CC BY
29Модернизация систем управления и защиты портального крана КПМ-32/16
сч сч о сч
<е
о ш т
X
<
т о х
X
Горелов Владимир Николаевич
кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВО «Самарский государственный технический университет», gorelow67@mail.ru
Физический износ грузоподъемных машин, механизмов и оборудования в строительной отрасли определяется резким снижением темпов обновления основных фондов. Более 80% башенных, портальных кранов, кранов козлового, мостового типа, стационарно установленных на промышленных площадках, отработали свой ресурс, который устанавливается при проектировании и изготовлении. Производство работ при строительстве объектов и на предприятиях машиностроительного комплекса сопровождается применением грузоподъемной техники. А замена старого оборудования на новое очень дорогой и длительный процесс. При модернизации материальные затраты на порядок меньше стоимости нового подъемного оборудования с аналогичными грузо-высотными характеристиками. В работе приведены результаты глубокой модернизации портального крана КПМ 32/16.
В качестве системы безопасности в схему управления крана адаптирован отечественный ограничитель грузоподъемности ОГМ240 (Изготовитель НПП «Резонанс», г. Челябинск). В функции данного ограничителя входит и защита металлоконструкций крана от разрушения при перегрузке, функция защиты крана от опрокидывания, защита от ветровых нагрузок. Кроме этого движение каждого механизма отслеживается датчиками различного типа. Это позволяет организовать автоматическое отключение при достижении крайних положений стрелы, крюка и самого крана, который передвигается по подкрановому пути. В связи с этим появилась возможность задействовать функцию «Координатная защита», позволяющая крановщику сосредоточиться на выполнении основных манипуляций по подъему и перемещению груза и не отслеживать запрещенную для работы зону, если такая имеется.
Заменена старая система управления электроприводом, основанная на контакторах и релейной схеме. Управление электроприводом осуществляется с помощью частотных преобразователей. Это конструктивное решение позволяет использовать штатные электродвигатели и значительно упростить монтаж электропривода. Частотный преобразователь с векторным контролем магнитного потока серии ESQ500/ESQ600 имеет высокий КПД при достижении максимального момента при небольшой скорости, высокий диапазон регулирования скорости двигателя. Это позволяет применять этот тип преобразователей на грузоподъемной технике.
В результате введена в эксплуатацию грузоподъемная машина с современными системами управления, которые существенно повысили надежность, долговечность, безопасность крана, а также качественные показатели механизмов подъема и перемещения груза.
Ключевые слова: Грузоподъемное оборудование, ограничитель грузоподъемности, модернизация, частотные преобразователи, электропривод, долговечность, надежность.
Введение
Во время эксплуатации неизбежен физический и моральный износ грузоподъемных машин и оборудования. При значительных затратах на обновление основных фондов в отечественной промышленности происходит резкое снижением темпов замены старого оборудования на новое. Более 85% башенных, портальных кранов, кранов других типов, стационарно установленных на предприятиях, отработали свой ресурс, который устанавливается изготовителем. Большинство грузоподъемных кранов было создано в 50...90 годы прошлого века в период стабильного промышленного развития грузоподъемной отрасли и требовало только расходов на эксплуатацию и ремонт. Замена и утилизация этого оборудования требует больших материальных затрат. А краны с большой грузоподъемностью производят по индивидуальному заказу. Поэтому проблема устаревшего грузоподъемного оборудования решается его капитальным ремонтом и модернизацией. Кроме этого, если на площадке установлен грузоподъемный кран, то она становится опасным производственным объектом (ОПО). Требования к безопасности таких объектов определяются Федеральным законом ФЗ-116 [1] и Федеральными нормами и правилами (ФНП) в области промышленной безопасности [2]. Для грузоподъемных кранов, отработавших свой нормативный срок службы, необходимо провести экспертизу промышленной безопасности (ЭПБ) технического устройства (ТУ). В выводах ЭПБ экспертная организация назначает период дальнейшей эксплуатации при расчетных параметрах. Но эти затраты на ремонт и модернизацию на порядок, меньше стоимости нового грузоподъемного оборудования.
