KATEDRA ZA MEHANIZACIJU MAŠINSKI FAKULTET U BEOGRADU
Transportni uređaji Mehanizmi za dizanje tereta
Profesor dr Nenad Zrnić, izvodi sa predavanja
RUČNE DIZALICE Ručne dizalice dele se na dizalice sa zavojnim vretenom, dizalice sa zupčastom polugom, hidraulične dizalice, ručna potezna dizalica (seilzug), ručna polužna lančana dizalica (upzug), ručna lančana dizalica (flaschenzug) i doboši na ručni pogon. Uglavnom se primenjuju kod montažnih i remontnih radova. Pogon je ručni a prenos sile može se obaviti mehanički ili hidraulički. Dizalice sa navojnim (zavojnim) vretenom Za dizanje na male visine (obično oko 300-500 mm, maks. oko 0,8-1,0m ), a za terete od 1 do 20 tona (Slika) primenjuju se dizalice sa zavojnim vretenom, koje su na ručni pogon. Koeficijent iskorišćenja je η=0,3-0,4 (samokočeća zavojnica kojom se obezbeđuje zadržavanje podignutog tereta, zbog čega je stepen iskorišćenja veoma nizak), brzina dizanja je 15-35 mm/min. Glavni delovi su: 1- telo dizalice, izrađeno od livenog gvožđa ili čeličnog liva; 2-zavojno vreteno, na kome je narezana trapezna ili pravougaona zavojnica; 3-okretna glava za pridržavanje tereta; 4-ručica kojom se okreće zavojnica, koja pomoću zupčastog točka, tela koje obuhvata zavojno vreteno, skakavice i osovinice za fiksiranje položaja skakavice, ima mogućnost da svoje oscilatorno kretanje pretvori u obrtno kretanje zavojnog vretena.
Pomerljiva ručna lančana dizalica
Podizno čelično zavojno vreteno 3 ručne dizalice obrće se u navrtki 4 koja je učvršćena u kućište dizalice 7. Na gornjem delu zavojnice postavljena je nareckana glava dizalice 5 koja se može relativno zaokretati u odnosu na zavojno vreteno. Obrtanje zavojnog vretena 3 obavlja se ručicom 6 sa dvostranom čegrtaljkom 10. U zavisnosti od položaja čegrtaljke (koja se fiksira bregastim ispustom 9) obavlja se obrtanje zavojnog vretena u željenom smeru u desno ili levo. Kućište dizalice sa zavojnim vretenom u donjem delu je oblika oslone ploče sa rezanim zavojnicama – navrtkama kroz koje prolazi drugo zavojno vreteno 1, čijim se obrtanjem obavlja horizontalno premeštanje dizalice. Obrtanje ove zavojnice obavlja se ručicom 2 koja ima čegrtaljku 8.
Treba naglasiti da je ugao penjanja zavojnice manji od ugla trenja (α < ρ). Ovaj uslov omogućava da se dizalica ne spušta sama pod pritiskom tereta. Spoljašnji momenat koji opterećuje dizalicu je u ravnoteži sa momentom otpora. Sada je aktivni momenat od sile na ručici dizalice dužine l:
Fr ⋅ l = M a
M a = M O1 + M O2
M O1 = Q ⋅ tg (α + ρ ) ⋅ rsr momenat otpora u zavojnici
M O2 = Q ⋅ μ ⋅ r0
momenat otpora sile trenja na oslonačkoj površini glave zavojnice
Fr ⋅ l = Q ⋅ tg (α + ρ ) ⋅ rsr + Q ⋅ r0 ⋅ μ α - ugao nagiba (penjanja) zavojnice (obično 4 – 5o); ρ - ugao trenja zavojnice; μ- koeficijent trenja na oslonačnoj površini glave zavojnice, između tarnih površina glave; rsr – srednji poluprečnik tarne površine glave; r0 – srednji poluprečnih zavojnice vretena; Fr – sila koja deluje na ručicu dizalice.
Na slici je prikazana ručna hidraulična dizalica sa velikim stepenom korisnosti (η = 0,75...0,80), malog gabarita i male mase. Ovakve dizalice obezbeđuju ravnomerno podizanje i spuštanje tereta, kao i veoma tačno zaustavljanje tereta u potrebnom položaju. Nosivost hidrauličnih dizalica dostiže 200 t, ili čak i više. Njihov nedostatak se ogleda u ograničenoj visini dizanja tereta i maloj brzini dizanja. Hidraulična dizalica sa ručnim pogonom se sastoji iz cilindričnog nosača 6 koji je u gornjem delu u obliku noseće ploče 1. Cilindrični nosač ulazi u cilindrični deo kućišta 5 u čijem se nižem delu nalazi klipna pumpa 4 kojom se preko sistema otvora i ventila doprema radni fluid. Klip pumpe se aktivira ručicom 2, čijim se pokretanjem premešta klip pumpe 3 i tečnost preko potisnog ventila dospeva u prostor između nosećeg cilindra i dna kućišta. Za spuštanje nosećeg cilindra potrebno je ručicu 2 pomeriti iza graničnog radnog položaja. Pri tome se otvara povratni ventil i tečnost se pod dejstvom težine tereta pretače iz dela dizalice, prema sporednom rezervoaru. Promenom položaja otklone ručice menja se i stepen otvorenosti na otvoru povratnog ventila, te se tako reguliše i brzina spuštanja tereta. Brzina podizanja tereta određuje se količinom radne tečnosti koja se doprema ispod cilindričnog nosača 6 u jedinici vremena. Pošto je brzina dizanja tereta ručnim pogonom veoma mala, to se za veće visine dizanja i za velike nosivosti primenjuju hidraulične dizalice koje se mehanički pogone primenom motornog pogona.
