8.1.3. ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

8.1.3. ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Грузоподъемные машины и механизмы являются одним из основных средств комплексной механизации всех отраслей народного хозяйства. Эти машины, к которым, в первую очередь, относятся краны, представляют собой машины прерывистого циклического действия и предназначаются для перегрузки грузов на предприятиях, строительных площадках, железнодорожных станциях, морских и речных портах и других объектах.

Кроме того, краны на ряде предприятий являются основным звеном технологического цикла производства.

В отличие от большинства других производственных механизмов грузоподъемные машины характеризуются весьма разнообразными режимами работы как по значению статической нагрузки, так и по продолжительности работы и частоте включений.

В соответствии с действующими в нашей стране стандартами все многообразие режимов работы грузоподъемных машин сводится к пяти режимам (легкий — Л; средний — С; тяжелый — Т; весьма тяжелый — ВТ; весьма тяжелый, непрерывный — ВТН). В понятие режима работы входят: относительная продолжительность включений (ПВ), частота пусков, годовое и суточное использование, коэффициент использования грузоподъемных машин по грузоподъемности и другие показатели напряженности работы.

Категорией напряженности режима учитывается температура окружающей среды, а также и

такой показатель, как степень ответственности машины, которая может потребовать повышенных запасов прочности. Так, например, разливочный кран мартеновского цеха по частоте включений и ПВ может быть отнесен к легкому режиму. Однако предъявляемые к нему исключительные требования безопасности вынуждают выбирать кран применительно к режиму ВТ или ВТН.

Подавляющее большинство грузоподъемных машин, изготавливаемых отечественной промышленностью, имеет электрический привод основных рабочих механизмов, и поэтому эффективность действия этих машин в значительной степени зависит от качественных показателей используемого кранового электрооборудования. Электропривод большинства грузоподъемных машин характеризуется повторно-кратковременным режимом работы при большой частоте включений, широким диапазоном регулирования скорости и постоянно возникающими значительными перегрузками при разгоне и торможении механизмов.

Особые условия использования электропривода в грузоподъемных машинах являлись основой для создания специальных серий электрических двигателей и аппаратов кранового исполнения. В настоящее время крановое электрооборудование имеет в своем составе серии крановых электродвигателей переменного и постоянного тока, серии силовых кулачковых и магнитных контроллеров, командоконтроллеров, кнопочных постов, пультов управления, конечных выключателей, тормозных электромагнитов и электрогидравлических толкателей, пускотормозных резисторов, полупроводниковых устройств регулирования, устройств управления по радиоканалу или одному проводу и ряд других аппаратов, комплектующих различные крановые электроприводы.

Специальные двигатели и аппараты для кранов выпускаются уже с конца прошлого века. Крупносерийное производство основного кранового электрооборудования в нашей стране было начато в 1930–1931 гг. после соответствующей специализации завода «Динамо», который до настоящего времени является ведущим предприятием в разработке комплектных крановых электроприводов и в изготовлении основных элементов этих комплектов.

Основным родом тока для крановых и судовых электроприводов является переменный ток напряжением 380 В и частотой 50 Гц. Это и предопределяет весьма широкое применение электроприводов с использованием асинхронных двигателей с фазным и короткозамкнутым ротором. Следует отметить в перспективе применение в качестве источника питания сеть переменного тока напряжением 660 В, 50 Гц. Это, в свою очередь, вызывает необходимость иметь электрические машины и аппаратуру управления (в основном контакторы, автоматы), рассчитанные на эти напряжения.

Менее широкое распространение получили электроприводы постоянного тока: их применяют металлургические предприятия, суда рыболовного флота, а также суда старой постройки, на которых используются источники постоянного напряжения 110, 220 и 440 В.

Можно констатировать, что сегодня около 90% всех крановых и судовых электроприводов выполняются на переменном токе и только 10% — на постоянном токе.

Все системы крановых и судовых электроприводов можно разделить на две группы: электроприводы с непосредственным управлением с помощью кулачковых контроллеров и с дистанционным управлением с помощью командоаппаратов (командоконтроллеров и кнопочных выключателей). Первая система является наиболее простой и дешевой, отличается простотой наладки. Вместе с тем эта система имеет невысокие эксплуатационные характеристики, невысокий ресурс работы, неудобна в управлении. В силу своей простоты система с непосредственным управлением нашла применение для крановых и судовых механизмов с относительно невысокими требованиями к эксплуатационным параметрам.

