Wydłużenie żywotności części maszyn przez zastosowanie przekształtników w układach napędowych suwnic

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 urządzeniem realizującym rozruch i sterowanie elektrycznych silników napędowych jest przekształtnik.

Fot. 1. Nastawniki dźwigowe z przerywnikami ND15

Fot. 2. Nastawnik dźwigowy z przerywnikami P12S

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 z 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 wartości).

Fot. 3. Topografia stycznikowo-przekaźnikowa wnętrza klasycznych szaf sterowniczych

Fot. 4. Falowniki zainstalowane w szafach sterowniczych suwnicy

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.

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 bezpieczną pracę mechanizmu suwnicy.

Fot. 5. Zużycie sprzęgła zębatego - ubytek 30%

Fot. 6. Zużycie wkładki sztywnej sprzęgła Oldhama - luz 9 mm grubości zęba

Takie rozwiązanie zapewnia nowoczesne rozwiązanie funkcji bezpieczeństwa, której zapewnienie na odpowiednim poziomie wymagane jest przez przepisy Dyrektywy Maszynowej 2006/42/WE.

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.

Fot. 7. Sworzeń spinający dźwigary suwnicy Q=80/20 t

Fot. 8. Suwnica Q=80/20t

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.

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 50 T 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.

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 czasu 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.

Fot. 9. Degradacja lewego obrzeża koła jazdy suwnicy

Fot. 10. 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, aby 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,
• minimalizacji 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 Oddziału Serwisu
Centrum Serwisowe w Elblągu
Partner Serwis Sp. z o.o.