7
1 – cilindar, 2 – klip, 3 – slavina za spuštanje (povratni ventil), 4 – pumpa, 5 – rezervoar za tečnost, 6 – ventil (usisva tečnost iz rezervoara), 7 – potisni ventil Pri ubacivanju tečnosti u cilindar pomoću ručice, klip se izdiže sa teretom. Pomoću slavine 3 tečnost se iz cilindra ispušta u rezervoar i teret se spušta. Tečnost se iz rezervoara usisava preko ventila 6 i ubacuje u cilindar preko ventila 7. Radni fluid je ulje, ili smeša vode i glicerina. Hidraulične dizalice za automobile
Q – nosivost dizalice u N, D – prečnik klipa u cm, d – prečnik klipa pumpe u cm, L – dužina većeg kraka pogonske poluge u cm, l – dužina manjeg kraka poluge u cm, Fr – sila kojom se dejstvuje na kraku poluge, Fk – sila koja deluje na klip pumpe. F 4Q 2 Pritisak tečnosti u cilindru potreban za dizanje tereta: p = = [ N / cm ] 2
πd
A
2
2
Qd p= 2 [N] Sila na klipu pumpe: Fk = D 4 Fk Fk Qd 2 l = [N] Sila na kraju pogonske poluge: Fr = 2 i ⋅η L ⋅η D Lη l 2 πD Q = [ cm 2 ] Površina klipa dizalice je: A = 4 p Prečnik klipa je:
D=
4Q [ cm ] πp
πD
Industrijske hidraulične dizalice
Dizalica sa zupčastom polugom Sastoji se iz tela 1 u kome se kreće zupčasta poluga 2, koja na svom gornjem kraju ima obrtnu glavu 3 za naslanjanje tereta, a na donjem kraju papuču 4 za dizanje tereta na male visine. Zupčasta poluga se kreće u telu dizalice pomoću zupčanika, koji dobijaju pogon od ručice 5. Da bi se sprečilo naglo padanje tereta, kao i da bi se omogućilo zadržavanje tereta na željenoj visini, dizalice imaju sigurnosnu ručicu (slika pod b). Na pogonskom vratilu mehanizma 8 vezana je klinom glavčina 9, sa narezanom zavojnicom, na koju je navijena ručica 10. Zupčasti točak za skakavicu 11, slobodno je postavljen između glavčine i ručice. Zupčasti točak je spregnut sa skakavicom 12, čija je osovina vezana za telo 1. Pri okretanju ručice u smeru dizanja, ista se navija na glavčinu, i pritiska zupčasti točak između diskova glavčine i ručice. Sila trenja koja se javlja na diskovima stvara obrtni moment koji se prenosi na pogonsko vratilo 8. Pri dizanju tereta skakavica slobodno kliza po leđima zuba. U slučaju prestanka dizanja skakavica upire u zub zupčastog točka i teret se zaustavlja. Da bi se teret spustio potrebno je ručicu obrtati u suprotnu stranu, pri čemu se zupčasti točak oslobodi pritiska i glavčina 9 počinje usled momenta tereta da se okreće sa pogonskim vratilom. Teret će se spuštati onom brzinom kojom okrećemo ručicu. Dužina kraka ručice l = 200-250 mm, broj zuba malih zupčanika 4-5, pr. odnos do 4.
Sila na ručici dizalice je: Fr =
Q⋅r l ⋅ i ⋅η
Fr – sila koja deluje na ručicu na kraku l, Q – teret u N, r – poluprečnik podeonog kruga prvog zupčanika do poluge, l – dužina kraka ručice, i – prenosni odnos zupšastog prenosa, η – stepen korisnog dejstva dizalice (0,800,85).
Ručna polužna lančana dizalica - upzug Ručna dizalica je univerzalno sredstvo za dizanje, spuštanje i povlačenje tereta. Sve funkcije dizalice se ostvaruje ručnom polugom. Ostvaruje dizanje, spuštanje i povlačenje tereta u raznim pravcima u radnom prostoru. Ručna dizalica mora biti tako postavljena da osa kuke i osa opterećenog lanca leže na jednoj liniji.
1- regulator, 2- ručna poluga, 4- ručni točak
A –klin; B- rezervni klin
Pre dizanja tereta potrebno je izvući regulator i postaviti ga u položaj DIZANJE-strelica na gore, vidi sliku. Podizanje tereta se ostvaruje pomoću ručne poluge. Za spuštanje tereta ili rasterećenje lanca potrebno je postaviti regulator u položaj SPUŠTANJEstrelica na dole.
Ručna potezna dizalica – sajlzug (tirfor)
1
3
2
Projektovana je da isključivo ručnim pogonom ostvaruje dizanje, spuštanje i povlačenje tereta u proizvoljnim pravcima u radnom prostoru.
4
Ručna dizalica je univerzalno sredstvo za dizanje, spuštanje i povlačenje tereta. Sve funkcije dizalice se ostvaruju ručnom polugom. Može se koristiti, ne samo u standardnim uslovima, već i u eksplozivnim sredinama i u tom slučaju ima odgovarajuću vrstu zaštite koja je adekvatno označena na dizalici.
