мтор выбираем тип тормоза для двигателя переменного тока ТКТГ с электродвигательным толкателем

Мтор=10−1250 кН*см.

Выбираем тормоз для механизма передвижения моста.

Расчет ведется по тормозному моменту, обеспечивающему удержание груза на весу в статическом состоянии с определенным запасом торможения.

Определим тормозной момент Мт, обеспечивающий при торможении остановку ходовых колес моста крана без скольжения по рельсам.

где, Dсп — сцепной вес крана 151 074 (1кг=9,81Н).

Dб — диаметр барабана см.

d — диаметр цапфы вала ходового колеса см.

— коэффициент трения в подшипниках ходовых колес.

n — КПД механизма.

i — передаточное отношение редуктора.

f — коэффициент трения качения 0,005.

По полученному Мтор выбираем тип тормоза для двигателя переменного тока ТКТ с электродвигательным толкателем

Мтор=1.1−2.4 кН*см.

Выбираем тормоз для механизма передвижения тележки.

Расчет ведется по тормозному моменту, обеспечивающему удержание груза на весу в статическом состоянии с определенным запасом торможения.

Определим тормозной момент Мт, обеспечивающий при торможении остановку ходовых колес тележки крана без скольжения по рельсам.

где, Dсп — сцепной вес крана 29 430 (1кг=9,81Н).

Dб — диаметр барабана см.

d — диаметр цапфы вала ходового колеса см.

— коэффициент трения в подшипниках ходовых колес.

n — КПД механизма.

i — передаточное отношение редуктора.

f — коэффициент трения качения 0,005.

По полученному Мтор выбираем тип тормоза для двигателя переменного тока КМТ с электродвигательным толкателем

Мтор=4,5−400 кН*см.

4. Расчет и выбор кабелей проводов троллей.

Краны питают от общей сети переменного тока или от преобразовательных установок постоянного тока. Так как механизмы кранов вместе с электродвигателями и аппаратурой перемещаются относительно пункта питания, для подвода тока к ним применяют специальные голые провода — троллеи и скользящие по ним токосъемники.

Сечение выбирают по допустимой величине тока с проверкой провода на потерю напряжения. Провод выбирают по всей длине перемещения механизма. Троллейная сеть характеризуется повторно — кратковременным режимом работы, поэтому выбирать троллей на допустимый нагрев нужно по эквивалентной силе тока (расчетная сила длительного тока) — I_Р, допустимую по нагреву.

где Р₃ — сумма номинальных мощностей трех наиболее мощных двигателей, кВт.

Р_Н — сумма номинальных мощностей всех двигателей, кВт По силе тока I_p выбирают сечение троллей при условии I_p I_д, где I_д — сила допустимого по нагреванию тока.

Выбираем троллей.

Размеры — 50 505

Сечение — 480 мм²

I=315A

Выбранное сечение проверяется, но потерю напряжения по наибольшей силе тока I_{max.пуск.}, которое возникает при пуске в ход наибольшего по мощности двигателя и потреблении остальными двигателями нормального расчетного тока.

где К — кратность пускового тока, наибольшего по мощности двигателя.

I_max.ном.— номинальный ток наиболее мощного двигателя.

Потеря напряжения на 1 метр длины троллеев зависит от силы тока I_{мах. пуск.} для различных профилей стали и определяется по кривым.

Определим фактическую потерю напряжения в троллеях в (В и %)

Допустимая потеря напряжения не должна превышать 3−4%.

Таким образом, предварительно принятый по току уголок 50X50X5

Проходит по падению напряжения при питании троллеев в средней точке.

Выбор питающего кабеля троллей.

Принимаем кабель АВВГ — 1. Сечение жилы выбираем по длительно допустимой нагрузке, при условии

I_p=134,19A; I_д=140А Выбираем кабель АВВГ — 1(370 125)

Выбор питающего кабеля для тележки.