Методы и применяемое оборудование
Примером успешного проведения ремонта и модернизации являются работы на портальном кране КПМ-32/16. Для расширения производства руководством ЗАО «НЕФТЕФЛОТ» было принято решение ввести в эксплуатацию кран КПМ-32/16. Этот кран был в частично демонтирован и находился в нерабочем состоянии. По-грузо-разгрузочная площадка, где предполагалось эксплуатировать КПМ-32/16 уже имела подкрановый путь и располагалась на слипе ЗАО «НЕФТЕФЛОТ» г. Самара. Предварительно силами экспертной организации было проведено обследование подкранового пути и ЭПБ ТУ. В результате ЭПБ определено удовлетворительное состояние металлоконструкции и подкранового пути. Выявленные дефекты стрелы, опорно-поворотного устройства, ходовых тележек были устранены силами владельца крана. Заменили блоки и канаты на аналогичные с сертификатами качества. Полностью заменили всю электропроводку и систему управления электроприводом. Была установлена современная система безопасности ОГМ 240.
Общий вид крана представлен на рис.1. Анализ электросхемы крана и приборов безопасности, которыми он оснащен, позволил сделать вывод о возможности оснащения этого крана системой безопасности ОГМ 240 (рис.2), выпускающимся на ООО НПП «Резонанс», г. Челябинск. Прибор укомплектован датчиками и соединительными кабелями, что позволяет производить монтаж без применения специальных дорогостоящих узлов крепления. На рис.1 представлен внешний вид крана КПМ-32/16. На рис.2. показана графическая панель индикации прибора ОГМ 240.
Рис. 1. Кран КПМ32/16. Общий вид
Для входа в режим настройки ограничитель грузоподъемности ОГМ 240 имеет винт настройки, расположенный снизу на оборотной стороне корпуса блока индикации. Его необходимо повернуть по часовой стрелке до упора на угол 90 градусов.
По окончании настройки необходимо винт настройки повернуть против часовой стрелки до упора, и опломбировать винт для исключения несанкционированного доступа к изменению параметров настройки прибора ОГМ240.
В рабочем режиме осуществляется проверка ОГМ 240 с контрольными грузами. Периодичность проверки определяется регламентными работами, приведенными в инструкции по эксплуатации прибора.
Рис. 2. Панель индикации ОГМ-240. 1 - панель с иконками экранов, 2...7 - кнопки управления
На рис. 3 показаны узлы крепления датчиков усилия и вылета в доступном месте и с минимальной доработкой. Имеется возможность регулирования натяжения датчиков механически, для регулировки максимальной грузоподъемности.
Привязка датчика вылета к стреле производилась на месте с использованием крепления болтами и хомутами без применения сварки. Общий вид мест установки датчиков приведен на рис.3.
Рис. 3. Пример привязки датчиков усилия и вылета к металлоконструкции крана
Управление электроприводом осуществляется с помощью частотных преобразователей. Это конструктивное решение позволяет использовать штатные электродвигатели и значительно упростить монтаж электропривода.
Частотный преобразователь с векторным контролем магнитного потока серии ESQ500/ESQ600 имеет высокий КПД при достижении максимального момента при небольшой скорости, высокий диапазон регулирования скорости двигателя. Это позволяет применять этот тип преобразователей на грузоподъемной технике.
Преобразователь ESQ500/ESQ600 содержит программируемое управление ввода/вывода, поддерживает установку частоты импульсов и встроенные шины Modbus, Can bus, Profibus, открытый протокол 485, а также другие функции и платформы. Имеет встроенные функции контроля потери входной и выходной фазы, контроля замыкания на землю и другие защитные функции для повышения надежности и безопасности системы.
