Электропривод и автоматика подъёмного крана

Введение
Учитывая все разнообразие современных производственных процессов, в каждом конкретном производстве можно выделить ряд операций, характер которых является общим для различных секторов народного хозяйства. К ним относятся доставка сырья и полуфабрикатов к истокам технологических процессов и межоперационные перемещения продукции во время технологических, погрузочно-разгрузочных операций на складах, вокзалах и т. д.
Механизмы, выполняющие такие операции, как правило, универсальны и имеют общепромышленное применение, в связи с чем их называют общепромышленными механизмами. Общепромышленные механизмы играют важную роль в народном хозяйстве.
На промышленных предприятиях наиболее распространенным и универсальным подъемно-транспортным устройством является кран, основным механизмом которого является подъемный механизм, снабженный индивидуальным электроприводом.
В данной работе электропривод рассматривается как общепромышленная установка, представляющая собой подъемный механизм крана. Целью работы является закрепление, углубление и обобщение знаний в области теории электропривода путем решения сложной задачи проектирования электропривода для конкретного производственного механизма (подъемного механизма крана).
1 Электропривод 
Широкое применение и очень тяжелые режимы работы электроприводов крановых механизмов определяют высокие требования к простоте эксплуатации и высокой надежности работы. Поэтому при проектировании крановых электроприводов стремятся использовать наиболее простые системы электропривода и схемы их управления даже за счет некоторого снижения требований к статическим характеристикам и динамическим свойствам приводов.
Поскольку краны на всех этапах работы контролируются оператором, основным технологическим требованием, влияющим на выбор системы электропривода, является требование регулирования скорости. Требуемый диапазон регулирования скорости D определяется отношением рабочей скорости к минимуму, требуемому условиями эксплуатации. Минимальная скорость подъемных механизмов ограничена условиями мягкой установки груза в обозначенном месте без недопустимого толчка. При управлении механизмами передвижения регулировка скорости облегчает оператору остановку механизмов с требуемой точностью и снижает количество необходимых для этого повторных приводов.
Регулирование скорости электропривода должно осуществляться с ограничениями, налагаемыми на ускорение, ток и крутящий момент. Рабочие скорости основных механизмов большинства кранов таковы, что при нормированных допустимых средних ускорениях общее время переходных процессов составляет небольшую часть от общего времени цикла. Кроме того, при проектировании следует оценивать влияние раскачивания груза, кинематических зазоров и т. д. и при необходимости принять дополнительные меры по ограничению динамических нагрузок.
Для большинства универсальных мостовых и поворотных кранов удовлетворительная управляемость механизмов обеспечивается при диапазоне D = . В связи с этим наиболее распространенным применением на подъемных кранах является асинхронный двигатель с фазным ротором, управляемый коммутационными сопротивлениями в цепи ротора. Чтобы расширить область применения простого, надежного и дешевого асинхронного двигателя, основными схемными решениями, улучшающими его управляющие свойства, могут быть:
1. Использование принципа сложения механических характеристик в двухмоторном электроприводе;
2. Применение динамического торможения с самовозбуждением для расширения диапазона регулирования скорости двигателей с заведенным ротором при понижении нагрузки;
3. Использование для регулирования скорости тиристорных регуляторов напряжения с обратной связью по скорости;
4. Применение многоскоростных крановых асинхронных двигателей;
5. Использование частотного регулирования асинхронных электроприводов.
Правила техники безопасности предъявляют ряд обязательных требований ко всем схемам управления электроприводами кранов: автоматическое ограничение движения механизмов; блокировки для предотвращения столкновения двух тележек или двух кранов, работающих на одном пути, и т. д. Электроприводы кранов имеют следующие основные типы защитных устройств: максимальная защита, нулевая защита от отключения электропривода при отключении электроэнергии и падении напряжения на 15-20%. Своеобразной нулевой защитой является нулевая блокировка, исключающая самозапуск двигателя при восстановлении мощности, если регулятор находится в рабочем положении. Включение, т.е. подача питания может осуществляться после разблокировки коммутационного устройства индивидуальным ключом - маркой; ключ не может быть удален без выполнения операции отключения. Эта блокировка гарантирует, что краном может управлять только лицо, уполномоченное управлять краном.
