Расчёт мощности электроприводов основных производственных машин и механизмов

8.1 Расчёт мощности электроприводов
подъёмно-транспортных машин

Для привода механизмов подъёма применяются как асинхронные электродвигатели (с короткозамкнутым и фазным ротором, типов 4АС, МТК, МТ, МТFK, MTF), так и двигатели постоянного тока.

Двигателями постоянного тока оснащаются козловые, мостовые, грейферные, портальные краны при среднем, тяжёлом и очень тяжёлом режимах работы, главным образом на машиностроительных и металлургических заводах. В химической, лесной, деревообрабатывающей промышленности и промышленности строительных материалов на козловых, консольно-козловых и башенных кранах в основном используются асинхронные электродвигатели.

Применение асинхронных двигателей с повышенным скольжением и двигателей постоянного тока с последовательным возбуждением вызвано необходимостью смягчения механических характеристик.

Если характеристика двигателя жёсткая, то при пуске и торможении канат и грузоподъёмный механизм испытывают ударные нагрузки, которые приводят к их повышенному износу.

При мягких характеристиках по мере натяжения канатов и выборки люфтов момент, развиваемый двигателем, растёт, а частота вращения уменьшается, поэтому удары на механическое оборудование значительно снижаются.

Тяговое усилие Т (в ньютонах) для перемещения груза по горизонтальному пути определяется по формуле

Т = , (8.1)

Если сила тяги направлена параллельно пути перемещения груза, то тяговое усилие Т₁ (в ньютонах) определяется по формуле

Т₁ = , (8.2)

Тяговое усилие Т₂ для перемещения груза по наклонной плоскости определяется по формуле

Т₂ = , (8.3)

Если сила тяги направлена параллельно наклонной поверхности, то формула 8.3 примет следующий вид

Т = (q + Q) ∙ ( ) , (8.4)

При перемещении груза по вертикали тяговое усилие определяется по формуле

Т = , (8.5)

Тяговое усилие Т_Ж на преодоление жёсткости каната при огибании им направляющих блоков или барабанов определяется по формуле

Т_Ж = ( ) ∙ ( + 12 ) , (8.6)

В формулах 8.1 – 8.6 приняты следующие условные обозначения и единицы измерения: Q – вес перемещаемого груза, Н; q – вес захватных и тяговых устройств, Н; μ – коэффициент трения при перемещении материала по лежням (направляющим); β – угол между направлениями пути и силы тяги, градус; η – КПД полиспаста (или редуктора); m – кратность полиспаста; α – угол наклона плоскости к горизонтали, градус; D – диаметр блока, звёздочки или барабана по оси каната или начальной окружности, см; d – диаметр каната, см.

При многослойной навивке каната на барабан параметр D (в формуле 8.6) определяется по формуле

D = D_Б + (2К – 1) ∙ d , (8.7)

где D_Б – диаметр грузового барабана, м;

К – число слоёв навивки каната на барабан.

Потребляемая мощность двигателя (кВт) механизма подъёма груза определяется по формуле

Р = Т ∙ υ / 1000 ∙ η , (8.8)

где Т – полное тяговое усилие, Н;

υ – скорость подъёма груза, м/с: для козловых кранов υ = от 0,1 до 0,2;
для консольно-козловых – υ = от 0,15 до 0,3; для башенных – υ = от
0,25 до 0,65; для портальных – υ = от 0,8 до 1,25 м/с;

η – КПД привода.

Выбор мощности двигателя грузового механизма определяется с учётом продолжительности включения (ПВ%).

Мощность двигателя (кВт) передвижения грузовой тележки определяется по формуле

Р = (К_Т ∙ G ∙ υ ∙ 7,5) / 102 , (8.9)

где К_Т – эмпирический коэффициент: для подшипников качения К_Т = от 4
до 6; для подшипников скольжения К_Т = от 6 до 8;

G – вес грузовой тележки с грузом, т;

υ – скорость передвижения, м/с: для козловых кранов υ = от 0,4 до 0,55;
для консольно-козловых – υ = от 0,5 до 1,1; для башенных – υ = от
0,4 до 0,55 м/с.

Удельное тяговое усилие, равное 7,5 кгс/тс, учитывает трение в редукторе.

Мощность двигателя (кВт) механизма передвижения моста грузоподъёмного устройства определяется по формуле

Р = (К_М ∙ G ∙ υ ∙ 7,5) / 102 , (8.10)

где К_М – эмпирический коэффициент: для подшипников качения К_Т = 3;

G – вес моста с грузом, т;

υ – скорость передвижения моста, м/с: для башенных кранов υ = от 0,3
до 0,5; для портальных – υ = от 0,5 до 0,65; для козловых и
консольно-козловых – υ = от 0,3 до 0,85 м/с.

Кроме рассмотренных расчётных формул (8.1 – 8.10), расчёт мощности электроприводов механизмов подъёмно-транспортных машин можно также выполнить по формулам, которые учитывают некоторые конструктивные параметры (характеристики) подъёмно-транспортных машин.

Особенностью работы механизма подъёма является повторно-кратковременный или кратковременный режим, что учитывается при расчёте мощности двигателя

P_Р= ( G + G₀ ) ∙ υ ∙ k₃/ 1000 ∙ η_М ,(8.11)

где Р_Р – расчётная мощность двигателя грузоподъёмного механизма, кВт;

G – сила тяжести груза (паспортная грузоподъёмность механизма), Н;

G₀ – сила тяжести крюка (захвата), Н;

υ – скорость подъёма, м/с;

η_М– КПД механизма, включая КПД полиспаста, подшипников,
соединительных муфт и передачи к электродвигателю: η _м ≈ 0,6;

k₃ – коэффициент запаса (для механизма подъёма принимается равным

от 1,15 до 1,2).

При изменяющейся во времени нагрузке проверяется перегрузочная способность выбранного электродвигателя.

Мощность электропривода (кВт) механизма перемещения определяется

P_{М П}= k_f ∙ ( G + G₁) ∙ ( f_Сr + f_К ) ∙ υ / 1000 ∙ (R ∙ η ) ,(8.12)

где k_f – коэффициент, учитывающий трение реборд колес о рельсы,
k_f = от 4 до 6 (для механизма передвижения грузовой тележки с
подшипниками качения), k_f = от 6 до 8 (для механизма
передвижения грузовой тележки с подшипниками скольжения),
k_f_. = 3 (для механизма передвижения моста грузоподъёмного
механизма;

G – сила тяжести перемещаемого груза, Н;

G₁ – сила тяжести механизма передвижения (или грузоподъёмного
механизма вместе с механизмом перемещения), Н;

f_С– коэффициент трения скольжения, f _c = 0,1;

r – радиус шейки оси колеса, м;

R - радиус колеса, м;

f_К – коэффициент трения качения, f _k = от 0,01 до 0,05;

υ – скорость перемещения, м/с;

η - КПД механизма перемещения.