Wydłużenie żywotności części maszyn przez zastosowanie przekształtników w układach napędowych suwnic

W latach 1950 – 1990 krajowy przemysł wyprodukował na potrzeby rozwijającego się przemysłu wiele suwnic. 

 Suwnica warsztatowa - rok budowy 1959

fot.: suwnica warsztatowa Q=30/5t, rok budowy 1959

Wraz z rozwojem gospodarczym kraju, rozwojowi podlegał proces myśli technicznej zapisanej w dokumentach normatywnych na podstawie których suwnice były projektowane i wytwarzane. Proces zmian najlepiej pokazuje tendencja w obniżaniu wysokości napięcia w obwodach sterowania suwnic gdzie w pierwszych konstrukcjach układów napędowych suwnic z tego okresu wynosiło ono Us=380V ( aparatura sterownicza rozłączała prądy robocze) a obecnie napięcie to wynosi Us=24V.

 Nastawniki dźwigowe z przerywnikami

fot.: nastawniki dźwigowe z przerywnikami ND15 złączające obwody Us=400V(380V)

Nastawnik dźwigowy z przerywnikami 

fot.: nastawnik dźwigowy z przerywnikami P12S załączający obwód Us=230V(220V)   

Aparaty elektryczne suwnic także uległy procesowi korzystnych zmian od nastawników stykowo – walcowych, które umieszczone były w obwodach napięć bezpośrednio roboczych po obecnie instalowane manipulatory, które pracują w obwodach sterowniczych suwnic o niskim napięciu co jest efektem oddzielenia obwodów wykonawczych od sterowniczych, a w urządzeniem realizującym rozruchi sterowanie elektrycznych silników napędowych jest przekształtnik.

Krótki rys historyczny - klasyczny układ sterowania napędami suwnic. 

Jedno z klasycznych rozwiązań napędu mechanizmu suwnicy ze względu na ilość wykonanych aplikacji polega na zabudowie układu składającego się asynchronicznego silnika pierścieniowego (jako jednostki wprawiającej w ruch elementy mechaniczne) z włączonym w obwód wirnika rezystorem rozruchowo regulacyjnym. Rozruch wybranego mechanizmu suwnicy (podnoszenie główne, podnoszenie pomocnicze, jazda suwnicy, jazda wciągarki) polegał na podaniu na uzwojenie stojana silnika napięcia o odpowiedniej konfiguracji fazy przy jednoczesnym włączeniu maksymalnej wartości rezystancji opornika rozruchowo-regulacyjnego w obwód wirnika tegoż silnika. W dalszym etapie następowało regulowanie prędkości silnika przez kaskadowe przełączanie rezystancji (zmniejszanie jest wartości).

Pierwotnie proces ten realizowały nastawniki dźwigowe załączające bezpośrednio prądy robocze w obwodach stojana i wirnika silnika napędowego, po tym okresie w układach zaczęły pojawiać się styczniki i przekaźniki jako elementy pośredniczące w procesie sterowania silnikiem napędowym.

Topografia stycznikowo – przekaźnikowa wnętrza klasycznych szaf sterowniczych  Topografia stycznikowo – przekaźnikowa wnętrza klasycznych szaf sterowniczych

fot.: topografia stycznikowo-przekaźnikowa wnętrza klasycznych szaf sterowniczych

Obecnie stosowany układ sterowania napędami suwnic.

Rozruch i regulacja prędkości elektrycznych silników napędowych suwnic w obecnie produkowanych urządzeniach realizowana jest za pomocą przekształtników napięcia. Na początku lat dziewięćdziesiątych instalowano przekształtniki pracujące w prostym układzie regulacji napięcia w funkcji jego częstotliwości tzw. U/f. Obecnie stosuje się bardziej zaawansowaną technologię przekształtników pracujących ze stałym wektorem pola magnetycznego – tzw. sterowanie wektorowe.