Принимаем кабель КПГСН медный гибкий с резиновой изоляцией. Сечение жилы выбираем по длительно допустимой нагрузке, при условии

I_p=134,19А Выбираем кабель КПГСН — (335 116)

5. Расчет электрического освещения.

Светотехнический расчет методом коэффициентов светового потока.

Длина -68 м.

Ширина — 20 м.

Высота — 12 м.

Коэффициент стен — 30%

Коэффициент потолка — 50%

Высота рабочей поверхности — 1,2 м.

Высота свеса — 1 м.

Напряжение сети — 202 В.

Рассчитаем электроосвещение механического цеха имеющего следующие размеры: а =68 м, в =20 м, Н =12 м, стены и потолок темные.

Коэффициент отражения стены и потолка: с_п =50%, с_с =30%, высота рабочей поверхности от пола hp =1,2 м, U = 220 В .

Выбираем светильник типа (глубокоизлучатель зеркальный) в соответствии с высотой помещения.

Определяем расчетную высоту светильника над рабочей поверхностью, принимаем расстояние от потолка равным

где, h — расчетная высота.

Н — высота помещения.

hp — высота рабочей поверхности от пола.

hc — высота света светильника от потолка.

Определяем расстояние между светильниками, принимая как выгоднейшее отношение L/H=0,91

Тогда расстояние между светильниками

L=0.91*9.8=8.9 м Расстояние до стен принимаем 0,5.

Для определения количества рядов делим ширину помещения В на L, где L расстояние между светильниками.

Устанавливаем тем самым число светильников n = 14

В соответствии с указанными размерами цеха и полученными расстояниями размещаем светильники по цеху в плане.

Выбираем норму освещенности для данного производства, считая, что в цене обрабатываются детали с точностью до 1 мм, что соответствует по освещенности, создаваемой светильниками общего освещения, 30 лк, что составляет 10% от нормируемой освещенности.

Определяем показатель помещения.

По полеченным данным находим коэффициент использования светового потока Ки = 0,62, считая коэффициент отражения стен и потолка равным соответственно 30% и 50%.

Находим расчетный световой поток одной лампы.

лм где, Fp — расчетный световой поток одной лампы.

Ен — нормируемая освещенность общего освещения в цехе (при 30 лм).

kз — коэффициент запаса.

S — площадь помещения.

Z — постоянный коэффициент 1,3.

n — количество светильников.

kи — табличные данные.

Подбираем по справочнику ближайшую по световому потоку Fл=8100 лампу НГ 220−500 мощностью 500 Вт и напряжением 220 В.

Пересчитываем фактическую освещенность при выбранной мощности лампы.

лм

Светотехнический расчет точечным методом.

Проверяем точечным методом минимальную освещенность в механическом цехе.

Определим по плану помещения координаты d проверяемой точки А, т. е. устанавливаем расстояние от проекции светильников на горизонтальную поверхность до проверяемой точки.

Данные для шести ближайших светильников заносим в таблицу.

Определяем условную освещенность Е по пространственным кривым равной освещенности для выбранного светильника.

Принимаем коэффициент kз = 1,3 и выбираем µ = 1,07 световой поток Fл =8100 лм.

где, Е — фактическая освещенность в точке А.

Fл — фактический световой поток выбранной лампы.

?l — суммарная величина условной освещенности по пространственным кривым для светильника.

µ - коэффициент минимальной освещенности (справочник Кноринг).

kз — коэффициент запаса.

Следовательно, выбранная по методу коэффициента использования светового потока лампы мощностью 500 Вт на напряжение 220 В обеспечивает необходимую освещённость.

Электрический расчет освещения (кабели, провода, выключатели).

Электрические сети и устройства для питания освещения предприятий должны быть экономичными, безопасными, надежными и удобными в эксплуатации и монтаже.

Выполнение этих требований достигается в соответствии с ПУЭ.

Если светильники общего назначения устанавливают на высоте менее 2,5 м и их конструкция допускает свободный доступ к лампе, то они должны питаться U не более 36 В. Переносное U 12 — 36 В.

