Электроприводы грузовых лебедок башенных кранов с большой высотой подъема груза
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА «Электропривод и АПУ»
Доклад
Электроприводы грузовых лебедок башенных кранов с большой высотой подъема груза
Составитель: Михалина И. А.
Руководитель: Петрова М. В.
Оценка:
Подпись руководителя
Ульяновск 2012
Башенный кран — кран стрелового типа поворотный со стрелой, закреплённой в верхней части вертикально расположенной башни.
История
Первый прообраз башенных кранов современного типа появился ещё в 1913 году: кран, созданный Юлиусом Вольфом, обладал поворотной платформой, расположенной в верхней части башни. Через 15 лет, в 1928-м, спроектирован и создан первый башенный кран с балочной стрелой, а в 1952 году — с подъёмной
В СССР более 75% всех башенных кранов выпускали заводы, созданного в феврале 1946 года Наркомстройдормаша.
До 1960 года башенные краны, в основном, выпускались неспециализированными предприятиями, что привело к разнотипности машинного парка. В 1960 году, вместо существовавших в тот период 80 моделей башенных кранов, головным отраслевым институтом ВНИИСтройдормаш разрабатывается ряд унифицированных кранов из восьми базовых типоразмеров.
При этом на специализированных краностроительных предприятиях осуществлялась плановая организация по выпуску унифицированных механизмов. Она позволила одновременно:
- увеличить на 25 — 50% надёжность работы;
- снизить на 10 — 25% выпуска;
- использовать для ремонта поэлементный метод;
- сократить проектные сроки.
Конструкции кранов постоянно совершенствовались, появлялись новые модели, улучшались характеристики, расширялась область применения башенных кранов. Если первые краны обладали грузоподъёмностью от 0,5т до 1,5т, высотой подъёма от 20 до 30м, то к 1980-м появились краны грузоподъёмностью до 50т, с высотой подъёма до 150м. В период с 1976 года по 1980 годы появились краны пятой и шестой размерных групп (КБ-504, КБ-674, КБ-675, КБ-676), которые обладали высокими техническими характеристиками.
К началу 1980-х годов в стране действовали 28 специализированных краностроительных предприятия, которые ежегодно выпускали до 3 тыс. кранов, а на 1985 год — порядка 4 тыс. кранов. Причём потребность строительной отрасли превышала объём выпуска на тысячу единиц. В эксплуатации же находилось примерно 50 тыс. башенных кранов.
Устройство и принцип работы
Основное назначение башенного крана — обслуживать территорию строительных площадок зданий и сооружений, складов, полигонов, погрузка и разгрузка материалов с транспорта — при выполнении строительно-монтажных и погрузочно-разгрузочных работ.
При этом башенным краном производятся рабочие движения: изменение вылета, подъём стрелы, поворот и передвижение крана. Изменение вылета стрелы, в зависимости от её типа, производится либо подъёмом или опусканием стрелы, либо перемещением грузовой тележки вдоль стрелы.
Подъём грузов осуществляют при помощи грузовой лебёдки, грузового каната и крюковой обоймы. Поворотная часть крана вращается относительно неповоротной при помощи поворотного механизма. Они связаны опорно-поворотным устройством (сокр. ОПУ), которое передаёт вертикальные и опрокидывающие нагрузки от поворотной части на неповоротную — ходовую раму.
Основные механизмы башенных кранов оснащены специальными устройствами безопасности, называемыми ограничителями, которыми оснащены: механизм подъёма груза, поворота крана, передвижения грузовой тележки и подъёма стрелы. Управление этими механизмами крана осуществляется крановщиком из кабины управления, которая, как правило, устанавливается в верхней части конструкции башни.
Электроприводы грузовых лебедок башенных кранов с большой высотой подъема груза
Электроприводы грузовых лебедок кранов с большой высотой подъема груза должны отвечать несколько иным, чем для обычных кранов, требованиям. Рабочая скорость подъема груза должна быть достаточно большой. При этом желательно, чтобы подъем легких и средних грузов производился с большей скоростью, чем подъем номинального груза, так как это позволяет уменьшить мощность электродвигателя. Грузовая лебедка должна иметь низкую посадочную скорость для выполнения краном монтажных операций.
