книги / Электроприводы крановых механизмов. (Системы электропривода и методы расчета)
.pdfгрузкам в кинематической цепи. Дополнительными ди намическими усилиями сопровождается подъем с под хватом или торможение механизма при спуске (подъе ме). Выбором соответствующих механических характе ристик и оистемы электропривода в некоторых слу чаях можно добиться устранения динамических пере грузок.
Так, при работе многих кранов возможен подьем груза с подхватом. В тех случаях, когда крановщик сам лишен ‘возможности наблюдать за положением груза (разгрузка судна), может произойти отрыв груза от опоры после разгона привода до определенной скоро сти. Известно, что ударная нагрузка подъемного меха низма вызывается начальной разностью скоростей дви гателя (барабана) и груза, подвешенного на канате. При большой длине свободного каната к моменту отры ва двигатель может достигнуть установившейся скоро сти, что соответствует максимально возможной для дан ных параметров величине удара.
Если оператор при работе видит груз, ему приходит ся во избежание чрезмерных ударов постепенно выби рать слабину каната толчковым включением двигателя, что, естественно, утомляет -крановщика, создает неудоб ство в управлении.
•По мере автоматизации кранов и внедрения дистан ционного управления, когда возможности операторов становятся все более ограниченными, роль автоматиче ского снижения ударных нагрузок возрастает. Все это приводит к стремлению создать системы электроприво да, которые на одном из положений контроллера обес печивали бы плавный подъем груза без удара.
У многих кранов, работающих с большими скоростя ми подъема, могут возникать недопустимые ударные нагрузки на -механизм при торможении в конце спуска или подъема. Торможение механическими тормозами, усилие которых выбирается по условиям статики, в та ких случаях существенно ускоряет износ отдельных эле ментов механизма, а при интенсивной работе перегре ваются и чаще выходят из строя тормозные шкивы и об кладки. Иногда плавность торможения важна и для со хранения транспортируемой продукции (литейные кра ны). По этим причинам желательно для ряда кранов иметь возможность сначала снижать скорость ограни ченным по величине тормозным моментом, а затем уже
окончательно затормаживать и удерживать груз меха ническими тормозами.
В случае жесткой механической характеристики электропривода [Л. 30] величина максимального усилия, действующего при подхвате на груз, канат и другие элементы, равна:
■^макс |
Q+ |
flj/W , |
(1-14) |
где v — скорость выбора |
слабины каната; |
Q и m2 — вес |
|
и масса поднимаемого груза; |
с — жесткость элементов |
||
механизма подъема. |
|
|
|
Рис. 1-5. Механические характеристики электропривода, ограничивающие усилия при подхвате.
ке |
Величины массы, усилия, скорости приведены к точ |
|||||||||
подвеса |
груза. |
|
|
|
характеристикой, |
но |
||||
|
Для случая привода с жесткой |
|||||||||
с ограниченным моментом |
(рис. 1-5, а) |
величина макси |
||||||||
мального усилия [Л. 37] |
|
|
|
|
|
|||||
|
р |
|
_Р\т2-Ь Qm1 |
|
|
т |
|
|
||
|
i MftVP ■ |
т1+ т2 |
■|/®о |
стэ-\— г(Л -< 2 )2> (1-15) |
||||||
|
|
|
|
|
т |
|
|
|||
где |
|
|
mi — масса элементов привода, |
вращающихся со |
||||||
™ |
|
mim2 |
скоростью двигателя; |
|
|
|
||||
|
-----эквивалентная масса; |
|
|
|
||||||
тъ = — |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
-j- ТП2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рх— наибольшее |
усилие, |
соответствующее |
мо |
||||
|
|
|
|
менту М х. |
|
|
|
|
|
|
|
Силу удара в звеньях |
можно |
ограничить, если |
ис |
||||||
пользовать |
мягкую |
характеристику |
электродвигателя |
|||||||
(рис. 1-5, б). |
|
|
|
|
|
|
||||
В этом случае по мере натяжения каната и других упругих элементов механизма возрастает нагрузка на двигатель и последний снижает свою скорость.
