Электрооборудование мостовых кранов

В состав электрооборудования кранов входят токоподводящие устройства, электродвигатели, аппараты управления и защиты, приборы отопле­ния, освещения и другие электротехнические устройства. Электроснабжение (токоподвод) крана осуществляется при помощи троллеев, кольцевого токоподвода и гибкого кабеля. Электрооборудование в зависимости от степени защиты (его размещения на кране) от атмосферных осадков и категории размещения крана рекомендуется выбирать в исполнениях, приведенных в табл. 1. При размещении кранов на высокогорье при выборе электрооборудования учитывают увеличение расчетной мощности на 15% на каждые 1000 м сверх первой тысячи. Электроприводы кранов, работающих в горячих цехах, выполняются с крановыми электродвигателями, имеющими теплостойкую изоляцию. Во всех крановых электроприводах рекомендуется применять трехфазный ток напряжением 380 и 660 В. По требованию заказчика может применяться напряжение 220 и 500 В. Для электропривода ряда механизмов может использоваться постоянный ток напряжением 220 и 440 В. Напряжение цепей управления и автоматики должно быть не выше 380 В переменного и 440 В постоянного тока. Для повышения безопасности в цепях управления обычно применяют напряжение более низкое, чем напряжение силовой сети. Электроаппаратуру управления располагают в шкафах или аппаратных кабинах, обеспечивающих их защиту от механических повреждений и атмосферных осадков. Электрические схемы управления электродвигателями механизмов должны исключать: - самозапуск электродвигателей после восстановления напряжения в питающей сети; - пуск электродвигателей не по заданной схеме управления; - пуск электродвигателей контактами предохранительных устройств контактами концевых выключателей и блокировочных устройств). Неизолированные токоведущие части, если их расположение и способы блокировки не исключают случайного прикосновения к ним обслуживающего кран персонала, должны быть ограждены. Все части электрооборудования, не входящие в электрические цепи (корпуса двигателей, кожухи, рукоятки аппаратов), а также металлические конструкции крана должны быть заземлены. Для этого части, подлежащие заземлению, присоединяют к металлоконструкциям крана, которые должны обеспечивать непрерывность электрической цепи. Заземление подвижной части крана или грузовой тележки обеспечивается контактом через ходовые колеса, катки, опорно-поворотное устройство. Заземление пути осуществляется в соответствии с требованиями нормативных документов и Правил устройства электроустановок. Неизолированные токоведущие части электрооборудования кранов (в т. ч. выключателей, подающих питание на троллеи или на питающий кабель), расположенные в местах, не исключающих возможности прикосновения к ним, должны быть ограждены. Аппараты, установленные в аппаратных кабинах, запираемых на ключ, или в местах, где при входе людей автоматически снимается напряжение, могут не ограждаться. Главные троллеи, расположенные вдоль кранового пути, и их токопри­емники должны быть недоступны для случайного к ним прикосновения с моста крана, лестницы, посадочных площадок и других площадок, где могут находиться люди, что должно обеспечиваться соответствующим расположением проводов и токоприемников. Троллеи, расположенные на кране, не отключаемые контактом блокировки люка (троллеи грузового электромагнита, троллеи с напряжением более 42 В у кранов с подвижной кабиной), должны быть ограждены или расположены между фермами моста крана на расстоянии 1 м и более. Троллеи должны быть ограждены по всей длине и с торцов крана. В местах возможного соприкосновения грузовых канатов с главными или вспомогательными троллеями крана должны быть установлены соответствующие защитные устройства.

Таблица 1

Исполнение электрооборудования для различных категорий размещения кранов

Размещение электрооборудования	Категория размещения крана при эксплуатации по ГОСТ 15150
	У1	У2	УЗ	ХЛ1	ХЛ2
На открытых частях крана	У1	У2	УЗ	ХЛ1	ХЛ2
Под навесом	У2	У2	УЗ	У2	У2
В кабинах, шкафах, под кожухами	УЗ	УЗ	УЗ	УЗ	УЗ

У - для умеренного, ХЛ - для холодного климата; 1 - размещение на открытом воздухе;

2 - под навесом; 3 - в закрытом помещении.