Urządzenia przekształtnikowe przez zastosowanie mikroprocesorów programowalnych oraz tranzystorów IGBT, pozwalają na płynną regulację prędkości silników napędowych wraz z ciągłą kontrolą parametrów pracy silnika w pętli sprzężenia zwrotnego. Ponadto do odpowiednich zacisków przekształtnika podawane są sygnały kontrolujące inne urządzenia wchodzące w skład układu napędowego suwnicy takie jak: termistory informujące o ilości ciepła w uzwojeniach silnika napędowego, stan pracy hamulca mechanicznego, stan pracy rezystora zamieniającego energię elektryczną wynikającą z procesów hamowania na energię cieplną, informację z czujników tensometrycznych systemu ogranicznika udźwigu. Informacje te po przetworzeniu przez system informatyczny przekształtnika realizują bezpieczna pracę mechanizmu suwnicy.

 Falowniki zainstalowane w szafach sterowniczych suwnicy Falowniki zainstalowane w szafach sterowniczych suwnicy

fot.: falowniki zainstalowane w szafach sterowniczych suwnicy

Wpływ klasycznego układu sterowania suwnic na przyspieszony proces zużycia części maszyn.

Realizację ruchu poszczególnych mechanizmów suwnicy zapewnia odpowiednia konstrukcja układów kinematycznych w skład których wchodzą : silnik napędowy wraz z układem sprzęgieł, bębny hamulcowe, przekładnie redukujące wraz  z układem sprzęgieł , sprzęgła bębnów linowych (w układach podnoszenia),  wałki transmisyjne z układem sprzęgieł (w układach jazdy), koła napędzane i wolne (w układach jazdy), krążki linowe (w układach podnoszenia), liny (w układach podnoszenia), zblocza hakowe (w układach podnoszenia).

Większość wymienionych elementów układu kinematycznego suwnicy wykonana jest z części maszyn takich jak: koła zębate, tuleje zębate, łożyska, wałki, sprzęgła, sworznie itp.  Z technologii części maszyn wynika, że elementy biorące udział w transmisji ruchu obrotowego muszą być zamocowane w obudowach z odpowiednią wartością luzu. Klasyczne układy stycznikowo – przekaźnikowe  przez skokową realizację rozruchu i regulacji prędkości obrotowej elektrycznych silników napędowych powodują gwałtowne wybieranie tych luzów powodując zużycie części maszyn. W wyniku normalnej eksploatacji suwnic elementy mechaniczne podlegają procesowi zużycia, które generuje konieczność realizacji remontów w trakcie których  zużyte podzespoły są regenerowane lub wymieniane.

 Zużycie sprzęgła zębatego

fot.: zużycie sprzęgła zębatego – ubytek 30% pierwotnej grubości zęba

 Zużycie sprzęgła wkładki sztywnej

fot.: zużycie wkładki sztywnej sprzęgła Olhama – luz 9mm

W układach napędowych mechanizmów jazdy suwnicy załączenie silnika na wybrany kierunek wirowania powoduje szybkie podanie momentu obrotowego z walka silnika na przekładnię redukującą a z niej na koła pędne. Mimo włączonej całkowitej rezystancji w obwodzie wirnika silnika pierścieniowego oczywiście prawidłowo wyliczonej przez konstruktora suwnicy następuje charakterystyczne szarpnięcie w momencie rozpoczęcia ruchu mechanizmu. Suwnice o udźwigu większym niż 50T przeważnie były budowane jako dwudźwigarowe o specjalnej konstrukcji, które w czołownicach miały zabudowane koła jezdne. Dźwigary spięte są za pomocą łączników zaopatrzonych w przelotowe otwory przez które prowadzone są sworznie przechodzące przez poprzeczne przekroje blachownic dźwigarów oraz łącznika. Przeważnie z czterech lub ośmiu kół jezdnych suwnicy tylko dwa były napędzane. Taka realizacja sposobu napędzania powoduje że na sworznie spinające działają siły tnące ponieważ w trakcie jazdy w jednym kierunku  dźwigary są ściskane a w trakcie jazdy w drugim kierunku są rozciągane.