Navlačenje čeličnog užeta Polugu za spuštanje (2) pomeriti u pravcu strelice i lagano gurnuti. Povlačenjem pomeriti polugu za otpuštanje (3) u pravcu strelice, dok ne dođe iza klina i držati oba bloka zatezača u otvorenom položaju. Ispraviti i povući vrh užeta kroz vođicu (4) kroz celu dizalicu do druge strane. Vući uže kroz dizalicu do zahtevane dužine dizanje. Povlačenje užeta kroz dizalicu može se olakšati potezanjem poluge za podizanje (1).
Uže mora da uđe u dizalicu u pravcu njegove ose. Položaj poloha dizalice
zvedáku
Vešanje kuke
závešní háku
Ovešeni element
závesný prvek
Sredstvoprostredek za vázací vezivanje-teret nebo bremeno
D
1
Ukoliko tokom dizanja ili potezanja uže nije pravo, mora da se koristi kotur da bi se ispravilo uže po liniji.
D2
Tirfor winch
Ručna lančana dizalica – čekrk, flaschenzug
Ručna lančana dizalica je univerzalno sredstvo za dizanje i spuštanje tereta i projektovana je da ručnim pogonom ostvaruje dizanje i spuštanje komadnih tereta u radnom prostoru. Sve funkcije dizalice se ostvaruju ručnim pogonom preko pogonskog lanca. Dizanje i spuštanje tereta se ostvaruje povlačenjem pogonskog lanca. Proces dizanja i spuštanja tereta se može prekinuti na bilo kojoj visini. Dizalica da bude stacionarna ili na kolicima, koja mogu takođe da budu na ručni pogon. Predstavlja lako montažni uređaj. Čekrk se veša svojom gornjom kukom za gredne nosače ili specijalno za to postavljene traverze. Masa tereta koji se podiže, ili sila zatezanja lanca, ne sme da prekorači nominalnu nosivost uređaja.
Na slici je prikazano vitlo za dizanje i povlačenje tereta sa ručnim pogonom. Vitlo se okačinje preko kuke 3. Pogon vitla se obezbeđuje pomoću beskrajnog zavarenog lanca 7 koji je spregnut sa pogonskim lančanikom 4. Kao vučni uređaj kod ovakvih vitala koristi se pločasti, zglobni lonac 1 ili zavareni kalibrisani lanac. Podignuti teret se zadržava u nepokretnom stanju disk kočnicom 5 koja se zatvara delovanjem težine transportovanog tereta. U tom slučaju se glavčina lančanika 4 izrađuje u obliku navrtke kojom se priteže ustavljački točak 6 kočnice. Skakavica 2 kočnice se učvršćuje na telu vitla. Ukoliko je potrebno obaviti horizontalno premeštanje tereta vitlo treba obesiti o kolica, koja se premeštaju duž viseće jednošinke od valjanog čeličnog INP profila ili dvostrukog T profila.
7
Na slici je prikazan čekrk sa pužnim prenosom. Sastoji se iz kućišta, mehanizma za dizanje i kuke za vešanje. Mehanizam za dizanje ima dvohodi puž 1 koji nije samokočiv i ima ugao penjanja zavojnice od 16-180, pužni točak od livenog gvožđa 2, odliven zajedno sa lančanikom 3, i lanac za dizanje 4. Ceo mehanizam za dizanje ima kočnicu sa diskom 5. Obrtanje puža se postiže obrtanjem vučnog lanca 6 preko lančanika 7. Dizalica se veša o neku horizontalnu gredu pomoću kuke 8. Stepen korisnog dejstva pužnih čekrka je η=0,6, a njihova nosivost je od 1 do 5 tona.
Vučno vitlo sa ručnim lančanim pogonom
Dobošu za vuču sa ručnim pogonom Primenjuju se za male terete koji se retko dižu. Doboš za vuču sastoji se iz dva vertikalna čelična lima, koji su međusobno povezani delovima za održavanje jednakog rastojanja. Doboš je gladak, prilikom određivanja njegovih dimenzija mora se voditi računa o namotavanju užeta u više slojeva. Za doboše manje nosivosti od 1 do 1,5 tone primenjuje se zupčasti prenosni mehanizam za dizanje tereta sa jednom brzinom. Kod doboša veće nosivosti primenjuju se Doboš za vuču na ručni pogon mehanizmi sa promenljivim zupčastim prenosima koji omogućavaju dve brzine: veću brzinu za manje terete i manju brzinu dizanja za veće terete. Momenat sile na ručici je u ravnoteži sa momentom sile na dobošu
Dd 1 1 Fr ⋅ r = Fu ⋅ ⋅ ⋅ 2 io η
Fu - sila na užetu koje se namotava na doboš, Dd - prečnik doboša, Fr - sila na ručici, η - stepen korisnosti doboša za vuču, io - prenosni odnos.
Za kočenje tereta primenjuje se često trakasta kočnica.
