Схемы управления электроприводами крана «Альбатрос» —
Портальные краны «Альбатрос» поставляются в СССР из Германии. Грузоподъемность крана при вылетах стрелы с 8 до 32 м — 10 т. При установке дополнительной крюковой подвески с двукратным полиспастом кран может поднимать грузы массой до 20 т с ограничением вылета стрелы 16 м.
Рабочие скорости механизмов достаточно высоки: подъема — 63 м/мин, поворота 1,6 об/мин, вылета стрелы 63 м/мин.
Электрическая схема механизма передвижения портала (рис. 2.9, а). Электропривод портала содержит четыре электродвигателя Ml—М4 с электрогидравлическими толкателями механических тормозов, двигатели которых обозначены М1Г—М4Г.
Пусковой ток ограничивается резисторами R, включенными в цепь статора всех четырех двигателей М1—-М4. Такая система электропривода ранее нами не рассматривалась в связи с редким ее использованием.
В начале пуска весь резистор R введен в цепь статора (рис. 2.9, в, характеристика А). Характеристика Б соответствует полностью за- шунтированному резистору R. Рассмотрение механических характе- стик показывает, что разгон двигателей возможен лишь при небольших статических моментах сопротивления, что является характерным для механизмов горизонтального перемещения.
Вместе с тем такой способ пуска электродвигателей механизмов горизонтального перемещения обеспечивает мягкое выбирание зазоров в механической передаче и снижает уровень упругих колебаний механизмов, так как в начале пуска при полностью введенном резисторе R вращающий момент невелик.
Кран «Альбатрос» оборудован четырьмя противоугонными захватами, предназначенными для устранения возможности движения портала под действием ветра. Для фиксации портала захват зажимает подкрановый рельс, размыкая при этом контакты SQ6 и SQ7 (рис. 2.9, б) и отключая, таким образом, цени управления электродвигателями передвижения. Захваты приводятся в движение асинхронными коротко- замкнутыми двигателями, управляемыми с кнопочного пульта в кабине крановщика, или автоматически с помощью анемометров, измеряющих скорость ветра.
Контакты путевых выключателей SQ1 и SQ2 отключают электроприводы в крайних положениях портала.
Представляет интерес действие конечного выключателя кабельного барабана, имеющего три контакта SQ3, SQ4 и SQ5, которые работают совместно с двухпозиционным двухкатушечным реле К (первая катушка К-К1 и вторая К-К2). При движении крана в направлении «Вперед» контакты К-1, К.2, К-3 и К.4 двухпозиционного реле находятся в состоянии, показанном на рис. 2.9, б. Когда кабель полностью смотается с кабельного барабана, контакты SQ3, SQ4, SQ5 разомкнутся. Контакт SQ4 отключит катушки КМ1иКМ2, электродвигатели Ml — М4 остановятся и передвижение портала прекратится. Размыкание контакта SQ3 не изменит состояние двухкатушечного реле К, так как контакты К-1 и S1.4 разомкнуты.
При переводе рукоятки командоконтроллера в положение «Назад» катушки контакторов КМЗ и КМ4 получат питание через контакты К-4, S1.9 и S1.10 и кран начнет двигаться в обратном направлении. После некоторого перемещения назад контакты конечного выключателя кабельного барабана замкнутся и тогда образуется цепь для катушки К-К2 через контакты SQ3, S1.4 и К-2. В результате этого разомкнутся контакты К-2, К-4 и замкнутся К-1, К-3. Разомкнувшийся контакт К-2 прервет питание катушки К-К2, но поскольку реле К не содержит возвратной пружины, состояние контактов К-1, К.2, К.З и К-4 не изменится. Размыкание контакта К.4 не приведет к отключению двигателей, так как катушки КМЗ и КМ4 будут продолжать получать питание через контакт SQ5.
Когда при движении назад кабель полностью намотается на барабан, контакты SQ3, SQ4, SQ5 разомкнутся и передвижение портала прекратится точно так же, как и при движении вперед.
