Proiectarea Instalatiei de Incarcare-Descarcare

UNIVERSITATEA MARITIMĂ CONSTANŢA

FACULTATEA DE ELECTROMECANICĂ NAVALĂSPECIALIZAREA SISTEME ELECTRICE

LUCRARE DE LICENŢĂ

Conducator Ştiinţific: Conf. univ. dr. ing. Violeta-Vali Ciucur

Absolvent: Creţu Mihai-Octavian

-2010-

UNIVERSITATEA MARITIMĂ DIN CONSTANŢA

FACULTATEA DE ELECTROMECANICĂ NAVALĂSPECIALIZAREA SISTEME ELECTRICE

LUCRARE DE LICENŢĂ

Cargou mărfuri generale 7800 dwt.

Proiectarea instalatiei de

încărcare-descarcare

COORDONATOR ŞTIINŢIFIC: Conf. univ. dr. ing. Violeta-Vali Ciucur

Absolvent: Creţu Mihai-Octavian

-2010-

CUPRINS :

Introducere .....................................................................................................3

Listă tabelelor si a figurilor ............................................................................4

CAPITOLUL I Generalităţi. Stabilirea datelor iniţiale pentru proiectarea în raport cu

destinaţia şi prevederile legislaţiei în vigoare: .......................................................5

1.1. Instalaţii de încărcare – descărcare

............................................................5

1.2. Clasificarea şi descrierea instalaţiei de încărcare - descărcare cu bigi de

marfă.....6

1.2.1. Biga propriu -

zisă...........................................................................7

1.2.2. Manevre

curente.............................................................................8

1.2.3. Palancul de sarcină

.........................................................................8

1.2.4. Mecanisme de manevră

..................................................................8

1.3. Metode de utilizare a instalaţiei de încărcare - descărcare cu bigi navale...9

1.3.1. Metoda de operare cu o singură bigă cu un mandar dublu..................9

1.3.2 Metoda de operare cu două bigi cu palancurile cuplate......................10

1.3.3 Metoda de operare cu două bigi cu bigi mobile cuplate.....................10

1.3.4 Metoda de operare cu două perechi de bigi fixe la gura de magazie....11

CAPITOLUL II Stabilirea schemei cinematice. Descrierea diagramei de sarcină

2.1. Mecanismul de ridicare a

sarcinii .............................................................14

2.2. Calculul transmisie prin

cablu .................................................................15

2.3. Dispozitivul de prindere a

sarcinii .............................................................15

2.4. Calculul de alegere a

cablului ..................................................................16

1

2.5. Calculul cablului de

tracţiune....................................................................16

2.6. Determinarea elementelor principale ale

tobei............................................17

2.7. Alegerea

cuplajului.................................................................................18

2.8. Reductorul............................................................................................18

2.9. Rolele de egalizare şi

ghidare....................................................................19

CAPITOLUL III Alegerea motorului electric de acţionare pentru mecanismul de ridicare

3.1. Alegerea preliminară a motorului

electric..................................................20

3.2. Alegerea motorului

electric.......................................................................20

3.3. Caracteristicile

mecanice..........................................................................21

CAPITOLUL IV Calculul diagramei de sarcină pentru mecanismul de ridicare..........25

4.1. Ridicarea sarcinii

nominale......................................................................25

4.2. Coborârea cu frânare a sarcinii

nominale...................................................26

4.3. Ridicarea cârligului

gol............................................................................27

4.4. Coborârea forţată a cârligului

gol..............................................................29

4.5. Verificarea motorului din punct de vedere al

productivităţii..........................31

4.6. Verificarea motorului electric la

încălzire..................................................31

CAPITOLUL V Calculul regimului tranzitoriu electromecanic.............................32

5.1. Determinarea momentului

volant.................................................................32

2

5.2. Determinarea constantei de timp pentru cele trei trepte de

viteză..................32

5.3. Determinarea timpilor de

pornire..............................................................33

5.4. Calculul timpilor de

frânare......................................................................33

CAPITOLUL VI Stabilirea schemei electrice a sistemului de acţionare...................34

6.1. Date tehnice...........................................................................................34

6.2. Elementele componente ale schemei ...........................................................34

6.3. Principiul de funcţionare al schemei..........................................................35

CAPITOLUL VII Calculul de alegere al aparatelor de comandă si protecţie ............40

7.1 Alegerea contactoarelor de viteză C3,C4,C5...............................................40

7.2. Alegerea contactorilor de sens C1,C2 .......................................................42

7.3. Alegerea contactorului de frână C6...........................................................43

7.4. Alegerea releului intermediar d3..............................................................44

7.5. Alegerea releului de tip d7........................................................................44

7.6. Alegerea releului minimal de tensiune d4...................................................45

7.7. Alegerea controlerului de comandă...........................................................45

7.8. Alegerea siguranţelor fuzibile...................................................................47

7.9. Alegerea întrerupătorului automat..............................................................47

7.10 Alegerea releelor termice..........................................................................48

CAPITOLUL VIII Tehnologia întreţinerii şi reparării sistemului de acţionare

electrică..........................................................................................................49

8.1. Reparaţii şi revizii...................................................................................49

8.1.1. Tehnologia stabilirii defectelor în instalaţia electrică..........................51

8.2 Principalele defecte şi modul de remediere...........................................................53

3

Concluzii.............................................................................................................................56

Bibliografie.........................................................................................................................57

INTRODUCERE

Navele moderne se caracterizează prin viteze de marş ridicate. De aceea, timpul de

parcurgere a unei curse este de acelaşi ordin de mărime cu timpul de staţionare a navei în

porturi pentru încărcarea si descărcarea mărfurilor. Cele mai mari pierderi de timp au loc in

timpul operaţiunilor de încărcare - descărcare efectuate în porturile insuficient echipate cu

mecanisme de ridicare. În acest caz, operaţiile respective trebuie efectuate cu mijloace de

încărcare - descărcare de la bordul navei. În ultimii ani s-a observat o creştere neîntreruptă a

transporturilor de mărfuri navale datorită construirii unor tipuri speciale de nave echipate cu

mecanisme de încărcare - descărcare de productivitate mărită, principalul rol în mărirea

productivitaţii avându-l automatizarea procesului de încărcare si descărcare a navelor.

Automatizarea mecanismelor de încărcare - descărcare trebuie sa le confere acestora

siguranţa în funcţionare, depanare comodă, mase şi gabarite reduse etc.

Productivitatea mecanismelor de încărcare - descărcare în timpul diferitelor regimuri

de funcţionare se caracterizează prin cantitatea de mărfuri descărcate în unitatea de timp.

Productivitatea practică trebuie diferenţiată de cea teoretică. Productivitatea practică

depinde nu numai de caracteristicile mecanismului de încărcare - descărcare, ci şi de felul

mărfurilor, de pregătirea mărfurilor pentru operaţiile de încărcare - descărcare etc.

Productivitatea teoretică depinde numai de caracteristicile mecanismului de încărcare -

descărcare şi este conditionată de viteza de ridicare a sarcinii, de viteza de coborare a

cârligului fără sarcină, precum si de timpul de accelerare a acţionării.

Fiabilitatea funcţionării mecanismului de încărcare - descărcare este în funcţie de

fiabilitatea elementelor componente, inclusiv a acţionării electrice şi a schemei de comandă.

Simplitatea deservirii depinde de accesul uşor la elementele componente care necesită

operaţii de întreţinere şi reparaţii. Simplitatea comenzilor este condiţionată de posibilitatea

efectuării comenzilor de către personalul necalificat.

Dezvoltarea sistemelor automate de încărcare - descărcare se caracterizează prin

prezenţa câtorva nivele de automatizare. Sistemele cu comandă directă, prin controler,

corespund primului nivel de automatizare. În cel de-al doilea nivel sunt cuprinse acţionări

electrice care au scheme de comandă la distantă cu reacţie inversă. Cel de-al treilea nivel

prevede construirea unor posturi de comandă centralizată a unor sisteme automate pentru un

grup de mecanisme de încărcare - descărcare şi utilizarea unor calculatoare de proces cu

2

scopul efectuării întregului complex de operaţii de încărcare - descărcare fără participarea

operatorului.

Listă figuri

- Figura nr. 1 Biga de marfă...................................................................12

- Figura nr. 2 Caracteristicile mecanice n = f (M)…………………..…24

- Figura nr. 3 Schema electrică de acţionare a mecanismului de ridicare-

coborâre………………………………………………………………………………..……39

Listă tabele

- Tabelul nr. 1 Parametrii motorului electric..............................................................21

- Tabelul nr. 2 Caracteristica mecanică naturală pentru treapta a III-a de turaţie......23

- Tabelul nr. 3 Caracteristica mecanică naturală pentru treapta a II-a de turaţie........23

- Tabelul nr. 4 Caracteristica mecanică naturală pentru treapta I de turaţie ..............23

- Tabelul nr. 5 Regimul de lucru..................................................................................30

- Tabelul nr.6 Diagrama contactelor............................................................................46

3

CAPITOLUL I

Generalităţi. Stabilirea datelor iniţiale pentru

proiectarea în raport cu destinaţia şi prevederile legislaţiei în vigoare

1.1. Instalaţii de încărcare – descărcare:

Prin instalaţii gravitaţionale se înteleg sistemele mecanice care au ca scop

învingerea, în prezenţa frecării, a forţelor de gravitaţie, în vederea deplasării pe verticală sau

pe orizontală a unor mase ca: mărfuri generale ( instalaţii de ridicat ), bărci de salvare sau de

serviciu ( instalaţii de salvare ), capace mecanice ale gurilor de magazii.

Manipularea mărfurilor poate fi realizată cu:

- instalaţii cu bigi de marfă

- instalaţii cu cranice

- poduri rulante

- instalaţii speciale ( benzi rulante )

Navele de transport maritim sunt, in general, dotate cu o instalaţie de manipulare a

mărfurilor de construcţie specială în scopul efectuarii operaţiilor de încărcare - descărcare de

mărfuri.

Această instalaţie, numită de încărcare - descărcare, esta adoptată si proiectată în

raport cu destinaţia navei. Instalaţia de încărcare - descărcare oferă posibilitatea manipulării

mărfurilor, independent de instalaţiile portuare asigurandu-i, astfel, operativitatea în orice

port de escală.

Performanţele tehnice şi de exploatare ale instalaţiei vor trebui să răspundă

condiţiilor generale de ordin economic privind reducerea staţioăarii navei în porturile de

escală.

Analizele economice arată că la cargouri cât şi la navele de transport specializate

durata staţionării în porturi este mai mare decat timpul folosit pentru deplasări între porturile

4

de escală, iar în porturi majoritatea timpului este consumat în cadrul operaţiunilor de

încărcare - descărcare.

Instalaţia de încărcare - descărcare din dotarea majorităţii navelor destinate

transportului de mărfuri generale şi mai ales cele de constructie mai veche, se compune din

bigile navale de marfă, cu toate mecanismele, manevrele curente şi accesoriile relativ

complexe, implicate de utilizarea acestui sistem.

Numeroase nave, şi în mod deosebit cargourile moderne de mărfuri generale, au

înlocuit instalaţia clasică de încărcare bazată pe bigi, prin macarale navale acţionate electric

sau hidraulic, care măresc viteza de operare şi siguranţa în manipulare, dar sunt limitate în

privinţa capacităţii de ridicare faţă de posibilitatea bigilor şi mai ales ale celor de mari

greutăţi.