Самостоятельные осветительные трансформаторы применяют в том случае, когда силовые нагрузки вызывают недопустимые колебания U на источниках света.

С целью повышения надежности светильники аварийного освещения для продолжения роботы должны питаться от независимых источников питания.

Таким источником питания является аккумуляторная батарея.

При проектировании сети электрического освещения от щита низкого U 1, цеховой подстанции прокладывается четырех проводная питающая сеть 2 до распределительного щита 3, установленного в цехе. От указанного щита через сеть 4 питаются щитки 5 к которым подключаются отдельные группы светильников через групповую сеть 6 в качестве щитов могут быть шкафы серии СП — 62, СПУ — 62 и др., могут применятся осветительные щетки ЩО, ЩОА и др., с автоматами АБ, АЗ.

Рассчитаем сеть электрического освещения на минимум проводящего материала при подключении сети к трансформатору 160 кВА по схеме, приведенной на U сети 220 В.

В соответствии с производственными условиями сети электроосвещения выполняется медными проводами при допустимой потери напряжения в питающей и распределительной сети 5,5%.

Определим сечение проводов участка 1−2 (ТП-РЩ). Вначале определим приведенный расчетный момент нагрузки с учетом коэффициента приведения, а от четырехрядной линии на однофазное ответвление к лампам a = 1,85.

Определим

сечение проводов участка 1−2.

Коэффициент С = 77 по справочнику. Принимаем стандартное сечение 6 мм² и проверяем фактическую потерю U на данном участке.

Определяем сечение проводов участка 2−3.

Приведенный расчетный момент.

Рассчитаем потери напряжения на участке.

Рассчитаем сечение проводов на участках.

Принимаем стандартное сечение проводов 4 мм² и проверяем потери напряжения на участке 2−3.

Определяем сечение проводов групповой сети.

Тогда сечение групповой сети будет равно.

С — 12,8 по справочнику.

При расчете приведенного момента групповой сети учитывались длины проводов к лампам.

В случае применения алюминиевых проводов расчетное сечение должно быть на ступень выше.

Так как по механической прочности при прокладке проводов меньше 1 мм² нерекомендуют то принимаем 1 мм² стандартное сечение.

6. Описание схемы электроснабжения, управления, защиты и сигнализации мостового крана.

Схема с магнитными контроллерами и торможением противовключением, к которой относятся контроллеры серии ТСАЗ, обеспечивает автоматический разгон, реверсирование, торможение противовключением и ступенчатое регулирование.

Кулачковый контроллер ККТ — 101 с защитной панелью ПЗКБ предназначен для управления асинхронным двигателем с фазным ротором крановых механизмов подъёма или передвижения (мост, тележка); схемы замыкания роторной цепи для обоих направлений вращения одинаковые.

Схема электроприводов с силовыми кулачковыми контроллерами и торможением противовключением широко применяются на тихоходных кранах малой и средней грузоподъемности при отсутствии специальных технологических требований в отношении точности остановки и посадки груза из-за простоты, надежности и невысокой стоимости. Регулирование скорости подъема и спуска осуществляется путем изменения сопротивления резисторов, включенных в цепь ротора.

Для запуска двигателя нужно кнопкой КР включить контактор Л, затем поставить контроллер в одно из первых положений, при котором обмотка статора включается в сеть с полностью введенным в цепь ротора пусковым сопротивлением. Схема выключения сопротивления из цепи ротора несимметрична. Так, при втором положении контроллера замыкаются его контакты К 11, К 13 и выключаются ступени Р7-Р10,Р8-Р10, Р9-Р10 в трех фазах, при пятом положении контакт К 10 выключает все сопротивления только в одной левой фазе, а в шестом положении контакты К 12, К 14 отключают все сопротивления двух фаз (средней и правой), при этом точки Р1, Р2, РЗ замыкаются, что соответствует полностью выведенному сопротивлению.

