Выбор электродвигателя, проверка на перегрузочную способность и время разгона

 

2.8.1 Предварительный выбор электродвигателя по статистической мощности с учетом относительной продолжительности включения

 

Электродвигатель типа МТF (крановый) или МТН (металлургический) с фазным ротором предварительно выбирается из каталога (/26/, табл. П. 1.13, с.245 или /2/, /15/) по расчётной мощности

,

где ПВ_р – расчётное значение относительной продолжительности включения электродвигателя (определяется из циклограммы) или принимается приближенно ПВ_р=25…80 %: для портального грейферного крана – ПВ_р=80 %, перегрузочного крюкового – ПВ_р=40 %, монтажного – ПВ_р=25 %;

ПВ_к – каталожное значение относительной продолжительности включения.

Номинальная мощность электродвигателя N_н, кВт (каталожное значение). N_н ³ N_рас – для крюковых кранов, для грейферных кранов предварительный выбор электродвигателей можно определять из условия N_н >0,9N_рас , учитывая, что при уточнении мощности электродвигателя по среднеквадратичному моменту, определяемому по циклограмме, мощность электродвигателя может быть снижена более чем на 10%.

 

 

2.8.2 Проверка электродвигателя на перегрузочную способность

 

Электродвигатель механизма подъёма проверяется на перегрузочную способность в соответствии с условием /24/:

M_{c max} £ 0,8M _{д max},

где M_{c max} – максимальное значение момента сопротивления на валу электродвигателя, ;

M _{д max} – максимальный крутящий момент электродвигателя (по каталогу), ;

0,8 – коэффициент, учитывающий снижение момента электродвигателя при уменьшении напряжения питающей сети на 10%.

Максимальное значение момента сопротивления на валу электродвигателя М_{с max}, , определяется по фомуле /6/, /7/

M_{c max} = M_ст+ M_дин,

где M_ст – статический момент при подъёме груза, ;

М_дин – динамический момент,

Статический момент M_ст на валу электродвигателя,

M_ст = или

,

где Q – грузоподъемность (нетто, миди или брутто в зависимости от типа крана), т;

R_б – радиус барабана, м; R_б =0,5 D_б;

U_об – общее передаточное число механизма (см. п. 2.9.);

n _д – частота вращения вала электродвигателя, об/мин.

Динамический момент на валу электродвигателя при пуске M_дин, , определяется по формуле

M_дин= ,

 

где u_п – скорость подъёма груза, м/с;

n_д – частота вращения вала электродвигателя, об/мин;

t_р – время разгона, с, t_р =1…2 с;

и - соответственно маховые моменты ротора и муфты, :

= 4gI_p; = 4gI_м,

где I_р и I_м – соответственно моменты инерции ротора двигателя и соединительной муфты, (/26/, табл. П.1.11; табл. П.1.13, с.245; /27/, табл. У.2.41. с.308).

Проверку электродвигателя механизма подъема на перегрузочную способность можно выполнять приближенно с учетом динамического коэффициента К_дин, принимаемого по рекомендациям ПО «Подъемтрансмаш» (завода ПТО им. Кирова) для грейферных кранов: К_дин=1,5…1,6, для крюковых перегрузочных кранов К_дин =1,4…1,5, для монтажных кранов К_дин =1,2…1,3.

 

 

 

2.8.3 Проверка двигателя на время разгона

 

Проверка двигателя по времени разгона или пуска (t_p) c, при подъёме груза выполняется по формуле

t_p= ,

где - средний пусковой момент двигателя, :

= ,

где - кратность среднего пускового момента двигателя,

= 1,5…1,6 (/26/, табл. У1.2.5, с. 396);

 

М_Н – номинальный крутящий момент на валу двигателя, :

М_н = 9550 ,

где N_н – номинальная мощность двигателя, кВт.

Время разгона t_p для механизмов подъёма должно быть 1…2 с.

 

2.8.4 Окончательный выбор электродвигателя

 

Окончательный выбор электродвигателя, схемы и аппаратуры управления осуществляется с учетом теории электропривода, изучаемой студентами в составе дисциплины «Электрооборудования ПТМ».

При этом потребная мощность электродвигателя уточняется по эквивалентному моменту, действующему на валу электродвигателя /19/, /30/ определяемому на основе типовой циклограммы работы крана, что целесообразно прежде всего для грейферных кранов.

Мощность электродвигателя замыкающей лебедки грейферного крана по эквивалентному моменту на валу электродвигателя N_э:

,

где М_э – эквивалентный момент на валу электродвигателя от действия весовых (статических) и динамических нагрузок в течение типового цикла, ;

- угловая скорость вращения вала электродвигателя, 1/с.

Расчетная мощность по условиям расчетной (фактической) продолжительности включения двигателя

,

где ПВ_рас – расчетная (фактическая) продолжительность включения двигателя, определяемая по типовой циклограмме работы крана, %;

ПВ_кат – каталожное значение продолжительности включения электродвигателя, %.

Условие выбора двигателя: N_кат N_рас .

Пример типовой (для средних путей движения) циклограммы при работе грейферного крана по технологическому варианту «судно-склад» (рисунок 2.7) при оптимальном управлении и технологии показан на рисунке 2.8.