При перегоне крана с одного пути на другой необходимо изменить его направление движения на перпендикулярное. Конструкцией крана предусмотрен разворот двух тележек, расположенных по диагонали, по часовой стрелке, а двух других — наоборот. Для сохранения движения всех четырех тележек в одну сторону предусмотрен переключатель S2 (см. рис. 2.13, б).
Электрическая схема механизма изменения вылета стрелы. Принципиальная схема силовых цепей приведена на рис. 2.10, а. Здесь Ml — электродвигатель, приводящий механизм в движение; М2 — асинхронная машина, обмотка статора которой подключается к источнику постоянного тока и, следовательно, работающая в режиме динамического торможения. Принятое усложнение системы электропривода объясняется некоторыми характерными особенностями механизма изменения вылета стрелы. Так, например, ему присуще непостоянство знака и значения статического момента сопротивления в связи с колебанием степени уравновешенности стрелового устройства по мере изменения вылета. Это обстоятельство в сочетании со значительной мягкостью механических характеристик электродвигателя при низких частотах вращения мешает точному наведению захватного устройства на груз или доводке груза на место посадки. Поэтому для устранения необходимости применения толчковых включений желательно иметь пониженную скорость механизма при высокой жесткости механической характеристики. Такую характеристику как раз и обеспечивает совместное действие электрических машин Ml и М2. На рис. 2.10, б цифрой 1 обозначена механическая характеристика двигателя Ml при большом сопротивлении резистора в роторной цепи, цифрой 2 — механическая характеристика машины М2. Характеристика электропривода 3 получена алгебраическим суммированием характеристик 1 и 2. Ее высокая жесткость обеспечивает хорошую стабильность пониженной скорости при изменениях статического момента сопротивления и упрощает процесс точного наведения груза. В механизме изменения вылета сильно выражены упругие колебания, значительно увеличивающие механические напряжения в конструктивных элементах крана.
Электропривод должен обеспечивать работу механизма при максимальном значении статического момента. Для этого пусковой момент двигателя должен быть соответственно большим. В то же время, если статический момент близок к нулю, то больший момент двигателя вызывает повышение колебательных нагрузок механизма. Для двухмассовой модели механизма (рис. 2.10, в) значение максимального момента в упругой связи (УС) при статическом моменте, близком к нулю, определяется выражением
Это выражение подтверждает, что увеличение момента М способствует росту вращающих моментов в упругой связи. Увеличение момента инерции вращающихся масс быстроходного вала приводит к уменьшению момента Мтах. Одним из практикуемых способов увеличения J1 является установка маховика на валу электродвигателя. Но в механизме изменения вылета рассматриваемого крана «Альбатрос» необходимость установки маховика снижена, так как его назначение в той или иной мере выполняет ротор машины М2.
Таким образом, использование дополнительной асинхронной машины М2 удачно сочетает получение жесткой механической характеристики при низких скоростях с естественным снижением упругих колебаний стреловой системы крана. При этом, безусловно, ухудшаются энергетические показатели работы электропривода и возрастает время разгона механизма.
Механизм изменения вылета стрелы оснащен несколькими конечными выключателями (рис. 2.10, г) SQ1—SQ6, размыкающимися в функции положения стрелы. Цифры в скобках, стоящих рядом с обозначением конечных выключателей, указывают значение вылета стрелы, при которой контакты SQ1—SQ6 размыкаются. Конечный выключатель на хоботе крана размыкает контакты SQ7.1 и SQ7.2 при работе в режиме повышенной грузоподъемности (20 т). В этом режиме подача питания на цепь управления будет происходить только при замкнутом контакте кнопочного выключателя SB1.
В первом положении рукоятки командоконтроллера «Увеличение вылета» через контакты конечных выключателей получат питание реле К1 и через контакт S1.5 — контактор КМ1, который включит двигатель Ml на напряжение сети.
Контактор КМ1 включится только в том случае, если не сработал ограничитель грузоподъемности и контакт К вследствие этого находится в замкнутом состоянии.