Как и в предыдущей схеме, максимальное реле МР отключает двигатель при перегрузках, контакт 1−2 обеспечивает нулевую блокировку, конечные выключатели КВВ, КВН ограничивают ход механизмов в крайних положениях, контактор Л осуществляет нулевую защиту, контакт КЛ отключает защитную панель при выходе крановщика на настил крана. и наконец, выключателем АВ крановщик может пользоваться при необходимости немедленной остановки крана.

Кроме рассмотренных контроллеров, для управления асинхронными двигателями механизмов горизонтального перемещения и подъема используют кулачковые контроллеры старых типов НТ-51, НТ-101, НТ-151 и новых типов ККТ-61, различающиеся лишь числом пусковых ступеней и расположением контактов. Для управления двумя механически связанными асинхронными двигателями с фазным ротором (например, двух двигательным приводом моста) служат новые кулачковые контроллеры ККТ-62, ККТ-102 и старые НТ-52, НТ-102. Все эти контроллеры коммутируют только роторные цепи, для коммутации статорных цепей устанавливают специальные контакторы.

Магнитные (контакторные) контроллеры применяют при тяжелых режимах работы кранов с высокой частотой включений двигателей. Основная особенность магнитных контроллеров заключается в применении контакторов, переключающих главные цепи электродвигателей. Для управления катушками контакторов служат малогабаритные кулачковые контроллеры, называемые командоконтроллерами. Панель с контакторами и защитной аппаратурой в совокупности с командроконтроллером принято называть магнитным контроллером.

Магнитные контроллеры в эксплуатации надежнее кулачковых и позволяют осуществить дистанционное автоматическое управление, что повышает производительность крановой установки.

Кулачковому контроллеру ККТ-61 А присуще невысокое качество регулирования скорости электродвигателя т.к. пониженная скорость может быть получена только при относительно больших моментах.

Для управления двигателями постоянного тока механизмов передвижения применяют контроллеры серии П при одном двигателе и серии ДП при двух двигательном приводе. Для управления двигателями подъема используют контроллеры серии ПС, ПСА и ДПС. Буква, А в наименовании показывает, что управление двигателем механизма подъема автоматизировано.

Управление асинхронными двигателями с фазным ротором механизмов передвижения осуществляют контроллерами серий Т и К при одном двигателе и контроллерами серий ДТ и ДК при двух двигателях. Для двигателей механизмов подъема применяют контроллеры серий ТС, КС, ДТС, ДКС.

Цепи управления контроллеров переменного тока серий Т, ТС, ДТС, питаются переменным током; магнитные контроллеры серий К, КС, ДКС комплектуются аппаратурой управления постоянного тока, которая допускает большую частоту включения и является более надежной в эксплуатации по сравнению с аппаратурой переменного тока.

В нулевом положении рукоятки командоконтроллера КС контакты контакторов Т и 1 Т, управляющих тормозным электромагнитом ЭТ, разомкнуты.

На катушке реле РТ через формировочное сопротивление Кф и обмотку ЭТ подается напряжение, достаточное для его срабатывания. Поэтому реле РТ замыкающимся контактом готовит контактор 1 Т к включению.

При переводе рукоятки с нулевого положения возбуждаются реверсирующие контакторы В и Н и контакторы Т, 1 Т, включающие обмотку тормозного электромагнита на полное напряжение сети. Контакт Т замыкает реле РТ накоротко, которое с выдержкой времени отключает катушку контактора 1 Т. Благодаря этому, а также при помощи сопротивления снимается форсированный процесс включения электромагнита.

В первом положении контроллера при подъеме груза включается также контактор противовключения П. Далее при перемещении рукоятки последовательно замыкаются контакторы ускорения 1У, 2У, ЗУ, 4У. Последние два включаются с выдержкой времени, задаваемой реле ускорения 1РУ, 2РУ. Следовательно, контроль процесса пуска двигателя контролирует реле ускорения, а не крановщик. Это позволяет быстрее и надежнее управлять краном и защищать двигатель от больших токов, вызывающих при частых включениях его перегрев.