При определении максимального усилия механизм подъема рассматривается как двухмассовая система, а отсчет времени (/ = 0) ведется от момента начала вы тяжки каната и нагружения двигателя [Л. 8, 46]. Пред полагается, что двигатель разогнан вхолостую до ско рости, соответствующей v0, и затем после выбора слаби ны начинается натяжение каната.
Весь процесс подхвата разбивается на два этапа:
.1 этап — от £=0 до нагружения каната силой веса груза Q; II этап — от момента трогания груза до достижения установившейся скорости.
Для I этапа уравнение движения массы т\ имеет вид:
Ряв- Р = т1£ ± и . (Мб)
Полагаем, что нагрузка на двигатель
P = s1— s2,
где Si и 52 — соответственно перемещения масс т\ и га2.
Так как на I этапе 52= 0, а линейной механической характеристике электропривода (рис. 1-5, б) соответст вует уравнение
=— to*
где b= P2/v0,
то уравнение движения после преобразования
d2sl . |
b |
dsi |
\ с |
_Р2 |
|
(1-17) |
|
dt2 * т1' |
dt |
' тг S |
т1 |
||||
|
|||||||
Решение (1-17) с |
учетом |
начальных |
условий s ,= 0 и |
||||
ds1/dt = v0 имеет вид: |
|
|
|
|
|
|
|
ет |
-gs. sin'(lV — Р)+ |
Р* |
(1 •18) |
||||
|
*1 |
|
|
|
|
|
|
Конец первого этапа наступает через время т, кото |
|||||||
рое можно определить, если |
правую часть |
(1-18) при |
|||||
равнять к весу груза. |
|
|
|
|
|
|
|
Скорость t>„ и ускорение ак в конце первого этапа определяются путем дифференцирования (1-18) и под становки t= Хг
Уравнения движения масс Ш\ и т2 на втором этапе:
|
P , - b ^ - c ( s l - s 2) = ml ^ - ; |
|
|
|||||
|
, |
|
|
|
, |
* * |
0-19) |
|
|
^ (^1 |
^г) — Q“1 |
^//2 |
|
|
|||
После преобразования (1-19): |
|
|
||||||
d*s \ |
. b |
d3s l |
■ |
с |
d2s^ 1 |
be dsг |
Р2— Q / 1 |
QQS |
dt4 |
”* /п! |
d/3 |
‘ |
т э |
d*2 |
|
' |
' |
Для решения уравнения используются начальные условия
второго этапа:
Q
|
5 i — 52 = — |
; |
|
|
|
(5i |
5 2) = |
^к; |
|
|
(^i |
5 2) = |
а к. |
|
Решение (1-20) находится в виде |
|
|||
Si — S 2 = |
Гз |
sin(Q2^ + Y) — ^ |
7lJ- (1-21) |
|
Для определения времени tm>которому соответствует максимальное усилие c(si—s2), производная по времени (1-21) приравнивается нулю. Максимальное усилие [Л. 8] равно:
_ |
tmш |
_ тп _ |
^макс== Q“l™~D~ |
7з sin(Q2£m-f“Y) — Le |
T%J* (1-22) |
Входящие в выражения (1-18) и (1-22) |
коэффициен |
|
ты и другие постоянные являются функциями парамет ров механизма и механической характеристики.
Результаты расчета максимальных усилий для ряда
кранов, |
выполненные |
по (1-14) и (1-22), |
сведены |
в табл. |
1- 1. |
|
|
Анализ расчетных данных показывает, что заметно |
|||
снижаются ударные |
усилия подъемного |
механизма |
|
с мягкой механической характеристикой, если mi/m2 не превышает 10. Следовательно, при небольшом отноше нии mi/m2 и малой жесткости элементов механизма
24
|
|
|
|
|
|
Тип крана |
|
|
|
|
|
|
Порталь |
Порталь |
Мостовой |
Башенный |
Башенный |
|
|
|
|
ный |
ный |
|||
Qm |
/С2 |
|
|
10 000 |
5 000 |
3 000 |
5 000 |
3 000 |
v0, |
м/сек |
|
0,933 |
0,424 |
0,366 |
0,5 |
0,542 |
|
с, |
н/м |
|
|
3,14-10° |
2,45 .10е |
1,08-106 |
0 ,8 1 • 10° |
0,328*10е |
|
тч |
|
12 |
9,2 |
7,5 |
5,9 |
5,07 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
я - т •/• |
|
ПО |
ПО |
110 |
1 ю г |
110 |
||
^ макс |
,, |
, |
2,69 |
1,96 |
1,71 |
1,65 |
1,58 |
|
Q„ |
по (1-14) |
|||||||
Р |
|
., |
опч |
|
|
|
|
|
1макс |
2,55 |
1,78 |
1,51 |
1,41 |
1,30 |
|||
QH |
по (1-22) |
|||||||
подъема для снижения удара целесообразно использо вать обычную реостатную характеристику асинхронного
двигателя с Яг—1,1 QH-
Величина с у нестреловых кранов определяется в ос новном жесткостью каната. Для стреловых кранов усилие, подсчитанное через жесткость, определяемую параметрами только каната, окажется завышенным, так как упругость стреловой системы заметно снижает эти нагрузки. У кранов, величина вылета которых изменя ется наклоном стрелы, наиболее тяжелым режимом ока зывается работа с минимальным вылетом.
