7CAPITOLUL 1MAINI DE RIDICAT I DE TRANSPORT

1. 1. Generaliti. Domenii de utilizare

Mainile de ridicat i transport joac un rol foarte important n diferitele ramuri deproducie. Actualmente, la aceste maini, este folosit aproape exclusiv acionarea electric.Acionarea electric a contribuit n mare msur la perfecionarea instalaiilor de ridicat itransport din punctul de vedere al siguranei n funcionare i al productivitii.

Ca exemplu pentru unele din utilizrile mai importante ale mainilor de ridicat itransport se poate aminti:

n siderurgie: poduri de transbordare pentru cocs, minereuri i adausuri, macaralepentru ncrcarea cuptoarelor Simens-Martin, ascensoare pentru furnale nalte, idiferite tipuri de poduri rulante;

n metalurgia prelucrtoare: macarale rotitoare i poduri rulante; n domeniul construciilor: macarale turn i escavatoare; n centralele electrice: poduri rulante n slile de maini, instalaii pentru descrcarea

combustibilului din vagoane de cale ferat sau din lepuri i pentru repartizarea ndepozit i instalaii pentru ridicarea combustibilului n silozurile nalte; n acest scopse folosesc poduri de transbordare, screpere, benzi de transport, elevatoare cu cupe,jgheaburi cu raclei, melci de transport, monorailuri i ascensoare;

n porturi: instalaii de transbordare foarte mari, unde greutile ridicate ating sute detone;

n cldiri nalte: ascensoare pentru persoaneProiectarea unei acionri electrice, incluznd i comanda automat, cuprinde dou

probleme de baz: a) alegerea sistemului de acionare i a schemei electrice; b) dimensionareaelementelor care intervin n schema electric.

Pentru rezolvarea acestor probleme trebuie s se aib n vedere c procesul tehnologicrealizat de maina de lucru impune condiiile de baz pentru alegerea i dimensionareaacionrii electrice.

La rndul lor, perfecionarea utilajului electric i a sistemelor de acionare determinmodificri att n construcia mainilor de lucru, ct i n realizarea proceselor tehnologice ncondiii ct mai optime.

La proiectarea unei acionri se disting urmtoarele etape principale:Etapa I. Pentru alegerea sistemului de acionare i a tipurilor de motoare electrice

trebuie s se stabileasc dac sunt necesare: modificarea turaiei; reglarea turaiei al o valoareprecis, independent de sarcin sau de ali factori; inversarea sensului de micare; porniri ifrnri frecvente.

De asemenea, mai este necesar sa se cunoasc: condiiile n care trebuie realizateaceste cerine:

cum ar fi spre exemplu limitele de modificare a turaiei, frecvena inversrilor,pornire grea sau uoar etc.;

ordinul de mrime al puterii necesare pentru acionare, regimul de lucru impusmotoarelor electrice i condiiile impuse de mediul ambiant.

tiind c se pot aplica diferite sisteme de acionare folosind curentul alternativ saucontinuu, soluia final se definitiveaz cu considerarea urmtorilor factori: productivitateamainii de lucru; cheltuielile de investiie i exploatare; randamentul i factorul de putere,respectiv consumul de energie pe unitatea de produs.

8Etapa II. Cuprinde calculul datelor tehnice ale motoarelor electrice de acionare i alesistemului de alimentare, atunci cnd este cazul, cum ar fi: transformator, convertizor cumaini rotative sau elemente statice, etc. Se calculeaz puterea motoarelor pe baza limitelorimpuse de nclzire, cu respectarea condiiilor de pornire i suprasarcin, innd seama i decondiiile impuse de mediul ambiant. Problema se rezolv pe baza diagramelor de funcionareprin metodele indicate n literatura de specialitate.

Turaia motorului se alege n funcie de diferite considerente, dintre care se amintescca exemple urmtoarele: la acionrile cu funcionare intermitent sau cu micare reversibil,considerentul de baz este acela ca energia cinetic nmagazinat n sistemul motor-main delucru s fie minim; la acionrile cu funcionare continu trebuie s se in seama de o seriede aspecte tehnico-economice, cum ar fi valoarea raportului de transmisie, construciatransmisiei, gabaritul i costul transmisiei i motorului de turaie mai mare sau mai mic.

n cazul acionrii mainilor de lucru cu sarcin sub form de ocuri (laminoare, prese,etc.) determinarea datelor tehnice ale motorului electric este legat de calculul momentului deinerie al volanului.

Odat cu determinarea puterii motorului se stabilete i forma constructiv. pe ctposibil se folosesc motoare de construcie normal, evitndu-se cele de construcie special.Stabilirea datelor tehnice i tipului motorului de acionare se fac n funcie de factorii amintiila etapa I.

Etapa III. Se stabilete schema de principiu a acionrii electrice i apoi se alegaparatele de comand i protecie. Se analizeaz problemele de comand automat privindpornirea, frnarea, inversarea, modificarea i reglarea turaiei i stabilitatea acionrii. Seexamineaz aspectele de protecie a utilajului electromecanic fa de posibilitatea funcionriianormale i fa de avarii, ct i realizarea cerinelor de protecia muncii. Dup definitivareaschemei de acionare se calculeaz valorile mrimilor necesare alegerii aparatului.

Etapa IV. Se face aprecierea acionrii din punct de vedere tehnic i economic i secompar soluiile pentru acionarea n cazul c s-au calculat mai multe variante, alegnd-o pecea optim.

Etapa V. Se proiecteaz construcia acionrii. Se amplaseaz motoarele, aparatajul iconductoarele de legtur i se ntocmete schema de montaj.

Evident c aceste etape de proiectare nu trebuie considerate izolat ci n dependenreciproc.

1.2. Maini de ridicat. Tipurile constructive i transmiterea micrii de lamotorul de acionare

n cele ce urmeaz se prezint schematic cteva tipuri de macarale i mecanisme deridicare i translaie, cu scopul de a arta unele din micrile principale care trebuie realizate,notate cu numere i modul de transmitere a cuplului de la motorul electric la componentaacionat, 15.

