Расчёт мощности электроприводов основных производственных машин и механизмов

          8 Расчёт мощности электроприводов основных
             производственных машин и механизмов

8.1 Расчёт мощности электроприводов
                 подъёмно-транспортных машин

          Для привода механизмов подъёма  применяются как асинхронные электродвигатели (с короткозамкнутым и  фазным ротором, типов 4АС, МТК, МТ, МТFK, MTF), так и двигатели  постоянного тока.

          Двигателями постоянного тока оснащаются козловые, мостовые, грейферные, портальные краны при среднем, тяжёлом и очень тяжёлом  режимах работы, главным образом на машиностроительных и  металлургических заводах. В химической, лесной, деревообрабатывающей промышленности и промышленности строительных материалов на козловых, консольно-козловых и башенных кранах в основном используются асинхронные электродвигатели.

          Применение асинхронных двигателей с повышенным скольжением и  двигателей постоянного тока с последовательным возбуждением вызвано  необходимостью смягчения механических характеристик.

          Если  характеристика двигателя жёсткая, то при пуске и торможении канат и  грузоподъёмный механизм испытывают ударные нагрузки, которые  приводят к их повышенному износу.

          При мягких характеристиках по мере  натяжения канатов и выборки люфтов момент, развиваемый двигателем, растёт, а частота вращения уменьшается, поэтому удары на механическое  оборудование значительно снижаются.

Тяговое усилие Т (в ньютонах) для перемещения груза по горизонтальному пути определяется по формуле

Т =      ,                                                            (8.1)

Если сила тяги направлена параллельно пути перемещения груза, то тяговое усилие Т₁ (в ньютонах) определяется по формуле

Т₁ =         ,                                                                      (8.2)

Тяговое усилие Т₂ для перемещения груза по наклонной плоскости определяется по формуле

Т₂ =       ,                                                 (8.3)

Если сила тяги направлена параллельно наклонной поверхности, то формула 8.3 примет следующий вид

Т = (q + Q) ∙ ( )  ,                                              (8.4)

При перемещении груза по вертикали тяговое усилие определяется по формуле

Т =   ,                                                                                (8.5)

Тяговое усилие Т_Ж на преодоление жёсткости каната при огибании им направляющих блоков или барабанов определяется по формуле

Т_Ж = () ∙ ( + 12 ) ,                                                        (8.6)

В формулах 8.1 – 8.6 приняты следующие условные обозначения и единицы измерения: Q – вес перемещаемого груза, Н; q – вес захватных и тяговых устройств, Н; μ – коэффициент трения при перемещении материала по лежням (направляющим); β – угол между направлениями пути и силы тяги, градус; η – КПД полиспаста (или редуктора); m – кратность полиспаста; α – угол наклона плоскости к горизонтали, градус; D – диаметр блока, звёздочки или барабана по оси каната или начальной окружности, см; d – диаметр каната, см.

При многослойной навивке каната на барабан параметр D (в формуле 8.6) определяется по формуле

D = D_Б + (2К – 1) ∙ d  ,                                                      (8.7)  

где     D_Б – диаметр грузового барабана, м;

          К – число слоёв навивки каната на барабан.

          Потребляемая мощность двигателя (кВт) механизма подъёма груза определяется по формуле

                              Р = Т ∙ υ / 1000 ∙ η ,                                                           (8.8)

где     Т – полное тяговое усилие, Н;

          υ – скорость подъёма груза, м/с: для козловых кранов υ = от 0,1 до 0,2;
                 для консольно-козловых – υ = от 0,15 до 0,3; для башенных – υ = от
                  0,25 до 0,65; для портальных – υ = от 0,8 до 1,25 м/с;

          η – КПД привода.

Выбор мощности двигателя грузового механизма определяется с учётом продолжительности включения (ПВ%).

Мощность двигателя (кВт) передвижения грузовой тележки определяется по формуле

Р = (К_Т ∙ G ∙ υ ∙ 7,5) / 102 ,                                                (8.9)

где     К_Т – эмпирический коэффициент: для подшипников качения К_Т = от 4
                   до 6; для подшипников скольжения К_Т = от 6 до 8;

G – вес грузовой тележки с грузом, т;

υ – скорость передвижения, м/с: для козловых кранов υ = от 0,4 до 0,55;
                 для консольно-козловых – υ = от 0,5 до 1,1; для башенных – υ = от
                 0,4 до 0,55 м/с.

Удельное тяговое усилие, равное 7,5 кгс/тс, учитывает трение в редукторе.

Мощность двигателя (кВт) механизма передвижения моста грузоподъёмного устройства определяется по формуле

Р = (К_М ∙ G ∙ υ ∙ 7,5) / 102  ,                                               (8.10)

где     К_М – эмпирический коэффициент: для подшипников качения К_Т = 3;

G – вес моста с грузом, т;

υ – скорость передвижения моста, м/с: для башенных кранов υ = от 0,3
                 до 0,5; для портальных –  υ = от 0,5 до 0,65; для козловых и
                 консольно-козловых – υ = от 0,3 до 0,85 м/с.

          Кроме рассмотренных расчётных формул (8.1 – 8.10), расчёт мощности электроприводов механизмов подъёмно-транспортных машин можно также выполнить по формулам, которые учитывают некоторые конструктивные параметры (характеристики) подъёмно-транспортных машин.

          Особенностью работы механизма подъёма является повторно-кратковременный или кратковременный режим, что учитывается при  расчёте мощности двигателя

                    P_Р = ( G + G₀ ) ∙ υ ∙ k₃ / 1000 ∙ η_М  ,                                                               (8.11)

где     Р_Р – расчётная мощность двигателя грузоподъёмного механизма, кВт;

          G – сила тяжести груза (паспортная грузоподъёмность механизма), Н;

          G₀ – сила тяжести крюка (захвата), Н;

          υ – скорость подъёма, м/с;

          η_М – КПД механизма, включая КПД полиспаста, подшипников, 
                     соединительных муфт и передачи к электродвигателю: η _м ≈ 0,6;

          k₃ – коэффициент запаса (для механизма подъёма принимается равным

                 от 1,15 до 1,2).

          При изменяющейся во времени нагрузке проверяется перегрузочная  способность выбранного электродвигателя.

Мощность электропривода (кВт) механизма перемещения определяется

                    P_{М П}  = k_f  ∙ ( G + G₁ ) ∙ ( f_С r + f_К ) ∙ υ / 1000 ∙ (R ∙ η ) ,(8.12)

где     k_f – коэффициент, учитывающий  трение  реборд  колес  о  рельсы,          
                   k_f  = от 4 до 6 (для механизма передвижения грузовой тележки с
                   подшипниками качения), k_f = от 6 до 8 (для механизма
                   передвижения грузовой тележки с подшипниками скольжения),
                   k_f. = 3 (для механизма передвижения моста грузоподъёмного
                   механизма;

          G – сила тяжести перемещаемого груза, Н;

          G₁ – сила тяжести механизма передвижения (или грузоподъёмного
                    механизма вместе с механизмом перемещения), Н;