1. Трансформатор для переносной лампы напряжением на 12 В, применяемой при ремонте, подключается к верхним зажимам рубильника, чтобы можно было воспользоваться освещением при отключении оборудования. На кранах, питающихся от сети постоянного тока, в кабине крановщика должен находиться аккумулятор напряжением 12 В и емкостью не менее 50 А-ч с тем, чтобы его работа продолжалась не .менее одной смены (8 ч). Лампа мощностью 50 Вт при напряжении 12 В потребляет зачас тока около 4 А, а для работы в течение смены потребуется 4X8 = 32 А-ч, и аккумулятор указанной емкости вполне достаточен. Аккумулятор желательно иметь щелочной, так как от него нет вредных для аппаратуры испарений.

По правилам техники безопасности корпус трансформатора, а также один из концов вторичной обмотки заземляют, чтобы при повреждении изоляции обмоток корпуса трансформатор не находился под напряжением сети, а следовательно, не представлял опасности в случае прикосновения к нему.

2. Переносные лампы, применяемые на кранах, должны иметь защитную сетку и пластмассовый патрон; провод нужен шланговый марки ШРПС со штепсельной вилкой для подключения к розетке.

Очень удобны для питания переносных ламп пониженным напряжением однофазные аппараты местного освещения типа АМО-3. Аппарат состоит из следующих узлов: трансформатора типа ТПБ-50, предохранителя типа ПК и включателя типа ВТ-2, заключенных в штампованный стальной кожух. Номинальная мощность трансформатора 50 Вт, масса аппарата 3,3 кг. Аппараты рассчитаны на первичное напряжение 500, 380, 320 или 127 В и вторичное напряжение 36, 12 или 6 В.

3. Для заземления обмотки низшего напряжения трансформатора имеются винт и скоба. В качестве звукового сигнала на кране наиболее удобен электрический звонок громкого боя или ревун. На кранах с небольшой нагрузкой иногда применяют ручной колокол. Рекомендуется применять кнопку для звонка, употребляемую для пуска электродвигателей магнитными пускателями. Лучше всего использовать кнопки, смонтированные в пластмассовом корпусе.

4. Провода, двигатели и аппаратуру защищают от действия токов короткого замыкания плавкими предохранителями, которые отключают поврежденный участок цепи при коротком замыкании. На кранах для защиты трансформаторов безопасности и цепей управления применяют трубчатые предохранители типа ПР-2, имеющие два габарита: первый на напряжение до 220 В, второй — на напряжение до 500 В. Эти предохранители рассчитаны на номинальные токи от 6 до 100 А.

Патрон предохранителя представляет собой фибровую трубку, с двух сторон которой навернуты латунные втулки с прорезью для плавкой вставки. На втулки навинчивают латунные колпачки, являющиеся контактными частями патрона. Плавкие вставки делают из цинка с одним или несколькими узкими местами (перешейками). К достоинствам предохранителей относятся простота их устройства и низкая стоимость. Однако смена предохранителей всегда занимает некоторое время и обусловливает простой оборудования.

5. Более совершенный вид защиты крановых установок — воздушные автоматические выключатели или автоматы. Их устанавливают для защиты главных троллеев внизу на кабеле, который питает троллеи. Как уже было указано ранее, электродвигатели на кране защищают с помощью максимальных реле, предусмотренных на крановой защитной панели.

Автоматы рассчитаны на номинальный ток от 15 до 1000 А как постоянный, так и переменный.

На магнитном кране в кабине может быть установлен вольтметр постоянного тока для контроля за режимом работы генератора, питающего магнит. Кроме того, необходимы реостат возбуждения генератора и рубильник или магнитный пускатель. Генератор после запуска должен давать напряжение 220 В; если этого не наблюдается, реостатом возбуждения производят подгонку напряжения, после чего включают магнит.