1.2.1. Macarale rotitoare.n figura 1.1 se prezint o macara rotitoare de atelier, fixat pe perete.Cablul fixat n punctul B, este condus peste scripetele mobil cu crlig A, scripeii

cruciorului C, scripetele D i nfurat pe toba E. Toba acionat E poate fi montat pecruciorul C, n care caz captul B este fixat pe tob. G este fora care se opune ridicrii,determinat de piesa de ridicat.

9Fig. 1.1. Macara rotitoare de atelier

Echilibrul forelor se exprim prin relaia

0______ RHG

unde: H i R sunt reaciunile n lagre. Cu 1,2 i 3 s-au notat micrile care se realizeaz demacara.

Fig. 1.2. Macara turn

10

La construcia de locuine se folosete adeseori macaraua turn, figura 1.2. Macaraua sedeplaseaz pe dou ine S care, spre exemplu, pot avea un ecartament de 4m. Acionareatranslaiei se face prin dou motoare electrice care transmit cuplul la roile care ruleaz pe unadintre ine, realiznd micarea 1. Rotirea turnului A fa de suportul B se face prin acionarearoii dinate R cu un motor electric (micarea 2). Ridicarea greutii

__

G , adic micarea 3 serealizeaz prin ramura de cablu F, care se nfoar pe toba f , acionat de la dou motoareelectrice printr-un angrenaj planetar, cu scopul de a obine trei viteze de ridicare mult diferiteca valoare. Rotirea braului C n plan vertical, adic micarea 4, se realizeaz prin cablul D,care se nfoar pe toba d acionat de un motor electric i situat pe platforma E.

Fig.1.3. Macara portuar

Fig.1.4. Macara portuar

Micarea 4 se realizeaz astfel nct greutatea s rmn la aceeai nlime. n acestscop, cnd toba d se rotete, ridicnd de exemplu braul C, toba f fiind inut n stare de repausgreutatea G coboar fa de braul C ns rmne la acelai nivel fa de sol. Aceasta,

11

deoarece ramura D1 se scurteaz, n timp ce D2 se elibereaz, deci lungimea total a funieiD2F crete.

Acionarea se face deci prin ase motoare electrice.Date tehnice orientative: masa greutii maxime de ridicat 5 tone; nlimea maxim

de ridicare a crligului 38 m; raza maxim de aciune a braului C 20m; viteza de ridicare 3,16, 30 m/min; viteza de translaie a macaralei 25m/min; viteza de rotaie a turnului 0,6rot/min; viteza maxim de deplasare a sarcinii pe orizontal 6,7 m/min.

Macaraua din figura 1.3 se folosete n porturi. Grinda rotitoare A este fixat decoloana B condus n suportul fix C prin lagrele b1 i b2. Pe grinda A se deplaseazcruciorul D. Greutatea admisibil depinde de poziia cruciorului D.

La macaraua din figura 1.4 braul A este fixat pe construcia tubular B sprijinit nsuportul fix C prin lagrul axial-radial b1 i radial b2. Pentru ridicarea greutilor mici servetemacaraua de pe cruciorul D iar pentru cele mari cruciorul E.

Macaraua turnant grea din figura 1.5 este pus pe o plac turnant C. Braul A estebasculant, micarea realizndu-se prin bulonul filetat B.

Fig. 1.5. Macara turnant grea

1.2.2. Macarale portal, poduri de transbordare i macarale cu funie purttoare.

Macaraua portal din figura 1.6 este folosit pentru transbordare din nave n vagoane.Operaia se execut cu o macara turnant, din care s-a figurat numai axa XX. Portalul B,aezat pe crucioarele C, este deplasabil pe inele D1D2 realiznd micarea 1.

n loc de macaraua fix se poate aplica un crucior cu care se deplaseaz pe portal.Pentru mrirea capacitii de transbordare se poate folosi o construcie deplasabil A cucrucior.

12

Fig. 1.6. Macara portal

Podurile de transbordare (figura 1.7) au o construcie asemntoare cu macaraleleportal, ns deschideri i capaciti de transport mai mari. Se folosesc spre exemplu, pentrutransbordare n nave sau din nave n depozitele din port, respectiv n vagoanele de cale ferat.

Date tehnice (16): viteza de ridicare: 50-100 m/min; viteza de translaie a cruciorului:80-200 m/min; viteza de translaie a podului: 16-60/min; capacitatea de transbordare: 50-800t/h; masa greutii de ridicat a apuctorului: 3-30 tone.

Fig. 1.7. Poduri de transbordare

Macaralele cu cablu purttor (figura 1.8.) se folosesc la deschideri mari. Cablulpurttor este fixat pe coloanele A1 i A2 . Pe cablul purttor se deplaseaz cruciorul B1 B2legat de cablul C acionat de discul C1. Pentru ridicare servete cablul D care se nfoara petoba D1. Suporii A1 i A2 se pot aplica pe crucioare, pentru a realiza micarea de translaie antregii macarale. Date tehnice (16): deschidere: 80-800m, obinuit 150-400m ; masaobiectului de transportat: 1-20 tone, excepional pn la 150 tone; nlimea de ridicare: pnla 100m i uneori peste; capacitatea de transport: pn la 250 t/h; viteza de ridicare: 40-125m/min; viteza de translaie a pisicii: 160-300 m/min.

Fig. 1.8. Macara cu cablu purttor

13

1.2.3. Poduri rulante

La podul rulant, figura 1.9, A se deplaseaz pe calea compus din grinzile B1 i B2 cuine. Grinzile sunt aezate pe console sau stlpi situai de-a lungul halei deservit de podulrulant. De-a lungul podului se deplaseaz cruciorul C, care poate avea unul sau mai multemecanisme de ridicare.