Za unutrašnji ili spoljašnji transport tereta, pri opsluživanju automatskih linija mašinske obrade u velikoserijskoj proizvodnji mašinama alatkama itd, primenjuju se stabilna vitla (dizalice) za dizanje i vuču predmeta, a koja mogu, osim ručnog pogona, da imaju električni ili pneumatski pogon. Ugrađuju se kao stacionarna ili se prenose na kolicima. Vitla sa ručnim pogonom ovoga tipa su često sa saosnim (koaksijalnim) zupčastim prenosnikom, a postoje i druga rešenja, npr. sa planetarnim prenosnikom. Noseći uređaj može da bude uže ili lanac.
Električni pogon
Električna lančana dizalica Električna dizalica sa užetom
Električne dizalice
Električna dizalica, ručna lančana kolica
Klasična kolica dizalice
Savremeno rešenje
Klasična mosna dizalica sa kolicima
Najširu primenu u industriji dobile su mosne dizalice koje se sastoje iz glavnih nosača mosta 11. Dizalica ima mogućnost premeštanja na točkovima 3, koji su ugrađeni na krajevima čeonih nosača 4, a koji se premeštaju duž šinskih staza ispod dizalice 2, koje su položene na konzolama zida, ili na stubovima – nosačima hale, građevinskog objekta. Po gornjem, a kod nekih konstrukcija po donjem pojasu nosača kreću se U zavisnosti od namene dizalice na kolicima, mogu se glavnog ugraditi različiti tipovi mehanizama za dizanje ili se na kolica dizalice 8 koja su opremljena mehanizmom za kolicima mogu ugraditi dva nezavisna mehanizma za dizanje, pri tome jedan predstavlja glavno dizanje 7, a dizanje 7 sa uređajem za zahvatanje tereta. Dovod drugi pomoćno dizanje 6, za manje nosivosti. na kolica Mehanizam za kretanje dizalice 13 je ugrađen na mostu električne struje obavlja preko fleksibilnog kabla dizalice, na čeonim nosačima, dok se mehanizam za 5. U tom slučaju se između dva kretanje kolica 12 direktno ugrađuje na kolicima. bočna nosača razapinje Upravljanje svim mehanizmima dizalica se obavlja iz zategnuta žica 9. kabine 1 koja je okačena na mostu dizalice.
Kao graničnik visine dizanja primenjuje se vretenasti prekidač 12 kojim se isključuje dovod električne struje pri dostizanju viseće kuke do prekidača, do krajnjeg gornjeg, odnosno donjeg položaja. Pomoćni mehanizam za dizanje ostvaruje analognu kinematsku shemu (motor 15, reduktor 18, doboš 17, krajnji prekidač 13). Oba mehanizma za dizanje opremljena su odgovarajućom kukom sa traverzom i koturovima (20 t za glavno dizanje, odnosno kukom za nosivost 5 t za pomoćno dizanje).
Na ramu kolica 11 postavljen je mehanizam za glavno i pomoćno dizanje, kao i mehanizam za kretnje kolica. Mehanizam glavnog dizanja se sastoji iz elektromotora 9 koji je povezan preko transmisionog vratila sa reduktorom 19. Elastična spojnica spaja umetnuto transmisiono vratilo sa ulaznim vratilom u reduktoru, postavlja se na ulaznom vratilu reduktora 19, a koristi se kao kočioni doboš kočnice sa dve papuče 1 koja se aktivira preko elektrohidrauličnog podizača. Izlazno vratilo reduktora 19 je povezano zupčastom spojnicom sa dobošem glavnog dizanja 10. Oslonci gornjih koturova koturača 3, kao i uravnotežavajućih koturova 2 postavljeni su na gornjoj površini rama kolica, što omogućava njihovo održavanje i povećanje mogućnosti obezbeđenja potrebne – zadate visine dizanja tereta.
Primer jednošinske dizalice
doboš
prenosnik motor za dizanje
Električno vitlo sa finim pogonom dizanja
1 – Motor za glavno dizanje, 2 – Motor za fino dizanje, 3 – Konusne kočnice, 4 – Cilindrični zupčanici, prenosnik 5 – Spojnica, 6 – Krajnji isključivač, 7 – Doboš za uže.
Električno vitlo kompanije STAHL
1 spojna kutija 2 reduktor 3 doboš za uže 4 vođica užeta sa oprugom za zatezanje 5 ležaj doboša za uže 7 motor 8 disk kočnica 9 ventilator 10 poklopac ventilatora
Stacionarno vitlo
Vitlo na kolicima
Vitlo DEMAG
rešenje sa planetarnim prenosnikom 7
Vitlo DEMAG
Pneumatska vitla (air hoist)
Primer pneumatskog vitla, pritisak 6,2 bara, za nosivost do 0,5 tone
Doboši za vuču sa motornim pogonom
Doboš za vuču sa motornim pogonom: 1. elektromotor, 2. kočnica, 3. reduktor, 4. doboš
Primena vitla za navoz u brodogradilištima
Proračun pogona mehanizama za dizanje Prenos obrtnog momenta od motora do doboša je ostvaren preko reduktora (kruti prenosni mehanizam), a od doboša do tereta je ostvaren preko užeta (gipkog prenosnog elementa). Snaga elektromotora mehanizma za dizanje se bira prema obrascu: 1 – reduktor 2 – doboš 3 – kočnica 4 – elektromotor 5 – koturača
Q + Gko ) ⋅ vdiz ( P=
η
[W ]
Q - korisni teret (N), Gko - težina koturače (N), vdiz - brzina dizanja tereta (m/s). Na osnovu izračunate snage se usvaja elektromotor iz kataloga sa snagom: Pm ≥ P (prva veća kataloška snaga).