Более 80% крановых и судовых механизмов выполняются с электроприводами с кулачковым контроллером. При этом на переменном токе система построена на применении асинхронных двигателей с фазным ротором и ступенчатым изменением сопротивлений резисторов в цепи ротора, короткозамкнутых асинхронных двигателей с изменением сопротивлений резисторов в цепи статора. На постоянном токе применяются в основном потенциометрическая схема включения двигателей для механизмов подъема и схема с изменением сопротивлений резисторов цепи якоря для механизмов горизонтального перемещения грузов. Подобные системы отличаются невысоким диапазоном регулирования скорости, который для электроприводов постоянного тока не превышает 1:6, а для электроприводов переменного тока — 1:3 (в электроприводах с односкоростными короткозамкнутыми двигателями скорость вообще не регулируется).

В 70-е годы для общепромышленных крановых механизмов было освоено производство кулачковых контроллеров серии ККТ переменного тока и серии ККП постоянного тока. Для судовых механизмов была внедрена серия кулачковых контроллеров КВ1 и КВ2. Максимальная мощность управления составляла 40 кВт.

Остальная часть крановых и судовых механизмов имеет электроприводы с дистанционным управлением. Причем основная масса этих электроприводов построена с релейно-контакторным управлением. И только менее 5% электроприводов выполняются с применением полупроводниковых средств управления — различных тиристорных регуляторов и преобразователей (преобразователей частоты и постоянного тока). Системы дистанционного управления релейно-контакторного типа построены аналогично системам с кулачковыми контроллерами как на постоянном, так и на переменном токе. Однако в отличие от указанных приводов в последние годы разработаны системы электроприводов с применением асинхронных двигателей с фазным ротором, в которых используется принцип динамического торможения с самовозбуждением и принцип импульсно-ключевого регулирования. Указанные системы регулирования обеспечивают диапазон регулирования уже в пределах 1:8.

В настоящее время заводом «Динамо» изготавливаются панели и блоки управления переменного тока серии П и Б мощностью до 125 кВт. Для управления двигателями постоянного тока мощностью до 185 кВт разработаны панели управления серии П9000. Для судовых механизмов были внедрены магнитные контроллеры серии БТ и ВТ, управляющие многоскоростными короткозамкнутыми двигателями серии МАП.

Одним из существенных недостатков электроприводов с непосредственным и дистанционным управлением при релейно-контакторной системе (кроме системы с динамическим торможением с самовозбуждением и импульсно-ключевым регулированием) является необходимость для получения устойчивых посадочных скоростей осуществлять частые переключения управляющего органа (кулачкового контроллера или командоконтроллера) с одного фиксированного положения на другое. Такие частые переключения снижают срок службы электрооборудования вследствие износа коммутационных элементов и аппаратов. Тем не менее все рассмотренные системы электроприводов благодаря их простоте и дешевизне получили широкое распространение.

Следует учесть, что в последние годы ко многим грузоподъемным устройствам и комплексам возросли требования с точки зрения повышения производительности труда, ресурса, надежности и удобства обслуживания. Наметилась вместе с тем тенденция к увеличению мощности электроприводов, что прежде всего связано с ростом грузоподъемности и скорости перемещения грузов. Одновременно с этим наметилась четкая тенденция к снижению посадочных скоростей грузов, определяющихся прежде всего условиями выполнения различных монтажных и технологических операций, точностью установки и доводки грузов, а также безопасностью их перемещений. Создаются новые грузоподъемные комплексы на основе современных способов перегрузки: контейнерные, грейферно-бункерные перегружатели, мощные плавучие краны, суда-лихтеровозы, крупные строительные краны.

В 70–80-е годы на заводе «Динамо» были созданы электроприводы для целого ряда уникальных грузоподъемных механизмов и комплексов с использованием преобразовательной техники, в том числе с применением полупроводниковых устройств управления:

1) освоено серийное производство тиристорных электроприводов постоянного тока для механизмов подъема строительных башенных кранов с грузовым моментом 300 т?м;

2) созданы крановые регулируемые электроприводы переменного тока мощностью от 2 до 50 кВт со статическими преобразователями частоты непосредственного типа и мощностью от 1,7 до 120 кВт со статическими преобразователями с импульсной системой управления;

3) освоено производство частотно-регулируемых электроприводов для судовых грузовых лебедок грузоподъемностью 3 т;

4) разработан и внедрен в эксплуатацию электропривод механизма подъема с применением тиристорных преобразователей мощностью 1000 кВт для установки непрерывной разливки стали быстроходного 450-тонного разливочного крана. В 1979 г. налажено и запущено в эксплуатацию пять кранов на Новолипецком металлургическом комбинате;

5) освоено производство комплектного электропривода с полуавтоматическим управлением для грейферного крана грузоподъемностью 32 т;