Instalaţiile de încărcare - descărcare se caracterizează prin:

- capacitatea de încărcare a mecanismului sau capacitate de încărcare în siguranţă

SWL ( Safe Working Load ), care reprezintă greutatea maximă admisibilă ce poate fi

ridicată cu instalaţia respectivă; ea cuprinde şi greutatea dispozitivelor auxiliare folosite

pentru fixarea şi manipularea încărcăturii: zbiruri, palancuri, platforme, plase, bene, etc.;

- productivitatea instalaţiei de încărcare - descărcare , care este caracterizată de

cantitatea de marfă în unitatea de timp;

- regimul de funcţionare, care este determinat de caracteristica operaţiei de încărcare -

descărcare şi funcţie de natura marfii. Putem avea: regim de funcţionare de lungă durată,

regim de funcţionare de scurtă durată, regim de funcţionare cu intermitenţă;

- siguranţa în exploatare, ce caracterizează funcţionarea fără întrerupere a instalaţiei

din punct de vedere mecanic şi electric;

- simplitatea montării, ceea ce implică dispunerea întregii instalaţii pe acelaşi suport;

- deservire simplă, înţelegând prin aceasta accesul rapid şi comod la instalaţia de

încărcare - descărcare pentru reparaţii;

- simplitatea conducerii, adică punerea uşoară în funcţiune şi manevrarea simplă;

- economicitatea, adică preţ de cost scăzut al instalaţiei, preţ de întreţinere mic,

funcţionare cu randament ridicat, consum energetic scazut;

1.2. Clasificarea şi descrierea instalaţiei de încărcare - descărcare cu bigi de

marfă:

Există două tipuri de bigi navale:

- biga uşoară, care are capacitatea de ridicare sub 10 tf;

5

- biga grea, care are capacitatea de ridicare de 10 tf sau mai mult;

Instalaţia de încărcare - descărcare este compusă din următoarele elemente:

- coloana ( catarg )

- biga de marfă, din tub metalic sau o flesă de lungime şi diametru determinate,

articulat cu capătul inferior aproape de baza coloanei; biga este mobilă atât în plan orizontal

cât şi în plan vertical, în anumite limite calculate;

- manevrele curente, de regulă sub forma unor palancuri, servind pentru orientarea

bigii în planul orizontal şi vertical şi la fixarea acesteia în poziţie de lucru;

- palancul de sarcină, destinat ridicării şi coborârii coţadei;

- mecanismele de manevră, troliu pentru balansină şi vinci de marfă pentru

manevrarea palancului de marfă al bigii.

1.2.1. Biga propriu-zisă:

Lungimea tubului metalic trebuie să asigure, la unghiul minim de operare, bătaia

bigii până la 2/3 din lungimea gurii de magazie pe care o deserveşte. În poziţia de lucru în

afara bordului biga trebuie să bată minimum 2,5 m dincolo de copastia navei, la înclinare θ

= 30°, aşa încât să poată opera la vagoanele primei linii de cale ferată de lângă cheu.

Diametrul bigii este mai mare la mijlocul lungimii tubului spre a putea suporta bine

efortul axial de compresie pe timpul lucrului în sarcină, cât şi eforturile de încovoiere la care

este supus pe timpul operaţiunilor.

Capătul superior al bigii este prevazut cu armături sub forma unei brăţări cu urechi

pentru balansină, gaiuri şi pentru palancul de sarcină.

Capătul inferior al bigii este articulat pe catargul suport sau pe coloane de bigi,

asigurându-se mişcarea în înălţime şi pe orizontală.

Coloana de bigi este un arbore metalic tubular, mai scurt decat arborii navei, cu

diametrul relativ mare, deci foarte rezistent, pe care se articulează una sau mai multe bigi ale

instalaţiei de încărcare.

Bătaia bigii ( raza de acţiune ) este distanţa măsurată în plan orizontal a porţiunii de

la punctul de articulaţie al bigii la coloană, până la verticala palancului de sarcină. Este

variabilă în raport cu unghiul de înclinare al bigii şi cu lungimea acesteia. ( X = 1cosθ ).

Unghiul de înclinare al bigii este unghiul măsurat în plan vertical, format de direcţia

bigii cu planul orizontal. Pentru bigile uşoare unghiul mediu de lucru se consideră 30°, iar

pentru bigile grele, 25°.

6

Articulaţia bigii la coloană trebuie să permită manevra simultană a bigii atât în plan

orizontal, cât şi în plan vertical, având rezistenţa cerută de eforturile de compresie ce se

exercită de-a lungul bigii sub sarcină.

1.2.2. Manevre curente:

a) Balansina bigii este manevra curentă destinată să manevreze biga în plan vertical şi

să o fixeze în poziţia de lucru la un unghi de înclinare stabilit.

b) Gaiurile şi contragaiurile, sunt manevre curente destinate orientării bigii în plan

orizontal, fixarea acesteia în poziţia de lucru şi, la nevoie, în raport cu metoda de

lucru, rotirii bigii în direcţie cu coţada de marfă.

c) Gaiul ( palancul ) de distanţare, face legătura între capetele superioare a două bigi

care operează la aceeasi magazie, după una din metodele de lucru cu două bigi.

Rolul gaiului de distanţare constituit, de regulă, dintr-un palanc cu macarale multiple,

este de a înlocui gaiurile interioare ale celor două bigi descongestionând astfel locul de

muncă.

1.2.3. Palancul de sarcină:

Palancul de sarcină serveşte la manevra greutăţilor, macaraua superioară a palancului

se prinde de armătura capătului superior a bigii. Capătul trăgător iese prin macaraua

superioară sau prin macaraua inferioară, după cum palancul funcţionează trăgând sau

ridicând şi este dirijat prin pastica de ghidare la tamburul vinciului de marfă.

Tipul palancului de sarcină depinde de capacitatea de ridicare a bigii. La bigile de 1-3

tf capacitate, palancul este un mandar simplu spre a asigura o viteză de operare cât mai

mare. Pentru greutăţile mai mari se prevăd palancuri cu macarale multiple, dar a căror viteză

de operare scade.

1.2.4. Mecanisme de manevră:

a) Troliile balansinelor sunt instalate la baza coloanelor de susţinere a bigilor şi pot

fi acţionate independent sau de către vinciurile de marfă, prin intermediul unui cablu de

transmisie. Sunt prevăzute dispozitive cu clichet pentru evitarea desfăşurării cablului în

cazul decuplării vinciului sau deconectării curentului electric. Pe tamburul troliului, capătul

trăgător al balansinei este necesar să aibă înfăşurate minimum 3 spire de cablu în poziţia de

lucru, la unghiul minim de înclinare.

7

b) Vinciurile de marfă pot fi acţionate cu aburi, electric sau hidraulic şi au rolul de

a manevra palancul de sarcină prin intermediul capătului trăgător înfăşurat pe tamburul

vinciului.

Vinciul de marfă are şi tamburi pentru parâme şi la fiecare capăt al axului pentru

manevre diferite la bord, inclusiv pentru manevra navei.

Vinciurile electrice au frână de mână sau de picior, folosind exclusiv pentru reglarea

vitezei de ridicare sau coborâre a greutăţii, dar nu şi pentru stopare.

De asemenea, dispun de o frână automată pentru oprirea manevrei în cazul

întreruperii curentului din cauza unei defecţiuni.

Unele vinciuri de forţă sunt prevăzute cu două sisteme de acţionare dintre care unul

este destinat manevrei greutăţilor mari ( cu viteză mică ).

La vinciurile cu acţionare hidraulică se prevăd dispozitive care să excludă

posibilitatea căderii încărcăturii sau deplasării necontrolate a bigii la scăderea presiunii în

instalaţia hidraulică.

Frânele vinciului trebuie să acţioneze lin, fără şocuri.

Tamburele vinciurilor trebuie să aibă o lungime care să permită înfăşurarea capătului

trăgător într-un singur strat. Nu se admite înfăşurarea cablului pe mai mult de 3 straturi.

Tamburele vinciurilor cu cablu înfăşurat pe un singur strat trebuie sa aibă straturi

elicoidale. Gulerele tamburelor netede trebuie să se înalţe deasupra stratului superior al

cablului cu cel puţin 2,5 ori diametrul cablului.

1.3. Metode de utilizare a instalaţiei de încărcare - descărcare cu bigi navale:

Instalaţia de încărcare - descărcare cu bigi navale poate fi utilizată după mai multe

metode de exploatare în raport de:

- numărul de bigi care deservesc o magazie;

- felul mărfii şi greutatea diferitelor piese;

- condiţiile specifice şi siguranţa în manipulare cerute de natura mărfii.

Bigile usoare navale sunt prevăzute, în general, cu un palanc de sarcină de tipul

mandarului simplu, cu cablu de sarcină de diametru corespunzător greutătilor normale de

manipulat . Acest lucru conduce la avantajul asigurării unei viteze mari de operare,

mandarul fiind cu un singur rai.

1.3.1. Metode de operare cu o singură bigă cu un mandar dublu:

8

Este cea mai eficientă metodă de exploatare spre a manipula greutăţi mai mari decât

capacitatea de ridicare a mandarului simplu, respectând capacitatea de ridicare în siguranţă a

bigii.

Se utilizează când la o magazie se dispune de o singură bigă sau, când din diferite

motive, nu se poate folosi a doua bigă. Biga se armează uşor, se manevrează repede şi

coţada poate fi amplasată aproape în orice loc, pe suprafata de operare, după necesitate.

Dupa ridicarea greutăţii din magazie, cu ajutorul mandarului dublu, biga cu greutatea

se manevrează în direcţie cu ajutorul gaiurilor, apoi coţada se coboară şi se dispune pe locul

stabilit.

Metoda are avantajul măririi câştigului de forţă ( F = 12/20 Q faţă de F = 11/10 Q al

mandarului simplu ) şi dezavantajul reducerii vitezei de operare.

1.3.2. Metode de operare cu două bigi cu palancurile cuplate:

Această metodă mai poartă denumirea de metoda de lucru în telefon şi constă în

deplasarea coţadei de marfă folosind simultan vinciurile şi palancurile de sarcină ale celor

două bigi aflate la capătul unei guri de magazie, aşezate în poziţie fixă atât ca înclinare cât şi

ca direcţie; biga de magazie se fixează deasupra gurii de magazie şi are rolul de a ridica sau

coborî din magazie; biga exterioară se fixează lateral, deasupra locului unde coboară sau

ridică greutatea.

Aceste metode au o variantă prin utilizarea ca palanc de sarcină la fiecare bigă a

unui mandar dublu în loc de unul simplu, ceea ce asigură un mare câştig de forţă. Macaraua

alunecatoare a fiecărui mandar dublu este prinsă cu o cheie de împreunare a carligului de

ridicare comun. Fiecare bigă se fixează pe poziţie prin manevrele curente proprii ( balansine

şi contragaiuri ).

1.3.3. Metoda de operare cu două bigi mobile cuplate:

O greutate mai mare decât capacitatea de ridicare a unei singure bigi poate fi ridicată

folosind două bigi care lucrează în cuplu ca o singură bigă mobilă.

În acest caz, mandarul fiecăreia din cele două bigi se prinde la verticală, cu cârligul

de ridicare, de capetele respective ale unei traverse de cuplare, care serveşte ca mijloc de

echilibrare a eforturilor pe vinciul de marfă; greutatea de manevrat se controlează la

mijlocul acestei traverse.

Cele doua bigi sunt aşezate în poziţia fixată pe timpul ridicării şi coborârii greutăţii,

folosind manevrele curente ( balansine, contragaiuri, palancuri de distanţare ). Pentru

9

deplasarea coţadei, spre exemplu de la magazie spre cheu, se ridică greutatea cu vinciurile

ambelor bigi, simultan; apoi, prin intermediul gaiurilor, ambele bigi sunt manevrate

simultan spre cheu şi greutatea se coboară actionând vinciurile.

Metoda este în general dificilă, poate impune lăsarea greutăţii pe punte spre a

schimba poziţia bigilor şi implică numeroase măsuri de siguranţă. De aceea, se utilizează în

cazuri excepţionale.

1.3.4. Metoda de operare cu două perechi de bigi fixate la gura de magazie:

Multe nave sunt prevăzute cu guri de magazie deservite de două perechi de bigi

obişnuite. Acestea pot opera cu una din metodele indicate sau două perechi de bigi cuplate.