Разрядное сопротивление устанавливают на мосту крана вместе с панелью управления ПМС.

Для приведения в действие рабочих механизмов мостовых кра- нов применяют трехфазные асинхронные двигатели переменного тока или двигатели постоянного тока последовательного или парал« лельного возбуждения. Рассмотрим крановые электродвигатели.

Сложные и специфические условия эксплуатации мостовых кра« нов (цикличность и кратковременность их работы, изменение нагрузки в течение цикла, суток и года и т. п.) предъявляют особые требования к применяемым электродвигателям.

В настоящее время промышленностью выпускаются крановые электродвигатели постоянного тока серии Д напряжением 220 и 440 В, асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором серии MTKF, МТКН и с фазным ротором MTF и МТН напряжением 220, 380, 500 В.

Наиболее полно особенностям работы крановых механизмов удовлетворяют крановые электродвигатели серии Д, которые прп последовательном возбуждении рекомендуется применять для механизмов подъема и передвижения кранов с большим числом включений в час, широким диапазоном регулирования скорости выше номинальной. Однако для питания этих двигателей необходимо использование источников постоянного тока либо выпрямительных (преобразовательных) установок. По сравнению с асинхронным двигателем масса, размеры и стоимость кранового двигателя постоянного тока при одинаковых номинальных моментах больше, а КПД меньше. Поэтому электродвигатели постоянного тока применяют только на механизмах кранов, работающих в тяжелом или весьма тяжелом режиме, например, механизмах подъема магнитных кранов металлургического производства и т. п.

Наибольшее распространение в приводах механизмов мостовых кранов нашли трехфазные электродвигатели переменного тока, поскольку большинство кранов получают питание непосредственно от сети трехфазного тока.

По сравнению с электродвигателями общепромышленного назначения крановые электродвигатели обладают значительной перегрузочной способностью (способностью выдерживать кратковременную перегрузку больше номинальной), имеют повышенный пусковой момент. Отличительным свойством крановых электродвигателей является меньший момент инерции якоря или ротора, что достигается уменьшением диаметра при одновременном увеличении их длины. Это позволяет снизить время пуска или торможения, реверсирования механизма и уменьшить нагрев электродвигателя. Крановые электродвигатели обладают высокой надежностью при широком диапазоне изменения частоты вращения, частых пусках и торможениях, обусловленных повторно-кратковременным режимом их работы. Кроме того, они приспособлены для работы в условиях повышенной влажности, запыленности, вибрации и уларов. Например, частота вращения якоря электродвигателей постоянного тока может превышать номинальную в 3,5—4,9 раза, а ротора трехфазных электродвигателей переменного тока в 2,5 раза.

Крановые электродвигатели изготовляют в основном в закрытом исполнении с изоляцией обмоток, рассчитанной на работу в интервале температур от —60 °С до +180 °С и установленным па валу якоря или ротора вентилятором. Для улучшения наружного обдува станина трехфазных асинхронных электродвигателей статора выполнена ребристой.

Трехфазные асинхронные электродвигатели серии МТН отличаются от электродвигателей серии MTF допустимой температурой нагрева, которая составляет для электродвигателей серии MTF 155 °С, а для серии МТН 180 °С.

Блоки резисторов крановые Б6, БК12, ЯС3 и др предназначены для пуска, регулирования скорости и торможения крановых электродвигателей постоянного и переменного тока.

Ящики Я8501 предназначены для защиты ввода питания грузоподъемных кранов; Ящик типа Я8501 состоит из стального корпуса, в который вмонтирована аппаратура. Ящик Я8501 снабжен индивидуальной ключ-биркой, выполняющей роль кнопки для возврата защит, а также автоматическим выключателем на ток 160 или 250А.

С помощью пусковых резисторов можно в больших пределах изменять

пусковой момент, добиваясь плавности переходных процессов.

