Тормозные электромагниты, их назначение

Основные элементы металлоконструкций кранов.Тип металлоконструкций.

Правила безопасности при проведении погрузочно-разгрузочных работ.

Билет №2.

Материалы и сортамент

Крановые металлоконструкции в основном изготовляют из стали марки Ст3. При температурах ниже –400С используют сталь марки М16С. Низколегированные стали целесообразно применять только там, где удается полностью использовать их повышенную прочность. Обычно это возможно лишь при грузоподъемностях Q>=500кН.

Стали марок Ст3 и М16С отличаются высокой пластичностью, хорошей свариваемостью, низкой стоимостью, но небольшой прочностью (σт=220H/мм2). Последнее не столь важно, так как в легких кранах обычно лимитирует не прочность, а жесткость и устойчивость.

Строительный прокат (уголки, швеллеры и т.п.) используют, главным образом, при изготовлении рам. Для основных металлоконструкций кранов применяют лист, гнутый профиль и трубы, которые позволяют создавать более рациональные сечения и уменьшать вес кранов.

В качестве рельсов используют для опорных кранов – железнодорожные рельсы, специальные крановые рельсы типа КР, плоские рельсы из брусьев прямоугольного сечения; для крановых тележек железнодорожные рельсы узкой колеи; для подвесных кранов (электроталей и монорельсовых тележек) – двутавры или пояса сварных балок.

Для соединения деталей используется сварка автоматическая под слоем флюса или ручная электродом марки Э42.

Типы крановых металлоконструкций и тенденции их развития

Крановые металлоконструкции бывают балочные, ферменные и смешанные.

Балки – это металлоконструкции, работающие, в основном, на изгиб. Фермы – металлоконструкции, состоящие из стержней, работающих под осевой нагрузкой. Смешанные конструкции включают балочные и ферменные элементы.

Балки более технологичны и надежны, имеют меньшие строительные высоты. Фермы легче и имеют меньшее время затухания колебаний.

Балки применяют в металлоконструкциях малых и средних размеров (стационарные поворотные краны, консольные краны, кран-балки, мостовые краны), в которых увеличение веса еще невелико, при серийном производстве, требовательном к технологичности, и при тяжелых режимах эксплуатации, нуждающихся в повышенной надежности. Фермы целесообразны для средних и больших размеров (башенные краны, козловые краны, перегружатели), при индивидуальном производстве и ненапряженных режимах эксплуатации.

Основное требование к механизмам подъемных кранов заключается в обеспечении возможности производить большое число пусков и остановок в час. Такую подвижность механизма можно получить только за счет большого ускорения во время пуска и быстрого торможения при остановке. В связи с этим тормозные устройства являются одной из необходимых частей кранов.

Помимо назначения тормоза максимально ускорять остановку механизма, т. е. поглощать кинетическую энергию его движущихся масс, тормоза требуются, чтобы удерживать механизмы в состоянии покоя во время остановки двигателя. Например, все механизмы подъема обязательно должны быть снабжены тормозами во избежание самоспуска поднятого груза после остановки двигателя.

Нужны тормоза также и для автоматической остановки моста или тележки крана после перехода ими предельных положений и срабатывания конечных выключателей. В ряде схем прибегают к комбинированной системе торможения, при которой с помощью электрического торможения доводят частоту вращения электродвигателя почти до нуля и затем окончательно удерживают механизм механическим тормозом.

Для освобождения или затормаживания механизмов применяют дистанционное электрическое управление.

Для подъемных кранов с электрическим приводом управление тормозами осуществляется с помощью тормозных электромагнитов. В наиболее распространенной в краностроении конструкции колодочного или ленточного тормоза в качестве управляющего органа предусмотрен электромагнит.

При включении тормозного электромагнита колодки или лента тормоза разжимаются и механизм освобождается. После отключения магнита и отпадания его якоря или сердечника шкив затормаживается под действием пружины или груза, затягивающих колодки или ленту. При такой системе торможения достигается автоматическая работа тормоза без усложнения электрической схемы управления.

При всякой остановке электродвигателя, намеренной или вызванной какими-либо повреждениями, тормоз автоматически закрывается и механизм тормозится. Отключение главного рубильника при уходе крановщика из кабины управления автоматически вызовет затормаживание всех электродвигателей крана.

В зависимости от рода тока тормозные электромагниты делятся на следующие типы:

1) переменного трехфазного тока — тип КМТ;

2) переменного однофазного тока — тип МО;

3) постоянного тока — типы КМП, ВМ, МП и А.