Подъем и спуск крюковой подвески без груза должен производиться с большей скоростью, чем при работе с грузом.
Рассмотренные ранее электроприводы грузовых лебедок не могут Удовлетворять этим требованиям, поэтому на кранах для высотного строительства используют специальные системы привода. Окончательный вариант привода, полностью удовлетворяющего перечисленным требованиям, еще не определился и в настоящее время разработка специального привода грузовых лебедок идет в нескольких направлениях.
На ряде кранов (БК-180) механизм подъема груза состоит из двух грузовых лебедок, работающих на общий полиспаст (грузоподъёмное устройство, состоящее из собранных в подвижную и неподвижную обоймы блоков, последовательно огибаемых канатом, и предназначенное для выигрыша в силе или в скорости). Каждая из лебедок имеет свой электропривод, в одном из которых использована тормозная машина для получения посадочной скорости.
На ряде кранов (КБк-250, КБ-674) для привода грузовых лебедок применяют двигатели постоянного тока.
Рис. 98. Механические характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения: 1 — естественная, 11—VII — искусственные
В электроприводах грузовых лебедок башенных кранов скорости вращения двигателей постоянного тока регулируются изменением подводимого к двигателю напряжения и потока двигателя.
На кране КБк-250 привод грузовой лебедки осуществлен с помощью системы генератор — двигатель (система г—д). Функциональная схема привода грузовой лебедки показана на рис. 99, а. Асинхронный электродвигатель Ml приводит во вращение генератор постоянного тока Г, который является источником питания для двигателя постоянного тока М2. Напряжение генератора регулируется с помощью обмотки возбуждения генератора ОВГ. Обмотка возбуждения генератора получает питание через рабочие обмотки магнитного усилителя МУ1, с помощью которого производится изменение величины и направления тока возбуждения 1вг, т. е. регулирование напряжения генератора и реверсирование двигателя М2. Обмотка возбуждения двигателя получает питание через магнитный усилитель МУ2. Величина тока управления 1у задающих обмоток управления магнитных усилителей определяется положением рукоятки аппарата управления АУ. С помощью других обмоток управления осуществляется обратная положительная связь магнитных усилителей по току якоря двигателя. В результате комбинированного регулирования напряжения генератора и возбуждения двигателя механическая характеристика привода имеет гиперболическую форму (рис. 99, б). При неизменной потребляемой мощности двигатель М2 будет иметь различные скорости в зависимости от груза на крюке. Например, на кране КБк-250 диапазон изменения скорости грузовой лебедки составляет от 30 м/мин при грузе Ю т, до 100 м/мин при работе без груза.
Использование в приводе магнитных усилителей с обратными связями обеспечивает жесткие механические характеристики привода при пониженном напряжении, что дает возможность получить низкие посадочные скорости в первом и втором положениях спуска. Недостатком привода является большое количество электрических машин и аппаратов (приводной двигатель, генератор, магнитные усилители).
Рис. 99. Электропривод постоянного тока (система г — д) грузовой лебедки: а — функциональная электрическая схема, б — механическая характеристика привода
На ряде кранов (КБ-674) применен электропривод с тиристорным преобразователем, который по своим характеристикам близок к приводу г—д. Структурная схема привода показана на рис. 100. Тиристорный привод обеспечивает пуск двигателя в функции тока с ограничением величины пускового момента, регулирование скорости путем изменения подводимого к якорю двигателя напряжения и путем изменения тока возбуждения, реверс и торможение двигателя.
Тиристорные выпрямительные блоки Bnl якорной цепи и Вп2 Цепи возбуждения питаются через понижающие трансформаторы. Управление тиристорами силового блока Bnl осуществляется системой фазового управления СФУ в функции сигналов на ее входе. Эталонное напряжение (сигнал) подается на задающую обмотку магнитного Усилителя СМУР через блок-контакты К1 и К2 в зависимости от положения рукоятки командоаппарата и состояния логического переключаюшего устройства ЛПУ, которое включает реле Р1 или Р2 и с их помощью включает контакторы реверса.