Cele 4 bigi se armează astfel:

- bigile prova si pupa se fixează ca înclinare şi direcţie ca în metoda de operare cu

palancuri cuplate ( telefon );

- apoi, mandarul bigii de magazie şi respectiv al bigii exterioare din prova magaziei se

trec prin câte o macara alunecătoare şi se îmbină printr-o cheie de împreunare cu mandarul

bigii corespunzatoare din pupa magaziei;

- cele doua macarale alunecătoare care unesc mandarele bigilor prova - pupa din

acelaşi bord se manevrează aşa încât cheile de împreunare ale mandarelor să se înalţe

aproape de capetele superioare ale macaralelor din pupa magaziei;

- dupa aceasta, cele două macarale alunecătoare se leagă între ele cu chei de

împreunare şi cu lanţ, de care se prinde cârligul de ridicare.

Sistemul astfel pregătit este acţionat numai de vinciurile macaralelor din prova,

funcţionând pentru încărcarea şi descărcarea în sistemul bigilor cuplate ( telefon ) şi putând

manipula greutăţi ceva mai mici decat suma capacităţilor de ridicare în siguranţă ale celor

două mandare. Sistemul are avantajul că se pregăteşte repede, poate manevra greutăţi mari,

utilizează numai două vinciuri şi permite trecerea rapidă la un alt sistem de lucru mai

simplu.

10

Figura nr. 1 BIGA DE MARFĂ

Elemente componente:

1. biga propriu-zisă

2. catargul (coloana bigii)

3. capătul inferior al bigii

4. capătul superior al bigii

5. articulaţia pentru mişcarea bigii în înălţime

6. articulaţia pentru mişcarea bigii în direcţie (bulon vertical)

7. palancul de balansină (balansina)

8. troliu de balansină (manevra bigii în înălţime şi fixarea la unghiul de înălţime θ)

9. gai şi contragai

10. palanc de gai şi contragai

11

11. armătura capătului superior al bigi

12. macaraua superioară a palancului de sarcină

13. cablu de sarcină

14. ganciul bigii (cârligul palancului de sarcină)

15. pastica de ghidare a cablului de sarcină

16. vinci de sarcină

17. cablu de siguranţă

18. placă triunghiulară

12

CAPITOLUL II

Stabilirea schemei cinematice. Descrierea diagramei de sarcină.

Alegerea sistemului de acţionare se face pe considerente economice în aşa fel încât

sistemul să fie simplu, robust la nivelul tehnicii actuale, economic şi să satisfacă toate

condiţiile impuse.

Dimensionarea şi alegerea elementelor componente din sistemul de acţionare

electromecanic comportă:

- dimensionarea şi alegerea elementelor mecanice din schema cinematică;

- alegerea motorului electric de acţionare; determinarea şi alegerea aparatajului

electric de comandă, de protecţie, de măsură, şi a dispozitivelor de siguranţă;

- elementele mecanice din schema cinematică se calculează în măsura în care

sunt necesare pentru a furniza datele cu privire la alegerea motorului electric şi

sistemului de acţionare electric.

2.1. Mecanismul de ridicare a sarcinii:

Mecanismul de prindere a sarcinii cuprinde dispozitivul de prindere, un lanţ de care

se fixează elementul de ghidare a cablului de tracţiune, tamburul pentru înfăşurarea

cablului, cuplajul dintre tambur şi reductor, reductorul cu roţi dinţate cilindrice,

cuplajul dintre electromotor şi reductor, electromotorul de acţionare şi frână

electomagnetică.

Elemente componente :

- Cablu de tracţiune;

- Roţi de ghidare;

- Tambur;

- Cuplaj cu bolţuri;

- Reductor;

- Cuplaj dinţat simplu;

- Motor electric;

- Frână electromagnetică.

13

2.2. Calculul transmisiei prin cablu:

La calculul transmisiei prin cablu se ţine seama de următorii factori:

- Condiţiile de funcţionare;

- Solicitările din cablu;

- Materialul cablului;

Condiţiile de funcţionare a transmisiei prin cablu sunt date conform STAS

466-79. Grupele de funcţionare ale mecanismului de ridicat sunt stabilite în funcţie de

3 factori:

- Clasa de utilizare;

- Starea de încărcare (solicitare);

- Starea de funcţionare.

Clasa de utilizare caracterizează timpul de funcţionare mediu Tz prevăzut

pentru mecanismul respectiv exprimat in ore.

Timpul de utilizare mediu zilnic Tz pentru un mecanism se determină luând

în considerare următoarele elemente:

- Numărul de cicluri pe zi, Nz;

- Numărul de cicluri pe oră pentru fiecare schimb, Nc1, Nc2, N3

- Timpul de funcţionare al mecanismului respectiv într-un ciclu tm [ore];

- Durata totală a ciclului, tc[ore];

- Nc1 = Nc2 = Nc3= 12 [cicluri / ora]

NZ = 8( Nci + Nc2 + Nc3) = 8 * 24 = 336 [cicluri / zi]

tm = 96,869 [s] = 0,026 [ore]

tc = 256,865 [s] = 0,071 [ore]

TZ = tm * NZ = 0,026 * 336 = 8,864 [ore]

Pentru a alege Tz = 8,864 se alege clasa de utilizare T7 căreia îi corespunde o durată

de serviciu de 25 000 ore de utilizare intensivă.

Din tabeul II STAS 4662 - 79 alegem starea de funcţionare 4 pentru condiţiile

de funcţionare cu solicitări inferioare.

2.3. Dispozitivul de prindere a sarcinii:Dispozitivul trebuie să permită o prindere rapidă şi sigură a sarcinii în

vederea realizării unei mari productivităţi şi siguranţă în funcţionare.

În acelaşi timp se urmăreşte ca greutatea proprie a dispozitivului să fie cât mai

mică fiind o sarcină inutilă.

14

Conform STAS 4662 - 79 pentru grupa de funcţionare M6 la sarcină nominală 3 tf

am ales modelul 11 al cârligului, din tabela l0 cu clasa de rezistenţă S.

Din STAS 1944 - 81 corespunzător numărului de model am ales un cârlig S 11 253 -

S unde notaţiile au următoarele semnificaţii:

- S, cârlig forjat simplu brut;

- 11, numărul modelului;

- 253, lungimea cârligului;

- S, clasa de rezistenţă a cârligului.

2.4. Calculul de alegere a lanţului:Se dimensionează diametrul zalei dz. Zala lanţului este solicitată la întindere,

încovoiere şi strivire.

Pentru uşurarea calculelor se neglijează atât efectul formei zalei cât şi neterminarea sa

statică interioară, amintind o repartiţie uniformă a formei de tracţiune pe secţiunea

transversală a celor două porţiuni rectilinii ale zalei.

Se alege un lanţ calibrat obişnuit la sarcina de 3 tf, conform STAS 7951 - 80 tip NS cu

dz= 22 mm, pasul p = 61 mm, lăţimea zalei b = 67 mm.

Lanţul este de tip NS 22 STAS 7951 - 80.

- Sarcina la deformare, 60 000 [N]

- Sarcina de rupere este de 160 000[N]

- Masa pe metru liniar, 8,2 (Kg / m]

- Lanţul are 4 zale

2.5. Calculul cablului de tracţiune:

Legătura cinematică între cârligul de agăţare a sarcinii şi tamburul de sarcină se

asigură prin intermediul cablului de tracţiune.

Se folosesc cabluri de oţel rotunde compuse, executate din sârmă de oţel mată cu sens

de înfaşurare Z / S fiind indicate în STAS 1689 - 80. Solicitările de rezistenţă la care sunt

supuse cablurile sunt:

- Solicitarea de întindere la ridicarea sarcinii;

- Solicitarea de încovoiere la înfăşurarea pe tambur;

- Solicitarea de tensiune datorată înfăşurării pe elice;

- Solicitarea suplimentară datorită frecării firelor unul de celalalt şi care se consideră

în calcule ca fiind un coeficient luat în calcule de solicitarea de încovoiere.

15

Cablul se alege pe baza solicitării de întindere. Se calculează o sarcină teoretică de

rupere la solicitarea de întindere.

Ftn = => Ft

n = = 2538,33[Kgf]

c = 4,5 coeficient de siguranţă la tracţiune pe tambur.

Pentru Ftn = 2538,33 Kgf se alege cablul SIL - 22 - 6 19 - 1760 Z / S conform STAS 1689-

80, unde notaţiile au următoarele semnificaţii:

- 22, diametrul in milimetri;

- 6, numărul de toroane;

- 19, numărul de fire;

- Z / S, numărul de înfăşurare a firelor în toroane şi al toroanelor în funie.

2.6. Determinarea elementelor principale ale tobei:În funcţie de diametrul ales pentru transmisia prin cablu, diametrul de înfaşurare al

cablului pe tambur se determină în conformitate cu cele prezentate la paragraful anterior.

Toba este de construcţie simplă, cu un cant elicoidal pe suprafaţa cilindrică, în care se

înfăşoară cablul de oţel.

Profilul canalelor în funcţie de diametrul cablului ales se determină după STAS 6979 -

72.

Dimensiunile canalelor sunt următoarele:

- Diametrul nom. cablu D = 22 mm;

- Raza = 12mm.;

- Pasul p = 24mm.;

- Înălţimea h = 7 mm.

Lungimea părţii canelate se determină astfel pentru tamburul pe care se înfăşoară o

singură ramură de cablu:

L = *p

- H = înălţimea de ridicare, H = 18mm.

- i = raportul de transmisie al mec. i = 1.

- D = diametrul tamburului, Dt = 0,45 m

- n1 = numărul de spire de siguranţă n = 2, n = 3

- n2 = numărul de spire necesar pentru prinderea cablului pe tambur n2 = 2-4 spire

- p = pasul, p = 0,024

16

L = *0,024 = 0,467[m]

Unghiul de înclinare al şanţului elicoidal este dat de relaţia:

tgβ = = 0,014

β = 0°45'

Tamburul se execută: construcţie turnată din oţel sau construcţie sudată din tablă O.L.

Tabla este supusă la o presiune exterioară uniform distribuită. Grosimea peretelui

tobei ce se execută se determină pe baza solicitărilor la compresiune transversală, deoarece la

tobele de dimensiuni obişnuite eforturile unitare datorate solicitării la tensiune şi încovoiere

sunt foarte mici în raport cu prima solicitare.

Grosimea peretelui se determină cu relaţia:

b = 0,02* D (6 ...10) mm

b = 0,02* 640(6... 10) =18,8mm

Se alege dimensiunea STAS b = 20 mm.

2.7. Alegerea cuplajului:

Cuplajul se alege în funcţie de efortul la care este supus pe durata solicitării precum şi

de natura acestuia.

Ţinând seama de acestea, am folosit un cuplaj dinţat STAS 6589 - 74. Aceste cuplaje

permit deplasări radiale mici, unghiulare şi axiale.

Deplasările axiale sunt de 2—8 mm.

Ca element de bază la alegerea cuplajului se consideră valoarea momentului rezistent

transmis.

Forma, dimensiunile, parametrii principali, materialele şi indicaţiile pentru alegerea

cuplajului se găsesc in STAS 6589 - 74.

Am ales cuplajul dinţat tip 3 model IPTCM cu momentul maxim de transmisie 3150

[Nm].

2.8. Reductorul:

Reductoarele folosite la maşinile de ridicat sunt de construcţie specială, din cauza

condiţiilor de funcţionare caracterizate printr-un număr mare de accelerări şi frânări a

corpurilor în mişcare şi din cauza condiţiilor de montare specifice într-un spaţiu cât mai redus,

pe părţile mobile ale macaralelor supuse la şocuri mecanice.

17

Reductorul se alege cunoscând puterea pe care trebuie să o transmită precum şi

regimul de funcţionare.

PS = [Kw]

În cazul macaralei puterea de transmisie se determină cu relaţia:

- (QN+q) = greutatea de ridicat in [KN];

- VN = viteza de ridicare in [m / s];

- ηt = Randamentul total al mecanismului.