Тормозные электромагниты изготовляют коротко- и длинноходовыми. Ходом электромагнита называется расстояние, на которое перемещается подвижная часть электромагнита при включении я- отключении тока. Ход У разных электромагнитов колеблется в пределах 10— 150 мм.

При установке электромагнитов стремятся использовать неполный ход магнита, чтобы оставался запас не менее 10% в нижнем положении якоря для его опускания по мере срабатывания колодок.

Рис. 5.15. Тормозной электромагнит постоянного тока типа КМП

1— корпус; 2 — катушка; 3 — направляющая немагнитная втулка; 4 — подвижной якорь; 5 — регулировочный винт

Тормозные электромагниты постоянного тока изготовляют для параллельного или последовательного соединения с электродвигателем. Электромагнит постоянного тока типа КМП (рис. 5.15) представляет собой стальной или чугунный цилиндр, внутри которого помещены катушка и подвижной якорь из мягкой стали. На нижней части корпуса имеются лапы для крепления к механической части тормоза. Для того чтобы сила тяги в начале и конце движения якоря была равномерной, сердечник магнита и противолежащий ему упор на крышке делают конической формы. Сердечник свободно скользит в направляющей втулке из немагнитного металла. Для смягчения ударов служит воздушный буфер. Ток подводится к клеммной коробке в нижней части корпуса. Катушки электромагнитов параллельного включения выполняются из тонкой изолированной проволоки с большим числом витков и обладают большой индуктивностью. В связи с этим к зажимам такого электромагнита подключается гасящее или разрядное сопротивление, снижающее перенапряжения, возникающие при его отключении.

Для электромагнитов последовательного включения не требуется разрядного сопротивления, поскольку имеется катушка из толстой проволоки с малым числом витков. По конструкции они не отличаются от электромагнитов параллельного включения. Этим электромагнитам свойствен один существенный недостаток, ограничивающий область их применения: изменение тока двигателя при подъеме различных грузов влечет за собой изменение и втягивающего усилия.

В связи с этим они регулируются на срабатывание при самом малом токе двигателя. Номинальное тяговое усилие магнитов параллельного включения гарантируется при падении напряжения до 10%.

Тормозные электромагниты переменного тока типа КМТ являются длинноходовыми и применяются для грузовых тормозов. Магнитопровод трехфазного магнита схож с сердечником трехфазного трансформатора. Он набирается из листов трансформаторного железа для уменьшения потерь от вихревых токов. Верхняя часть магнито-провода неподвижна, укреплена на корпусе, а нижняя может двигаться и во включенном состоянии плотно прижимается к верхней (рис. 5.16). Чугунный корпус состоит из двух частей, соединенных между собой болтами. На верхней части сердечника укреплены три катушки. Выводы катушек подводятся к клеммному щитку, установленному на боковой стенке корпуса. Сердечник может свободно перемещаться в вертикальном направлении, при движении он давит на шток находящегося внутри цилиндра плотно пригнанного к нему поршня. В свою очередь, поршень при движении сжимает воздух в цилиндре, что смягчает удары при включении и отключении магнита.

Рис. 5.16. Тормозной электромагнит трехфазного тока типа КМТ

1 — регулировочный винт буфера; 2 — подвижная часть; 3 — клеммная коробка; 4 — катушки; 5 — цилиндр воздушного буфера; 6 — поршень буфера

Работа воздушного буфера регулируется винтом, изменяющим при завинчивании площадь сечения воздушного канала, соединяющего полости над и под поршнем. Для сцеплений штока магнита с механическими деталями тормоза в нем сделаны два отверстия под углом 90° относительно друг друга.

При втягивании подвижной части сердечника в ее крайнем положении не должно быть зазора между подвижной и неподвижной частями. Попадание грязи и пыли на торцовые части сердечника ведет к образованию зазора, сердечник плотно не смыкается, вследствие чего ток резко возрастает и катушка перегревается, что может привести к ее перегоранию.

Тормозные электромагниты однофазного переменного тока типа МО имеют одну катушку, насаженную на неподвижную часть магнитопровода (рис. 5.17). Подвижная часть отжимается от неподвижной специальной пружиной. При включении катушки возбуждается магнитный поток, подвижная часть притягивается к неподвижной, преодолевая силу пружины, и нажимает на шток тормоза. При отключении тока подвижная часть отходит от неподвижной под действием пружины, тормоз закрывается и механизм затормаживается.