U fazi ubrzavanja tereta pri dizanju, elektromotor treba da savlada i inercijalne sile i tada dolazi do preopterećenja motora. Stepen preopterećenja elektromotora se proverava tako da je: ψstv < ψkat , gde su : ψstv -stvarni stepen preopterećenja elektromotora, ψkat - kataloški stepen preopterećenja elektromotora (daje ga proizvođač).
ψ st v
' M uk = Mn
Mn -nominalni moment elektromotora (Nm); M 'uk -ukupni moment sveden na vratilo elektromotora u fazi ubrzanja (Nm). M 'uk = M‘ st + M ' d i n (Nm) M 's t -statički moment sveden na vratilo elektromotora; ' ' M 'd i n -dinamički moment sveden na vratilo elektromotora. M din ≡ M in Ako je u mehanizam za dizanje ugrađena dvojna koturača gde je m broj krakova koturače, sledi: Dd - prečnik doboša za dizanje tereta u metrima; Dd 1 1 Q Q ⋅ D ' d ⋅ ⋅ M st = ⋅ 2 ⋅ M st' = , Nm Q - nosivost dizalice (N); m 2 i η m ⋅ i ⋅η η - stepen korisnosti mehanizma za dizanje tereta; η = 0.8 do 0.85 i - prenosni odnos od elektromotora do doboša;
U opštem slučaju i za prostu i za dvojnu koturaču može da se napiše:
M st'
Q Dd 1 1 = ⋅ ⋅ ⋅ ikot 2 i η
nm i= nd
m 2 vd ikot ⋅ vdiz n = = , d π ⋅D π ⋅ Dd d
za proste koturače, dok je za dvojne koturače ikot =
nm - broj obrta elektromotora, min-1; nd - broj obrta doboša, min-1.
nm = i ⋅ nd = i
M d' i n
gde je prenosni odnos koturače ikot = m
ikot
vd = vdiz
vd v = i ⋅ ikot diz π ⋅ Dd π ⋅ Dd
mQ vdiz Dd 1 1 J1 ⋅ n1 , Nm = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ + (1.1 ...1.2 ) ⋅ ikot t1 2 i η 9.55 ⋅ t1
pa je za npr. dvojnu koturaču
M d' i n
vdiz 1 Dd 1 1 J1 ⋅ n1 , Nm = mQ ⋅ ⋅ ⋅2⋅ ⋅ ⋅ + (1.1...1.2 ) ⋅ 2 i η 9.55 ⋅ t1 t1 m
mQ - masa tereta, kg; J1 - moment inercije masa elektromotora i kočione spojnice, kgm²; J1 = J m + J sp n1 - broj obrta elektromotora, min-1; t1 - vreme ubrzanja tereta, s (često je označeno i kao tu).
Za npr. dvojnu koturaču dobija se:
M d' i n
=
mQ ⋅ vdiz ⋅ Dd t1 ⋅ m ⋅ i ⋅η
1 ψ st v = Mn
+ (1.1 ...1.2 ) ⋅
J1 ⋅ n1 , Nm 9.55 ⋅ t1
⎡ Q ⋅ Dd mQ ⋅ vdiz ⋅ Dd J1 ⋅ n1 ⎤ ⋅⎢ + + (1.1...1.2 ) ⋅ ⎥ , Nm t1 ⋅ m ⋅ i ⋅η 9.55 ⋅ t1 ⎦ ⎣ m ⋅ i ⋅η
ψ stv ≤ ψ kat Faktor (1,1 ... 1,2) predstavlja uticaj ostalih obrtnih masa koje nisu na vratilu elektromotora. Obično se usvaja t1 =(1 ... 2), s.
π ⋅ nm
30 ⋅ Pn 9,55 ⋅ Pn Pn = M n ⋅ ωm → M n = , ωm = → Mn = = ωm 30 π ⋅ nm nm Pn
Ukoliko se snaga Pn da u kW, možemo da dobijemo moment Mn u Nm kao:
9550 ⋅ Pn Mn = nm
gde je nm u o/min
vdiz ⋅ t1 vdiz Ubrzanje pri dizanju je au = a teret na kraju ubrzanja pređe put su = 2 t1
Moment kočenja se određuje na sledeći način : '
'
a) pri kočenju tereta koji se spušta M k = M din + M st b) pri kočenju tereta koji se diže
M st' , k
' M k = M din − M st'
Q Dd 1 = ⋅ ⋅ ⋅η = M st' ⋅η 2 ikot 2 i
M d' i n, k
Momenat kočenјa je sveden na vratilo elektromotora, računa se u Nm
mQ vdiz Dd 1 J1 ⋅ n1 , Nm = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅η + (1.1 ...1.2 ) ⋅ ikot t1 2 i 9.55 ⋅ t1
Usporenje pri kočenju tereta je ak =
vdiz gde je tk vreme kočenja u sekundama, tk
vdiz ⋅ tk a teret do zaustavljanja pređe put sk = 2
u metrima, ako je vdiz u m/s
Iz kataloga kočnica usvaja se kočnica čiji je kataloški moment kočenja
M kn ≥ M k
S druge strane kočnica može da se usvoji i na osnovu kriterijuma
Mk = β
⋅ M st'
M st' =
Q Dd 1 1 ⋅ ⋅ ⋅ ikot 2 i η
gde je ß stepen sigurnosti za kočnicu, ß = 1,5 za laki režim rada, ß = 1,75 za srednji režim rada, ß = 2,0 za teški režim rada.