При спуске грузов первые два положения контроллера позволяют достигнуть торможения противовключением. В третьем положении двигатель включается на однофазное торможение, которое заключается в том, что обмотка статора на время торможения переключается контакторами 2 В, 2Н только к двух фазам находящееся выше контактов 2У. При такой схеме в статоре возникает пульсирующий магнитный поток, создающий на валу тормозной момент, т. е. момент, направленный против вращения ротора.

Однофазное торможение сопровождается большими токами, поэтому его можно применять при кратковременной работе и высоте подъема не более 5 м.

Четвертое положение используется для силового спуска легких грузов или для работы со скоростью выше синхронной при спуске тяжелых грузов.

Эта схема имеет ряд защит (максимальную, токовую, нулевую и конечную), осуществляемых с помощью защитной панели.

Крановые защитные панели применяют совместно с кулачковыми контроллерами.

При помощи этих панелей осуществляется питание крановых электродвигателей и их максимальную и нулевую защиту. Для двигателей переменного тока используют многодвигательные панели серий ПЗК, ПЗКН, ПЗКБ. Конструктивно все панели представляют собой металлический шкаф с двухстворчатыми дверцами, на изоляционной плите которого смонтирована необходимая аппаратура защиты.

Принципиальная схема трех двигательной панели серии ПЗК, состоящей из рубильника О, линейного контактора КМ1, аварийного выключателя 81 максимального реле КАО — КА4, кнопки начало работы, предохранителей РШ и Р112 и контакта контроля люка 82. Также сюда относятся контроллеры для управления двигателями подъема, тележки и моста. Контакты конечных выключателей подъема и передвижения тележки, моста также расположены в этой панели.

Главным аппаратом, отключающим двигатели при нарушении их нормальной работы, является линейный контактор. Для его включения нужно поставить контроллеры всех двигателей в нулевое положение и кратковременно нажать кнопку начала работы 8В1.

Если при этом контакты люка 82, максимального реле и аварийного выключателя 81 замкнуты, то контактор включится, с главными контактами подаст напряжение на двигатели, а блок контактами поставит свою катушку на само подпитку через цепь конечных выключателей и блокировочных контактов контроллеров.

Защиту двигателей от перегрузок и коротких замыканий осуществляют максимальные реле. Катушки всех блок-реле установлены на основании группового максимального реле. При коротком замыкании или перегрузке соответствующее блок-реле воздействует на общую для всех реле контактную систему и размыкает контакт, тем самым обесточивает катушку линейного контактора КМ1. Этот контактор отключает все двигатели от сети.

Защиту двигателей от работы при пониженном напряжении сети также выполняет контактор, который отключает якорь при снижении напряжения ниже 85% от номинального напряжения.

Для защиты механизмов от выхода из рабочей зоны и от входа из в крайние опасные положения служат конечные выключатели, они ограничивают крайние положения тележки, моста. Во всех случаях перехода механизмов крайних положений разрывается цепь контактора КМ1. Повторное включение контактора после его отключения возможно только после возвращения всех контроллеров в нулевое положение. Этим предупреждают пуск в вход двигателя при одном из рабочих положений управляющего контроллера. Такая блокировка, называемая нулевой, исключает само запуск двигателей и связанные с ним аварий и травматизма.

Аварийный выключатель 81 используется во всех случаях возникновения аварийной обстановки, представляющей опасность для людей, механизмов и грузов.

Защитный контакт люка 82 отключает эту панель при выходе крановщика на настил крана. Где расположены троллеи, находящиеся под напряжением, опасным для жизни. В некоторых случаях возникает необходимость, кроме контакта люка или взамен его, устанавливать контакты дверей.

7. Охрана труда, техника безопасности, монтаж и эксплуатация электрооборудования.

Троллейные проводники выполняют из гибких голых проводников круглого или профильного сечения, из сталей жестких профилей или в виде закрытых троллейных шинопроводов. Троллейные провода закрепляют на опорных конструкциях жестко. В качестве опорных конструкциях жестко. В качестве опорных конструкций применяют кронштейны различных типов и троллее держатели.