Для устранения вибрации в магнитах типа МО применяют успокоитель в виде короткозамкнутого витка или кольца из толстой медной проволоки, вставленного в пазы подвижной части магнитопровода. Под действием переменного магнитного потока в этом витке индуктируется своя ЭДС и возникает довольно значительный ток, протекающий по короткозамкнутому витку. Благодаря этому электромагнит работает спокойно, без шума. При разрыве короткозамкнутого витка тормозной магнит будет сильно гудеть.

Известно, что при протекании тока по проводнику вокруг него возникает магнитное поле. Короткозамкну-тый виток во время работы также создает магнитное поле, сдвинутое во времени по отношению к магнитному полю рабочей катушки электромагнита, питаемой переменным током. Магнитный поток изменяется с той же частотой, что и переменный ток.

Магнитный поток от короткозамкнутого витка сдвинут по отношению к основному потоку на 90°. Это значит, что поток короткозамкнутого витка во время спада основного магнитного потока возрастает и помогает удерживать сердечник в притянутом состоянии. Такое подмагничива-ние уменьшает вибрацию сердечника, поэтому коротко-замкнутый виток, применяемый в катушках переменного тока, называется успокоителем.

При тяжелом режиме работы нежелательно использовать электромагниты типа МО ввиду их быстрого износа. В этих случаях устанавливают магниты постоянного тока типов МП и А, питаемые от выпрямителя.

Полезную работу электромагнит совершает только при передвижении якоря; остальное время вся мощность, потребляемая из сети, затрачивается в магнитах постоянного тока на нагрев катушки. Теплота, выделяющаяся в катушке, должна быть отдана окружающей среде через охлаждающую поверхность корпуса. От медной обмотки катушки теплота передается поверхности корпуса как через воздушную прослойку между наружной поверхностью катушки, так и через латунный каркас катушки, вплотную соприкасающийся с направляющей трубой сердечника и через нее с корпусом магнита.

В отличие от электромагнитов постоянного тока в магнитах переменного тока очагами возникновения потерь и вследствие этого тепловыми очагами являются и катушки, и железо магнитопровода, причем причины образования потерь в этих местах различны. В то время как катушки больше всего нагреваются в момент включения, железо находится в худших условиях, когда магнито-провод замкнут и поток в нем достигает максимального значения.

Для электромагнитов типа КМТ кратность пускового тока составляет 10—30, типа МО — примерно 5—6.

Нормальными условиями работы магнита типа КМТ являются следующие: ПВ = 25% и 150 включений в час. Если число включений в час увеличивается, то соответственно возрастает нагрев катушек, так как большее число раз по ним проходит пусковой ток. Для того чтобы избежать повышенного нагрева, необходимо укоротить ход якоря согласно паспортным данным завода-изготовителя. При этом пусковой ток уменьшается почти пропорционально укорочению хода якоря.

Всем электромагнитам постоянного и переменного тока свойствен существенный недостаток: в начале движения якоря, когда требуется наибольшее усилие, магниты дают наименьшее усилие, а в конце хода, когда необходимо уменьшить усилие для ослабления удара, магнит развивает наибольшую силу.

У тормозных электромагнитов переменного тока могут сгореть катушки, если магнит включен, а сердечник не замкнулся по какой-либо причине (например, вследствие перекоса или заклинивания, а также при попадании грязи на поверхности ярма и сердечника). Ток при незамкнутом сердечнике будет в несколько раз большим, чем при замкнутом.

В настоящее время широкое распространение на кранах получают электрогидравлические толкатели (ЭГТ), свободные от недостатков, присущих электромагнитам, и обладающие большей надежностью.

Электрогидравлические толкатели по сравнению с электромагнитами имеют ряд преимуществ: – повышенную износоустойчивость; – малый расход меди (обмоточных проводов), в некоторых типах ЭГТ этот расход уменьшается в 10—12 раз; – значительное снижение массы; – однотипность исполнения, так как толкатели можно использовать в любом режиме ПВ = 100%; – значительное снижение пусковой мощности и расхода электроэнергии; – плавность процесса торможения и отсутствие ударов при включении и отключении, обусловливаемые гидравлической схемой толкателя и повышающие срок службы тормозов и тормозных накладок; – нечувствительность толкателя к возможным заклиниваниям механизма в любой точке хода штока, что недопустимо даже кратковременно в электромагнитах переменного тока, так как приводит к сгоранию катушек из-за большой силы тока.