Fig. 1.9. Pod rulant

Micrile realizate de pod sunt: 1 micarea de ridicare i coborre a sarcinii; 2micarea de translaie a cruciorului; 3 micarea de translaie a podului. Pentru fiecaremicare se prevede un motor electric de acionare. Date tehnice orientative: masa greutii deridicat: 5-20 tone; viteza de ridicare: 1,5-16 m/min; viteza de translaie a cruciorului: 12,5-40m/min; viteza de translaie a podului: 40-120 m/min; deschiderea podului: 11-31,5 m. Existpoduri rulante care ridic greuti de sute de tone, cum sunt, de exemplu, n oelrii.

1.2.4. Palane i monoraiuri

Palanele servesc pentru ridicarea de greuti mici, de maximum cteva tone. Palanulpoate avea deasupra un crlig cu ajutorul cruia se suspend sau o plac cu care se fixeazprin uruburi de o alt construcie.

n figura 1.10, este artat un palan cu indus conic. Statorul A este fixat n carcasa B1 decare sunt fixate rigid piesele B3 i B5. Cuplul se transmite de la rotorul C la toba D, pe careeste nfurat cablul prin angrenajul Z1-Z2 i dantura interioar Z8. Frna conic E este strnsde resortul F i devine liber cnd motorul este pus sub tensiune, adic este magnetizat.Trebuie precizat c frna mecanic trebuie s acioneze totdeauna cnd dispare tensiunea.

Fig. 1.10. Palan cu indus conic

14

Construcia cu rotor conic este indicat numai dac numrul palanelor de confecionateste foarte mare. astfel se folosete un motor cu indus cilindric normal i un ridictor de frnseparat.

Monoraiul const dintr-un palan b suspendat pe un crucior, care circul pe o caleaerian cu ramificaii (figura 1.11). Calea de rulare poate consta dintr-un profil I sau L etc.Cu C s-a notat cabina de comand.

Fig. 1.11. Monorai

Dac monoraiul transport material vrsat, atunci el trebuie s aib un apuctor(graifr).

n figura 1.12. este artat dispoziia unei instalaii. S-a notat cu: A calea aerian, cuA1 partea din cale care trece pe podul rulant care deservete depozitul C, cu D1 D2 cilede rulare a podului, cu a1 a2 macazele i cu B1 B2 lepurile care transport materialulvrsat.

Fig. 1.12. Dispoziia unei instalaii de ncrcare portuar

n ntreprinderi se folosesc electropalane cu sarcin de pn 3 tone. Un asemeneaelectropalan este prezentat, prin schema electric (figura 1.13) i componena acestuia:

K - cheie de contact;1b1; 1b2 - limitator curs electropalan;2b1; 2b2 - limitator curs crucior;b6; b7 - buton de comand electropalan ridicare, coborre;b4; b5 -buton de comand crucior stng,a dreapta;b2; b3 - buton de comand pod rulant nainte, napoi;b1 - buton de comand sonerie electric;1C1; 1C2 - contactor ridicare electropalan ridicare, coborre;2C1; 2C2 - contactor acionare crucior stnga, dreapta;

15Fig. 1.13. Schema electric a unui electropalan

16

ch - contactor acionare sonerie electric;e1- e12 - sigurane fuzibile;1e; 2e - relee termice;m1 - transformator comand 380 V / 24 V;h - lamp semnalizare;1m; 2m - electromotor de acionare electropalan, crucior;b1 - buton comand sonerie.

1.2.5. Macaraua de ncrcare a cuptoarelor

Pentru ncrcarea cuptoarelor Siemens Martin se folosete o macara de construciespecial (figura 1.14). Se observ c fa de cazul obinuit, mai exist micrile 5, de rotire alingurii A n jurul axei orizontale i 4, de rotire n jurul axei verticale. Acionarea se face princinci motoare, cte unul pentru fiecare micare. Conductele electrice care se gsesc napropierea cuptorului trebuie protejate mpotriva cldurii. Linia principal de contact seaeaz n lungul peretelui opus cuptorului.

Fig. 1.14. Macara pentru ncrcarea cuptoarelor metalurgice

Macaraua se folosete i n alte scopuri cum ar fi: deplasarea vagonetelor, repartizareamaterialului introdus n cuptor, etc. Ca urmare, motoarele sunt larg dimensionate.

1.2.6. Troliuri

Troliul pentru cruciorul unui pod rulant normal este schiat n figura 1.15. Pe toba deridicare A se nfoar simetric capetele funiei de oel K, care trece peste scripeii mobili B ifix C. Toba A primete micarea de la motorul electric de ridicare D prin roile dinate Z1 Z6din cutia F i roile Z7 i Z8; E este frn mecanic i totodat i cuplaj.

Pentru translaie servete motorul electric G, de la care se transmite cuplul la roata Jprin cutia de angrenaje H cu roile Z1 - Z4 i roile exterioare Z5 i Z6. I este frna.

Acionarea aceluiai mecanism de ridicare se poate face i cu dou motoare electrice,micarea transmindu-se printr-un reductor planetar; se realizeaz patru viteze de ridicare,dup cum funcioneaz un motor electric sau cellalt, fie ambele motoare electrice n acestsens sau n sensuri contrare (13). Troliul cu apuctor (graifr) este folosit la transportulmaterialului vrsat: crbuni, etc.

Apuctorul (figura 1.16) const din dou cupe A1 i A2 prinse cu articulaiilea1,a1,a2,a2 de cutia C prin tijele B1, B2 i cablurile de oel ale palanelor l. Cablurile suntfixate n cutia C iar extremitile libere E duc la toba de nchidere a troliului. Cutia C este

17

suspendat prin cablurile D care se nfoar pe toba de ridicare. Cablurile E se numesc denchidere iar D de ridicare. Cu linie plin se arat apuctorul nchis iar cu linie ntreruptdeschis.