Рис. 100. Электропривод постоянного тока с тиристорньм управлением:
а — структурная схема, б — механические характеристики привода; СФУ, СФУВ — блоки системы фазового управления тиристорами, СМУРг СМУРВ — суммирующие магнитные усилители, ЛПУ — логическое переключающее устройство, СМУЛ — суммирующий
магнитный усилитель логики
Суммирующий магнитный усилитель логики СМУЛ, управляющий логическим переключающим устройством ЛПУ, обеспечивает бестоковую коммутацию контакторов, т. е. переключение контакторов К1 и К2 при отсутствии тока в цепи преобразователя. Это значительно уменьшает износ контактов контакторов.
Напряжение на зажимах якоря двигателя изменяется в зависимости от положения рукоятки управления от наименьшего значения в первом положении рукоятки, до номинального — в четвертом и пятом положениях. При этом обеспечивается работа привода на механических характеристиках 1П, 2П, ЗП, 4П при включении привода на подъем и 1С, 2С, ЗС, 4С при включении на спуск.
В пятом положении скорость привода увеличивается за счет уменьшения магнитного потока двигателя. Регулирование потока обеспечивается изменением тока возбуждения, посредством управления проводимостью тиристоров Вп2 с помощью системы фазового управления СФУВ. Пятое положение предназначено для подъема и спуска крюка и легких грузов.
В приводе предусмотрено сопротивление R1 динамического торможения, которое с помощью диода Д1 включается в цепь якоря только при работе двигателя на спуск. Цепь динамического торможения , повышает надежность работы схемы (при неисправности схемы груз опускается под контролем динамического торможения) и исключает просадки груза при переключениях рукоятки управления.
Вращающий момент электродвигателя должен преодолевать момент сопротивления на валу рабочей машины с учетом частоты ее вращения. Частота вращения у большинства электродвигателей зависит от вращающего момента, что позволяет оценивать их электромеханические свойства и, следовательно, пригодность в качестве привода той или другой рабочей машины. Зависимость частоты вращения двигателя от момента на его валу называется механической характеристикой электродвигателя.
У большинства электродвигателей с увеличением вращающего момента частота вращения уменьшается. В зависимости от степени изменения частоты вращения при изменении вращающего момента механические характеристики могут быть более жесткими или более мягкими.
Жесткость механической характеристики определяется величиной называемой степенью жесткости. По степени жесткости механические характеристики могут быть абсолютно жесткими, жесткими и мягкими.
При абсолютно жесткой механической характеристике частота вращения электродвигателя остается постоянной при изменении вращающего момента.
Такую характеристику имеют синхронные электродвигатели. При жесткой механической характеристике частота вращения электродвигателя -меняется незначительно при изменении вращающего момента. Такую характеристику имеют электродвигатели постоянного тока с параллельным возбуждением и асинхронные электродвигатели (в пределах рабочей части характеристики).
При мягкой механической характеристике наблюдается значительное снижение частоты вращения с изменением вращающего момента. Такая характеристика наблюдается у электродвигателей постоянного тока с последовательным возбуждением.
Установившийся режим работы какого-либо механизма возможен только при равенстве вращающего момента и момента сопротивления. Если это равенство нарушается, то механизм будет работать в новом установившемся режиме при другой частоте вращения. Изменение частоты вращения обычно ограничивается определенными требованиями, выполнить которые можно только при согласовании механических характеристик электродвигателя и рабочей машины.
Механические характеристики электродвигателей могут быть естественными и искусственными.
- Естественные механические характеристики - это зависимость вида n=f(MB) при нормальных условиях работы электродвигателя, когда значения напряжения, тока и частоты вращения равны номинальным.
- Искусственные механические характеристики - это зависимость вида n=f(MB) для случаев, когда напряжение, подведенное к электродвигателю, отличается от номинального или когда в цепь якоря (ротора) включено дополнительное сопротивление.