Электропривод передвижения тележки крана по системе ПЧ-АД

1. Технологическое описание механизма, его особенности,

кинематическая схема.

Механизм передвижения крана выполнен по кинематической схеме рис.1. Для передачи крутящего момента от электродвигателя к приводным колесам используется вертикальный редуктор типа ВКН. Вал электродвигателя 1 соединен с быстроходным валом редуктора 3 втулочно-пальцевой муфтой, на одной половине которой установлен колодочный тормоз с электрогидротолкателем 2. Колеса 4 тележки двухребордные с цилиндрическим профилем обода.

Рис. 1. Кинематическая схема механизма передвижения  мостового крана.

Мостовой кран выполняет транспортные операции в открытом складском помещении.

Цикл работы механизма тележки крана с номинальным грузом и движение без груза, между этими операциями существует некоторое время простоя для загрузки и снятия груза.

Номинальная грузоподъемность крана m_н = 40000кг.

Масса крана m_кр=70000кг.

Скорость движения крана V_к = 60 м/мин = 1,0 м/с.

Диаметр ведущих колёс D_к = 0,63 м (радиус R_к = 0,315 м).

Диаметр цапфы d_ц=0,1м(радиус r_ц=0,05м).

Средняя длина пути L = 40 м.

Продолжительность включения ПВ = 25%.

Номинальный кпд передачи h_{пер. ном}=92%.

2. Расчет и построение нагрузочной диаграммы механизма.

Выбор мощности двигателя основан на расчете усилий, возникающих в механизме и построение нагрузочной диаграммы механизма М = f(t).

Изобразим нагрузочную диаграмму, которую должен выполнять заданный механизм для выполнения технологического цикла.

Кран перемещает поперечно в одном направлении сначала массу m₁ в течение времени t_p1, а затем массу m₂в течение времени t_p2. Причем t_p1 = t_p2 = t_p. Между перемещениями грузов имеются равные паузы t_п  для снятия и загрузки груза. Тогда нагрузочная диаграмма будет иметь вид рис. 2.

Массы m₁ и m₂ находим как:

m₁ = m_н + m_кр = 40000+70000=110000 кг,

m₂ = m_кр = 70000 кг.

Рис. 2. Нагрузочная диаграмма механизма.

Время работы t_p определим по величине перемещения L и номинальной скорости крана v_н.

с.                                                                                       (1)

Цикл t_ц определяется временем, после которого процесс повторяется.

с.

Времена пауз t_п определяем по исходным данным механизма как:

120с.                                                           (2)

Cуммарное время пауз

åt_o=t_ц-2× t_p=320-2×40=240c.

Определим мощности нагрузочной диаграммы. Схема приложения усилий для  мостового крана представлена на рис. 3.

Усилие в этом случае определяется по формуле:

,                                                                            (3)

где       m – суммарная масса перевозимого груза, кг;

R_к– радиус ходового колеса, м;

m - коэффициент трения качения в подшипниках колес (принимаем m= 0,01);

f– коэффициент трения качения ходовых колес (принимаем f = 1 × 10^-3);

k_p – коэффициент, учитывающий сопротивление от трения реборд о рельсы

(принимаем k_p = 1,5);

r_ц – радиус цапфы ходового колеса, м.

Для перемещения крана с грузом по (3) определяем F₁           Н.

Для перемещения крана без груза по (3) определяем F₂ Н. 

При известной скорости v_н передвижения механизма, статическая мощность передвижения определяется как

.                                                                                                     (4)

Подставляя в (4) численные значения, получаем:

Р_{с 1} = F₁ × v_н  = 7700 × 1,0 = 7700 Вт,

Р_{с 2} = F₂ × v_н  = 4900 × 1,0 = 4900 Вт.

h_пер- КПД передачи, величина которого зависит как от кинематической цепи, так и от величины загрузки и определяется как

,                                                                                  (5)

где      h_{пер. ном}- номинальный КПД кинематической схемы, равный произведению её отдельных элементов;

a - коэффициент, принимаемый равным 0,08;

k_з– коэффициент загрузки

,                                                                                           (6)

Здесь m – полная перемещаемая масса;

m_ном– номинальная  масса груза;

m_мex– масса  механизма.

Номинальный КПД кинематической схемы рис. 1 будет включать потери в двухступенчатом редукторе 3, а также в подшипниках колес крана, т.е.

h_{пер. н} =  0,92.

Для случая перемещения крана с грузом коэффициент загрузки по (6) находим как

, тогда по (5)

,

Аналогично определяем параметры для режима перемещения крана без груза:

, тогда по (5)

,

По результатам расчета строим нагрузочную диаграмму.

Рис.4  Нагрузочная диаграмма механизма.

По нагрузочной диаграмме P_с = f(t), определяем эквивалентную мощность

Нм.                   (7)

3. Предварительный выбор мощности двигателя

по нагрузочной диаграмме механизма.

Определяем мощность двигателя с учетом коэффициента запаса  

Вт,                                                        (8)

где коэффициент К_зап=1,35 учитывает дополнительный нагрев двигателя за время переходных процессов, который не учтён при предварительном выборе мощности двигателя.

Рассчитанную мощность при реальном ПВ приводим к мощности при стандартном ПВ_ст.=40%

Вт.    

По каталогу, в соответствии с принятым  Р_расч.,  выбираем двигатель так, чтобы Р_н ³ Р_расч

Вт.                                

Выбираем серию MTF(H) – крановый электродвигатель переменного тока с фазным ротором по условию J_д×n_н²=min.

Тип двигателя	nн, об/мин	Jд, кг×м2	Jд×nн2
4MTF(H)160L6B6	930	0,28	242172    min
4 MTF(H)200L8	710	0,62	312542

Параметры выбранного двигателя из каталога [1]:   

Тип 4MTF(H)160L6B6 

-  номинальная мощность Р_н = 15 кВт,

-  номинальное напряжение U_н = 380/220 В,

-  номинальная скорость n_н=930 об/мин,  рад/с,

-  номинальный кпд h_н=81%,

-  номинальный момент Нм,                                                             (9)

-  момент инерции двигателя J_д = 0,28 кг×м²,

-  номинальный ток статора I_1н=39А,

-  коэффициент мощности cosj_н=0,77,

-  максимальный момент М_max=460Н×м,

-  номинальный ток фазы ротора I_2н=48А,

-  активное сопротивление фазы обмотки статора R₁=0,236 Ом,

-  активное сопротивление фазы обмотки ротора R₂=0,073 Ом,

-  ток холостого хода I₀=25,6A,

-  коэффициент мощности при холостом ходе cosj₀=0,1,

-  индуктивное сопротивление статора X₁=0,42 Ом,

-  индуктивное сопротивление ротора X₂^²=0,67 Ом,

-  коэффициент трансформации K_r=K_e²=2,89,

-  коэффициент рассеяния s₁=1,051.

Угловая скорость колеса будет

рад/с.                                                                                               (10)

Передаточное число редуктора

j_опт.                                                                                                        (11)

Строим нагрузочную диаграмму M_с = f(t),перейдя от диаграммы