Funcionarea decurge astfel: apuctorul se deschide prin lsarea n jos a cablurilor E ise las s cad n stare deschis, cu o vitez destul de mare, astfel nct cupele s se nfig nmaterial; cderea se realizeaz prin lsarea n jos a cablurilor D i E. Urmeaz nchiderea printragerea n sus a cablurilor E, apuctorul umplndu-se n acest fel cu material. Ridicarea serealizeaz prin micarea concomitent a cablurilor D i E n sus; n acelai timp se poateexecuta i transportul pe orizontal prin translaia cruciorului, respectiv a podului. Ladestinaie apuctorul se deschide prin lsarea n jos a cablului E. Volumul cuprins n cupepoate fi 0,3-10 m3.

Troliul apuctorului poate primi micarea de la un singur motor electric sau de la doumotoare electrice.

Fig. 1.15. Troliu

18

Fig. 1.16. ncrctor (Apuctor)Un sistem de acionare cu un singur motor electric i cuplare a celor dou tobe printr-

un electromagnet este artat n figura 1.17. Toba de nchidere A1 este calat fix pe arborelesu iar toba de ridicare A2 este pus liber pe acelai arbore. Pe arborele motorului electric deacionare M este montat frna cu ridictorul electric B. Toba A2 este legat prin angrenajulZ3Z4 cu partea e1 a cuplajului conic E, partea e2 fiind comandat la electromagnetul D. Pentrublocarea tobei A2 servete frna cu ridictorul electric C. Se precizeaz, frnele blocheaztotdeauna arborii cnd ridictorul de frn nu este alimentat; blocarea se realizeaz decimecanic. Funcionarea decurge astfel: ntotdeauna cnd M se rotete, este pus sub tensiuneridictorul de frn B; cnd D este pus sub tensiune cuplajul este desfcut iar C nu este subtensiune, deci A2 st i A1 se rotete; cnd D nu este sub tensiune, C este sub tensiune, deciambele tobe se rotesc n acelai sens.

Fig. 1.17. Sistem de acionare a ncrctorului cu un singur motor

Acionarea prin dou motoare electrice, cte unul pentru fiecare tob, este cea mairspndit (figura 1.18). Motoarele M1 i M2 funcioneaz fiecare aparte sau simultan, dupcum operaia de realizat cere funcionarea tobelor A1i A2 individual sau simultan. Frnelesunt notate cu F1 i F2. O schem electric corespunztoare schemei cinematice din figura1.17 se arat n figura 1.48. Uneori, cuplarea micrilor celor dou mecanisme se realizeazprin mersul sincron al motoarelor electrice.

19

Fig. 1.18. Sistem de acionare a ncrctorului cu dou motoare

1.2.7. Mecanisme de translaie

n figura 1.19 se arat mecanismul de translaie pentru un pod rulant, avnd arborele Ade turaie mare acionat de motorul electric M; A transmite la roile de rulare B prinreductoarele C, cu D fiind notate cuplajele. Pe unul din cuplaje se monteaz de obicei frnmecanic.

Fig. 1.19. Mecanism de translaie de mare turaie

n figura 1.20 se arat cazul unui mecanism de translaie la care arborele A are oturaie de valoare mic.

Fig. 1.20. Mecanism de translaie de mic turaie

La macaralele portal i podurile de transbordare se folosete uzual acionareaindividual a picioarelor lor. Pentru egalizarea turaiilor se poate aplica arbore mecanic sausoluia cu arbore electric. n figura 1.21 se prezint o soluie cu arbore mecanic A de egalizarei angrenaje conice E.

20

Fig 1.21. Sistem de translaie cu arbore mecanic

1.2.8. Frne mecanice

Frnele mecanice utilizate mai frecvent sunt frna cu band i frna cu saboi.Frna cu band (figura 1.22) nu se poate folosi n cazurile cnd sensul de rotaie se

inverseaz, ca la micrile de translaie ale cruciorului i podurilor i micrile de rotaie abraelor de la macaralele turnante. Un dezavantaj mare al acestei frne este c arborelui i setransmite o for F care l solicit la ncovoiere, egal cu rezultanta forelor F1 i F2. S-a notatcu R ridictorul de frn.

Fig 1.22. Frn cu band

Frna cu saboi (figura 1.23) se aplic n cele mai multe cazuri. Ea este dimensionatn aa fel, ca arborelui pe care este pus discul s nu i se transmit for transversal. S-au notatcu A discul de frn, cu B saboii, cu R ridictorul de frn i cu G greutatea care strngesaboii cnd ridictorul R nu este sub tensiune electric. n loc de G se poate folosi resortul Rreprezentat punctat n figur.

Fig 1.23. Frna cu saboi

21

1.2.9. Sisteme de acionare electric i utilajul electric specific mainilor deridicat

Sisteme de acionare electricAlegerea tipului de acionare electric depinde de parametrii reelei i particularitile

mecanismelor acionate. Transformarea parametrilor sursei existente se face destul de rar. nastfel de cazuri, de obicei curentul alternativ se transform n curent continuu, acionrile carenecesit condiii speciale de modificare a turaiei sau pentru circuitele de comand.

Tensiunile normale ale sistemelor de alimentare n c.c. folosite la motoarele electricesnt: 110, 220 i 440 V. Tensiunile alternative pentru motoare sunt 220 i 380 V, mai rar 500V. Din motive de protecia muncii, n circuitele de comand, semnalizare i iluminat sefolosesc i tensiuni reduse: 12, 24 i 36 V.

n majoritatea cazurilor acionarea se face cu motoare individuale.La alegerea utilajului electric trebuie avut n vedere c mainile de ridicat funcioneaz

uneori n medii care conin pulberi (fabrici de ciment), gaze corozive (industria chimic), gazeexplozive (mine de crbuni), la temperaturi nalte (oelrii) sau sunt supuse precipitaiilorfiind montate n exterior.

Sisteme de curent continuu. Dintre motoarele de curent continuu se ntrebuineaz maiales cele cu excitaie n serie sau mixt.

Motoarele cu excitaie n serie se folosesc la macarale de diferite tipuri, mai ales lamecanismele de ridicare i la troliuri marine: motoarele cu excitaie mixt i n derivaie seutilizeaz mai ales la acionarea mecanismelor de translaie i a celor de transport continuu.