Так как приведенная к грузу маховая масса вращаю щихся частей привода
тх |
G D I р‘ 2 |
|
D26g ’ |
||
|
||
а скорость подъема |
|
|
то |
боГ-* |
|
|
mt = GD>1*
Если учесть, что мощность двигателя, пропорциональна QHw, то при данной мощности двигателя масса т2 обрат но пропорциональна первой степени скорости v. Поэто му малые отношения т\1т2 имеют лишь краны неболь шой грузоподъемности (3—5 тс) с относительно боль шими скоростями подъема (25—35 м/мин).
Для тех электроприводов, у которых отношение milт2 превышает 10 и потому не наблюдается заметно го снижения скорости v за время натяжения каната, можно уменьшить удар при подхвате, если применить электропривод, характеристика которого пересекает ось ординат (нагрузка при выборе слабины близка к нулю) при более низких по сравнению с синхронной скоростях. Эта пониженная скорость определяется по (1-14), если известно допустимое усилие /'макс. Допустимым для большинства кранов следует считать усилие, не превы шающее величину номинального груза более чем на 20—30%.
Жесткость механической характеристики, ограничи вающей нагрузки при подхвате, определяется, с одной стороны, рассчитанной скоростью холостого хода, с дру гой стороны, моментом при подъеме номинального гру за. После выбора слабины каната желательно иметь возможность подъема любого груза на том же положе нии контроллера.
В [Ji. 8, 30] получены выражения по определению максимальных усилий в механизме при торможении во время спуска и подъема. Так, для торможения усилием Р при спуске груза Q
W = Q + ^ = |
^ , |
(1-23) |
1+^г |
|
|
а для торможения при подъеме груза Q |
|
|
2 (Р -KQ) |
(1-24) |
|
B= Q |
|
|
1+ — |
|
|
' |
т2 |
|
Согласно (1-23) и (1-24) произведены расчеты на грузок для реальных кранов. Данные расчета сведены в табл. 1-2.
Из (1-23) и (1-24) и данных табл. 1-2 следует, чт<> удар при торможении тем выше, чем меньше отношение
26
mi/m2. Таким образом, для кранов 'большей грузо подъемности, у которых как правило, выше, до пустимы и большие тормозные 'моменты. Кроме того, максимальные нагрузки при торможении во время подъема намного выше, чем при спуске для одинаковых
Таблица 1-2
|
|
|
|
'1нп крана |
|
|
|
|
|
|
Порталь |
Пор |
Мосто |
Башен |
Башен |
|
|
|
ный |
таль |
вой |
ный |
ный |
|
|
|
ный |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Q II, K Z |
|
10 000 |
5 000 |
3 000 |
5 000 |
3 000 |
|
v0, |
м / с е к |
|
0,933 |
0,424 |
0,366 |
0,5 |
0,542 |
|
т , |
|
12 |
9,2 |
7,5 |
5,9 |
5,07 |
|
т2 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
соз, 1/ с е к |
|
18,4 |
23,3 |
2 0 ,2 |
13,75 |
11,4 |
|
Спуск |
г |
( р = 2<э) |
1,154 |
1,2 |
1,235 |
1,29 |
1,33 |
■ |
^ |
( |
р - а д |
~v 0 |
Ю0»/о ( P = 2 Q ) |
||
Подъем |
F Q * |
(Р - в ) |
|
|
|||
^макс |
. р |
П 1 |
|
Q n |
|
(р |
— ° > 15(Э) |
1,46 |
1,59 |
1,705 |
1,87 |
1,99 |
58,5 |
8,5 |
— |
— |
— |
1,31 |
1,39 |
1,47 |
1,58 |
1,66 |
1,18 |
1,225 |
1,27 |
1,33 |
1,38 |
усилий Р. Последнее объясняется тем, что во время тор можения при подъеме сочетание неблагоприятных усло вий может привести к тому, что останов.ка механизма совпадает с наибольшим ослаблением канатов. В этом случае наблюдается свободное падение груза при ослаб ленных канатах. Скорость,- при которой наступает мак симальное ослабление канатов [Л. 8]:
Vm= V0 |
Р -4- Q тс |
(1-25) |
||
т1+ |
(Oj |
|||
|
|
|||
где
“з = | / С/Ш.