Электрогидравлические толкатели предназначены для работы в следующих условиях: допустимое длительное колебание напряжения 85—105% номинального, кратковременное — до 100%; температура окружающего воздуха не выше 50 °С и не ниже — 40 °С; относительная влажность окружающего воздуха не более 90% при температуре 20 °С и не выше 50% при 40 °С.

Электрогидравлические толкатели изготовляют на усилия 160—180 Н в одноштоковом исполнении с погруженным в рабочую жидкость электродвигателем. Они подобны по конструкции и различаются лишь отдельными конструктивными элементами. Толкатели на усилия 1600, 3000 и 6000 Н изготовляют в двухштоковом исполнении с непогруженным электродвигателем, расположенным в верхней части толкателя над гидравлической частью и изолированным от рабочей жидкости.

Одноштоковые толкатели состоят из электродвигателя, активная часть которого погружена в рабочую жидкость, корпуса, центробежного насоса, поршня со штоком и цилиндра. Электродвигатель толкателя закрытый, с естественным охлаждением, маслонаполненный, фланцевого исполнения. Статор с обмоткой пропитан изоляционным маслостойким лаком, цементирующим обмотку. Сердечник ротора с короткозамкнутой алюминиевой обмоткой напрессован на вал двигателя. Выводное устройство электродвигателя состоит из панели с контактными зажимами, изготовленной из маслостойкого пресс-порошка, крышки выводной коробки и уплотнения из маслостойкой резины. Шток толкателя имеет в верхней части отверстие для присоединения толкателя к рабочему органу управляемого механизма. Поворотом штока можно ориентировать отверстие в любом направлении. Крепление толкателей к опоре шарнирное, осуществляемое через отверстия в проушинах нижней части корпуса.

Электрогидравлические толкатели устанавливают на специально спроектированные тормоза под толкатели, которые не взаимозаменяемы с тормозами под электромагниты. В связи с тем что в эксплуатации находится большое количество тормозов ТКТ-300 с электромагнитами МО-300Б, производство которых прекращено, рекомендуется подвергать тормоз ТКТ-300 переделке, чтобы установить на нем электрогидравлический толкатель типа ТГМ-50 вместо электромагнита МО-300Б. Переделка заключается в том, что с тормоза снимают электромагнит МО-300Б и на рычаг тормоза крепят кронштейн, на который устанавливают ЭГТ.

Электрогидравлический толкатель в одноштоковом исполнении (рис. 5.18) состоит из корпуса с крышкой, центробежного насоса, который приводит в действие электродвигатель, поршня со штоком и цилиндра.

Центробежное колесо насоса с односторонним всасыванием закреплено на валу электродвигателя. В конструкции колеса насоса применены прямые радиальные лопатки, обеспечивающие нормальную работу толкателя независимо от направления вращения. При включении электродвигателя центробежное колесо, вращаясь, создает избыточное давление под поршнем и поршень поднимается вместе со штоком до верхнего положения.

Рис. 5.18. Электрогидравлический толкатель

При этом масло над поршнем протекает через каналы между цилиндром и корпусом к нижней части центробежного колеса. Поршень остается в верхнем положении до тех пор, пока работает насос. При отключении электродвигателя центробежное колесо останавливается, исчезает избыточное давление и поршень со штоком под действием внешней нагрузки и собственной массы опускается в нижнее положение, перепуская рабочую жидкость из полости под поршнем в полость над поршнем; при этом обслуживаемый тормозной механизм приводится в исходное положение.

Рис. 5.19. Электрогидравлический толкатель ТГМ-50 с тормозом ТКТ-300

В верхней части корпуса или крышки толкателя предусмотрено отверстие с пробкой для заливки рабочей жидкости; отверстие с пробкой в нижней части предназначено для слива рабочей жидкости. Все резиновые уплотнения выполнены из маслостойкой резины. Их назначение — защищать места сопряжения деталей оболочки от проникновения рабочей жидкости.

Как указано выше, рекомендуется переделывать тормоз типа ТКТ-300 и устанавливать на нем электрогидравлический толкатель типа ТГМ-50 вместо электромагнита МО-ЗООБ. На рис. 5.19 показан пример установки этого ЭГТ вместо электромагнита типа МО-ЗООБ.

Электрогидравлические толкатели постепенно вытесняют электромагниты, несмотря на простоту их конструкции. Это объясняется тем, что при использовании ЭГТ достигается значительная экономия черных и цветных металлов, резко уменьшаются пусковые токи, ЭГТ менее чувствительны к перегрузкам, потребляемая мощность не зависит от положения поршня и внешнего усилия на штоке.