Pornirea se face prin introducerea unor rezistene legate n serie cu indusul.Modificarea turaiei se face prin introducerea de rezistene: acestea pot fi legate n

serie sau n paralel cu indusul i n plus, la motorul serie rezistenele se pot combina nmontaje cu excitaia legat n paralel cu indusul, mai ales n cazul coborrii greutii.

Frnarea se face n contracurent, reostatic i prin recuperare de energie. Frnarea ncontracurent prezint avantajul simplitii legturilor i al eficienei ei; n schimb aredezavantaje importante: pierderi mari de energie, posibilitatea unei reversri neintenionate ifaptul c nu este posibil dac dispare tensiunea. Din cauza unor neajunsuri se folosesc pe ctposibil, celelalte metode de frnare.

Sisteme n curent alternativ. n curent alternativ se folosesc pentru acionare aproapeexclusiv motoare asincrone. Acionarea cu motor de c.a. este cea mai rspndit.

a) Motoarele asincrone cu rotorul n scurtcircuit se folosesc la macarale de construcii,palane, monorailuri, macarale n locuri cu pericol cu explozie, funiculare, poduri rulante mici,etc. Motoarele la care turaia se poate modifica prin schimbarea numrului de perechi de polise folosesc la macarale cu apuctor i unele macarale speciale. Frnarea se face de obiceisuprasincron prin recuperare iar subsincron asociat cu frna mecanic. Dac frecvenapornirilor este mare, motoarele asincrone cu rotorul n scurtcircuit trebuie verificate lanclzire din punc de vedere al numrului admisibil de porniri pe ora. n general, ele nu suntpotrivite pentru o frecven mare de porniri.

b) Motoarele asincrone cu inele se folosesc la acionarea podurilor rulante, amacaralelor metalurgice, a macaralelor mari i n general la o mare varietate de tipuri deaparate de ridicat.

Metodele de modificare a turaiei folosite sunt: ) intercalare de rezistene n circuitulrotoric; alimentarea de la un sistem nesimetric de tensiuni care se poate realiza n montajecu autotransformator, cu amplificatoare magnetice i condensator, etc; acionarea prin doumotoare electrice cu arbore comun; racordarea la reea se face astfel, nct cmpurile lorrotitoare s fie de acelai sens sau de sensuri opuse; aceast metod se folosete destul de rar,

22

de exemplu la unele macarale din industria metalurgic;schimbarea frecvenei, care sepoate obine prin alimentare de la un modificator de frecven rotativ sau static, cu tiristoare;metoda se aplic rareori, n cazurile cu pretenii deosebite de modificare a turaiei, cum ar fide exemplu la unele macarale de montaj, din turntorii i mai ales cele folosite la fabricareaavioanelor; modificarea i reglarea automat a tensiunii la borne prin amplificatoaremagnetice, diode semiconductoare i tiristoare; metoda se folosete n cazurile cu preteniideosebite de modificare a turaiei.

Metodele de frnare folosite sunt: ) frnarea n contracurent; frnarea subsincronmonofazat, aplicat frecvent; caracteristicile mecanice n=f(M) sunt mai favorabile dect celerealizate prin frnare n contracurent i nu exist posibilitatea inversrii sensului de micare;ns la funcionarea n c.a. monofazat, maina nu este aa de bine utilizat ca n trifazat, deci,pentru un anumit efect de frnare, trebuie ales un motor electric de putere relativ mai mare; frnarea n cmp excitat de curent continuu; metoda ofer posibiliti bune de modificare aturaiei i obinerea de viteze mici; se aplic rar, fiind necesar sursa de curent continuu;frnarea cu recuperare se folosete frecvent; deoarece nu se poate frna dect peste turaiasincron, se aplic combinat cu alte metode de frnare; frna mecanic se aplic n toatecazurile; comanda se poate face cu electromagnet sau ridictor electrohidraulic, n care caz sepoate i modifica i regla turaia; uneori se aplic frna cu cureni turbionari.

c) Acionarea prin grupe de motoare electrice cu mers sincron, fr sau cu mainiauxiliare, se aplic la poduri rulante, macarale portal sau poduri de transbordare cu deschideremare.

d) Comanda operaiunilor de pornire, modificare a turaiei, frnare, etc. se face princontrolere care acioneaz direct n circuitele principale sau prin intermediul contactoarelor ncazurile n care curenii sunt mari. Problema automatizrii se pune mai ales la aparatele deridicat i transport la care operaiunile se repet cu o anumit regularitate. Comandasemiautomat este mai des ntlnit la aparatele de ridicat: impulsul de comand se d manualprin controlere la contactoare i relee, care, la rndul lor, execut comanda automat amotoarelor de acionare.

Pentru protecia utilajului electromecanic se folosesc relee de curent maximal, termice,de tensiune, sigurane fuzibile, aparate de semnalizare, limitatoare de curs, etc.

1.2.10. Motoarele electrice pentru mainile de ridicat i transport.

Regimul de funcionare a motoarelor electrice folosite la mainile de ridicat itransport se ncadreaz n trei categorii, dup cum urmeaz.

a) Funcionarea continu este caracterizat prin aceea c, dup racordarea la reea,motorul electric rmne tip ndelungat sub sarcin. n acest timp temperatura motoruluiajunge la o valoare stabil. Exemplu: benzile de transport, funiculare i altele.

b) Funcionarea de scurt durat este definit astfel: dup o anumit perioad defuncionare, n care temperatura motorului nu are timp s ajung la o valoare stabil, urmeazo pauz lung, n care temperatura motorului se micoreaz pn la aceea a mediului ambiant.Ca valori standard ale timpului de funcionare se consider duratele de 10, 30, 60 i 90minute. Exemple: instalaii pentru ridicarea i apropierea navelor, acionarea plcilor turnantede la cile ferate, ridicarea stvilarelor, etc.

c) Funcionarea intermitent se caracterizeaz prin aceea c intervale de ncrcare dedurat tf secunde alterneaz cu pauze de durat tp secunde n care motorul este deconectat dela reea. se definete durata relativ de funcionare prin raportul

23

pf

fA tt

tD

unde: pf tt este durata unui ciclu. Limita pn la care funcionarea se numeteintermitent este tc10 minute.