Данные табл. 1-2 свидетельствуют о том, что для ря да кранов 'При больших усилиях Р не наступает полно го ослабления канатов, а максимальные динамические нагрузки -при торможении примерно одинаковы, если тормозное усилие при подъеме P —0J5Q, а при спуске
P = 2Q.
Из полученных соотношений следует, что перед на ложением тормоза при подъеме рационально использо вать незначительное по величине дополнительное к тор мозному эффекту груза тормозное усилие. Если это уси лие 'в процессе торможения остается неизменным, его величину целесообразно принимать:
Р= (0,1-MU5) QH.
1-5. Классификация механизмов подъема
Отсутствие классификации кранов с точки зрения требовании к механическим характеристикам их электроприводов затрудняет выбор рациональной системы 'привода, не позволяет произвести возможную унификацию.
iB основу предлагаемой классификации, которая, конечно, не исключает существующие другие классификации (по режимам ра боты и т. д .), положены вид и количество требуемых регулировоч ных характеристик, а также переходных механических характери стих, служащих для ограничения ударов.
Все механизмы подъема разбиваются на четыре группы и при водятся в последовательности усложнения требований к их элек троприводам 1(рис. 1-6).
I. Механизмы подъема, не требующие ни особых регулировоч ных характеристик при всех возможных грузах, ни специальных способов ограничения динамических нагрузок. К этой группе от
носятся, например, мостовые |
краны с номинальной скоростью мс |
нее 8— 10 м/мин, участвующие |
в ремонте оборудования, перегрузка |
деталей и других нетехнологических операциях в механических, элек
троремонтных цехах, |
мастерских, |
складах и |
т. п.; |
козловые краны |
с номинальной скоростью, не превышающей |
10 м/мин, участвующие |
|||
в перегрузке неответственных грузов. |
|
|
||
II. Механизмы, |
для которых |
требуется |
одна |
характеристики |
с устойчивой низкой скоростью: |
|
|
|
|
|
а) только в режиме тормозного спуска; сюда |
можно отнести |
|||||
механизмы грузоподъемностью выше 25—30 тс с |
небольшой но |
||||||
минальной |
скоростью |
(5—6 м/мин) |
мостовых |
кранов |
литейных, |
||
а |
также |
сборочных |
и других механических цехов, участвующих |
||||
в |
монтажных операциях; мостовые |
и башенные |
краны, |
производя |
|||
щие несложные монтажные операции, работающие с хрупкими грузами либо транспортирующие жидкий металл, если нет необходимо сти в силовом спуске, а динамические нагрузки при подъеме с под хватом ограничиваются па естественной либо реостатной характе ристиках;
|
б) |
в |
режимах |
силового и |
тормозного спуска; |
сюда |
относятся |
|||
те же механизмы группы II, п. а, если требуется силовой спуск гру- |
||||||||||
зов с пониженной скоростью; |
|
|
|
|||||||
|
в) |
в режимах |
силового |
|
|
|
||||
и тормозного спуска, а так |
|
|
|
|||||||
же |
подъема; |
например, |
мо |
|
|
|
||||
стовые |
краны |
механических |
|
|
|
|||||
цехов, машинных залов, уча |
|
|
|
|||||||
ствующие в |
точных |
мон |
|
|
|
|||||
тажных |
|
либо |
установочных |
|
|
|
||||
работах; |
башенные |
и |
пор |
|
|
|
||||
тальные |
краны, |
участвую |
|
|
|
|||||
щие в сложных |
монтажных |
|
|
|
||||||
операциях, а также все мо |
|
|
|
|||||||
стовые, |
|
козловые, |
порталь |
|
|
|
||||
ные, башенные и другие кра |
|
|
|
|||||||
ны, участвующие |
в монтаж |
|
|
|
||||||
ных операциях либо в пере |
|
|
|
|||||||
грузках |
|
хрупких, |
взрыво |
|
|
|
||||
опасных |
грузов, |
когда |
для |
|
|
|
||||
снижения |
ударных |
нагрузок |
|
|
|
|||||
при |
подъеме |
с |
подхватом |
\(л) Л б |
О) |
Лб |
||||
требуется |
пониженная |
ско |
||||||||
рость.