Сработает реле времени КТ1, так как контакты S1.8 и К.М1.3 замкнуты. Контакт КТ 1.1 без выдержки времени включит контактор электрогидравлических толкателей КМ5 и механизм придет в движение. Вспомогательный контакт КМ5.2 замкнется, включая контакторы КМЗ и КМ4. Замкнувшиеся контакты КМ3.1, КМ4.1 (см. рис. 2.10, а) подадут постоянный ток на статор машины М2, которая будет работать в режиме динамического торможения. Так как резистор R1 будет зашунтирован, то тормозной момент имеет максимальное значение. Сочетание работы двух машин Ml и М2 позволяет получить пониженную скорость, стабильность которой обеспечена высокой жесткостью механической характеристики электропривода.
Во втором положении рукоятки командоконтроллера «Увеличение вылета» контактор ускорения КМ6 выключит первую ступень пускорегулирующего резистора R в цепи ротора двигателя Ml. Разомкнется контакт КМ6.2 и обесточится контактор КМ4, что приведет к размыканию контакта КМ4.1. Резистор R1 будет введен в цепь статора машины М2. Тормозной момент уменьшится, а скорость движения стрелы возрастет. В положениях 3 и 4 рукоятки командоконтроллера тормозная машина М2 отключена и дальнейший разгон электродвигателям/ осуществляется автоматически с помощью контакторов ускорения КМ7, КМ8 и электромагнитных реле времени К.Т2, КТЗ.
Для автоматизации работы электропривода использовано также центробежное реле контроля скорости РКС, расположенное на одном валу с машинами Ml и М2. Это реле имеет два контакта SR1 и SR2. Контакт SR1 замкнут в том случае, если механизм перемещается в сторону увеличения вылета и частота вращения двигателя Ml больше 250 об/мин, а контакт SR2 разомкнут при любой частоте вращения. При уменьшении вылета функции контактов SR1 и SR2 меняются на обратные.
Перевод из рабочего положения в нулевое рукоятки командоконтроллера «Увеличение вылета» приводит к отключению двигателя Ml, и если частота вращения ротора будет больше 250 об/мин, то через контакты S1.9 и SRP1 включится реле К2. Контакт К2.3 замкнется и подаст питание контакторам КМЗ и КМ4, включающим машину М2 на режим динамического торможения. Механического торможения при этом не происходит, так как реле времени КТ1, контролирующее работу контактора К.М5 электрогидравлических толкателей, продолжает получать питание через контакты KV1.1 и К2.4. (Напомним, что ранее катушка КТ1 получала питание через контакт КМ1.3. Переход на другую цепь вызывает кратковременное отключение катушки КТ1, но благодаря выдержке времени на отключение контакта КТ 1.1 механическое притормаживание не происходит.) Катушка реле напряжения KV1 включена на выход выпрямительного моста VD, обеспечивающего постоянным током машину М2.
Когда частота вращения станет меньше 250 об/мин, контакт SR1 разомкнется, отключится реле К2. Разомкнется контакт К2.3 и торможение машиной М2 прекратится. Размыкание же контакта КМ2.4 обесточит реле КТ1, что приведет к механическому затормаживанию механизма.
Предварительное включение машины М2 обеспечивает высокую плавность торможения, уменьшая упругие колебания стреловой системы и увеличивая срок работы накладок механического тормоза.
Если по какой-либо причине будет отсутствовать напряжение на выходе выпрямителя VD и машина М2 не создаст тормозной момент, контат KV1.1 останется в разомкнутом состоянии. В результате КТ1 останется без питания и сразу произойдет механическое затормаживание.
При переводе из положения «Уменьшение вылета» в положение «Увеличение вылета» рукоятки командоконтроллера или наоборот торможение противовключением благодаря контактам К2.1 и К2.2 наступает не сразу, а после снижения частоты вращения до 250 об/мин. Первоначальное замедление привода происходит с помощью тормозной машины М2 аналогично рассмотренному выше случаю.
Рассмотрим действие конечных выключателей при достижении предельно большого вылета. Когда вылет стрелы достигает 31 м, размыкается контакт SQ6 и теряет питание катушка К1. Контакт К1.2 отключает контактор ускорения КМ6 и резистор R полностью включится в цепь ротора двигателя Ml. Замкнувшийся контакт К1.1 подаст ток в катушки КМЗ и КМ4 (контакт КМ6.2 замкнут) и машина М2 создаст максимальный тормозной момент. Дальнейшее движение стрелы сопровождается снижением скорости и при вылете, равном 32 м, разомкнется SQ1, в результате чего цепи управления отключатся и произойдет окончательное затормаживание механическим тормозом.
