МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО

ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Л.Б. МАСАНДИЛОВ

ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОДЪЕМ НЫ Х КРАНОВ

Учебное пособие

по курсу

„ ЭЛЕКТРОПРИВОД И АВТОМАТИЗАЦИЯ

ОБЩ ЕПРОМЫШЛЕННЫХ МЕХАНИЗМОВ ”

Издательство МЭИ Москва 1998 УДК 621.34 М31 УДК: 62-83(075.8) Утверждено учебным управлением МЭИ в качестве учебного пособия для студентов Рецензенты докт. техн. наук, проф. В.М. Терехов канд. техн. наук Е.М. Певзнер i Подготовлено на кафедре автоматизированного электропривода \ I Масандилов Л.Б.

Электропривод подъемных кранов.— М.: Изд-во МЭИ, 1998.— 100 с.

ISBN 5-7046-0227- Проведен анализ статических нагрузок крановых механизмов, выявлены особенности* их динамических нагрузок, определено влияние этих нагрузок на требования к электропри^ водам. Сформулированы требования к механическим характеристикам электроприводов кранов. Описаны типовые системы крановых электроприводов, приведены примеры прин­ ципиальных схем. Рассмотрено влияние маятниковых колебании грузов на работу кранов, описаны различные способы успокоения колебаний.

Предназначено для студентов старших курсов специальности "Электропривод и авто­ матизация промышленных установок и технологических комплексов” и может быть полез­ но инженерам и научным работникам, занимающимся разработкой и эксплуатацией элект­ рооборудования подъемно-транспортных машин.,, Учебное издание ^~ Лев Борисович Масандилов

ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОДЪЕМНЫХ КРАНОВ

Учебное пособие по курсу “Электропривод и автоматизация общепромышленных механизмов” Корректор А Д Сомова ЛР № 020528 от 05. 06. Темплан издания МЭИ 1996 (II), учебн. Подписано к печати 6.02. Формат 60x84/16 Физ. печ. л. 6,25 Тираж Изд. №203 Заказ 2 7 8 Цена 5р20 коп Издательство МЭИ, 111250, Москва, Красноказарменная, д. Отпечатано в типографии ЦНИИ “Электроника”, 117415, Москва просп. Вернадского, д. ISBN 5-7046-0227-4 © Московский энергетический институт, 1998 г.

ВВЕДЕНИЕ

I Во всех отраслях народного хозяйства — в промышленности, строIцельстве, на железнодорожном и водном транспорте, в сельскохозяйст­ венном производстве — широкое применение находят подъемные кра­ ны. С их помощью осуществляют перемещение огромного количества разнообразных грузов, в частности, выполняют подъемно-транспортяые и монтажные работы в цехах заводов, на автоматизированных вкладах, при возведении и ремонте зданий и т.д.

Подъемный кран представляет собой грузоподъемную машину, ко­ торая работает с повторяющимися циклами и предназначена для подъ­ ема и перемещения на небольшие расстояния грузов, удерживаемых грузозахватными органами. Для перемещения груза по произвольной траектории в трехмерном пространстве необходимо управлять его дви­ жением по каждой из трех координат. Поэтому краны содержат инди­ видуально управляемые механизмы, перемещающие груз по одной ко­ ординате. Типовыми крановыми механизмами являются: 1) механизм подъема, осуществляющий вертикальное перемещение груза; 2) меха­ низм передвижения, который производит поступательное перемещение груза в горизонтальной плоскости путем передвижения крана или от­ дельных его частей, например, тележки; 3) механизм поворота, обеспе­ чивающий вращение поворотной часта крана и подвешенного к ней груза относительно оси вращения; 4) механизм изменения вылета стре­ лы, осуществляющий перемещение груза в радиальном направлении от­ носительно оси вращения крана.

Краны, в зависимости от состава содержащихся в них механизмов, делятся на две большие группы: мостового типа (в которых осущест­ вляется управление движением груза в прямоугольной декартовой сис­ теме координат) и стрелового типа (где управление движением груза имеет место в цилиндрической системе координат). В кранах мостового типа перемещение в горизонтальной плоскости производится с поощью механизмов передвижения, а в кранах егрелового типа с помощью механизмов поворота и изменения вылета.

у - Рinijsaa1=8= Рис. В. 1. Краны мостового типа: закрепленной на ней поворотой ко­ а — мостовой двухбалочный;

ема груза, поворота колонны, передвижения моста и тележки. По вер­ тикальным направляющим колонны движется грузоподъемное уст­ ройство 5, в качестве которого чаще всего применяются вилочные за­ хваты. В кранах-штабелерах наведение, захват и снятие грузов может осуществляться автоматически без участия рабочих.

На рис. В.2 представлены примеры кранов стрелового типа. Пор­ тальный кран (рис. В.2,а) содержит самоходный П-образный портал L на верхней горизонтальной площадке которого установлена поворот­ ная платформа 2, служащая основанием стрелы 3. В зависимости от ко­ личества введенных в пролет железнодорожных путей различают одно­ путные или двухпутные порталы. Строительные башенные краны (рис.

В.2, б и в ) содержат стрелу 7, установленную в верхней части башни 2.