Kod kočnice sa dve papuče sila kočenja je
Fk = N ⋅ ik
gde je ik prenosni odnos kočnice, a N normalna sila na papuču kočnice. Moment kočenja je definisan izrazom:
M k = N ⋅ μ ⋅ Dk
gde je Dk prečnik kočnog doboša. Kod kočnica na mehanizmu za dizanje tereta dopuštena vrednost karakteristike zagrevanja
( p ⋅ v )dop = 25 ,
daN m N DK ⋅ π ⋅ nm daN m , ⋅ ⋅ ν = ⋅ ⋅ , , p 2 cm 2 s A 60 cm s
B-širina papuče, ß-obuhvatni ugao papuče; ß = 60°; p < pdop ; pdop = 3 ... 6 daN/cm2.
N p= , A π ⋅ DK ⋅ B A= ⋅β , 360
Električni pogoni transportnih uređaja (mehanizama) Elektromotori su najrasprostranjeniji za pokretanje transportnih uređaja, jer imaju veliku sigurnost i gotovo stalnu gotovost za rad, jednostavan dovod energije, mogućnost preopterećenja u toku kratkog vremenskog intervala i veliku ekonomičnost pri radu. Kod najvećeg broja dizalica koje učestvuju u pretovarima i skladištenju tereta (robe) postoji mogućnost za priključenje na mrežu električne struje, pa se kao pogoni koriste elektromotori (vitla, mosne dizalice, portalne dizalice u skladištima, lučke itd.). Razvoj tehnike u poslednjih sto godina uslovio je primenu svih vrsta elektromotora, uz povremenu dominaciju nekih koji su u datom vremenskom trenutku imali najbolja svojstva prema tehničkim parametrima, mogućnosti regulacije rada, ceni, troškovima održavanja itd. Kod transportnih uređaja je najrasprostranjeniji električni pogon sa jednosmernom i naizmeničnom strujom. U savremene dizalične mehanizme se ugrađuju specijalni dizalični asinhroni elektromotori naizmenične trofazne struje. Ovi elektromotori rade isprekidano, obično sa promenljivim opterećenjem i različitim vremenom trajanja uključenja, sa momentom preopterećivanja pri pokretanju, sa čestim promenama smera okretanja i velikim brojem uključivanja. Asinhroni elektromotori naizmenične struje mogu biti kliznokolutni elektromotori i kavezni elektromotori sa kratkospojenim rotorom. Savremeni elektromotori kod dizalica imaju frekventnu regulaciju. Elektromotori naizmenične struje su lakši i manji po gabaritu od odgovarajućih motora jednosmerne struje. Sem toga su sigurniji u radu i veći im je stepen iskorišćenja. Ova eksploataciona preimućstva uslovljavaju veću primenu ovih elektromotora kod savremenih transportnih uređaja.
Drugi spoljašnji ili globalni faktor kod dizaličkih mašina (prvi je teret) je najčešće pogonski elektromotor, koji proizvodi sile za savlađivanje statičke ravnoteže sa teretom i dodatne sile za prelazne procese, gde se masama daje pozitivno ili negativno ubrzanje. Generalno važi uvek da elektromotori pogona dizanja moraju osigurati velike potezne (polazne) obrtne momente i sa sigurnošću dizati ili spuštati teret, a elektromotori pogona horizontalnih kretanja imaju relativno male statičke otpore u poređenju sa dinamičkim, što uslovljavaju inercijalna svojstva velikih pokretnih masa. Iz navedenog razloga elektromotori za kretanje kolica imaju drugačija svojstva od onih za npr. pomoćno kretanje portala dizalice, što je čest slučaj kod npr. obalskih kontejnerskih dizalica. Iz analize uslova rada pogonskih mehanizama kod npr. kontejnerskih dizalica, nameće se zaključak da su elektromotori najčešće jednosmerne električne struje, naročito za veće snage (npr. pogoni dizanja) sa tiristorskom ispravljačkom grupom, a kod starijih konstrukcija sa Ward-Leonardovim agregatom (motor-generator). Kod novijih konstrukcija za pogonske mehanizme horizontalnog kretanja primenjuju se asinhroni elektromotori naizmenične struje sa tiristorskim pretvaračima frekvencije. Njihova primena se značajnije može očekivati i za veće snage, dakle i za pogone dizanja. kontejnerske obalske dizalice
Radi ilustracije tendencija u primeni elektromotora kod dizalica daje se slika, koja je deo jednog istraživanja sa sredine poslednje decenije prošlog veka. Trenutni razvoj događaja ukazuje da se frekventno regulisani motori više primenjuju nego što su tadašnje optimističke prognoze ukazivale. Za npr. kontejnerske dizalice važi trenutni trend da frekventno regulisani pogoni zamenjuju pogone (regulisane) jednosmerne električne struje, zbog njihovih nedostataka (kolektor, četkice, itd.), a o čemu ekonomski kriterijumi odlučuju.
1. Elektromotori jednosmerne električne struje sa kontrolerima, 2. Elektromotori naizmenične električne struje sa kontrolerima (upuštačima), 3. Leonardovi pogoni, 4. Elektromotori jednosmerne elekrične struje sa tiristorskim ispravljačima i regulacijom, 5. Frekventno regulisani asinhroni elektromotori .