Электрическая схема механизма поворота (рис. 2.11). Механизм поворота крана «Альбатрос» оборудован двумя одинаковыми двигателями Ml и М2, расположенными диаметрально на поворотной платформе, что устраняет асимметрию движущих сил, присущую однодвигательному приводу. Автоматизация запуска двигателей осуществляется с помощью электромагнитных реле времени КТ4—КТ6. Предусмотрено динамическое торможение, происходящее при подключении обмоток статора к источнику постоянного тока VD. Значения постоянного тока, а следовательно, и тормозного момента электродвигателей изменяются ступенчатым регулированием сопротивления резистора R1 (рис. 2.11, а).
Процесс пуска и регулирование частоты вращения двигателей осуществляются командоконтроллером S1, а процесс электрического торможения — командоконтроллером S2, приводимым в движение специальной ножной педалью. На валу одного из двигателей установлено центробежное реле контроля скорости РКС с двумя замыкающими контактами. Один из них (SR1) замкнут при частоте вращения ротора, равной 140 об/мин и более при вращении вправо, другой (SR2) — при вращении влево.
Перевод из рабочего положения в нулевое рукоятки командоконтроллера приводит к отключению обоих электродвигателей от сети переменного тока (рис. 2.11, б). В связи с размыканием контактора S1.12 потеряет питание катушка реле времени КТ7. Но так как через контакты S1.5, SR1 образуется цепь для реле К2 и контакт К2.4 замкнется, катушка КТ7 вновь окажется под током. Выдержка времени на размыкание контакта КТ7.1 исключает перерыв питания контактора КМЗ и, следовательно, будет обеспечено движение механизма по инерции. При снижении частоты вращения электродвигателей до 140 об/мин потеряет питание реле К2, так как разомкнется контакт центробежного реле SR1. По истечении выдержки времени реле КТ7 (1,5—2 с) контактор КМЗ отключится и произойдет механическое затормаживание механизма.
Если необходимо более интенсивное замедление механизма поворота в нулевом положении командоконтроллера S1, то нажимают педаль контроллера S2. Во втором положении замыкается контакт S2.1 и, так как S1.7 и КМЗ.2также замкнуты, срабатывает контактор КМ5, а затем и КМ4. Двигатели Ml и М2 включаются на динамическое торможение с выведенными тремя нижними секциями резистора R, так как срабатывают контакторы 1КМ11 w2KM.ll вследствие замыкания контакта КМ5.3. Механическая характеристика, соответствующая этому случаю, обозначена на рис. 2.11, в цифрой 2.
В последующих положениях тормозной педали происходит увеличение тормозного момента двигателей путем шунтирования ступеней резистора R1. В конечном положении педали, помимо этого, включаются контакторы 1КМ12 и 2КМ 12, что обеспечит дополнительное увеличение тормоза момента.
При необходимости можно воспользоваться и более интенсивным замедлением механизма, для чего рукоятку командоконтроллера S1 переводят из рабочего положения одного направления в рабочее положение другого направления. В этом случае сработает реле /С/. Контакты Kl.l—К1-6 замкнутся и двигатели Ml, М2 будут сразу работать в режиме динамического торможения, соответствующем шестому положению тормозной педали (см. рис. 2.11, в, характеристика 6). Необходимо отметить, что динамика процесса замедления происходит более благоприятно, если торможение начинается при частоте вращения, близкой к номинальной (точка а).
Если же начало торможения соответствует точке б, то в этом случае интенсивность начального замедления выше и динамические процессы сопровождаются более сильно выраженными упругими колебаниями механизма.
При выключении цепи динамического торможения сначала теряет питание катушка КМ5, а затем с выдержкой времени размыкания контакта КТ 1.1 отключается катушка КМ4. Это обеспечивает бестоковое размыкание контактов КМ4.1 и, следовательно, исключает возможность появления тяжелой для коммутации дуги постоянного тока.