Кранами называются грузоподъёмные устройства, служащие для вертикального и

горизонтального перемещения грузов на небольшие расстояния. По особенностям

конструкции, связанной с назначением и условиями работы, краны разделяют на:

- мостовые,

- портальные,

- козловые,

- башенные и др.

В цехах предприятий наибольшее распространение получили мостовые краны, с

помощью которых перемещаются грузы (детали, различные конструкции) вдоль и

поперек цеха, а также подъём и спуск. Вид мостового крана в основном

определяется спецификой цеха и его технологией, но многие узлы и механизмы

кранового оборудования выполняются однотипными.

Основные узлы и механизмы:

1. Несущая сварная конструкция представляющая собой мост с двумя главными

балками, перекинутыми через весь цех;

2. Концевые балки, на которых установлены ходовые колеса, колёса

перемещаются по рельсам подкранового пути, закреплённым на опорах в верхней

части цеха.

3. Привод ходовых колёс осуществляется от электродвигателя через редуктор и

трансмиссионный вал.

4. Вдоль моста проложены рельсы, по которым на колёсах приводимых во

вращение электродвигателем через редуктор перемещается тележка с подъёмной

лебедкой.

5. На барабан лебёдки наматывается подъёмный канат с подвешенным к нему на

блоках крюком для захвата груза.

6. Барабан приводится во вращение электродвигателем через редуктор.

7. Управление работой механизмов производится из кабины крановщиком, в

которой установлены контроллеры и командоконтроллеры, органы ручного

управления электроприводом.

8. Электроаппаратура управления располагается в шкафах, установленных на

мосту крана.

Электроэнергия к крану подводится двумя способами:

- троллеями с токосъёмниками;

с помощью гибких кабельных линий.

В зависимости от транспортируемых грузов на мостовых кранах используются

различные грузозахватывающие устройства:

крюки, магниты, клещи и т.д. Наибольшее распространение получили краны с

крюковой подвеской или электромагниты. У всех видов кранов основным

механизмом подъёма являются лебедки, а также механизмы передвижения. Это

позволяет выделить ряд общих вопросов электропривода кранов: расчёт

статических нагрузок, выбор двигателей по мощности, анализ режимов работы,

выбор системы электропривода и др.

По грузоподъёмности мостовые краны условно разделяются на:

- малые (масса груза 5 – 10т);

- средние (10 – 25т);

- крупные (свыше 50т).

На кранах грузоподъёмностью свыше 15т устанавливают два механизма подъёма:

1.Главный – для подъёма тяжёлых грузов с малой скоростью.

2. Вспомогательный – для подъёма легких грузов с большой скоростью.

Режимы работы кранов.

Нагрузка кранов, как правило, изменяется в широком диапазоне: для механизмов

подъёма – 0,2 до 1,0, а для механизма передвижения от 0,5 до 1,0 номинального

значения. Для кранов характерна работа в повторно – кратковременном режиме,

когда относительно непродолжительные периоды работы, связанные с

перемещением грузов, чередуются небольшими паузами на загрузку и разгрузку,

закрепление груза. Соответственно и двигатели работают в таком же режиме.

Согласно действующим стандартам по режимам работы краны делятся на 4 – ре

категории , определяющие степень их использования, характер нагрузки и

условия работы: Л – легкий режим,

С – средний режим,

Т – тяжёлый режим,

ВТ – весьма тяжёлый режим.

Основными показателями, по которым судят о режиме работы, являются

продолжительность включения двигателя механизма ПВ(%), число включений

двигателя в час h, коэффициент использования механизмов по грузоподъёмности

Кгрз ,

Кг – в течении года

Кс – в течении суток.

ПВ = t ·100 / (tр + tо);

Кгр = mс / mмно ; mс – масса груза перемещаемая за смену;

mмно – номинальная грузоподъёмность

Кг = А /365 ; Кс = В /24.

А – число рабочих дней в году; В – число часов работы механизмов в сутки.

tц = tр + tо - время рабочего цикла не должно превышать 10 мин.

tр – время работы двигателя за цикл;

tо – суммарное время пауз за цикл.