III. Механизмы, требую щие помимо ползучих скоро стей еще одну — две проме жуточные скорости при подъеме и спуске во всем диапазоне изменения момен тов; сюда следует отнести стапельные, доковые, шахт ные и некоторые другие пор тальные и башенные краны, если диапазон регулирова
ния скорости превышает
18: 1—20: 1.
м I?—5
ш ш
Рис. 1-6. Механические характери стики электропривода различных групп механизмов подъема.
IV. Механизмы подъема, требующие ограничения тормозного момента -при подъеме и спуске (т. е. у, которых затормаживание механическим тормозом может привести к недопустимым ударным нагрузкам); к этой группе в первую очередь нужно отнести пор тальные и башенные краны небольшой грузоподъемности (3—5 тс) с высокой поминальной скоростью (свыше 25 м/мин) и, как правило, с небольшим mi/ / ^ 2 '(меньше 10).
Заметим, что наиболее дискуссионен вопрос о существовании группы ill, п. а. Поэтому при отнесении механизмов к этой группе
следует особо тщательно взвесить |
все факторы — условия эксплуа |
тации механизма *и возможности |
изменения в процессе эксплуата |
ции его отдельных параметров. |
|
Г л а в а в т о р а я
ТРЕБОВАНИЯ К ЭЛЕКТРОПРИВОДУ МЕХАНИЗМОВ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ГРУЗОВ
К механизмам горизонтального перемещения гру зов относятся механизмы поступательного движения (мосты и тележки мостовых, козловых кранов, перегру жателей), а также механизмы поворота, осуществляю щие вращение стрелы поворотных кранов. Общими для
них являются режимы |
работы, характер нагрузки их |
в статике и особенно в |
динамике, поэтому, одинаковы |
итребования к электроприводу. Вследствие того, что для большинства механизмов передвижения и поворота гораздо большую роль играют динамические режимы, то
итребования к электроприводу в основном определяют ся этими режимами. Однако для некоторых из них
олределейное значение имеет также качество тех или иных статических механических характеристик.
2-1. Механические характеристики электропривода
Вид и количество механических характеристик оп ределяются, с одной стороны, требуемыми диапазоном и плавностью регулирования скорости, с другой,— возмож ным диапазоном изменения моментов статического со противления. Для механизмов передвижения и поворота статические моменты изменяются в гораздо меньшеii степени, чем для механизмов подъема, так как общин вес движущихся частей здесь соизмерим с номинальной грузоподъемностью крана либо превышает ее. Так, вег тележки мостовых кранов в зависимости от грузоподъеы ности колеблется в пределах 30—55% номинального груза. Это значит, что статический момент механизма при работе без груза составляет (с учетом уменьшен ного к. п. д. механизма) 20—30% момента при иереме щении номинального груза. Для механизмов передвижг ния кранов диапазон изменения статических моментов еще меньше, так как в зависимости от грузоподъемности и длины пролета моста вес крана в 1,2—6 раз (Q„,<50 71 превышает <2И; для кранов с Qj,>75 г вес перемета емых частей составляет (0,75—1,5) Q„. Поэтому стати ческий момент механизмов передвижения кранов
30