Устройства, включенные в схему защиты, могут быть встроены в защитную панель, общую для всего крана. Защитные панели предназначены для максимальной и нулевой защиты двигателей и используются вместе с кулачковыми и магнитными контроллерами. Панель расположена в металлическом шкафу, в котором трехполюсный выключатель с внешней ручкой и линейный контактор смонтированы на изолирующей асбестоцементной плите. Панель также оборудована реле максимального уровня, действующими на сетевой контактор, управляющими предохранителями, тестовым выключателем, кнопкой запуска и маркой ключа.
Для кранов, получающих питание от сети постоянного тока, используется защитная панель типа ППЗБ, а для кранов, получающих питание от сети переменного тока, - защитные панели типа ПЗКБ и ПЗКВ.
На рис. 1 - схематическая диаграмма защитной панели для крана переменного тока, управляемого кулачковым контроллером. Электродвигатели подъемника, тележки и оси питаются от трехфазной сети через разъединитель QS и контактор KM1. При включении контактора КМ1 напряжение поступает на контроллеры двигателей, но включить их может только соответствующий контроллер.
Рис. 1. Схема защитной панели крана
В комплект электрооборудования защитного щита также входят следующие устройства: двухкатушечное реле максимального тока FA1 - FA3, пусковая кнопка SB1, предохранители FU1, FU2.
Схема защитного щита включает в себя некоторые элементы электрооборудования, конструктивно не входящие в его состав. К ним относятся: нулевые контакты регуляторов мощности, контакты SQ3 - SQ7 концевых выключателей подъемных, тележных и мостовых механизмов; аварийный выключатель SQ1, контакт замка люка SQ2.
При включении выключателя QS напряжение с главных тележек поступает на главные контакты линейного контактора КМ1 и через предохранители в цепь управления защитного щита. Если аварийный выключатель SQ1 закрыт, люк, ведущий из кабины на мостик, закрыт, а контроллеры находятся в нулевом положении, то нажатием кнопки SB1 можно включить линейный контактор KM1. Затем через главные контакты КМ1 и катушку реле максимального тока на контроллеры подаются две фазы сети, а на все три двигателя в обход контроллеров подается третья фаза.
После включения контактора КМ1 можно управлять двигателями с помощью контроллеров. Как видно из схемы, нулевые контакты контроллеров блокируются цепочкой, состоящей из контактов концевого выключателя. В результате в процессе управления двигателем при размыкании нулевых контактов контроллеров контактор КМ1 остается включенным.
Контактор КМ1 и, как следствие, все двигатели отключаются при значительном падении сетевого напряжения или его полном пропадании; при срабатывании максимального реле; при размыкании контактов концевых выключателей в крайних положениях механизмов; при отключении аварийного выключателя или открытии люка; в случае перегорания предохранителей FU в цепи управления. Повторное включение сетевого контактора может быть выполнено только тогда, когда контроллеры установлены в нулевое положение, что обеспечивает нулевую защиту.
2 Автоматика на подъемном кранеМеханизация и автоматизация производственных процессов промышленных предприятий связаны не только с выполнением основных технологических операций, но и со вспомогательными операциями по транспортировке сырья, готовой продукции и топлива, которые во многих случаях выполняются электрокранами.
Современное жилищное и промышленное строительство немыслимо без применения мощной подъемной техники. От начала закладки фундамента и до окончания строительства, при любом технологическом способе возведения здания подъемные механизмы доставляют строительные детали и узлы, различные материалы и механизмы на место установки, вывоз мусора и т. д.
В промышленности для вертикального и горизонтального перемещения грузов используются краны различной конструкции.
Так, в цехах промышленных предприятий используются мостовые краны различных типов. Есть и другие типы кранов. Несмотря на конструктивные отличия, большинство кранов имеют общие элементы механизмов. К ним относятся, например, механизмы для перемещения груза в вертикальном или горизонтальном направлении.
Краны могут быть паровыми двигателями, двигателями внутреннего сгорания и электродвигателями. Последние в силу своих технических преимуществ получили наибольшее распространение.
Условия эксплуатации кранов характеризуются повышенной вибрацией, загрязнением, значительными перегрузками при высокой частоте включения, а зачастую и повышенной влажностью и высокими температурами. В связи с этими условиями электрооборудование кранов должно иметь повышенную надежность, простоту и удобство управления, безопасность обслуживания. Требования к электрооборудованию кранов оговариваются специальными правилами.