Л – режим ПВ = 10 – 15%, h = 60 – 100

С – режим ПВ = 15 – 25%, h = 120 – 200

Т – режим ПВ = 25 – 40%, h = 300 – 400

ВТ – режим ПВ = 40 – 60%, h = 400 – 600 .

Помимо указанных условий при большом числе включений необходимо

учитывать:

1.Тряски.

2. Высокую влажность воздуха.

3. Резкие колебания температуры.

4. Запылённость помещений.

К основному электрооборудованию относятся:

- электродвигатели;

- силовые, магнитные и командные контроллеры;

- пускорегулировочные резисторы;

- тормозные электромагниты;

- конечные выключатели и др.

Основное электрооборудование в значительной степени стандартизировано и

поэтому различные по конструкции краны комплектуют обычно таким оборудованием по типовым схемам. В соответствии с ПУЭ и инструкциями по безопасной эксплуатации ГПМ. Рабочее напряжение питания кранов не должно превышать 500 В. Поэтому на кранах применяется напряжение 380/220 В переменного тока и 220 В или 440 В постоянного тока. Напряжение 440 В используется только в силовых цепях кранов большой грузоподъёмности. Для защиты питающих проводов, электродвигателей от токов к.з. предусматривается максимальная токовая защита с помощью токовых реле (свыше 225% номинала).

Плавкие предохранители используются только для защиты цепей управления.

Тепловая защита обычно не применяется т.к. в условиях ПВ кратковременного

режима может приводить к ложным срабатываниям. Для предотвращения

самозапуска двигателя при восстановлении напряжения в электросхемах кранов

используют совместно с «нулевой» защитой блокировку нулевой позиции

контроллеров. Обязательным является наличие конечных выключателей при

подходе их к крайним положениям, при выходе из кабины на мост и др.

блокировки. Все токоведущие части в кабине крана полностью ограждаются.

Механизмы кранов оснащаются электромагнитными тормозами. Все

металлические конструкции кранов заземляются. Соединение с контуром

заземления цеха осуществляется через подкрановые пути.

Электрооборудование, размещаемое на тележке:

1. электродвигатели тележки.

2. электрический тормоз тележки.

3. электродвигатель лебедки.

4. электрический тормоз лебёдки.

5. конечные выключатели подъёма.

6, 7 – конечные выключатели моста и тележки.

8. шкаф магнитного контроллера привода подъёма.

9. электродвигатель моста

10. электромагнитный тормоз моста.

11. пусковые и тормозные резисторы.

12. контроллеры привода тележки.

13. контроллеры привода подъёма.

14. контроллеры привода моста.

15. защитная панель.

16. конечные выключатели люка.

17. щиток вспомогательных цепей.

18. освещение.

19. сигнализация.

Требования к электроприводу механизмов кранов.

Для выбора системы электропривода необходимо четкое представление о технологических требованиях к приводу того механизма, для которого он

выбирается. Установление таких требований облегчает выбор оптимальной

системы электропривода, такой, которая наиболее проста и дешевая, обеспечивающая желаемые эксплуатационные показатели. Электропривод должен удовлетворять следующим требованиям:

1. Регулирование угловой скорости двигателя в сравнительно широких пределах.

Увеличение скорости для перемещения пустой тележки и крюка. Уменьшение

скорости при перемещении тяжёлых грузов и для остановки.

2. Обеспечение необходимой жёсткости механических характеристик привода.

Постоянство вращательного момента

на валу двигателя незначительное изменение скорости вращения с увеличением

нагрузки.

3. Ограничение ускорений при минимальной длительности переходных процессов

(спуск, остановка). Ослабление ударов в механических передачах.

Предотвращение пробуксовки ходовых колес. Уменьшение раскачивания

перемещаемого груза.

4. Реверсирование электропривода и обеспечение его работы как в двигательном,

так и тормозном режиме генератора.

Выбор рода тока и типа электропривода.