6) разработаны и сданы в эксплуатацию комплектные тиристорные электроприводы постоянного тока для грейферно-бункерного перегружателя производительностью 800 т/ч;

7) разработаны и сданы в эксплуатацию комплектные многодвигательные электроприводы переменного тока для уникальных плавучих кранов «Витязь» грузоподъемностью 1000/1600 т и «Волгарь» грузоподъемностью 1400 т;

8) освоено серийное производство электроприводов постоянного тока по системе Г-Д для плавучих кранов «Черноморец» грузоподъемностью 100 т и «Богатырь» грузоподъемностью 300 т;

9) разработан и сдан в эксплуатацию многодвигательный электропривод переменного тока напряжением 660 В, частотой 50 Гц механизма самоподъемной буровой установки СПБУ6500/100 для бурения скважин и добычи нефти и газа на континентальном шельфе на глубине до 100 м.

В последние годы специалистами завода АЭЗ «Динамо» проводятся как модернизация серийных систем электроприводов, так и создание новых на основе современной элементной базы.

Что касается наиболее массовых крановых электроприводов переменного тока с непосредственным регулированием, то проводится разработка электроприводов на базе силовых кулачковых контроллеров и блока электроники, реализуемых в едином пульте. С помощью этого пульта осуществляется управление несколькими механизмами крана. Применение в разрабатываемых электроприводах блока электроники позволяет улучшить эксплуатационные характеристики кранов. Предполагается внедрение пультов со встроенными малогабаритными командоконтроллерами и в системах электроприводов с дистанционным управлением.

В настоящее время для ряда крановых механизмов ведется разработка полупроводниковых преобразователей частоты инверторного типа (на базе силовых транзисторов) на мощности до 30 кВт.

Как отмечалось ранее, ряд крановых и судовых электроприводов с исполнительными двигателями переменного тока мощностью до 50 кВт разработаны и выпускаются заводом «Динамо» с использованием преобразователей частоты с непосредственной связью (НПЧ). При этом в качестве базовой схемы преобразователя выбрана 18-вентильная схема НПЧ с естественной коммутацией и питанием от трехфазной сети напряжением 380 В и частотой 50 Гц без нулевого провода (преобразователи типа ТТС, изготовитель АО «Электровыпрямитель», г. Саранск). Электроприводы данного класса обеспечивают плавное регулирование частоты вращения асинхронных короткозамкнутых двигателей в интервале частот от 1,5 до 25 Гц, а также его работу на естественной механической характеристике при частоте 50 Гц. Дальнейшим улучшением выходных параметров преобразователей указанного типа является введение в них устройств, позволяющих плавно регулировать частоту на выходе преобразователя в интервале от 1,5 до 50 Гц. Это обеспечит их конкурентоспособность с преобразователями частоты со звеном постоянного тока инверторного типа, а также 36-вентильными НПЧ с раздельным питанием фаз асинхронного двигателя.

В настоящее время проводится также работа по созданию многодвигательных автоматизированных электроприводов для самоподъемной буровой установки СПБУ «Арктика», предназначенной для разведывательного бурения скважин на нефть и газ глубиной до 650 м на шельфе арктических морей России на глубинах от 10 до 30 м. Электроприводы этой установки выполняются на напряжение 660 В и частоту 50 Гц.

Следует отметить и работы по созданию электроприводов постоянного тока с использованием тиристорных преобразователей. Это, как правило, грузоподъемные комплексы с исполнительными двигателями большой мощности (перегружатели, плавучие краны, крупные монтажные краны и т.д.). В таких электроприводах предусматривается применение тиристорных преобразователей серии ТПЕ (изготовитель — завод «Преобразователь», г. Запорожье) на токи 100, 160, 250, 400 и 630 А, заменивших крановые тиристорные преобразователи серий АТК и АТРК.

В настоящее время имеются модификации тиристорных преобразователей постоянного тока в морском исполнении серии ТПС, что позволяет использовать их в электроприводах на плавучих кранах и других судах и объектах.

Последние годы характеризуются бурным ростом микропроцессорной техники, что коснулось и крановых электроприводов. Специалистами ВНИПТИ в настоящее время начаты работы по созданию на базе этой техники современных крановых электроприводов. Применение микропроцессоров качественно изменит систему управления крановыми механизмами, что позволит, в частности, улучшить выходные характеристики приводов, оптимизировать процессы пуска, торможения и реверса, облегчить управление, ввести диагностику неисправностей и т.д.

Внедрение микропроцессорной техники ставит на повестку дня ряд задач:

создания нового поколения командоаппаратов малогабаритного исполнения;

адаптации микропроцессоров к существующим системам управления.