Pentru un troliu in trei trepte cilindrice randamentul va fi:

η = η3red * ηtambur * ηcuplaj = 0,933 * 0,96 * 0,86 = 0,76

PS[3tf] =

Conform STAS 6850 - 69 am ales un reductor cilindric cu seria 3H1 - 001 cu

următoarel caracteristici:

- At = 610 mm, distanţa dintre arborele de intrare şi cel de ieşire;

- A1 = 160 mm, distanţa dintre primul şi al doilea arbore;

- A2 =200mm, distanţa dintre al doilea arbore şi al treilea arbore

- A3 = 250 mm, distanţa dintre al treilea şi ultimul arbore;

- Lmax = 1031 mm, lungimea totală a reductorului.

Reductorul este cu cumulare de viteză pe treapta a doua.

2.9. Rolele de egalizare şi ghidare:

Rolele pentru cablul de oţel se execută prin turnare din fontă sau

oţel.De asemenea se mai pot confecţiona prin sudare din platbandă de oţel.

La aceste role se deosebesc următoarele elemente:

a) obada care are la periferie un şanţ corespunzător cablului

b) butucul rolei care se roteşte liber pe un ax fix

c) discul circular de legătură

Raportul minim dintre diametrul de ghidare şi conducere a cablului în funcţie de

unghiul de înfăşurare trebuie să corespundă relaţiilor:

D/d = 25 pentru α = 5° 10°

D = 25mm, d = 22mm D = 25*22 = 550mm

18

CAPITOLUL III

Alegerea motorului electric de acţionare pentru mecanismul de ridicare.

3.1. Alegerea preliminară a motorului electric:

- Cuplul static la arborele motorului electric la ridicarea sacinii nominale: M1[

3tf] =

- Cuplul static la arborele motorului la coborârea sarcinii nominale:

M2[3tf] =

- Turaţia motorului electric pe treapta de turaţie ridicată necesară pentru asigurarea vitezei impuse de ridicarea sarcinii nominale:

n =

- Turaţia motorului electric pe treapta de turaţie coborâtă necesară pentru asigurarea

vitezei impuse de aşezarea sarcinii nominale:

na =

- Calculul puterii la ridicarea sarcinii nominale pe treapta de turaţie ridicată:

P1[Kw] =

- Calculul puterii la coborârea sarcinii nominale pe treapta de turaţie coborâtă:

P2 =

3.2. Alegerea motorului electric:

Se alege un motor electric de tip MAP 612—6/12/24 cu trei trepte de turaţie, cu

rotor în scurtcircuit având trei înfăşurări statorice distincte în conexiuni stea,

parametrii fiind indicaţi în următorul tabel:

19

Parametrii motorului electric Treapta I Treapta II Treapta I I I

Numărul de poli 24 12 16

Puterea nominală PN[ Kw] 5 16 32

Turaţia nominală [rot / min] 200 425 910

Curentul nominal IN [A] 51 59 70

Curentul de pornire Ip[A] 75 150 340

Cuplul critic Mk [Nm] 600 700 850

Cuplul de pornire Mp[Nm] 600 680 730

Randamentul nominal N [%] 34 66 79

Factorul de putere cos 0,44 0,62 0,88

Durata relativă de acţionare DA[%] 15 25 40

Momentul de volant GD* [Nmz] 70 70 70

Tensiunea nominală Un[V] 380 380 380

Conexiuni statorice

Gradul de protecţie IP56

TABELUL NR.1 : Parametrii motorului electric

3.3. Caracteristicile mecanice n = f (M):

Se calculează cuplul nominal al motorului pentru treapta a III-a de turaţie şi

se compară cu momentul static M1.

MN = 9550*

Trebuie îndeplinită condiţia:

MN > Mi

335,82[Nm] > 253, 5[Nm], deci condiţia este îndeplinită.

Alunecarea nominală:

Sn = unde n0 = turaţia de sincronism

n0 = unde

p = numărul de perechi de poli: p=3

SN =

Alunecarea critică:

SK = SN

20

Expresia analitică a caracteristicii mecanice naturale a motorului electric asincron

este de forma: M , unde

- M = cuplul dezvoltat de motor la arbore;

- MK = cuplul critic al motorului electric;

- S = alunecarea corespunzătoare cuplului M;

- SK = alunecarea critică a motorului electric.

n1 = n0 (1-S); S = 0; M = 0; n = n0 (1-S) = 1000[rot/min]

Pentru S = SN = 0,09 se calculează cuplul motorului M:

M =

n = n0 (1-S) = 1000 (1-0,09) = 910[rot/min].

Pentru S = 0,5 => n = 1000 (1-0,5) = 500[rot/min]

M =

Pentru S = 0,8 => n = 1000 (1-0,8) = 200[rot/min]

M=

Datele obţinute sunt prezentate centralizat în tabel.

Se trasează caracteristica mecanică naturală.

Pentru treapta a II-a de turaţie se obţin următoarele caracteristici:

MN = 9550*

n0 =

SK = SN2

SN2 =

Folosind relaţiile:

21

M = si n = n0 (1-S), rezultă tabelul nr. 3 şi caracteristica naturală mecanică 2.

Pentru treapta I de turaţie:

MN = 9550*

SN1 =

- Turaţia de sincronism: n0= (60 * f) / p = (60 * 50) / 12 = 250[rot/min]

- Alunecarea nominală : SN1 =

- Coeficientul de suprasarcină sau supraincărcare :

- Alunecarea critică:

SK = SN2

M = si n = n0 (1-S), rezultă tabelul 4 şi caracteristica mecanică naturală pentru

treapta I de viteză.

TABELUL NR.2: caracteristica mecanică naturală pentru treapta a III-a de turaţie

S [%] 0 910 10 20 43 50 60 70 80 90 100

n rot/min 1000 910 900 800 570 500 400 300 200 100 0

M [Nm] 0 340 375 650 850 840,4 804,9 758,1 708,9 661,2 616,9

TABELUL NR. 3: caracteristica mecanică naturală pentru treapta a II-a de turaţie

S [%] 0 10 15 20 30 40 54 60 70 80 90 100

n rot/min 500 450 425 400 350 300 230 200 150 100 50 0

M [Nm] 0 250,6 359,5 455,9 594,4 669,6 700 696,1 667 649,8 617,.8 585

TABELUL NR. 4: caracteristica mecanică naturală pentru treapta a I-a de turaţie S [%] 0 10 20 30 40 50 60 70 80 96 100

n rot/min 250 225 200 175 150 125 100 75 50 10 0

M [Nm] 0 123,6 238,7 341,6 426 491,8 540,5 571,2 590,2 600 599,.7

22

Figura nr. 2 Caracteristicile mecanice n = f (M)

CAPITOLUL IV

23

Calculul diagramei de sarcină pentru mecanismul de ridicare-

coborâre

4.1. Ridicarea sarcinii nominale:

Momentul de volant echivalent raportat la arborele motorului electric se obţine

folosind relaţia:

Jm= , unde:

Jm - momentul de inerţie al rotorului motorului;

Ωn - viteza unghiulară nominală [rad/s];

Vn - viteza liniară a corpului în mişcare de translaţie [m/s];

σ - coeficientul a cărui valoare depinde de i (raportul de transmisie al

reductorului);

m - masa corpului.

Pentru mecanisme cu i > 25, σ = 1,1 la 1,3; alegem σ

= 1,2 - cuplul dinamic de accelerare:

M1p = Mp - M1 = 326,498 [Nm]

- timpul de accelerare (pornire):

t1a = (GDe / 375)(n1 / M1d), unde:

GDe = σGDM +4g(QN+q)(VN/2πnN)2 =88,858[Nm2]

GDe = momentul de volant echivalent

t l a = (n1*GDe)/ (375*M1d) = 1,045 [s]

n1 = 1440 se citeşte din caracteristica mecanică naturală pentru M1 = 233,4[Nm]

- pierderile constante ale motorului:

PK = = 2,444[Kw]

- cuplul de frânare determinat de pierderile constante ale motorului:

MfM = 9550 (PK / n1), MfM = 16,211

[Nm]

- cuplul de frânare rezistent total:

M1f=M1 + Mf+MfM

24

M1f = 719,713 [Nm]

Mf = momentul de frânare introdus la acţiunea frânei electromagnetice de tip TMT - 62

- timpul de frânare la ridicarea sarcinii nominale în cazul decuplării motorului de la

reţea:

t1f = (GDe / 375)*(n1 / M1f) = 0,474 [s]

- viteza de regim staţionar la ridicarea sarcinii

nominale: V1 = (π DT n1) / i = 58,164 [m / min]

- înalţimea parcursă de sarcină la pornire şi

frânare: H1 = V1(t1a+t1f)/2*60 = 0,736[m]

- timpul de ridicare a sarcinii în regim

staţionar:

t1S = (H-H1)*60/V1 = 19,872[s]

- curentul absorbit de motor:

I1 = I 1 N * (M1 / MN) = 64,703 [A]

4.2. Coborârea cu frânare a sarcinii nominale:

Considerăm maşina funcţionând pe porţiunea liniară a caracteristicilor statice

naturale n = f (M), valabil în cazul sarcinilor aflate in limitele admise de puterea

motorului, turaţia de la care începe frânarea cu recuperare de energie va fi:

ne = n2 = n0 + (n0-nS)

Deci:

n2 = 2 n0 - nS = 2* 1500 - 1485 = 1515 [rot/min]

ns = 1485 [rot / min] se obţine din caracteristica mecanică naturală corespunzătoare

cuplului M = 131,821 [Nm]

- curentul debitat de maşină în regim de frânare cu recuperare de energie corespunzător

cuplului M va fi:

I2 = I 1 N * (M2 / MN) = 33,645 [A]

- timpul de accelerare de la turaţia no = 0 la n = n 2 la coborârea sarcinii nominale în

regim de frânare cu recuperare de energie este:

t2a = (GDe / 375 )* (n2/ (Mp+ M2) unde:

n2 = turaţia de la care începe frânarea

Mp = cuplul de pornire

25

GDe = momentul de volant echivalent

M2 = cuplul static la axul motoruiui la coborârea sarcinii

nominale t2a = 0,504 [s]

- cuplul de frânare la coborârea sarcinii cu maşina decuplată de la

reţea:

M2f = Mf + MfM - M2, unde:

M2f = cuplul rezistent introdus prin frâna electromagnetică

MfM = cuplul de frânare determinat de pierderile constante din motor

M2f = 334,39 [Nm]

- timpul de frânare la coborârea sarcinii cu maşina decuplată de la

reţea:

t2f = (GDe/ 375) * (n2 / M2f) = 1,074 [s]

- viteza de coborâre a sarcinii nominale:

V2 = (3,14* DT * n2) / i, unde:

n2= turaţia la care incepe frânarea

DT = diametrul tamburului

i = raportul de transmisie

V2 = (n* 0,64 * 1064) / 40 = 61,163 [m / min]

- înălţimea parcursă de sarcină la acceleraţie şi frânare:

H2 = V2*(t2a+t2f)*0,5/60 unde:

t2a = timpul de accelerare n = 0 la n = n2

t2f = timpul de coborâre a sarcinii cu maşina decuplată de la reţea

V2 = viteza de coborâre a sarcinii

H2 = 0,804 [m]

- timpul de coborâre a sarcinii în regim staţionar:

t2S= (H - H2)*60/V2 = 18,831 [s]

H = înălţimea de ridicare impusă

4.3. Ridicarea cârligului gol:

- Cuplul de sarcină la axul motorului:

M3 = (g*q*DT)/(2*i* )unde:

q = sarcina cârligului gol

g = acceleraţia gravitaţională

= coeficient; = 0,14

26

M3 = 24,775 [Nm]. Pentru cuplul M3 din n = f (M) => n3 = 1495 [rot / min]

- momentul de volant echivalent raportat la arborele motorului electric:

GDeo = σGDm, unde:

σ =1,1 1,3

GDm = momentul de volant al motorului

GDm=l,2*70 = 84[Nm2]

- cuplul dinamic de accelerare:

M3d = Mp -, unde:

Mp = cuplul de pornire

M3 = cuplul de sarcină la axul motorului la ridicarea cârligului

M3d = 555,225 [Nm]

- timpul de accelerare la ridicarea cârligului gol:

t3a = (GDe0/375 ) * (n3/ M3d) = 0,603 [s]

- cuplul de frânare:

M3f= M3 + Mf + MfM, unde:

Mf = cuplul rezistent introdus de frână

MfM = cuplul de frânare determinat de pierderile constante de motor

M3 = cuplul de sarcină la axul motorului

M3f = 490,986 [Nm]

- timpul de frânare la ridicarea cârligului gol:

t3f = (GDeo / 375 ) * (n3 / M3f), unde:

M3f = cuplul de frânare total

GDeo = momentul de volant echivalent

t3f = 0,682 [s]

- viteza de ridicare a cârligului:

V3 = (3,14* DT * n3) / i

V3= (71*0,45*1495) / 35 = 61,163 [m/min]

- înalţimea parcursă de cârligul gol la accelerare şi frânare:

H3 = V3*(t3a + t3f ) / 2*60 = 0,647 [m]

- timpul de ridicare a cârligului gol în regim staţionar:

t3S= (H - H3)*60 / V = 19,23 [s]

- curentul absorbit de motor la ridicarea cârligului gol:

27

I3 = IN => I3 = 2,403[A], unde:

- SK = alunecarea critică

- S3 = alunecarea corespunzatoare cuplului de sarcină

S3 = (n0 - n3) / n0 = 0,003

M3 = 24,775[Nm]

La sarcini mici nu mai poate fi admisă proporţionalitatea dintre curent şi cuplu.