Расчетная продолжительность включения двигателя, %

 

,

где - суммарное время включения электродвигателя в течение типового цикла, с;

- длительность цикла, с

 

 

Рисунок 2.7 – Схема перегрузки навалочного груза портальным краном по варианту «судно – склад»

Рисунок 2.8 – Пример типовой циклограммы работы грейферного крана по технологическому варианту «судно-склад» при рациональном управлении и технологии

Эквивалентный момент М_э, кН ^. м, определяется по формуле

,

где M_i – моменты на валу электродвигателя в процессе работы замыкающей лебедки в течение типового цикла, Н ^. м;

– время действия моментов M_i, с;

– суммарное время действия моментов – суммарное время продолжительности включения двигателя, с.

В соответствии с типовой циклограммой работы крана формула М_э, кН ^. м, примет вид:

 

,

 

где (см. циклограмму) – время разгона (пуска), с;

, с ( - скорость подъема – спуска, м/с, а_ср – среднее ускорение разгона (торможения), м/с², принимается в размере а_ср =1,0 м/с² – для кранов грузоподъемностью 3...5 т; 0,4 м/с² – грузоподъемностью 25 т и выше /19/;

(см. циклограмму) – время закрывания грейфера (зачерпывания материала) с установившимся движением, с

, здесь

l _зк – длина (ход) замыкающего грейферного каната, м;

- время подъема грейфера с установившейся скоростью на высоту h_1-3, м, от места захвата до места высыпания, с

;

(см. циклограмму) – время торможения, с, ;

- время разгона (пуска) при раскрытии грейфера, с;

(см. циклограмму) – время раскрытия и опускания грейфера от места высыпания (т. 4) до т. 2 при установившемся движении

;

- время торможения, с;

- время пуска (разгона), с;

, с – время опускания раскрытого грейфера на высоту h_2-1 от т. 2 до т. 1 при установившемся движении;

(см. циклограмму) – время торможения, с;

t₀=t_0-1=2…4, с – время нацеливания и установки грейфера (могут включаться несколько механизмов);

t₁₁=t_1-0=1...2, с – время переключения механизмов (рукояток управления);

М₁, М₂, М₃,..., М_i – моменты на валу электродвигателя, Н ^. м, действующие на соответствующих отрезках времени t₁, t₂, t₃,..., t_i, определяются следующим образом:

М₁=М_{нач. пуск} – максимально допустимое значение начального пускового момента, Н ^. м /19/

 

,

где - расчетный момент сопротивления на валу электродвигателя на отрезке времени t₁, при g=9,81 м/с² – ускорение свободного падения,

m_н – грузоподъемность нетто, т,

0,25m_н – расчетная масса груза за время пуска,

R_б =0,5D_б, м – радиус барабана,

а_ср – м/с² – среднее ускорение,

U_об – передаточное отношение механизма,

η – кпд

J_Σ – суммарный приведенный момент инерции ведущей массы системы, кг/м²

, - соответственно моменты инерции ротора электродвигателя и муфты, кг ^. м²,

1,1...1,2 – коэффициент, учитывающий моменты инерции барабана и редуктора (меньшие значения принимаются для кранов меньшей грузоподъемности).

k – коэффициент для приводов с постоянным избыточным моментом при пуске – k=1, для приводов с линейно убывающим избыточным моментом k=2,5;

 

М₂ – средний момент на валу электродвигателя, действующий за время t₂ – зачерпывания груза при установившемся движении, Н ^. м

 

;

М₃ – момент на валу электродвигателя, действующий за время t₃ – подъема груженого грейфера двумя лебедками, Н ^. м

 

;

М₄ – момент на валу электродвигателя, действующий за время t₄ – торможения при подъеме груженого грейфера

 

;

 

М₅ – момент на валу электродвигателя, действующий за время t₅ – пуска при раскрытии грейфера

 

.

 

М₆, М₇, М₉, М₁₀ – моменты на валу электродвигателя при раскрытии грейфера и опускании раскрытого грейфера за время t₆, t₇, t₉ и t₁₀ принимаются равными нулю М₆=М₇=М₉=М₁₀=0, т. к. вся нагрузка от массы порожнего грейфера приходится на поддерживающий канат.

М₉ и М₁₀ – моменты на валу электродвигателя, действующие за время t₉ и t₁₀ при опускании и торможении порожнего грейфера;

М₈ – момент на валу электродвигателя за время пуска при опускании раскрытого грейфера

М₈=М₅

 

Таким образом:

 

, кН ^. м

Проверка выбранного электродвигателя на тепловую способность осуществляется /19/ путем определения на основе зависимостей, приведенных в каталогах на крановые электродвигатели, токов электродвигателя (статора или якоря), соответствующих моментам, расчитанным выше, далее определяется среднее квадратичное значение тока электродвигателя при пуске I_{ск.пуск.}, , затем повторно-кратковременное значение тока электродвигателя в течение цикла

 

,

где t_i – длительность операций, определяемая по циклограмме, с;

I_yi, t_yi – токи и длительность установившихся режимов.

 

Определяется значение расчетной электрической нагрузки I_рас, эквивалентной по эффекту теплового воздействия на электродвигатель

 

,

где I₁₀₀ – каталожное значение тока статора (якоря) электродвигателя при ПВ=100%, А;

ПВ_рас – расчетное значение продолжительности включения, определяемое по циклограмме.

Проверка на тепловую способность двигателя выполняется в соответствии с условием I_пк≤I_рас.

При выполнении неравенства, предварительно выбранный электродвигатель может быть принят к установке. При невыполнении неравенства до выбора электродвигателя большей мощности следует проверить возможность использования выбранного электродвигателя при принудительной вентиляции.