Motori jednosmerne struje sa paralelnom pobudom
sa rednom pobudom
Na dijagramu je prikazana zavisnost broja obrtaja elektromotora jednosmerne struje nm i momenta motora Mm sa rednom i paralelnom pobudom.
Mm
Pogodnija je primena elektromotora jednosmerne struje sa rednom pobudom. Oni poseduju osobinu samoregulisanja - moment elektromotora se menja obrnuto proporcionalno broju obrta, odnosno broj obrtaja elektromotora se smanjuje sa povećavanjem opterećenja. Za vreme perioda neustaljenog kretanja, tj. pri malom broju obrtaja, motor razvija veći moment. Ova pozitivna osobina motora jednosmerne struje sa rednom pobudom u izvesnim slučajevima može da bude štetna, kao npr. kod mehanizama kod kojih moment opterećenja, a samim tim i moment elektromotora, može u radu da dobije veoma male vrednosti, bliske nuli, npr. kod liftova pri 50% opterećenja kabine. Broj obrtaja elektromotora u tim slučajevima može da poraste veoma mnogo, tako da može da dođe do loma motora. U takvim slučajevima primenjuju se motori kod kojih je n≈const, nezavisno od momenta motora. To se dobija podešavanjem karakteristika motora, priključenjem paralelnog otpora.
Kliznokolutni elektromotori Zbog velikih polaznih obrtnih momenata koji pored jačine struje koja je i do 10 puta veća pri ubrzanju od one radne, kao i zbog udara na mehanički sistem kod dizalica većih nosivosti ranije su se koristili tzv. kliznokolutni asinhroni elektromotori (najveći broj dizalica u upotrebi je još uvek sa ovakvim elektromotorima). Kod njih se u strujno kolo rotora ubacuje spoljašnji otpor, koji omogućava dobijanje testerastog dijagrama za različite veličine otpora i blaže ubrzanje tereta. Mehanička karakteristika kliznokolutnog motora (karakteristika zaleta) prikazana je na slici. Karakteristika zaleta, kriva M = f(n) definiše karakteristika zaleta promenu momenta od trenutka uključenja motora na mrežu, pa sve dok motor ne dostigne punu brzinu. Karakteristične tačke na krivoj karakteristike zaleta su: •Nominalni moment Mn koji je pogonska karakteristika elektromotora i može da se M ψ = m izračuna. M n •Polazni (potezni) moment Mp koji služi za pokretanje pogona iz stanja mirovanja. •Minimalni moment (moment sedla) Ms. U periodu ubrzanja treba da je veći od momenta otpora kretanju pri zaletanju pogona. •Maksimalni (prekretni) moment Mm koji je ekstremna vrednost momenta motora i važna veličina za izbor motora data u katalogu (ψ).
Kliznokolutni motori se direktno ne upuštaju u rad, jer namotani rotor omogućava regulisanje brzine obrtaja. Postoji veliki broj sistema za kontrolisano regulisanje broja obrtaja motora. Danas se još u mnogim slučajevima koriste omski otpornici (reostati) u kolu rotora motora za upuštanje i regulaciju brzine obrtaja motora u periodu ubrzanja. Kod kolutnih elektromotora se uključivanjem u strujno kolo rotora grupe otpornika menja karakteristika rada elektromotora (menja se odnos momenata i broja okretaja), odnosno dobija se čitav niz dopunskih karakteristika. Dodavanjem otpornika dopunske karakteristike zaleta se tako transformišu, da se dobijaju maksimalni momenti pri nižim brojevima obrtaja. Sa povećanjem otpora kola rotor pri M = const brzina obrtaja opada, pa i karakteristika zaleta postaje manje strma. Na slici je data zavisnost broja obrta i momenta sa uključivanjem grupe otpornika, gde je: Mst – statički moment otpora (uređaj radi u stacionarnom režimu). U periodu polaza elektromotora vrednost momenta se kreće između Mmax i Mmin polazeći od krive "1" do krive"4" (najveći moment elektromotora je Mmax max ). Kod promene "n" i "M" po krivoj "1" uključeni su otpori R1 +R2 +R3. Promenom po krivoj "2" uključeni su otpori R2 +R3. Promenom po krivoj "3" uključen je otpor R3. Kod promena po krivoj "4" svi otpori su isključeni.
Testerasti dijagram Moment upuštanja motora se u periodu ubrzanja odvija u granicama Mmax do Mmin što odgovara izlomljenoj liniji (testerasti dijagram). Regulacijom broja obrtaja motora pri upuštanju se omogućava postepeno ubrzanje mehanizma, smanjenje polaznog momenta, a time i smanjenje dinamičkih faktora udara.
Sa najvećim otporom u kolu rotora, čime je ograničena polazna struja, pokretanje motora počinje po karakteristici 1 sa maksimalnim momentom Mmax. Vrednost maksimalnog momenta je ograničena veličinom otpora i manja je od prekretnog momenta Mm te je i vrednost maksimalnog stvarnog faktora preopterećenja (ψmax=Mmax/Mn) manja od kataloške vrednosti (ψmax=Mk/Mn). Posle povećanja brzine obrtanja do n1 motor se prebacuje na karakteristiku 2, smanjivanjem otpora u kolu rotora. Na ovoj karakteristici brzina raste do n2, a na karakteristici 3 do n3. Prekopčavanje, tj. smanjivanje rotorskih otpornika se izvodi kada se vrednost obrtnog momenta smanji na vrednost Mmin. Vrednost ovog najmanjeg momenta pri upuštanju treba da iznosi od 10 do 20% od nominalnog momenta Mn. Pri broju obrtaja n4 iz kola se isključuju svi otpornici i motor prelazi na rad po prirodnoj karakteristici 5, postižući asinhroni broj obrtaja n=n5 i moment kretanja Mst (radnu tačku RT).
