Лекции по подъёмно-транспортным машинам. Лекция 6. Лекция 6 Приводы гпм
 Скачать 133 Kb.
|
|
Лекция №6 Приводы ГПМ. Под приводом понимается система, состоящая из двигателя, аппаратуры управления и промежуточной передачи от двигателя к рабочему механизму. Привод можно разделить на силовой, при помощи которого приводятся в движение рабочие органы и привод управления, осуществляющий управление двигателями, тормозами, муфтами и т.п. По виду энергии привод бывает ручной, электрический, гидравлический, пневматический, от ДВС, паровой. Часто используют в ГПМ комбинированный привод: электрогидравлический, электропневматический, привод от ДВС в сочетании с электроприводом. Ручной привод. Ручным приводом снабжают краны малой грузоподъемности, работающие с малыми скоростями подъема груза, поворота или передвижения, а также лебедки, тали и домкраты. Производительность ГПМ зависит от усилия, прикладываемое рабочим к приводной рукоятке. Это усилие не является постоянным. При проектировании ГПМ с ручным приводом размеры приводных рукояток и тяговых колес должны назначаться в предела, при которых может быть обеспечена удобная и безопасная работа рабочего. Радиус вращения рукояток рекомендуют принимать равным 200-400 мм. Длина ручки рукоятки – 300-350 мм для одного рабочего и 450-500 для 2-х рабочих. На механизме с 2-мя рукоятками могут работать не более 4-х, а на цепи тягового колеса – не более 3-х человек. Недостаток – малая мощность, ограниченная для одного рабочего до 0,2 кВт. Гидравлический привод. Основные преимущества – плавное бесступенчатое регулирование скорости движения рабочих органов машин; большая перегрузочная способность; малая масса и размеры; малая инерционность привода, что особенно важно для машин работающих в повторно-кратковременном режиме; высокая надежность и долговечность. Недостатки – большая стоимость, трудность предупреждения утечек рабочий жидкости, ухудшение работы при низких температурах, необходимость частой замены рабочей жидкости. В ГПМ применяют гидродинамические передачи и объемный гидропривод. К гидродинамическим передачам относятся гидротрансформатор и гидромуфта, используемые в качестве промежуточной передачи между двигателем и рабочими механизмами в кранах с приводом от ДВС. Гидротрансформатор изменяют крутящий момент на выходном валу и частоту его вращения и способствует увеличению производительности машины, уменьшает динамические нагрузки, действующие на рабочие механизмы и двигатель. Объемный гидропривод имеет приводной двигатель и насос, подающий рабочую жидкость, систему трубопроводов и клапанов управления. Гидродвигатели разделяют на гидроцилиндры с возвратно-поступательным движением; поворотные с ограниченным поворотным движением; гидромоторы с неограниченным вращательным движением. Гидроцилиндры получили широкое применение в механизмах уменьшения вылета стрелы и подъемниках. Роторные гидромоторы устанавливают на лебедках, механизмах подъема и передвижения кранов, на механизмах поворота. Паровой привод. Применяется для передвижения стреловых кранов железнодорожного типа. Преимущества: высокая эксплуатационная надежность; простота ремонта, ухода и управления; возможность плавного регулирования рабочих скоростей; хорошая перегрузочная способность. Недостатки: отсутствие постоянной готовности к работе; низкий КПД; большие габариты и масса; опасность в пожарном и санитарном отношениях; В тоже время возможность использования атомной энергии, аккумуляторов водяного пара может привести к использованию этого привода в ГПМ, требующих применения автономного источника энергии. Пневматический привод. Этот привод применяют в подъемниках и легких кранах с ограниченной высотой подъема, лебедках и талях; а также для управления механизмами кранов с приводом от ДВС. Для работы во взрывоопасной среде, когда использование электродвигателей недопустимо, применяют пневмапривод. Сжатый воздух к пневмоприводу ГПМ подается от компрессорных установок. Для создания поступательного перемещения, например, грузового гибкого элемента служат пневмоцилиндры с поступательным перемещением штока. В талях и лебедках, в которых подъемный канат навивается на барабан, энергия сжатого воздуха образуется в механическую энергию поднимаемого груза с помощью роторных пневмомоторов, которые выполнены поршневыми или шестеренными. Достоинства: плавная безударная работа; простота конструкции; удобства и легкость управления; простота и легкость управления. Недостатки: высокая стоимость эксплуатации; ограниченный радиус действия по причине трудности подачи сжатого воздуха; низкий КПД; малая грузоподъемность. Привод от ДВС. Этот привод не зависит от источника питания. Получил широкое применение в передвижных стреловых кранах (железнодорожных, пневмоколесных, гусеничных, тракторных, плавучих. Преимущества: постоянная готовность к работе, отсутствие расхода топлива во время перерывов; независимость от других источников энергии; относительно высокий КПД; небольшие габариты и вес. Недостатки: отсутствие возможности разгона под нагрузкой, что вынуждает устанавливать специальные муфты; ограниченная перегрузочная способность; невозможность реверсирования и неустойчивость работы при малой частоте вращения; необходимость квалифицированного обслуживания. Дизель – электрический привод позволяет упростить механическую часть трансмиссии. Состоит из дизельного двигателя и генератора постоянного тока, питающего энергией электродвигатели отдельных механизмов. Стоимость такого двигателя высока и он недостаточно экономичен. Электрический привод. Получил наибольшее применение в ГПМ. Преимущества: возможность установки самостоятельных двигателей для каждого механизма; бесшумность и простота управления; высокая прочность; большая перегрузочная способность; экономичность эксплуатации; возможность легкого реверсирования и регулирования рабочих скоростей в широком диапазоне. Недостатки: зависит от внешнего источника электроэнергии. В ГПМ применяют электропривод с двигателями переменного и постоянного тока. Электропривод с двигателем переменного тока по сравнению с приводом постоянного тока обладает более низкой стоимостью и меньшими затратами при эксплуатации, вследствие более простой и надежной конструкции. Кроме того, электродвигатели переменного тока получают электроэнергию не посредственно из сети, а для электродвигателей постоянного тока требуются индивидуальные устройства. В ГПМ используют специальные крановые, металлургические двигатели и двигатели общепромышленного назначения. Специальные крановые двигатели отличаются от двигателей общепромышленного применения повышенной перегрузочной способностью и надежностью работы при частых пусках и остановках. Перегрузочная способность электродвигателей оценивается коэффициентом:  ,где  - максимальный и номинальный моменты, развиваемые двигателем.Крановые двигатели имеют повышенную механическую прочность, могут работать с частыми перегрузками, а также с частотой вращения, превышающей в 2,5 раза максимальную. В электроприводе ГПМ применяют крановые асинхронные двигатели серии MTKF и металлургические двигатели серии MTKH с короткозамкнутым ротором и серий MTF и MTH с фазным ротором, рассчитанные на номинальные напряжение. Широкое применение находят асинхронные короткозамкнутые двигатели общего назначения серии 4АС с повышенным скольже6нием, серии 4АР с повышенным пусковым моментом и асинхронные фазные двигатели серий АК и АСК. Свойства электродвигателей и их пригодность для привода оценивают по паспортным данным двигателей, т.е. по их номинальной мощности, частоте вращения, напряжению и силе тока, перегрузочной способностью, пусковому моменту и режиму работы. Электродвигатели должны эксплуатироваться в таких условиях, которые соответствуют их паспортным данным. Асинхронный короткозамкнутый двигатель является наиболее простым по конструктивному исполнению и надежным в эксплуатации. Двигатели серии МТК, МТКН, MTKF:  где  - номинальный момент;  - пусковой момент;  - максимальный момент. Момент и сила тока короткозамкнутого двигателя при пуске значительно превосходят номинальные значения.Условное обозначение: М – машина; Т – трехфазная; К – с короткозамкнутым ротором (отсутствие буквы – с фазным ротором); Х2 - № габарита; Х3 – порядковый номер серии; Х4 – условная длина сердечника; Х5 – число полюсов. 1. Двигатель серии MTF 011-06 – двигатель трехфазный, асинхронный, с фазным ротором, класса нагревостойкости изоляции F, нулевого габарита, первой серии, первой длины, шестиполюсный. 2. Двигатель серии MTКF 311-6 – двигатель трехфазный, асинхронный, с короткозамкнутым ротором, класса нагревостойкости изоляции F, третьего габарита, первой серии, первой длины, шестиполюсный. 3. Двигатель серии 4АН 280 М – двигатель трехфазный, асинхронный 4-ой серии; Н – защитный, с высотой оси вращения 280 мм, с установочным размером по длине станины М. Асинхронные короткозамкнутые двигатели применяют для привода лебедок, талей, однобалочных мостовых кранов, легких кранов, т.