Первые ЭГТ не были свободны от некоторых недостатков, но последние модернизированные ЭГТ типа ТГМ широко применяются и работают вполне удовлетворительно.

Из сравнительных технических данных, приведенных в табл. 5.6, видно, что потребность в обмоточной меди электромагнитов значительно выше по сравнению с ЭГТ, а так как в настоящее время наша промышленность еще изготовляет около 150 тыс. тормозных электромагнитов в год, при полном переходе на ЭГТ будет достигнута существенная экономия меди.

Таблица 5.6

Сравнительные технические данные электромагнитов и ЭГТ

Основные технические данные ЭГТ представлены в табл. 5.7.

Перед установкой толкатель следует расконсервировать, проверить сопротивление изоляции обмотки статора относительно корпуса электродвигателя и между фазами обмотки. Проверку изоляции следует производить мегомметром с напряжением 500 В. Сопротивление изоляции в холодном состоянии должно быть не менее 20 МОм. При меньшем сопротивлении изоляции двигатель нужно просушить при температуре не выше 100 °С, предварительно сняв его с толкателя.

Таблица 5.7

Основные технические данные электрогидравлических толкателей

В горячем состоянии сопротивление изоляции должно быть не ниже 0,5 МОм. Далее нужно проверить, полностью ли заполнен толкатель рабочей жидкостью (трансформаторным маслом), и при необходимости долить сухое трансформаторное масло. Масло должно обладать электроизоляционным свойством — пробивное напряжение его должно быть не менее 20 кВ/мм. Причиной снижения пробивного напряжения может быть только попадание влаги или проводящей жидкости в масло. В этом случае масло требуется заменить, проверив изоляцию обмоток.

Электрогидравлический толкатель наполняется маслом в вертикальном положении через отверстие в крышке. Масло заливают через сетку-фильтр, чтобы твердые частицы не попали внутрь толкателя. При заполнении толкателя маслом воздух должен быть полностью удален из-под поршня и из электродвигателя. Для этого через 2—3 мин после заполнения толкателя маслом до максимального уровня закрывают пробкой отверстие и включают толкатель кратковременно несколько раз с нагрузкой на штоке, затем доливают масло до тех пор, пока он не начнет подниматься по наливному каналу. При заливке масла меньше нормы толкатель будет работать в неустойчивом режиме или шток вообще не поднимается.

Трансформаторное масло является рабочей жидкостью для всех типов толкателей. Однако при температуре от —40 до 10 °С толкатели ТЭГ-16 и ТЭГ-25 должны работать на масле ПГ-271, а толкатели ТГМ-25, ТГМ-50 и ТГМ-80 при температуре от —40 до 15 °С — на масле АМГ-10.

При отсутствии масла ПГ-271 и АМГ-10 толкатели могут работать при пониженных температурах на трансформаторном масле. В этом случае время рабочего хода толкателя при первых включениях несколько увеличится вследствие повышения вязкости масла. Чтобы снизить вязкость масла, необходимо несколько раз кратковременно включить толкатель на 10—20 ее интервалами 1—2 мин; масло немного разогреется, и толкатель будет работать нормально.

Нормальное рабочее положение толкателя вертикальное, штоком вверх, так как вверху расположен воздушный компенсатор. Допустимо отклонение аппарата от вертикали не более 15°, при больших отклонениях рабочая жидкость может смешаться с воздухом компенсатора, что приведет к некоторому снижению усилия на штоке и увеличению времени рабочего хода.

При работе на открытом воздухе ЭГТ необходимо защищать кожухом от прямого попадания атмосферных осадков, чтобы влага с крышки толкателя не могла быть втянута внутрь аппарата при обратном ходе штока. При установке ЭГТ на тормозе ход поршня должен использоваться на 2/3, чтобы по мере износа тормозных лент, когда ход поршня станет близким к номинальному, можно было произвести регулировку тормоза. В противном случае при износе тормозных накладок тормоз замыкаться не будет.

Через каждые три-четыре месяца необходимо проверять уровень масла и его качество. Масло в процессе эксплуатации стареет, в результате чего ухудшаются его электроизоляционные и смазочные свойства, увеличивается вязкость, масло темнеет. Поскольку процесс старения протекает неинтенсивно, з течение нескольких лет, вполне достаточно менять масло через два-три года. Возможные неисправности толкателей и способы их устранения приведены в табл. 5.8.

Дата добавления: 2015-05-08