Наибольшее распространение на промышленных предприятиях получили мостовые краны.
Основными узлами механического оборудования крана являются тележка А с подъемным крюком, которая перемещается по рельсам пролета моста Б. Управление перемещением тележки, моста и подъема осуществляется из кабины. Б. С помощью мостового крана можно производить операции по подъему и опусканию груза, а также перемещать его по и поперек рабочего пролета.
Схема управления крановыми двигателями проектируется в соответствии с правилами эксплуатации крановых установок и технологическими требованиями, характерными для различных типов кранов. Требования к крановым механизмам неодинаковы. Например, двигатели мостов и тележек в некоторых случаях не требуют регулирования скорости, а подавляющее большинство подъемных устройств не могут работать без регулирования скорости в силу технологических условий. В связи с этим возникает необходимость использования различных систем электропривода и, соответственно, управления механизмами крана.
По способу управления электроприводы кранов можно разделить на две группы: с силовыми и магнитными регуляторами. Выбор метода управления в зависимости от режима работы и мощности двигателя производится в соответствии с таблицей 1, где буква K обозначает ручной регулятор мощности, а буква M - магнитный контроллер. Режимы работы электрооборудования крана в общем случае - это понятие, охватывающее условия выбора всех элементов крана, включая электрооборудование. Это понятие включает частоту запусков, относительную длительность активации (PV), годовое и ежедневное использование механизма, степень ответственности. Все разнообразие режимов работы сокращено до четырех: Л - легкий, C - средний, T - тяжелый, ВТ - очень тяжелый.
Таблица 1
Мощность двигателя
при ПВ до 40% Тип контроллера при режиме работы
Л С Т ВТ
До 10 кВт К К К М
До 30 кВт К К М(К) М
Свыше 30 Квт К М(К) М М
В схемах управления электроприводами крановых механизмов на переменном и постоянном токе используются кулачковые регуляторы соответственно ККТ и ККП. Цепи управления двигателями крана могут быть симметричными и асимметричными относительно нулевого положения регулятора или регулятора. Симметричная схема - это такая, при которой включение двигателя и, следовательно, его характеристики в положениях ручки контроллера, имеющих одинаковый номер, аналогичны. На механизмах передвижения обычно используются симметричные схемы, когда требуется, чтобы при одних и тех же положениях ручки регулятора в случае движения в разные стороны двигатель работал с аналогичными характеристиками. Асимметричные схемы используются на подъемных механизмах, когда при подъеме и опускании груза требуется, чтобы двигатель работал с разными характеристиками.
Заключение. Основные механизмы таких установок, как правило, имеют реверсивный электропривод, рассчитанный на прерывистый режим работы. В каждом рабочем цикле существуют нестационарные режимы работы электропривода: пуски, реверс, торможение, которые существенно влияют на работоспособность механизма, КПД установки и ряд других факторов.
Все эти условия предъявляют сложные требования к приводу с точки зрения надежности и безопасности. От технического совершенства электроприводов во многом зависит производительность, надежность работы и простота обслуживания.
Кран позволяет избавить рабочих от физически тяжелого труда, снизить нехватку рабочих в отраслях, характеризующихся тяжелыми условиями труда.
Список использованной литературы: Справочник по электрическим машинам: В 2 т. Т. 2/ Под общ. ред. И.П. Копылова. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 688 с.:ил.
Чебовский О.Г. Справочник по силовым полупроводниковым приборам. Мн., 1988.
Проф. Фираго Б.И. Учебно-методическое пособие для студентов специальности Т11.02, Мн, 1993-125л с ил.
Справочник по кранам: В 2-х т. Под общей ред. проф. Гохберга М.М.-М.:Машиностроение, 1988.-559 с с ил.
Ключев В.И. Теория электропривода: Учебник для вузов. -М.: Энергоатомиздат, 1985.- 560 с.
Соколов М.М. Автоматизированный электропривод общепромышленных механизмов: Учебник для свузов. - М.: Энергия, 1976 - 487 л с ил.
Справочник по электрическим машинам: В 2 т. Т. 2/ Под общ. ред. И.П. Копылова. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 688 с.:ил.