 Sworzeń spinający dźwigary suwnicy

fot.: sworzeń spinający dźwigary suwnicy Q=80/20t luz sworznia w gnieździe 4mm

Prawy łącznik dźwigarów 

fot.: suw.Q=80/20t prawy łącznik dźwigarów

Dodatkowo na wartość tych sił ma istotny wpływ stan geometrii torowiska oraz geometrii osadzenia kół w zamkach czołownic. W efekcie opisanych zjawisk sworznie i otwory z biegiem okresu eksploatacji ulegają zużyciu. Ponadto zużyciu ulegają: zęby sprzęgieł zębatych i kół zębatych przekładni redukujących, połączenia wpustowe sprzęgieł i bębnów hamulcowych, powierzchnie cierne bębnów hamulcowych, wkładki sprzęgieł Oldhama, łożyska toczne i ślizgowe i wiele innych elementów mechanicznych. Ponadto same elektryczne aparaty wykonawcze (styczniki, przekaźniki, przerywniki itp.) wymagają okresowej wymiany wynikającej z wykonania określonej przez ich producentów liczby łączeń.

 Degradacja lewego obrzeża koła jazdy suwnicy

fot.: degradacja lewego obrzeża koła jazdy suwnicy

Degradacja torowiska suwnicy 

fot.: degradacja torowiska suwnicy

W celu uniknięcia powyższych niekorzystnych zjawisk należy wcześniej wykonane suwnice modernizować przez instalację przekształtników do rozruchu i regulacji prędkości obrotowej silników napędowych mechanizmów suwnic. Przez bezstopniowy, płynny rozruch unikamy obciążeń dynamicznie zmiennych powodując łagodne wybieranie luzu na mechanicznych elementach układu kinematycznego suwnic wydłużając w sposób znakomity żywotność tych elementów. Ponadto taka realizacja rozruchu w mechanizmie jazdy suwnicy skutkuje pozytywnie na torowisko suwnicy oraz minimalizuje proces zużywania się bieżni i obrzeży kół suwnicy. 

Wnioski

Nic nie stoi na przeszkodzie by stare suwnice modernizować w kierunku instalacji przekształtników napięcia do celu rozruchu i sterowania prędkością elektrycznych silników napędowych poszczególnych mechanizmów suwnic. Takie postępowanie powoduje konkretne wyniki ekonomiczne dla użytkowników w postaci:

  • wydłużenia okresu eksploatacji suwnic i ich torowisk,
  • zmniejszenie środków ekonomicznych koniecznych do utrzymania urządzeń w stanie zdatności do eksploatacji,
  • minimalizację ryzyka uszkodzenia suwnic w wyniku niewłaściwej eksploatacji,
  • minimalizację ryzyka uszkodzenia maszyn i urządzeń do których suwnice dostarczają detale (płynny załadunek detali na stoły maszyn do obróbki skrawaniem, transport ładunków niebezpiecznych). ©

 inż. Krzysztof Dobrzyniecki | Kierownik sekcji techniki i zaopatrzenia
Partner Serwis Sp. z o.o. | Oddział w Elblągu

Szczegółowa oferta - kontakt W celu zapoznania się ze szczegółową ofertą prosimy o kontakt:

Grzegorz Maciosowski
Dyrektor Oddziału Serwisu w Dąbrowie Górniczej
601 097 864grzegorz.maciosowski@grupapartner.pl

Arkadiusz Stępkowski
Dyrektor Centrum Serwisowego w Elblągu
605 051 650arkadiusz.stepkowski@grupapartner.pl

Piotr Nowak
Kierownik Oddziału Serwisu w Olsztynie
605 254 733piotr.nowak@grupapartner.pl

Oferty pracyKontaktDla prasy

Strona wykorzystuje pliki cookies, które możecie Państwo kontrolować za pomocą ustawień swojej przeglądarki internetowej. Więcej szczegółów w Polityce Cookies.

x