Pentru a caracteriza regimurile de funcionare ale mainilor de ridicat i transport i aconstrui motoare electrice corespunztoare s-au standardizat valorile pentru: durata relativ defuncionare DA % la 15%, 40%, i 60% i frecvena conectrilor pe or nc la 60, 90, 120, 240,360, 480 i 600. Se definete i factorul de ncrcare Kt=Qmed/QN,Qmed fiind sarcina mediecare se transport n cursul unui an i QN sarcin nominal. Sunt definite urmtoarele regimuride lucru pentru motoarele electrice de macara: uor U, mediu M, greu G, foarte greu FG ifoarte greu continuu FGC, prezentate n tabelul 1.1. n general, timpii de funcionare tfv i depauz tpv nefiind egali, DA se definete prin raportul

pvfv

fvA tt

tD

Tabelul 1.1.

Regimulnominal de

lucruFactorii care determin condiiile de lucru

Durata deutilizareanual taore/anmax.

Factorul dencrcare

Ki

Duratarelativ defuncionare

DA%

Frecvena deconectare pe

ornc

Temperaturamediului

0C(informativ)

1000 0,50 (mijlocie) 15U 1000 0,25 (mic) 25 peste 60 251000 0,75 (mare) 402500 0,75 (mare) 15M2500 0,50 (mijlocie) 25

60 ... 120 25

2500 0,75 (mare) 25 ... 405000 0,75 (mare) 25 ... 40G5000 0,50 (mijlocie) 60

120 ... 240 25

FG 7000 0,75 (mare) 60 240 ... 480 25 ... 45FGC peste 7000 0,75 (mare) 60 480 45 ... 60

Observaie: La clasificare, mecanismul de macara poate fi ncadrat n una dintre grupeconform condiiilor, dac el corespunde tuturor indiciilor regimului respectiv; dac indiciicorespund la regimuri de lucru diferite, mecanismul de macara trebuie ncadrat la gruparegimului mai greu.

Motoarele electrice folosite pentru maini de ridicat se deosebesc de cele normale prinaceea c unele pri sunt adaptate condiiilor de lucru mai grele. Astfel, ele au o construciemai robust a nfurrilor, a comutatorului i a sistemului de perii, au arborii i lagrele mailarg dimensionate i ntrefier mrit. Dac motoarele sunt expuse intemperiilor sau dacfuncioneaz n condiii dificile de lucru, cum ar fi de exemplu n oelrii se folosescconstrucii capsulate, mai costisitoare dect cele deschise. Trebuie precizat c motoareleelectrice capsulate se comport relativ mai avantajos dect cele deschise, dac se ceremodificarea turaiei n aa fel, ca ele s funcioneze timp ndelungat la turaie mult sczut

24

fa de cea nominal. Cauza este c la motorul deschis cldura ce se poate evacua depinde maimult de turaie, dect la motorul capsulat. O situaie intermediar are motorul capsulat cuventilaie exterioar.

1.2.11. Aparate de comand i protecie

n cele ce urmeaz se prezint succint unele aparate de comand i protecie mairspndite la mainile de ridicat i transport i indicaiile necesare utilizrii acestor aparate lamainile sus menionate.

Controlere. Controlerele pot fi cu comand: a) direct, la care circuitele de for seconecteaz prin controler; b) indirect, la care circuitele de for se nchid prin intermediulcontactoarelor, circuitele acestora fiind comandate prin controler. Controlerele cu comanddirect se folosesc la puteri mici i mijlocii, iar cele cu comand indirect la puteri mari, cutendina de a se introduce i la puteri mai mici.

Controlerele cu comand direct pot fi cu contacte alunectoare sau cu came.Controlerele cu contacte alunectoare se folosesc la maini de ridicat cu motoare

electrice pn la 40 KW i 40 comutri pe or (30).n figura 1.24 a este artat schematic un astfel de comutator, iar n figura 1.24 b o

vedere de sus asupra unuia din sistemul de contacte cu bornele a g . Pe axul izolat 1 suntmontate sectoarele circulare metalice 2, prevzute cu segmenii de contact 3 din alam saucupru. Peste aceti segmeni apas un numr egal de contacte de tip deget 4, 8 fixate pe axul5. Axul 1 poate fi rotit cu roata 6, realizndu-se n mod succesiv legturile electrice ntrecontactele fixe 8 i segmenii 3, presiunea de contact fiind asigurat de resortul 7. Degetele decontact 8 se execut din cupru tare. Mai multe sectoare vecine 2 pot face parte din aceeaipies metalic, fiind astfel legate electric ntre ele, cum ar fi spre exemplu ntre sectoarelecorespunztoare bornelor a c, respectiv d g. Astfel, ntre circuitele legate la bornele a, b, cexist legtur electric, la fel ntre d, e, f, g iar ntre grupele de borne a c i d g nu existlegtur electric. Axul 1 are un numr limitat de poziii, corespunztor numrului de legturielectrice care trebuiesc realizate. Un mecanism cu cam fixat pe axul 1 asigur oprireasacadat i sigur pe diferitele poziii. Controlerele cu came i comand direct se folosescpentru cel mult puteri de 100 KW i 120 conectri pe or. La controlerele cu came contactulse stabilete fr micare de alunecare, rezultnd fa de cele cu contacte alunectoareavantajele unei uzuri mai reduse a contactelor i a unui numr mai mare de manevre pe or.