Kavezni elektromotor sa kratkospojenim rotorom Kavezni elektromotori ili elektromotori Teslinog tipa su najrobusnije konstrukcije, bez kliznih prstenova ili kolektora koji zahtevaju održavanje i uzrokuju zastoje u radu i ne dozvoljavaju regulaciju broja obrtaja. Pokretanje (upuštanje) ovih motora može se obaviti na više načina, što zavisi od jačine mreže, vrste zaleta (pogona), veličine motora. Njihova primena kod dizalica moguća je sa direktnim puštanjem u rad za motore manje snage (što nije povoljno, ali je najjeftinije) ili sa puštanjem u rad prevezivanjem statorskog namotaja ili izmenom broja pari polova. Pri direktnom upuštanju u rad polazna struja Ip je 3-7 puta veća od nominalne In, što dovodi do kratkotrajnog strujnog udara u mreži, pa može da naruši režim rada ostalih mašina i potrošača uključenih na istoj mreži. Pri direktnom upuštanju kaveznih motora ne postoji mogućnost ograničavanja polaznog momenta, kao što je slučaj sa kliznokolutnim motorima. Ukoliko mreža ne može da podnese struju polaska, najčešće se vrši pokretanje motora prekidačem zvezda – trougao ili delom namotaja, posebnim namotajem, itd. Masovnija primena frekventno regulisanih pogona vraća ih ponovo u veću upotrebu i kod dizalica, što treba očekivati i u buduće.
Prirodna karakteristika zaleta Mn – nominalni moment, Mp – polazni moment, Mmin – minimalni moment (moment sedla), Mmax – maksimalni moment (prekretni moment)
Za pravilan izbor motora, da ne bi moment sedla u toku upuštanja imao manju vrednost od momenta otpora radnog mehanizma definiše se klasa rotora, kao bitna karakteristika kaveznih motora. Klasa rotora određuje sa kojim se najvećim momentom otpora radnog mehanizma obezbeđuje siguran zalet motora. Postoje osnovne 4 klase rotora: KR70, KR100, KR130, KR 160 definisane za nominalni napon. Oznaka klase rotora sadrži broj koji predstavlja relativnu procentualnu vrednost (u odnosu na nominalni moment) momenta otpora, kojim se obezbeđuje siguran zalet motora pri direktnom upuštanju. Tako, npr. motor sa rotorom klase KR70 garantuje sigurno zaletanje pri direktnom pokretanju sa momentom opterećenja do 70%, KR100 do 100%, itd.
Kavezni elektromotor sa kratkospojenim rotorom
Elektromotori fino regulisane brzine obrtaja Kako je već napomenuto pogonski mehanizmi kod savremenih dizalica najčešće zahtevaju regulisane pogone, zbog čega se primenjuju elektromotori jednosmerne električne struje i naizmenične sa promenljivom frekvencijom. Načelno njihovi radni dijagrami zavisnosti obrtnih momenata od broja obrtaja (što je istovremeno i brzina dizanja u nekom konstantnom odnosu) su slični što pokazuje slika. Šrafirana polja u I i III kvadrantu su za ubrzanja, a u II i IV za kočenja. Sistemi za regulaciju pogona dizanja određuju svojom logikom da li će motor raditi u polju konstantnih momenata (puno opterećenje) ili konstantne snage (malo opterećenje).
Dijagram moment-broj obrtaja regulisanih pogona
Zahvaljujući razvoju elektronike, već posle 1970. godine pojavljuju se pogoni sa elektromotorima jednosmerne električne struje, koji su imali napajanje preko tiristorskih ispravljača (naizmeničnu električnu struju iz mreže ispravljaju i transformišu u jednosmernu). Na slici je prikazana zavisnost obrtnog momenta, snage, napona i jačine struje kod elektromotora jednosmerne električne struje u zavisnosti od broja obrtaja (statičke krive). Izvor jednosmerne električne struje je ranije bio Ward-Leonardov agregat, a sada je najčešće tiristorska ispravljačka grupa. Pored povoljnih uslova za regulisan pogon sa postepenom promenom broja obrtaja, ovi elektromotori sadrže kolektor što u dizaličnim pogonima zahteva nadzor pri radu i može biti uzrok zastoja. Ako se umesto elektromotora jednosmerne električne struje koriste asinhroni kavezni elektromotori sa frekventnim pretvaračima, dobiće se slična radna karakteristika.
Radni dijagrami elektromotora jednosmerne električne struje
Na slici su pokazani dijagrami regulisanih pogona (obrtni moment - broj obrtaja) za pogonske mehanizme za dizanje i to elektromotora jednosmerne i naizmenične električne struje sa oznakama polja sa konstantnim fluksom (φ), naponom struje (U) i frekvencijom (f).
Radni dijagrami elektromotora jednosmerne električne struje i frekventno regulisanog asinhronog elektromotora (Siemens)