Краны стрелового типа выполняют следующие движения: подъем груза, передвижение крана, поворот стрелы относительно оси вращения крана и изменение вылета стрелы. Передвижение крана по рельсовым путям производится с помощью механизмов передвижения (ходовых теле­ жек). Поворот стрелы строительного башенного крана относительно оси вращения обеспечивается с помощью опорно-поворотного уст­ ройства, размещенного в нижней (рис. В.2, б) или верхней (рис. В,2, в) части башни. Изменение вылета стрелы в кранах стрелового типа осу­ ществляется либо с помощью тележки, перемещающейся по горизон­ тальному или наклонному поясу фермы стрелы крана, либо качанием стрелы в вертикальной плоскости. В первом случае механизм изменения вылета не отличается от механизма передвижения, а во втором случае он обеспечивает перемещение центра масс стрелы в вертикальной плос­ кости и поэтому незначительно отличается от механизма подъема.

Для выполнения грузоподъемных операций широко применяются более простые по сравнению с рассмотренными установки, в которых осуществляется движение груза по двум координатам. На рис. В.З при­ ведены примеры таких установок. В схеме на рис. В.З, а таль (подвесная подъемная лебедка) 1 подвешена к тележке 2, которая перемещается по однорельсовому подвесному пути 3. Такое устройство, состоящее из ле­ бедки и ходовой части, называется тельфером. Электротельферы ис­ пользуются не только в качестве самостоятельных грузоподъемных ма­ шин, но и как составная часть более сложных машин: однобалочных Т Ч"1 l+ I—f — Рис. В.2. Краны стрелового типа:

мостовых или козловых кранов. На рис. В.З, б представлена схема ста­ ционарного поворотного крана с постоянным вылетом стрелы. Этот кран состоит из поворотной колонны Л нижним концом опирающейся на подпятник 2, а верхним — на подшипник 3. К колонне крепится стрела 4, на которой установлена подъемная лебедка 5. Кран повора­ чивается с помощью электродвигателя б, червячного редуктора 7 и от­ крытой зубчатой передачи, состоящей из шестерни 8 и зубчатого ко­ леса 9.

Основными параметрами кранов является грузоподъемность (масса груза, поднимаемого.краном) и номинальная скорость движения рабо­ чих органов. Номинальная грузоподъемность, т, широко распростра­ ненных в народном хозяйстве серийных крановых установок находится в следующих пределах:

Электрические тали

мостовые

козловые

перегрузочные портальны е

строительные баш ен н ы е

П ерегруж атели

Номинальные скорости крановых установок приведены в табл. В. Строительные башенные краны Для крановых механизмов применяют ручной, электрический, гид­ равлический и пневматический приводы. Преимущественное распространение имеет электрический привод. Качественные показатели элект­ ропривода существенным образом определяют эффективность работы, производительность и технико-экономические характеристики крано­ вых установок. В свою очередь конструкция крановых механизмов, тех­ нология работы и условия эксплуатации определяют требуемые свойст­ ва их электроприводов.

Настоящее учебное пособие предназначено для изучения курса “Электропривод и автоматизация общепромышленных механизмов” и посвящено рассмотрению свойств и особенностей электроприводов подъемных кранов. В пособии описаны принципиальные конструкции крановых механизмов, определены их статические нагрузки, выявлены особенности динамических нагрузок. На основе анализа статических и динамических нагрузок механизмов установлены требования к их электроприводам. Далее приведены примеры типовых промышленных электроприводов. Последняя глава посвящена вопросам успокоения ко­ лебаний подвешенных на канате грузов.

1. УСТРОЙСТВО И СТАТИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ

КРАНОВЫ Х МЕХАНИЗМОВ

На рис. 1.1 приведена кинематическая схема механизма подъема, состоящая из двигателя 7, редуктора 2 и барабана J, на который наматывается канат с крюковой подвеской 4 для подъема груза. Ре­ дуктор соединен с барабаном при по мощи муфты 5. Для осуществления безопасной работы механизмы подъема снабжаются тормозами, кото­ рые с целью уменьшения тормозного момента располагают на быстро­ ходном вал}' механизма. Тормозной шкив устанавливают на полумуфте б со стороны редуктора, что обеспечивает торможение барабана при срабатывании тормоза даже в случае поломки пальцев муфты.

Статический момент механизма Мс, приведенный к валу двигателя, можно представить в виде суммы двух составляющих как где М г — момент от веса груза, не зависящий от трения (активная составляющая М с)\ Л/тр — момент от сил трения в механизме (реак­ тивная составляющая Мс), Значение М т определяется по формуле в которой обозначено: Gq и Gt — соответственно вес грузозахватного устройства и груза; Dg— диаметр барабана; — передаточное отноше­ ние механизма, равное где /р и /п — соответственно передаточные отношения редуктора и по­ лиспаста; обычно /п называют кратностью полиспаста.

На рис. 1.2, а и б цифрами 1,2 и 3 обозначены графики зависимос­ тей от скорости соответственно для реактивной, активной составляю­ щих и полного момента сопротивления механизма подъема. В случае, показанном на рис. 1.2, д, |м хр| |^ /г| Рис. 1.3. Типовые механические характеристики механизма подъема и спуске груза одинаковы. В случае же |л/тр| > \МГ\, представленном на рис. 1.2, б, направления М с при подъеме и спуске груза противопо­ ложны друг Другу. Характеристики 3, показанные на рис. 1.2, а и б, отдельно изображены также и на рис. 1.3 и представляют собой ти­ повые механические характеристики механизмов подъема. Участки этих характеристик, лежащие в первом квадранте, соответствуют подъему груза, а участки, расположенные в нижней полуплоскости, — спуску груза. Спуск груза называют тормозным, если М с>О (в этом случае приводная электрическая машина механизма подъема должна работать