Fig. 1.24. Comutator

Schia unui element de contact se arat n figura 1.25. Cilindrul controlerului are rolpur mecanic, i anume de a transmite micarea prin came. Astfel, cama 1 transmite micarea

25

la contactul mobil 2 montat pe prghia 3, care se poate roti n jurul axului x. Presiunea ntrecontactul fix 4 i cel mobil 2 este asigurat prin resortul 5. Prin rotirea axului cu came rola 6prsete adncitura camei 1 i contactele 4, 2 se deprteaz.

Fig. 1.25. Element de contact

La ambele tipuri de controlere descrise, pentru valori mari ale curentului, mai ales ncurent continuu, se folosesc bobine de stingere, avnd rolul de a grbi ruperea arcului.Controlerele cu comand indirect sunt de obicei controlere cu came de gabarit redus,deoarece acioneaz n circuitele de comand ale unor contactoare i relee. Numrul deconectri pe or admis ajunge pn la 1200.

Contactoare i relee. Contactoarele se folosesc pentru ntreruperea i nchidereacircuitelor prin care trec curenii principali. Ele se aplic atunci cnd curenii sunt relativ marii cnd se cere un numr mare de comenzi pe or. Contactoarele se construiesc att cucontacte normal deschise ct i cu contacte normal nchise. n afara contactelor principale elepot fi prevzute cu contacte auxiliare servind pentru comenzi sau blocaje n circuitele decomand, strbtute de cureni mici.

Avantajele folosirii contactoarelor sunt: a) pot fi ntrerupte circuite situate departe depostul de comand; b) comanda lor se face cu aparate mici, uor de mnuit; c) admit ofrecven mare a operaiunilor; d) se pot comanda fr pericol circuite de tensiune nalt prinaparate de tensiune joas; e) se folosesc la amortizarea unei serii de operaiuni. Comandacontactoarelor se poate face prin controlere sau prin relee, ntreruptoare centrifugale,limitatoare de curs, etc., care acioneaz n circuitul bobinei contactorului.

La proiectarea acionrii electrice trebuie avut n vedere timpul propriu de acionare acontactelor. Ca orientare timpul de nchidere poate fi 0,05 0,3s i cel de deschidere 0,02 0,1s. Contactoarele comandate n c.a. au timp de nchidere mai mic dect cele cu bobinalimentat n c.c. La conectare, contactorul comandat in c.a. absoarbe o intensitate mare acurentului fa de situaia final cu armtur atras, ceea ce constituie un dezavantaj ncomparaie cu alimentarea bobinei de comand n c.c., mai ales cnd frecvena comutriloreste mare. Releele se folosesc pentru comanda automat a unor operaiuni, pentru protecie isemnalizare, ele nu acioneaz direct n circuitele principale, ci n circuite de intensiti miciale curentului, transmind de exemplu un impuls pentru comanda unui contactor.

Reostatele. Reostatele servesc pentru: a) pornirea, frnarea i modificarea turaiei; b)limitarea curentului, sau obinerea unei ncrcri egale la dou motoare; c) protecie pentrucircuite inductive, prin legare n paralel; d= legare n serie cu contactoare, relee i ridictoarede frn. Rezistenele reostatelor folosite la mainile de ridicat sunt din srm sau font.Rezistenele din srm se folosesc n general pentru cureni pn la 20A la funcionarecontinu i 50A n regim intermitent. Srma se ntinde ntre piese de porelan sau se nfoarpe cilindri crestai din material ceramic. Materialul srmei este de nichelin, un aliaj de Cu Ni, sau Cekas, un aliaj de Cr Ni. Rezistivitatea lor variaz puin cu temperatura. La curenimari i n condiii grele de exploatare se folosesc rezistene din font. Elementele au formaunei benzi erpuitoare (figura 1.26). Capetele elementelor se nir pe buloane izolate. distanade la un element la cellalt este de aproximativ 20 mm.

26

Fig. 1.25. Rezisten sub form de band serpuitoare

La dimensionarea rezistenelor reostatelor se ine seama de durata relativ defuncionare pentru care se consider valorile 0,125 0,2 0,4, mai mici dect celestandardizate, deoarece o parte din timp corespunde funcionrii cu rezistena legat lascurtcircuit.

Ridictoarele de frn. Ridicarea frnei se face prin comand la distan prinelectromagnei sau prin aparate cu motor. Frna este strns cnd ridictorul nu este alimentat.Electromagneii pot fi excitai n curent continuu sau alternativ. Un ridictor de frnalimentat n c.c. este artat n figura 1.27. Bobina A este introdus n cilindrul B construit dinoel turnat. Capacul C are o prelungire cu alezare conic. Bobina este montat pe cilindrul Ddin alam, care servete drept conducere pentru miezul E cu capt conic, legat prin tija F cufrna mecanic.

Fig. 1.26. Ridictor de frn Fig. 1.28. Ridictor de frn cu alimentat n c.c. electromagnet trifazat

Pentru evitarea supratensiunilor n caz de ntrerupere servete reostatul R legat nparalel cu bobina. Scopul captului conic este ca fora de atracie s varieze puin cu poziiamiezului. Fora crete brusc numai la captul cursei din cauz c se micoreaz dispersia

27

magnetic. Timpul pentru o curs este aproximativ 0,25 la 1,5 s i depinde mai ales deconstanta electromagnetic de timp a circuitului electric; aceasta se poate reduce prin legareaunei rezistene n serie cu bobina A. Un efect i mai bun de reducere a timpului de acionare seobine dac reostatul se introduce n circuit dup ce armtura a fost atras, adic se realizeazo forare a excitaiei n timpul cuplrii.

n mod normal bobina se leag n paralel cu motorul electric. Legarea bobinei n serieprezint dezavantajul c funcionarea electromagnetului depinde de mrimea greutii ridicatei c se produce o cdere mare de tensiune, deci va scdea tensiunea la bornele motoruluielectric.