4.4. Coborârea in forţă a cârligului gol - cuplul de sarcină la arborele motorului electric

M4 = => M4 = 17,838[Nm]

= coeficientul calculat la paragraful anterior

Cuplului de sarcina M4 îi corespunde turaţia n4 = 1496 [rot/min] din caracteristica

mecanică naturală n = f (M).

- cuplul dinamic de accelerare:

M4d = MP - M4, unde: M4 = cuplul de pornire

M4d = 562,162 [Nm]

Semnul minus indică necesitatea coborârii în forţă a cârligului gol.

- timpul de accelerare la coborârea cârligului gol:

t4a = (GDeo / 375) * (n 4 / M4d)

t4a = 0,596 [s]

- cuplul de frânare total:

M4f = M4+M fM+M f

M4f = 484,05 [Nm]

- timpul de frânare la coborârea cârligului gol în cazul deconectării motorului de la

reţea:

t4f =(GDeo/375)*(n4/M4f)

t4f = 0,692 [s]

- viteza de coborâre a cârligului gol:

V4=( * DT* n4)/i

28

V4= (3,14*0,45*1496)/35 = 60,396[m/min]

- înălţimea parcursa de cârligul gol la accelerare şi frânare:

H4 = V4*(t4a+t4f) = 60,496*60*(0,596 + 0,692) = 0,648 [m]

- timpul de coborâre a cârligului gol în regim staţionar:

t4S = (H -H4)*60 = 19,225 [s]

- curentul absorbit de motor la ridicarea cârligului gol:

I4 = I1N = 1,922[A]

S4 = alunecarea corespunzătoare a cuplului M4, S4 = 0,002.

Centralizăm datele în tabelul următor:

TABELUL Nr. 5 Regimul de lucru

REGIM DE LUCRU CURENT (A) TIMP (s) Ridicarea sarcinii nominale

Accelerare IP = 410 t1a=1,045 Regim staţionar I1 =64,703 t1S=19,872 Frânare - t1f =0,474 Deplasarea pe orizontală a sarcinii - to1 = 20

Coborârea cu frânare a sarcinii nominale Accelerare IP = 410 t2a = 0,504 Regim staţionar I2 = 33,645 t2S= 18,831 Frânare - t2f = 1,074 Eliberarea cârligului - to2 = 60

Ridicarea cârligului gol Accelerare IP = 410 t3a = 0,603 Regim staţionar I3=2,403 t3S= 19,23 Frânare - t3f= 0,682 Deplasarea pe orizontală a cârligului gol - to3 = 20

Coborârea forţată a cârligului gol Accelerare IP = 410 t4a= 0,596 Regim staţionar I4 = 1.922 t4S = 19,225 Frânare - t4f =0.692 Agăţarea sarcinii la cârlig - to4 = 60

29

4.5. Verificarea motorului ales din punct de vedere al productivităţii:

- durata unui ciclu:

t1 = t 1 a + t1s + t l f = 21,391 [s]

t2 = t2a + t2s + t2f = 20,409 [s]

t3 = t3a + t3s + t3f = 20,515 [s]

t4 = t4a + t4s + t4f = 20,513 [s]

A = t1 + t2 + t3 + t4 = 82,827 [s]

Folosind datele din tabel se obţine:

B = to1 + to2 + to3 + to4 = 160[s]

tC = A + B = 242,827

- numărul de cicluri într-o oră:

ZC = 3600/ tC = 3600/242,827 = 14,825 [cicluri / h]

ZC > Z, Z = 12[cicluri/h]

Deci motorul corespunde din punct de vedere al productivităţii.

4.6. Verificarea motorului electric la încălzire:

- durata relativă de acţionare reală:

DAr = => DAr = 32,906[%]

- calculul curentului echivalent:

Ie=

Ie = 55,21[A]

- calculul curentului nominal conectat corespunzător duratei reale de funcţionare:

INC = ; unde: ; DAn = 0,4; DAr1 = 0,35; INS = 70[A] =>

=> INC = 69,595[A]

Se verifică relaţia :

Ie = 55,21[A] < INC = 69,595[A]

CAPITOLUL V

30

Calculul regimului tranzitoriu electromecanic

Pentru a regla în mod riguros timpii de acţionare ai protecţiilor este necesar

să determinăm timpii regimului tranzitoriu de pornire şi oprire ai sistemului de acţionare

electrică. În acest scop este necesar să determinam momentul de volant al motoruiui electric

GD2ME = 70 [Nm2] dat în caracteristicile motorului.

5.1. Determinarea momentului de volant al sistemului de acţionare electric al

mecanismului de ridicare - coborâre cârlig:

Acţionările navale au un moment de volant de:

GD2Mact = (2 5) GD2

ME

GD2Mact = 3*70 = 210 [Nm2]

5.2. Determinarea constantei de timp pentru cele trei trepte de viteză:

Treapta I

Tact =

n0 = turaţia de sincronism pe treapta I

MKI = cuplu maxim pe treapta I al motorului, no = 250 [rot / min] ; MKI = 600 [Nm]

Treapta II

Tact =

n0II = turaţia de sincronism pe treapta II

MKII = cuplul maxim pe treapta a II-a al motorului

noII = 500 [rot/min]; MKII = 700 [Nm]

Treapta III

Tact =

noIII = turaţia de sincronism pe treapta III

MKIII = cuplul maxim pe treapta a III-a al motorului

noIII = 1000 [rot/min]; MKIII = 850 [Nm]

5.3. Determinarea timpilor de pornire:

31

TP =

Treapta I

TPI =

Treapta II

TPII =

Treapta III

TPIII =

5.4. Calculul timpilor de frânare:

Tf =

Treapta I

Tf1 =

Treapta II

Tf2 =

Treapta III

Tf3 =

CAPITOLUL VI

32

Stabilirea schemei electrice a sistemului de acţionare a instalaţiei de

ridicare – coborâre sarcină

6.1. Date tehnice:

Echipamentul este destinat unui vinci de marfă prevăzut cu motor cu trei trepte de

viteză având bobinaje pentru fiecare treaptă de viteză.

Instalaţia electrică de forţă a macaralei se alimentează cu curent alternativ 380 V / 50 Hz.

Am ales schema de acţionare electrică prezentată în figura nr.l, schemă ce

asigură următorul algoritm funcţional:

a) pornirea motorului : pe treapta I,II,III;

b) pornirea motorului pe treapta a III-a de viteză cu trecere ulterioară pe

treapta I si a II-a de viteză la trecerea controlerului brusc din poziţia "0" in poziţia III-

a;

c) reversibilitatea motorului electric de acţionare m;

d) frânarea mecanică cu ajutorul frânei electomagnetice;

e) frânarea electrică (frânarea suprasincron sau cu recuperare de energie);

f) protecţiile motorului electric de acţionare:

- protecţia de scurtcircuit a circuitului de forţă realizată cu întrerupător automat

T.P.D.

- protecţia la suprasarcină a motorului electric realizată cu releele termice 1et,2et,3et .

6.2. Elementele componente ale schemei:

m - motor electric de acţionare;

A – întrerupător automat;

B1,B2 – limitatoare de sarcină;

B3 – limitator;

C1,C2 – contactoare de sens;

C3,C4,C5 – contactoare pentru treapta de viteză mică,medie, mare;

C6 – contactor de frână;

D – punte redresoare;

D1 – redresor;

F – frână electrică;

K0 – K14 - contactele controlerului de comandă;

33

R1,R2 – rezistenţe de limitare;

R3 – rezistenţă reglabilă de limitare a curentului prin bobina frânei F;

R4 – R11 – rezistenţe la încalzire;

RC – grup protecţie punte redresoare;

R12,C1 – grup protecţie diode n1;

d1,d2 – relee temporizate de accelerare;

d3 – releu temporizat intermediar;

d4 – releu temporizat de tensiune mică;

d5,d6 – relee temporizate de frânare;

d7 – releu temporizat de accelerare în treapta a III-a de turaţie;

d8 – releu de curent ale cărui contacte şuntează rezistenţa de limitare a bobinei frânei in

perioada de eliberare a frânei;

et1, et2 , et3, et4, et5 – relee termice;

6.3. Principiul de funcţionare al schemei:

Se cuplează întrerupătorul automat din T.P.D.

Controlerul fiind in poziţia "0" contactele Controlerul se află pe poziţia “0”:

contactele controlerului K3 [1], K7 [6], K8 [7], K14 [16] sunt închise. În acest moment

schema de comandă în c.a. nu este alimentată. Prin punea redresoarelor “n” se alimentează

in c.c. partea de comandă cu relee. Sunt alimentate bobinele releelor: d2 care îşi închide

contactul din linia [6] şi îl deschide pe cel din linia [8]; d1 care îşi deschide contactul din

linia [9] şi il închide pe cel din linia [8]; d3 îşi deschide contactul din linia [5] şi îl închide

pe cel din linia [17], [12-13]; d4 îşi închide contactul din linia [2] şuntând contactul

controlerului K3; d7 îşi inchide contactul din linia [17], [10-9], permiţând alimentarea

releului d4 şi îşi deschide contactul din linia [10].

Se comută controlerul pe poziţia “1” (VIRA): în acest caz se închid contactele

controlerului K7 [6], K8 [7], K14 [16]; odată cu închiderea acestor contacte K6 [3], B1 ,

C2 , [3] se alimentează bobina contactorului de sens (VIRA) C1 [3]; contactorul C1 îşi

închide contactele din liniile [9-10], [3] şi îşi deschide contactele din linia [4] (contact de

interblocare) şi din linia [13] întrerupând alimentarea bobinei releului d1; releul d1 îşi

închide temporizat contactul din linia [9], şi îl deschide pe cel din linia [7]; este pusă sub

tensiune bobina contactorului de frână C6 care alimentează bobina frânei

electromagnetice, care alimentează eliberând în acelaşi moment frâna şi îşi deschide

contactele din linia [14] şi [17].

34

Bobina releului d3 îşi pierde alimentarea şi contactul din linia [5] revine la poziţia

iniţială cu temporizare, contactul din linia [17], [13-12] se deschide tot cu temporizare.

Bobina releului d7 îşi pierde alimentarea dar nu îşi modifică poziŃia

contactelor deoarece C3 primeşte alimentarea şi îşi închide contactul din linia [18], releul

primind din nou alimentare.