Выбор рода тока для электропривода крана имеет важное значение, поскольку с

ним связаны такие показатели, как технические возможности электропривода,

капиталовложения и стоимость эксплуатационных расходов, масса и размеры

электрооборудования. Для привода крановых механизмов возможно применение

различных электродвигателей. ИХ выбор определяется:

- грузоподъёмностью,

- номинальной ( v ) скоростью движения,

- диапазоном регулирования скорости привода,

- жесткостью механических характеристик,

- числом включений в час и другими параметрами.

Тормозные устройства предназначены для фиксации положения механизма при отключенном двигателе, например, для удержания груза в подвешенном состоянии, а также для сокращения выбега при остановке механизма. На кранах применяются колодочные, дисковые и ленточные механические тормоза, которые затормаживают механизм при отключении двигателя. И одновременно с включением двигателя вал механизма растормаживается тормозными электромагнитами, электрогидравлическими толкателями или специальными двигателями.

В настоящее время на кранах применяют тормозные электромагниты однофазного и трёхфазного переменного или постоянного тока. Тормозные электромагниты характеризуются:

- рабочим напряжением;

- продолжительностью включения (ПВ) катушки;

- ходом подвижной части – якоря;

- тяговым усилием (или моментом);

- допустимым числом включений в час.

В однофазных электромагнитах переменного тока, как ив контакторах, предусматривается

короткозамкнутый виток для предотвращения отхода якоря от сердечника в момент прохождения тока катушки через нуль.

Тормозные электромагниты выпускаются на продолжительность включения ПВ = 15, 25, 40 и 60 %. Они различаются по форме, массе, тормозному усилию и т.п.

Электрогидротолкатели. Недостатками тормозных электромагнитов являются резкое включение, вызывающее удар якоря о магнитопровод, большие броски тока включения

у электромагнитов переменного тока, возможность перекоса рычагов. В связи с этим в тормозных устройствах кранов всё большее распространение получают электрогидравлические толкатели. Они имеют большую надёжность в эксплуатации, позволяют регулировать быстродействие и плавность торможения, могут создавать значительные тормозные моменты и легко управляются.

Грузоподъёмные электромагниты. Использование их позволяет сократить длительность операций зацепления и снятия ферромагнитных материалов при транспортировке. Катушки таких электромагнитов питаются постоянным током, имеют большую индуктивность и значительный поток остаточного магнетизма.

Поэтому при отключении электромагнита должны быть приняты меры для быстрого освобождения электромагнита от груза (т.е. размагничивание).

Крановые силовые кулачковые контроллеры. Применяются для переключений в

главных цепях двигателей мощностью до 30 кВт при Л, С и Т режимах.

Приводным органом кулачковых контроллеров на постоянном токе является

маховичок . а на переменном токе – рукоятка. Каждое рабочее, а также

нейтральное (нулевое) положение имеет фиксацию.

Магнитные контроллеры. Служат для управления двигателями кранов средней и

большой производительности при мощностях двигателей до 150 кВт.

Крановые конечные выключатели служат для предотвращения перехода механизмами предельно допустимых положений (ограничение подъёма грузозахватывающего устройства, или хода тележек и мостов), а также блокировки открывания люков и дверей кабины. Преимущественно применяются рычажные конечные выключатели.

Крановые защитные панели применяют при контроллерном управлении

двигателями крана, а также вместе с некоторыми магнитными контроллерами, не

имеющими собственных аппаратов защиты.

Электроэнергия к мостовым кранам подводится от общей сети переменного

тока. Поскольку механизмы крана вместе с электродвигателями и аппаратурой перемещаются относительно источника питания, токоподвод к ним осуществляется при помощи контактных проводов – троллеев или гибким кабелем. Троллейный токоподвод

выполняется с жесткими троллеями из профилированной стали в виде уголков,

рельсов или швеллеров, а также с гибкими троллеями из стали круглого сечения

или стальных омедненных проводов.

Во взрыво-пожаоопасных помещениях применяются только гибкие кабели.