Un ridictor de frn cu electromagnet trifazat este artat n figura 1.28. Bobinele defaz A1,A2,A3 sunt montate pe miezul lamelat B de forma literei E. Miezul lamelat B1 are i elforma literei E, ale crei ramificaii intr n interiorul bobinelor. Miezul mobil B1 este fixat ntravers C condus n ghidajele C1 i C2. Pentru amortizare este prevzut cilindrul cu aer D, ncare se mic pistonul D1. timpul necesar pentru cursa de atracie este de circa 0,2 0,75 s inu se poate scurta, ca la electromagnetul de c.c.

Electromagneii trifazai sunt legai de obicei n paralel cu motoarele electrice i astfelnu este nevoie de contracte sau conductoare de comand separate. Excepie face cazul frnriisubsincrone.

La conectare, ridictoarele de frn trifazate iau un curent de intensitate mare, caredescrete pe msur ce miezul mobil se apropie de captul cursei. De aceea lucrul mecanic ce-l poate dezvolta ridictorul este determinat mai ales frecvena operaiunilor pe or, iar duratarelativ de funcionare nu are influen mare. Curentul n momentul punerii sub tensiune estede circa 7 40 ori curentul nominal i de aceea trebuie evitat blocarea armturii C, deoarecebobinele se pot arde. Electromagneii de c.a. funcioneaz prin lovituri mai mari dect cei dec.c., deoarece la cei de c.a. cmpul magnetic se stabilete foarte repede dup punerea subtensiune.

Ridictoare de frn electrohidraulice. n ultimul timp ridictoarele de frnelectromagnetice sunt tot mai frecvent nlocuite cu ridictoare de frn electrohidraulicedatorit avantajelor pe care le au i anume: a) frnare lin, fr ocuri i totui n timp scurt; b)consum redus de energie electric; c) permit un numr mare de conectri pe or: pn la 600i chiar mai mult. Funcionarea se poate urmri n figura 1.29. n cilindrul A este introduspistonul B, n interiorul cruia se afl o pomp centrifug, a crei parte de aspiraie comuniccu spaiul C1, iar partea de refulare cu C2. Pompa este acionat de motorul electric D.Pistonul B este legat de traversa E prin tijele F1F2. Interiorul cilindrului A este umplut cu ulei.

Fig. 1.28.Ridictor de frn electrohidraulic

28

Dac motorul electric nu funcioneaz pistonul este n poziia jos. Dac se pune nfuncie motorul, atunci pistonul B deci i traversa E vor fi mpinse n sus cu o fordeterminat de presiunea uleiului i seciunea cilindrului. Revenirea pistonului n poziiainiial se face sub aciunea greutii sau resortului care strnge saboii (figura 1.23). Laconstruciile mai noi resortul care strnge frna se include chiar n ridictorul de frn nspaiul C1.

Aparate de protecie. Limitatoare de curs. Pentru a mpiedica depirea unei anumitelimite la ridicarea crligului, la translaia cruciorului sau podului, etc. se folosesc limitatoarede curs. aceste aparate provoac ncetarea sau ncetinirea micrii. n acest scop, curentulmotorului se poate ntrerupe direct sau indirect, prin intermediul unui contactor, limitatorul decurs fiind intercalat n circuitul bobinei contactorului. Principiul unui limitator se arat nfigura 1.30. Dac una din rolele R1, R2 n micare se lovete de linealul fix corespunztor, L1sau L2, circuitul se ntrerupe n A1 sau A2. Dac circuitul se ntrerupe n A1, corespunztorulmersului nainte, atunci el se poate nchide numai prin A2, corespunztor mersului napoi, ceeace se realizeaz schimbnd poziia manivelei controlerului pentru sensul invers de micare.

Fig. 1.30. Limitator

Dac este nevoie, operatorul poate continua micarea cu precauie peste limita fixat,prin nchiderea contactelor B1 sau B2.

La mecanismele de ridicat, contactele A1, A2 au amplasare fix; n loc de lineale sefolosete piulia P, care se deplaseaz proporional cu numrul de ture efectuat de arborelefiletat F, rotit printr-o transmisie de la toba de ridicare (figura 1.31).

Fig. 1.31. Limitator

Limitatorul de suprasarcin protejeaz mecanismul fa de ridicarea unei greuti maimare dect cea admis. exist diferite construcii de limitatoare de suprasarcin. n cazul celei

29

din figura 1.32, dac fora F din funia de ridicare depete o anumit limit se deschidecontactul B sub aciunea tijei C care nvinge rezistena resortului D.

Fig. 1.32. Limitator de suprasarcin

Apsarea asupra resortului este

2cos2' FF

de unde rezult c fora la care se deschide B se poate modifica prin schimbarea unghiului .Protecia mpotriva funcionrii pe vnt puternic se aplic la macaralele montate n

exterior. Principiul dispozitivului rezult din figura 1.33. Cnd viteza vntului depete oanumit limit, 15 20 m/s, turaia nA a anemometrului A obine o valoare suficient catensiunea generatorului tahometric GT, proporional cu nA, s poat comanda prin releul detensiune RT deconectarea instalaiei electrice de la reea.

Fig. 1.33. Dispoziia de protecia mpotriva funcionrii pe vnt

Protecia maximal de curent pentru macarale se realizeaz prin sigurane fuzibile irelee de curent maxim de tip electromagnetic cu aciune instantanee. Intensitatea curentului lacare intr n aciune releele electromagnetice se alege (2 ~ 2,5)IN pentru motoarele de c.c. imotoarele asincrone cu inele. Protecia cu relee termice este rar folosit n cazul regimuluiintermitent. Circuitele de comand se protejeaz numai cu sigurane fuzibile. Motoareleasincrone cu rotorul n scurtcircuit se protejeaz cu sigurane fuzibile cu inerie termic mare,alese pentru o intensitate nominal de curent egal cu jumtate din intensitatea maxim acurentului n timpul pornirii.

Motoarele de c.a. trebuie protejate pe cele trei faze. n schemele n care protecia seface pe dou din fazele care intr n controler, faza a treia este protejat prin releul maximalde curent, general. Protecia de tensiune minim se face cu un releu de tensiune minim