Contactorul C3 este alimentat prin contactele K6, C1 [3], d3 [5], d2, K7 [6], d6,

C4 , C5 [7].Contactorul C3 îşi închide contactul [18], îşi deschide contactele [14], [8] din

circuitul de comandă şi îşi închide contactele din circuitul de forŃă, motorul pornind pe

treapta I-a de viteză. Releul d4 îşi păstrează alimentarea prin C3 [18], d7 , d5 , K14

[16].

La trecerea de pe poziţia “1”-“2” sunt închise contactele controlerului K7 [6], K10

[9], care pregătesc funcţionarea pe treapta a II-a.

Se comută controlerul pe poziţia “2” (VIRA).

Se închid contactele controlerului K6 [3], K13 [5], K8 [7], K10 [9], K14

[16]. Bobina contactorului C3 îşi pierde alimentarea, contactul din linia [8] revine la

poziţia iniţială şi contactorul C4 primeşte alimentare prin d1 , K10 [9], C3 [8], motorul

trece pe cea de a II-a treaptă de turaţie prin închiderea contactului contactorului C4 din

circuitul de forţă.

Contactorul C4 îşi închide contactul de pe linia [18] alimentând releul d5 care

îşi închide contactul de pe linia [18-17] realizând alimentarea bobinei releului d4 în

continuare.

Releul d3 îşi închide contactul între bornele [13-15] din linia [5-4] şi contactul de

pe linia [10].

Releul d7 la trecerea pe cea de-a doua treaptă de turaţie îşi pierde

alimentarea şi îşi deschide contactul de pe linia [17], [10-9], şi îşi închide contactul

de pe linia [10] pregătind astfel alimentarea bobinei contactorului C5.

La trecerea de pe poziţia “2”-“3” a controlerului sunt închise contactele K10 [9],

K12[11] care realizează aceasta trecere intermediară.

Se comută controlerul pe poziŃia “3” (VIRA).

Se închid contactele controlerului: K6 [3], K13 [5], K8 [7], K12 [11]. Bobina

contactorului C4 îşi pierde alimentarea şi astfel bobina contactorului C5 primeşte

alimentare prin d1 [9], C4 [9-11], K12 [11], d7 ,d5 , C4 [10], C3 [8]. Contactorul C4

îşi deschide contactele [5], [18,] îşi închide contactul [7], [10] şi îşi închide contactele de

forţă.

35

Contactorul C5 îşi închide contactul [19] alimentând releul d6 care îşi închide

contactul din linia [18-19] care păstrează alimentarea releului d5 şi contactele din

circuitul de forţă se închid pe treapta a III-a de turaţie.

La trecerea lentă a controlerului de pe poziţia “3” pe poziţia “0” procesul se

derulează în ordine inversă.

Trecerea bruscă a controlerului de pe poziţia “0” pe poziţia “3”.

Controlerul se află pe poziţia “0” (VIRA)

Sunt alimentate releele d1, d2, d3, d4, d7 care îşi modifica poziţia

contactelor.

Se trece brusc controlerul pe poziţia “3” (VIRA).

Se închid contactele controlerului: K6 [3], K13 [5], K8 [7], K12 [11], K14 [16].

Prin K6, B1, C2 [3] se alimentează bobina contactorului de sens C1 (VIRA). Acest

contactor îşi închide contactele din liniile [3],[9-11]. Prin C1 [3], K13 [5] se

alimentează bobina contactorului de frână C6 care îşi deschide contactul [14] scoţând de

sub tensiune releul d3 care îşi închide cu temporizare contactul din linia [5]. Bobina

releului d1 îşi pierde alimentarea prin deschiderea contactului C1 [13].

În acest moment este alimentat contactorul C4 prin: d1 [9], C1 [9-11], K12 [11],

d7 [9-10], C5, C3 [8], motorul este pornit direct pe treapta a II-a de turaţie. Bobina

releul d7 îşi pierde alimentarea odată cu deschiderea contactului C6 [17]. Diferenţa

dintre temporizările celor două relee o constituie timpul de funcţionare pe treapta a

II-a. Prin închiderea contactului C4 [18], se alimentează bobina releului d5 care îşi

închide contactele d5 [10], [17-18], [5-4] şi deschide d5 [17].

După terminarea temporizării bobina releului d7 îşi pierde alimentarea, se deschide

contactul d7 [10-9] şi se închide d7 [10] şi alimentează bobina contactorului C5.

Prin închiderea lui C5 [19] se alimentează releul d6 care îşi închide contactul d6

[19-18] menţinând bobina releului d5 sub tensiune.

Motorul funcţionează pe treapta a III-a de turaţie.

Trecerea bruscă a controlerului de pe poziţia “3” pe poziţia “0” (VIRA)

(frânare suprasincronă).

Motorul funcŃionează pe poziţia “3” (VIRA). Se închid contactele

controlerului: K3 [1], K7 [6] si K8 [7].

Bobina contactorului de sens C1 îşi pierde alimentarea şi contactele sale revin

la poziţia iniţială. Alimentarea schemei de comandă în curent alternativ se păstrează

prin contactul releului d5 [5-4]. Bobina releului d1 se alimentează şi îşi închide

36

contactul de pe linia [7]. Bobina contactorului C5 îşi pierde alimentarea şi contactele

sale revin la poziţia iniţială, după care prin deschiderea contactului C5 [19] bobina

releului d6 îşi pierde alimentarea dar contactele îşi păstrează poziţia până la

terminarea temporizării. În acest moment după revenirea contactelor contactorului C5 se

alimentează bobina contactorului C4 prin: d2 , K7 [6], d6 [8-7], C5 [8]. Motorul

funcţionează pe treapta a II-a cat timp releul d6 realizează temporizarea. După

terminarea temporizării releului d6 acesta îşi deschide contactul d6 [7-8] şi scoate de

sub tensiune bobina contactorului C4 care închide contactul [7] şi motorul trece pe

prima treapta de turaţie.

Contactorul C4 îşi mai deschide şi contactul [18] scoţând de sub tensiune

bobina releului d5 care îşi începe temporizarea contactelor, mai deschide contactul [5]

întrerupând alimentarea bobinei contactorului de frână care îşi închide contactele [14],

[17] începând frânarea mecanică. După terminarea temporizării releului d5 schema de

comandă în curent alternativ îşi pierde alimentarea, bobina contactorului C3 îşi pierde

alimentarea, bobina releului d3 primeşte din nou alimentare alimentând bobina releului d7

şi deschizându-şi contactul de pe linia [5].

Acţionarea protecţiei.

În cazul apariţiei unor scurtcircuite întreruptorul automat decuplează imediat

alimentarea cu tensiune a schemelor de forţă si comandă. În cazul apariţiei unei

suprasarcini pe orice treapta de turaţie releele termice aflate în schema de comandă şi

forţă sesizează şi îşi deschid contactele [12-17] întrerupând alimentarea bobinei

releului d4 (prezenta tensiune) care îşi deschide temporizat contactul de pe linia

[2] întrerupând alimentarea întregii scheme de comandă şi motorul este frânat

mecanic. O nouă pornire este posibilă numai după anularea suprasarcinii prin apăsarea

butonului de anulare a zăvorârii mecanice a bimetalelor releului termic. În cazul

apariţiei unor anomalii operatorul are la îndemână butonul B3 făcându-se astfel posibilă

o întrerupere rapidă fără a mai acţiona controlerul. Limitatoarele B1 şi B2 întrerup

alimentarea schemei atunci când cârligul ajunge la poziţie maximă(sus) sau (jos).

37

Figura nr. 3 Schema electrică de acţionare a mecanismului de ridicare-coborâre

38

CAPITOLUL VII

Calculul de alegere al aparatelor de comandă şi protecţie.

7.l. Alegerea contactoarelor de viteză c3, c4, c5:

Vom folosi regimul de funcţionare AC = 3 utilizat la pornirea motoarelor cu rotorul în

scurtcircuit, reversarea şi oprirea în plin mers a acestora.Pentru treapta de turaţie mică -

contactorul c3

IN = 51A IP=75A

Aleg contactorul de curent alternativ tip T.C.A. —63 A cu următoarele caracteristici:

Pentru contactele principale avem:

- tensiune nominală 500V

- curent nominal 63 A

- frecvenţa reţelei 50 Hz

- tensiunea nominală 380 V

- curent nominal 2V

- puterea absorbită de bobină: inchisă 25 VA; deschisă 200 VA

- tensiunea de serviciu 380 V

- durata de viaţă mecanică 5.000.000 manevre

- durata de acţionare 100%

- curent de conectare 378 A

- curent de rupere 63 A

- tensiunea de lucru 380 V

- frecvenţa de conectare 300 con /h

- durata de conectare 40%

Pentru contactele auxiliare avem:

- durata de viaţă electrică 1.000.000 manevre




- frecvenţa reţelei 50Hz

39

- puterea absorbită închis – 10 VA şi deschis – 100 VA

- frecvenţa de conectare 600 con / h

- tip de protecţie IP 000

- masa 155Kg.

- Contactoare de legătură:

- principale: minim lOmm2; maxim 16mm2

- auxiliare: minim l mm'; maxim 2,5 mm"

Pentru treapta de turaţie medie - contactorul c4:

IN = 59A IP=150A

Aleg contactor de curent alternativ tip T.G.A. 63 A cu aceleaşi caracteristici

prezentate precedent.

Pentru treapta de turaţie mare - contactorul c5:

IN = 70[A]

IN = 70 A IP = 340A IP / IN < 6

Aleg contactor de curent alternativ tip T.C.A. 125 A cu următoarele caracteristici:



- frecvenţa relelei 50 Hz


- curent nominal 2A


- tensiunea de serviciu 380 V

- durata de viaţă mecanică 5.000.000 manevre, durata de acţionare 100%

Pentru contactele principale avem:




- durata de conectare 40%

40

Pentru contactele auxiliare avem:

- durata de viaţă electrică l .000.000 manevre






- masa 5,2 Kg.

- principale minim 16 mm2 ; maxim 25 mm2

- auxiliare minim l mm2; maxim 2,5 mm2

Conform STAS 4479 -67.

Contactoare de legătură:

7.2. Alegerea contactoarelor de sens c1 şi c2:

Se aleg în funcţie de curentul nominal al motorului şi de curentul de pornire la cea

mai mare putere utilă la arbore.

În cazul nostru se aleg pentru treapta a III - a:

IN=70A IP = 340A IP/IN<6

=> curentul echivalent de alegere este egal cu curentul

nominal pe treapta a III - a

Aleg pentru c1 şi c2 contactorii de curent alternativ tip T.O.A. 125 A

următoarele caracteristici:

Pentru contactele principale:

- tensiunea nominală UN = 500 V;

- curentul nominal: IN = 125 A;

- frecvenţa reţelei: f = 50 Hz;

- curentul de conectare: 660 A;

- curentul de rupere: 125 A;

- frecvenţa conectărilor: 125 conectări / oră;

- durata de conectare: 40%;

- durata de viaţă mecanică 5.000.000 manevre;

41

Pentru contactele auxiliare:

- tensiunea de lucru: 380 V;

- curentul de conectare: 18 A;

- curentul de rupere: 2 A;

- durata de viaţă mecanică: 1.000.000 manevre;

Bobina contactorului:

- tensiunea de serviciu: 380 V;

- frecvenŃa reŃelei: 50 HZ;

- puterea absorbită: închis 100 VA şi deschis 750 VA;

- tipul de protecţie: IP000;

- diametrul conductoarelor de legătură:

pentru contactele principale, min. 16 mm2 – max. 25 mm2

pentru contactele auxiliare, min. 1 mm2 – max. 2,5mm2;

- puterea motorului acţionat: 55 KW.

7.3. Alegerea contactorului de frână C6:

Curentul mediu absorbit de frână este IF = 6 A pentru frână încorporată tip T.M.T. -4.

Curent de conectare Ic = 8,4 A.

