АННОТАЦИЯ 3
ВВЕДЕНИЕ 6
1 ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА 8
1.1 Область применения кабельных кранов 8
1.2 Классификация кабельных кранов 10
1.3 Описание конструкции крана и постановка задачи
проектирования 13
2 ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ И ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ .... 17
2.1 Расчёт электродвигателя подъёма груза 17
2.1.1 Выбор каната и диаметра барабана 17
2.1.2 Нагрузочные диаграммы скорости РО 19
2.1.3 Нагрузочные диаграммы моментов РО 23
2.1.4 Расчёт мощности двигателя 26
2.2 Расчёт электродвигателя передвижения башни 28
2.2.1 Нагрузочные диаграммы скорости РО 28
2.2.2 Нагрузочные диаграммы моментов РО 29
2.2.3 Расчёт мощности двигателя 32
2.3 Расчёт электродвигателя передвижения тележки 33
2.3.1 Нагрузочные диаграммы скорости РО 33
2.3.2 Нагрузочные диаграммы моментов РО 34
2.3.3 Расчёт мощности двигателя 38
2.4 Выбор электродвигателей 39
2.5 Выбор редукторов 41
2.5.1 Выбор редуктора для механизма подъёма 41
2.5.2 Выбор редуктора для механизма передвижения башни 48
2.5.3 Выбор редуктора для механизма передвижения тележки 51
2.6 Предварительная проверка двигателя по нагреву и
производительности 55
2.6.1 Проверка двигателя механизма подъёма 55
2.6.2 Проверка двигателя передвижения башни 61
2.6.3 Проверка двигателя передвижения тележки 63
2.7 Выбор силовых элементов системы 66
2.7.1 Выбор преобразователя 66
2.7.4 Выбор фильтров для системы подъёма и передвижения
башен 68
2.7.5 Выбор дросселей для системы передвижения тележки 69
3 ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ СИСТЕМЫ
АВТОМАТИЗАЦИИ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ 70
3.1 Выбор программируемого логического контроллера 70
3.2 Выбор панели оператора 70
3.3 Выбор датчиков 71
3.4 Выбор блока вторичного питания 73
4 РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК 76
4.1 Расчёт характеристик для механизма подъёма тележки и механизма
передвижения башен 76
4.2 Расчёт характеристик для механизма передвижения тележки 88
5 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА АВТОМАТИЗАЦИИ УПРАВЛЕНИЯ
МЕХАНИЗМАМИ ОБЪЕКТА 92
5.1 Перечень входных и выходных переменных 92
5.2 Панель управления кабельным краном 95
5.3 Автоматизация процесса 96
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 99
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 101
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ А 103
В наше время активно развивается горнодобывающая промышленность, строительство дамб, растут масштабы работ на открытой местности. Кабельные краны всё больше необходимы в этих местах. Поэтому актуален не только данный тип кранов, но и расчёт электроприводов для них. Необходимость учитывать условие работы установки, огромный нагрузки на электропривод, выбор оборудования, его связь между собой, окружающую среду и площадь работ влечёт за собой сложное техническое задание для инженера, требующее тщательную подготовку.
Для кранов, поднимающих значительный вес, постоянно меняющих условие работы и в данном случае траекторию движения, необходимо учесть возможность перегрузок. С ними хорошо справляются асинхронные двигатели, к тому же, они просты в эксплуатации и относительно не дорого стоят. Но важен не только подбор оборудования под конкретную задачу на подъём груза или его перемещения по рельсам, но и связь этого оборудования между собой: от панели оператора к программируемому логическому контроллеру, затем к преобразователю частоты и, наконец, до рабочей машины и обратно. Такую связь обеспечивает промышленная сеть PROFIBUS. Она может выступать в качестве замены как обычной, параллельной передачи сигналов, так и для передачи сигналов в аналоговом виде.
К автоматизации такой системы необходимо подходить со знанием принципа работы ПЛК, его работы и программного обеспечения, так как перевоз груза большой массы на производстве или строительстве подразумевает надёжную систему безопасности. В настоящее время автоматизированные системы управления технологическими процессами получили широкое применение. Это в первую очередь связано с возрастающими требованиями к гибкости производственного процесса.
Управление работой кабельного крана должно быть современным, удобным, отлаженным. Оно должно быть многофункциональным и подстраиваться под изменение технологического процесса. Система разрабатывается таким образом, чтобы обслуживание было минимальным, что влечёт за собой меньшую необходимость в квалифицированном персонале и снижение расходов.
В рамках данного выпускного квалификационного проекта был произведён расчёт четырёх электроприводов и их статических характеристик, выбор элементов конструкции электродвигателей, выбор элементной базы для разработки системы автоматизации, разработка алгоритма автоматизации управления механизмами.
В результате расчётов было установлено, что достаточно двух типов электродвигателей для обеспечения работы всех четырех электропр иводов, так как эквивалентная нагрузка для электроприводов подъёма груза и передвижения башен кранов относительно близка. Для них был выбран асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором 7FMTK(H)315M4, для механизма передвижения тележки был выбран асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором 7FMTK(H)315M10. При выборе двигателей для перемещения башен расчёт производился только для двигателя башни, на которой установлены кабина оператора и машинное отделение, так как для синхронизации движения башен необходимы двигатели, одинаковые по мощности.
Для данных двигателей была выбрана серия преобразователей частоты Micromaster 440 мощностью 75 кВт и 200 кВт, подобраны дроссели, тормозные резисторы и фильтра, рекомендуемые к данным преобразователям.
Также для обеспечения удобной работы на кране выбрана панель оператора фирмы Siemens SIMATIC TP2200 Comfort. На ней была предложена реализация двух режимов работ: ручной и наладочный. Для автоматизации работы крана были выбраны датчики положений и массы: концевой выключатель для крайнего положения башен фирмы Электротехник ВПК 2112, установка крайних положений тележки выполнена при помощи путевых выключателей фирмы TER Standard, в связи с возможной запылённостью территории датчик крайнего верхнего положения грейфера был выбран из ультразвуковыхдатчиков фирмы Сенсор: ВБУ-М30-100У-4111-СА, в качестве датчика массы груза был выбран датчик балочного типа RC3D-50 фирмы «Flintec»».
Предлагаемая система электроприводов и управления ими предполагает удобное управление работой установки, которая охватывает большую площадь. При помощи современной панели оператора можно довольно точно настраивать скорость движения, подстраивая рабочий процесс под нужды строительства или производства.
Из-за ограниченного объема дипломного проекта были опущены расчёт электропривода самого грейфера и настройка синхронизации двух двигателей, перемещающих башни крана. В дальнейшем при помощи датчика ветровой нагрузки и системы анализа возможна более точная калибровка электропривода с учётом силы ветра, действующей на тележку.