е. в тех случаях, когда не требуется регулирование скорости и невысокое число включений в час. При применении короткозамкнутых двигателей в механизмах передвижения необходимо проверит отсутствие пробуксовки приводных колес при разгоне. Механическая характеристика этого двигателя весьма жесткая. Недостаток – малый пусковой момент. Асинхронный двигатель с фазным ротором в отличии от короткозамкнутого позволяет регулировать скорости приводного механизма. Серии (MT, MTF, MTH) Недостатки: имеют металлоемкость и габаритные размеры несколько больше, по устройству и управлению сложны, более дорогие. Достоинства: обеспечивают плавность пуска и торможения, изменяют в достаточных размерах пусковые моменты, регулируют скорость в двигательном и тормозном режимах, имеют меньшие потери энергии в обмотках при переходных процессах. Основная особенность таких двигателей – возможность уменьшения при помощи реостата пускового тока при увеличении пускового момента. Вследствие простоты конструкции и значительного пускового момента они являются наиболее распространенными в крановых механизмах. При необходимости широкой регулировки скорости применяют двигатели постоянного тока, поскольку в асинхронных двигателях с контактными кольцами нельзя получит жестких характеристик на пониженных частотах вращения. Двигатели постоянного тока серии Д, МП, ДП устанавливают на металлургических и других специальных кранах, где при тяжелых режимах работы требуется плавное и глубокое регулирование скорости. Для механизмов подъема чаще применяю электродвигатели последовательного и смешанного возбуждения, обладающие большой допустимой перегрузкой по моменту. Применять двигатели последовательного возбуждения недопустимо в тех механизмах, где нагрузка м. б. очень малой, при малой нагрузке частота вращения сильно возрастает. Основные расчеты электродвигателя. Статические нагрузки в механизмах зависят от назначения и режима работы; в механизмах подъема от веса груза: в механизмах передвижения и поворота – сопротивление от сил трения в опорах, в грейферных – сила зачерпывания сыпучих грузов. I-ый этап расчета – предварительный выбор двигателя по статической мощности в период установившегося движения механизма:  , где F – усилие, действующее на рабочее звено (кН),  - скорость движения.Для статических моментов приведенных к валу двигателя:  , где  - угловая скорость ротора двигателя;  - общий КПД механизма, учитывающий КПД всех звеньев кинематической цепи  При грузе меньше номинального КПД механизма понижается и его значение находят по экспериментальным кривым загрузки. II-ой этап расчета – определение среднеквадратичной нагрузки двигателя. Электродвигатели механизмов циклического действия в повторно-кратковременном режиме работы с частыми пусками и остановками нагревается, и их температура колеблется около допустимого значения. Для проверки выбранного двигателя на нагрев необходимо построить нагрузочную диаграмму или график загрузки двигателя в течении цикла по току  или по моменту  .В период неустановившегося движения механизма двигатель должен преодолеть не только статические силы, но и силы инерции движущихся масс. Пусковой момент двигателя является величиной переменной:  , где  - минимальный пусковой момент двигателя;  - статический момент сопротивления.Среднепусковой момент двигателя:  .где  - соответственно максимальная и минимальная кратность пускового момента;  ;  для двигателей переменного тока с фазовым ротором;  для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором;  для двигателей постоянного тока.Продолжительность установившегося движения привода:  ,где  - путь перемещения;  - фактическая скорость движения.Продолжительность пуска привода:  Выбранный электродвигатель должен удовлетворять условию:  .III-ий этап расчета – определение перегрузочной способности двигателя по максимальному моменту  Допускаемый коэффициент кратковременной перегрузки зависит от типа двигателя и находится в пределах  Окончательно выбираем двигатель, удовлетворяющий условиям перегрузки и нагрева. Рассмотрим другой метод определения эквивалентной мощности двигателя, когда отсутствует достоверный график нагрузок. В этом случае используется среднестатистические данные. Определяем среднее время пуска  привода при различных нагрузках:  где  - средний рабочий путь.О  пределив значение  по графикам, находят коэффициент  : кривая 1 – для расчета механизмов передвижения мостовых кранов, тележек; поворота стреловых кранов. Кривая 2 – для механизмов подъема грейферных и магнитных кранов; передвижения тележек крюковых кранов. Кривая 3 – для механизмов подъема крюковых кранов.Эквивалентную мощность  для рабочей части цикла, т.е. без учета пауз:  .Если в механизме установлен сдвоенный привод, то нагрузки между двигателями распределяются неравномерно из-за некоторого различия в их внешних характеристик. Крутящие моменты электродвигателя распределяются пропорционально жесткости их механических характеристик: для 1-го двигателя  ,для 2-го двигателя  .где  - модули жесткостей механических характеристик 1-го и 2-го двигателей; - статический момент.Перегружен будет тот двигатель, у которого больше  .Мощность одного двигателя:  .При двух раздельных приводах короткозамкнутых асинхронных двигателей рекомендуется выбирать мощность одного двигателя:  |