Alegem contactor de curent alternativ tip T.C.A. - 10 cu următoarele caracteristici:

- tensiune nominală 500V contacte principale

- curent nominal l0 A

- tensiunea nominală 380 V contacte auxiliare

- curent nominal 6A


- durata de viaţă mecanică l .000.000 manevre

- durata de acţionare 100%


- curent de rupere 0,35 A


- masa 0,58 Kg.

conductoare de legătură: auxiliare minim l mm2; maxim 2,5 mm2

42

7.4. Alegerea releeului intermediar d3:

Este destinat realizării diferitelor conexiuni în schema de comandă în cazul în care

contactele auxiliare ale contactelor principale sunt suficiente la număr.

Se aleg în funcţie de tensiunea de alimentare a schemei de comandă şi de curentul prin

contactele acestora. Pentru d3 alegem releu intermediar de curent alternativ tip R13 cu

următoarele caracteristici:

- tensiunea de serviciu 12, 24,48,110, 220, 380 V 50Hz;

- frecvenţa reţelei 50 Hz;

- puterea absorbită: închisă 16 VA; deschisă 30 VA;

- durata de viată mecanică l .000.000 manevre ;

- durata de conectare 100%;

- curent de conectare 5 A;

- curent de deconectare 5 A;

- tip de protecţie IP 000;

- masa 0,7 Kg;

- factorul de putere cos 0,5;

7.5. Alegerea releului de tip d7:

Acestea realizează trecerea temporizată pe treapta a III-a

Timpii de acţionare sunt reglaţi la valorile calculate la regimul tranzitoriu

electromagnetic.

Se aleg în funcţie de tensiunea de alimentare a schemei de comandă, de timpii de

acţionare ceruţi şi de curentul prin contacte:

Pentru releul d7:UN = 380V

Curentul cerut de contactorul c4:

Alegem releul temporizat la acţionarea de tip Rl 3T cu caracteristicile:

- tensiunea de serviciu: 12, 24, 48,110,125, 220, 380, 500 V;

- frecvenţa de serviciu 50 Hz;

- puterea absorbită: deschisă - 30 VA; inchisă - 16 VA;

- durata de viată mecanică l .000.000 manevre;

- durata de viată electrică l .000.000 manevre;


- curentul de conectare 20 A;

- curentul de deconectare 5 A;

43

- tensiunea de lucru 220 V;

- frecvenţa de conectare 1 200 con / h;


- tipul de protecţie IP 300;

- poziţia de funcţionare verticală;

- masa 1Kg;

7.6. Alegerea releului minimal de tensiune d4:

Se utilizează pentru protecţia instalaţiilor electrice, acţionând când mărimea controlată

scade sub valoarea minimă. Pentru o tensiune a relaţiei de 380 V valoarea minimă acceptată

este de 320 V. Am ales releul minimal de tensiune RT 2 cu următoarele caracteristici:

- tensiunea de serviciu: 320V;

- frecvenţa reţelei 50 Hz;

- puterea absorbită: 2 VA;

- durata de viaţă mecanică 500 manevre;

- durata de viaţă electrică 500 manevre;


- curentul de conectare 1A;

- curentul de deconectare l A;

- tensiunea de lucru 220;

- frecvenţa de conectare 1200 con/h ;


- timpul de acţionare 150 ms la 0,8 U reglat;


- poziţia de funcţionare verticală ;

- masa l,5Kg.

7.7. Alegerea controlerului de comandă:

Pentru realizarea celor 6 regimuri de funcţionare este necesar un controler cu 3-0-3

poziţii şi cel puţin 5 contacte cu diagrama prezentată în schema de comandă.

Curentul prin contacte are o valoare maximă de 1,5 A.

Tensiunea nominală a controlerului este de 380 V. Am ales pentru comanda

motorului un controler pentru circuite auxiliare curent alternativ cu următoarea diagramă a

contactelor:

44

TABELUL Nr.6 Diagrama contactelor

Poziţia de acţionare Stânga 0 Dreapta

3 2 1 1 2 3 Poziţia contactelor

X X X X X X X

. X X X X X X X X X X X X

Controlerul este de tip CM 3 cu 3-0-3 poziţii cu următoarele caracteristici:

- tensiunea nominală: 500 V;

- curentul nominal l0 A;

- durata de viaţă mecanică 1.000.000 manevre;

- durata de viaţă electrică 100.000 manevre;

- factorul de putere 0,8 - 0,2;

- curentul de conectare l0 -6 A ;

- curentul de deconectare l0 - 6 A ;

- tensiunea de lucru 500 V;

- frecvenţa de conectare 600 con / h ;

- factorul de putere cos 0,8 - 0,2 ;

- curentul de conectare 12,5 - 7,5 A;

- curentul de deconectare 12,5 - 7,5 A;


- conductoare de legătură minim l mm2; maxim 2,5 mm2

- masa 21 Kg.

7.8. Alegerea siguranţelor fuzibile:

Sunt folosite prontru protecţia circuitului de comandă.

45

Se dimensionează în funcţie de curentul maxim absorbit pe cele trei trepte de

funcţionare de către aparatele de comutaţie.

Pentru treapta a III-a funcţionează:

Iabsorbit= Idl+Id8+Id3+Ic2+Ic5+Ic7=2,002+0,25+0,25+0,8+0,8+0,8=3A

Alegem siguranţe fuzibile cod 4001 de 6A / 380 V.

Curentul nominal termic 6 A.

Curentul maxim la 380 V; 25 A

7.9. Alegerea întrerupătorului automat:

Se face în funcţie de curentul maxim cerut de cele trei scheme pe care le

aliniază: I max c = 70+5+2(39+5)= 163 A

I max c = I ridicare + I basculare + I rotire.

Curentul nominal al întrerupătorului automat este cel mai mare curent aproximativ în

valori efective sub care întrerupatorul automat poate funcţiona în regim permanent fără ca

limitele admisibile de încălzire să fie depăşite.

Curentul de rupere al întrerupătorului automat este cel mai mare curent de scurtcircuit

pe care întrerupătorul îl poate rupe în condiţii normale.

Curentul de închidere al unui întrerupător automat se exprimă prin curentul pe care

acest întrerupător îl poate stabili sub o tensiune dată în condiţii de exploatare prescrise.

Pentru curentul maxim cerut, de 163 A, alegem un întrerupator automat tip USOL 250

A cu următoarele caracteristici:




- curent nominal 6A

Capacitatea de rupere a contactelor auxiliare:


- curent de conectare 22,5 A

- curent de deconectare 7,5 A

- factorul de putere cos 0,35


Capacitatea de rupere a contactelor principale:


46

- curent de serviciu 250 A

- curent de conectare 20.000 A

- curent de deconectare 10.000 A

- factorul de putere cos 0,3

- timp de rupere 10-15 secunde

Cabluri de legătură la borne:

- contacte principale minim 50 mm2; max 120 mm2

- contacte auxiliare minim 0,75 mm2; max l ,5 mm2

- tensiunea de serviciu a releelor de minimă tensiune 380V

- limitele de reglaj a releelor termice la 45° 0,8 — l Is.

7.10. Alegerea releelor termice:

Releele termice cu bimetal se utilizează pentru protecţia motoarelor electrice

împotriva suprasarcinilor. Nu acţionează imediat ce curentul creşte ci după o anumită

perioadă de timp invers proporţională cu curentul. Se folosesc pentru protecţia

instalaţiilor complexe de automatizare.

Pentru treapta I releul termic 1et :

IN = 51 A

Alegem releul termic TSA 63, Irt = 0,35 INT Irt = curentul limită reglat termic

INT = curent nominal al releului termic

Pentru treapta a II-a releul termic 2et:

IN = 59 A

Alegem releul termic TSA 63, Irt = 0,9 INT

Pentru treapta a III-a releul termic 3et:

IN = 70 A

Alegem releul termic TSAW 400, ISERVICIU = 80 A

Irt = 0,9ISERVICIU = 72A

CAPITOLUL VIII

47

Tehnologia întreţinerii şi reparării sistemului de acţionare electrică

8.1. Reparaţii şi revizii:

Pentru a preveni uzura şi a asigura o durată mai mare de serviciu, maşinile şi

echipamentele electrice sunt supuse sistemului de control şi reparaţii planificate.

Repararea echipamentelor electrice se poate efectua după următorul sistem:

- Sistemul de reparaţii executate după necesitate constă în efectuarea lucrărilor de

reparaţii a maşinilor şi echipamentelor electrice atunci când acestea ajung în starea în

care nu mai pot fi menţinute în exploatare. Are dezavantajul că permite ieşirea bruscă

din exploatare a maşinilor electrice.

- Sistemul de reparaţii cu planificare rigidă consta în scoaterea obligatorie din

funcţiune a maşinilor electrice pentru executarea reparaţiilor la anumite perioade stabilite

indiferent de starea tehnică, precum şi repararea sau înlocuirea pieselor, ansamblelor

stabilite în funcţie de normele de uzură specifice maşinilor electrice ce lucrează în instalaţia

respectivă. Acest sistem este simplu atât în ceea ce priveşte organizarea cât şi ca pregătire şi

planificare a lucrărilor de reparaţii. Este dezavantajos pentru că se înlocuiesc şi elemente

care nu ar trebui înlocuite făcându-se astfel risipa de materiale.

- Sistemul de reparaţii executate după controlul stării maşinii electrice se bazează pe

rezultatele controlului periodic a stării maşinii electrice în timpul exploatării. La acest

sistem, nu se planifică reparaţiile ci numai controlul stării şi funcţionarii echipamentului.

Dacă la control se constată o uzură avansată a acestuia ce are ca efect scoaterea din

funcţiune a utilajului atunci se recurge la executarea reparaţiei respective. Pe baza datelor de

control se planifică volumul, durata reparaţiei, se pregătesc piesele de schimb şi materialele

necesare.

Sistemul preventiv de reparaţii periodice planificate se caracterizează prin faptul că

reparaţiile se execută planificat după un anumit număr de ore de funcţionare a maşinilor

electrice. Acest număr de ore se stabileşte pentru frecvenţa maşinilor electrice, a fiecărui

utilaj din instalaţie în raport cu condiţiile în care funcţionează şi pe baza studiului amănunţit

al alegerii diferitelor piese sau subansamble. Acest sistem admite modificarea continuă a

normelor de reparaţii în raport cu rezultatele controlului planificat.

În prezent, întreţinerea şi repararea maşinilor electrice se face după următoarele

sisteme adaptate la o navă:

-sistemul de revizii tehnice RT;

-reparaţii curente de gradul I-RCl şi IIRC 2;

48

- reparaţii capitale;

Reviziile tehnice constau în operaţiile ce se execută de regulă înaintea unei operaţii

planificate, în scopul determinării stării tehnice a maşinii şi echipamentului, precum şi

operaţiile ce urmează a se executa cu ocazia primei reparaţii planificate pentru a se asigura

în continuare funcţionarea normală a maşinii şi echipamentului, şi se execută de regulă, în

timpul opririlor de scurtă durată a utilajului acţionat. În timpul acestor revizii se curată

părţile accesibile ale maşinilor, aparatelor, prin înlăturarea prafului cu un aspirator sau prin

suflarea cu aer comprimat uscat (max. 2 atm.),se înlocuiesc periile uzate cu altele noi, se

verifică funcţionarea port-periilor, uzura lagărelor, se execută ungerea lor.

De obicei, în timpul acestor revizii se execută simultan şi încercările maşinilor:

- măsurarea rezistentei de izolaţie;

- măsurarea rigidităţii dielectrice a izolaţiei maşinilor;

- măsurarea bătăilor la ax, etc. şi se înlătură defecţiunile constatate;

Reparaţiile curente RC1 si RC2 asigură menţinerea în perfectă stare de funcţionare a

echipamentului electric şi constă în intervenţiile ce se execută periodic,planificate în

scopul înlăturării uzurii sau a unor deteriorări survenite în exploatare, recondiţionarea şi

înlocuirea unor părţi de subansamble uzate.

RC1 constă în executarea demontării parţiale a maşinii electrice la locul de

dispunere, se înlocuiesc piesele uzate şi se înlătură defecţiunile mici. Se face verificarea

cutiei de borne (înlocuirea şuruburilor, papucilor uzaţi). Se verifică uzura periilor

(înlocuirea periilor uzate şi ajustarea). Se verifică colectorul (şlefuirea şi curăţarea cu

cârpă cu alcool tehnic). Se verifică starea izolaţiei înfăşurării între ele şi faţa de maşină,

recondiţionarea în locurile deteriorate sau slăbite. Se vopseşte maşina electrică şi se ung

lagărele.

RC2 necesită demontări parţiale sau totale ale maşinii electrice. Se execută toate

operaţiile de Ia RC1 şi în plus: verificări şi reparaţii mărunte la mecanismul pentru

apăsarea periilor pe colectoarele maşinilor electrice, curăţirea colectorului, verificarea

izolaţiei, lipirea la colector a capetelor înfăşurărilor, demontarea lagărelor şi ungerea lor,

recondiţionarea izolaţiilor deteriorate.

Reparaţiile capitale RK. constă în necesitatea demontării complete a maşinii

electrice, executându-se următoarele operaţii:

- repararea sau înlocuirea înfăşurării;

- repararea colectorului sau a inelelor colectoare;

49

- îndreptarea axului motorului, echilibrarea rotorului, bandajarea rotorului (ceea

ce ajută la rigidizarea înfăşurărilor pe rotor);

- uscarea şi impregnarea înfăşurărilor;

Necesitatea funcţionării continue a echipamentului electric de la nave impune

adoptarea metodei de întreţinere preventivă. Acest sistem dă posibilitatea depistării

defecţiunilor posibile si să elimine cauzele în scopul asigurării unei bune funcţionări.

Programul de întreţinere periodică are in vedere:

- inspecţiile periodice astfel încât să permită depistarea situaţiilor ce pot conduce

la oprirea instalaţiei;

- întreţinerea instalaţiei pentru a se evita producerea de avarii sau pentru a se executa

reparaţii până la apariţia unor avarii mai grave.

Ca activităţi în timpul întreţinerii periodice sunt:

- curăţirea - săptămânal sau lunar;

- ungerea - efectuată de personal calificat;

- inspecţia - în cadrul căreia intră următoarele:

- spălarea şi ungerea subansamblelor şi a pieselor;

- verificarea lagărelor şi ungerea lor;

- verificarea contactelor fixe şi mobile.

8.1.1. Tehnologia stabilirii defectelor în instalaţia electrică:

Presupunem determinarea felului defectului (mecanic sau electric), al locului

defectului în instalaţie, a cauzei care 1-a produs şi stabilirea posibilităţilor de evitare a

apariţiei defectului în viitor.

Dată fiind complexitatea instalaţiei electrice, stabilirea defectului nu poate fi concepută fără

o cunoaştere a instalaţiei, a modului ei de funcţionare şi a locurilor probabile de apariţie a

defectelor. Este necesară cunoaşterea măsurii în care defectele determină

nefuncţionarea instalaţiei.

Din acest punct de vedere avem:

- defecte în instalaţia de alimentare;

- defecte în instalaţia de utilizare;

- defecte în instalaţia de comandă;

- defecte în instalaţia de protecţie, semnalizare, măsurare.

Cauzele care pot duce la apariţia defectelor în instalaţia electrică sunt:

- deteriorări mecanice a contactelor electrice;

50

- umezirea instalaţiei, îmbătrânirea, supraîncălzirea, supratensiunea.

Metoda generală de stabilire a defectelor în instalaţia electrică cuprinde aplicarea

succesivă a următoarelor, după metodele:

- metoda inductivă, se aplică pentru a explica simptomele prin care se manifestă

defectul.

În cadrul acestei metode se trece de la efect la cauză. La reacţia bobinei de comandă

a unui aparat de conectare se stabileşte locul unde s-a produs întreruperea cicuitului: la

siguranţă, la un contact electric sau in interiorul bobinei.

- metoda deductivă, se aplică pentru a stabili fenomenele care au determinat

apariţia defectelor şi se procedează prin excludere, analizând pe rând fenomenele cate pot

produce defectul cercetat. În acest caz folosim datele puse la dispoziţie de personalul de

exploatare; indicaţiile vizuale asupra instalaţiei defectate.

Etapele generale de urmat în cadrul lucrărilor de stabilire şi remediere a defectului

pot fi rezumate sub forma:

- se cercetează schema electrică a instalaţiei, urmărind funcţionarea părţilor

componente;

- se secţionează schema în circuite şi se parcurge traseul de alimentare de la

consumator la sursă.

De exemplu, dacă motorul electric nu funcţionează, prima dată se găseşte circuitul

lui de alimentare şi se urmăresc contactele de comanda ale aparatelor. Se realizează

următoarele:

- se controlează prezenţa tensiunii la bornele de alimentare ale receptoarelor şi apoi la

ieşirea primului tablou în amonte;

- se verifică prezenţa tensiunii sau continuarea circuitului în alte puncte;

- se întrerupe alimentarea în porţiunea de instalaţie defectă;

- se trece la remedierea defectului;

- se consemnează în schema modificările efectuate în instalaţie;

- la repunerea în funcţiune a instalaţiei se fac probe şi măsurători pentru a

observa fucţionarea corectă a acesteia.

8.2. Principalele defecte şi modul de remediere:

l. Încălzirea excesivă a bobinajului statoric:

- cauza: scurtcircuit între spirele sau bobinele statorului;

51

- remediere: se identifică locul unde s-a produs scurtcircuitul, se repară bobinele

defecte sau se rebobinează statorul;

- cauza: supraîncărcarea maşinii electrice;

- remediere: se reduce sarcina pe maşina electrică;

- cauza: bobinajul statorului este umed;

- remediere: se usucă bobinajul statorului;

- cauza: ventilaţia necorespunzătoare sau temperatura ambiantă ridicată;

- remediere: îmbunătăţirea ventilaţiei.

2.Încălzirea excesivă a bobinajului rotoric:

- cauza: scurtcircuit între spirele sau bobinele rotorului;

- remediere: se identifică locul unde s-a produs scurtcircuitul, se repară bobinele

defecte sau se rebobinează rotorul;

- cauza: contact imperfect în locul de conectare al bobinelor;

- remediere: se verifică legăturile şi se refac cele slăbite;

- cauza: rotorul freacă cu statorul;

- remediere: se controlează întrefierul şi se înlocuiesc lagărele.

3. Scânteiere la inelele colectoare:

- cauza: inelele colectoare sunt murdare, au asperităţi sau lovituri;

- remediere: se strunjesc şi se şlefuiesc;

- cauza: periile nu se mişcă liber în port – perii;

- remediere: se şlefuiesc periile pentru a se mişca liber în port - perii şi pentru a avea o

bună suprafaţă de contact;

- cauza: periile nu apasă suficient asupra inelelor colectoare;

- remediere: se reglează presiunea periilor cu ajutorut resoartelor portperii.

4. Încălzirea excesivă a miezurilor magnetice:

- cauza: tensiunea de alimentare e mai mare decât cea nominală;

- remediere: se reduce tensiunea reţelei, se intensifică ventilaţia;

- cauza: tolele circuitului magnetic sunt scurtcircuitate din cauza unor execuţii

neângrijite(bavuri, crestături);

- remediere: se îndepărtează bavurile, crestăturile;

- cauza: contact între buloanele de strângere şi pachetul de tole;

- remediere: se înlocuieşte izolaţia buloanelor.

5. Motorul electric nu porneşte:

- cauza: în una din fazele bobinajulul statorului nu circulă curent

52

- remediere: se schimbă siguranţa sau se rebobinează

- cauza: fazele au conexiuni greşite

- remediere: se verifică sensurile, începuturile şi sfârşiturile fazelor şi se refac

legăturile

- cauza: scurtcircuit în bobinajul statorului din care cauză, la pornire, se ard

siguranţele

- remediere: se repară sau se înlocuiesc bobinele defecte

6. Viteza de rotaţie a motorului electric este anormală:

- cauza: motorul este supraîncărcat

- remediere: se reduce sarcina motorului

- cauza: tensiunea de alimentare este scăzută faţă de valoarea nominală

- remediqre: se măreşte tensiunea până la valoarea nominală

- cauza: una din fazele statorice este inversată

- remediere: se verifică conexiunile, sensurile bobinelor, începuturile şi sfârşiturile

fazelor

7. Încălzirea excesivă a lagărelor:

- cauza: ungere insuficientă

- remediere: se verifică dacă inelele de ungere corespund (să nu fie prea mici, prea grele

sau să nu fie gripate)

- cauza: jocul dintre fusul arborelui şi cuzinet este prea mare

- remediere: se cromează fusul arborelui, după care se face rectificarea fusului şi alezarea

cuzinetulul pentru a obţine jocul optim

- cauza: rulmentul este murdar de praf sau alte particule

- remediere: se spală rulmentul şi se schimbă unsoarea

8. Maşina vibrează în timpul funcţionării:

- cauza: bobinajul rotorului s-a deplasat

- remediere: se consolidează corespunzător bandajele rotorice şi se echilibrează rotorul

- cauza: scurtcircuit între spirele infăşurărilor

- remediere: se verifică şi se rebobinează

- cauza: fusul arborelui s-a ovalizat

- remediere: se strunjeşte sau se rectifică arborele

9. Maşina produce zgomot anormal:

- cauza: miezul magnetic al maşinii nu este strâns suficient

- remediere: se strânge pachetul de tole şi se împănează

53

- cauza: maşina vibrează

- remediere: se strâng şuruburile

- cauza: aerul pătrunde anormal prin canalele de ventilaţie

- remediere: se modifică ventilaţia.

Concluzii

54

În ansamblu, economicitatea operaţiilor de încărcare - descărcare depinde de

economicitatea tehnică, dependentă la rândul ei de randamentul mecanismului şi de

consumul de energie electrică la încărcare, precum şi de economicitatea de exploatare care

este legată de reparaţii şi deservire. Creşterea economicităţii poate fi realizată prin

automatizarea acţionării electrice, automatizare care trebuie să rezolve probleme ca:

realizarea unor viteze mari de ridicare a cârligului ( de la 1,07 la 3,34 m/s ), obţinerea unor

viteze mici de aşezare a sarcinii ( 0,1…0,25 m/s ) şi de asemenea obţinerea unor viteze şi

acceleraţii mici de ridicare a sarcinii.

Nivelul posibil de automatizare depinde de felul mărfurilor. Perspectiva dezvoltării

acţionărilor electrice ale mecanismelor de încărcare - descărcare depinde în mare masură de

sistemul de operaţii de încărcare -descărcare . Principala dificultate în calea automatizării

acestor operaţii este prezenţa legăturii prin parâma între sarcini şi mecanismul de execuţie.

De aceea se caută noi sisteme de încărcare - descărcare, de exemplu comanda de la distanţă

din posturi mobile, mărirea gamei de reglare, trecerea la sisteme automate cu comandă

program etc.

BIBLIOGRAFIE :

55

I.R. Freizdon, "Acţionarea electrică a mecanismelor navale"

M. Braşoveanu,"Acţionări electrice. Aplicaţii industriale"

Gheorghiu Silviu,"Acţionări electrice navale", vol. I;II. Constanţa, Academia Navală

"Mircea cel Bătrân"

Comşa D.,"Proiectarea instalaţiilor electrice industriale", Bucureşti , Editura Didactică şi

Pedagogică ,1979

"Acţionări electrice navale", Ion Zaharia

"Catalogul elementelor tipizate pentru mecanismele de ridicat", I.C.E.N.R.

Documentaţia navei

Catalog de maşini electrice

Catalog de aparate electrice de joasă tensiune

56

Proiectarea Instalatiei de Incarcare-Descarcare

Documents

Transcript of Proiectarea Instalatiei de Incarcare-Descarcare