Преобразователи серии ESQ500/ESQ600 относятся к типу преобразователей напряжения, поэтому незначительное повышение уровня температуры, шума и вибрации при эксплуатации по сравнению с источником питания является нормальным явлением.
Преобразователь позволяет двигателю с частотным регулированием работать в течение долгого времени на малых оборотах с постоянным моментом. При этом контролируется температура двигателя во избежание его перегрева и выхода из строя. Преобразователь контролирует и максимально возможную скорость двигателя.
Для каждого двигателя с большими инерционными нагрузками подбирается подходящий тормозной элемент, для того чтобы обеспечить бесперебойную работу преобразователя, в случае если преобразователь будет отключаться из-за высокого тока или избыточного напряжения.
X X
о го А с.
X
го m
о
2 О
м м
На рис. 4. представлена схема управления главного подъема крана КПМ 32/16. Аналогичные схемы используются для всех систем управления работой крана.
сч сч о сч
<0
О Ш Ш X
<
m о х
X
«7 S7 П
I \ т ш
¡Я-ШВИППЕ/ИПХУ №/ШкЗп muss '-г-'
4
к о
ft
Ml
г©
Л
г
АУ\ £? 2А
ъ
т Уй
<5
МП X
£Ь
Рис. 4. Схема управления главным подъемом крана КПМ 32/16
Результаты обсуждения
Работы по модернизации портального крана проводились с привлечением различных специализированных организаций из г. Самары, Санкт Петербурга, других городов России. Контроль за выполнение работ осуществлял заказчик по проекту и заранее подписанным сметам. Для обеспечения надежности и безопасности важнейшей задачей является разработка технических проектов по привязке приборов, систем частотного регулирования к действующему грузоподъемному оборудованию с подробной детализацией. Заводам - изготовителям как грузоподъемной техники, так и изготовителям приборов безопасности, систем частотного регулирования разработка таких проектов не является профильной задачей. Предприятия - изготовители приборов и систем безопасности дают только схемы привязки. Существует потребность готовить проекты привязки приборов и конструкторскую документацию силами специализированных организаций по ремонту и сервисному обслуживанию приборов безопасности после обучения специалистов и внесения соответствующих разрешительных записей в нормативно-технические документы.
В результате проведенной глубокой модернизации портального крана получили грузоподъемную машину с современными системами управления, которые существенно повысили надежность, долговечность и качественные показатели механизмов подъема и перемещения груза. Причем материальные затраты при модернизации на порядок меньше стоимости нового портального крана с аналогичными грузо-высотными характеристиками.
Литература
1. Федеральный закон "О промышленной безопасности опасных производственных объектов". №116-ФЗ от 21.07.97.- М., ПИО ОБТ, 2000.- 27 с.
2. Приказ Ростехнадзора от 26 ноября 2020 г. N 461 Об утверждении "Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности "Правила безопасности опасных производственных объектов, на которых используются подъемные сооружения". http://www. https://normativ.kontur.ru/document.
3. Горелов, В.Н. Системы безопасности грузоподъемных машин : моногр. / В. Н. Горелов; Самар.гос.техн.ун-т.- Самара, 2014.- 445 с.
4. Горелов, В.Н., Неймарк С. Особенности эксплуатации приборов безопасности грузоподъемных машин: моногр. / В. Н. Горелов, А.С. Неймарк ; Самар.гос.техн.ун-т.- Самара, 2010.- 315 с.
5. Неймарк А.С., Горелов В.Н., Сушинский В.А. Приборы безопасности грузоподъемных кранов: учеб. пособ. / Самара: Самар.гос.техн.ун-т.- 2000.- 72 с.
6. Федосеев А.К., Неймарк А.С., Горелов В.Н. Приборы безопасности грузоподъемных кранов: учеб. пособ. / Самара: Из-во Самар.гос.аэрокосм.ун-та.-2009.- 200 с.
7. A. K. Fedoseev, V. N. Gorelov, V. N. Skorobogatykhc, A Phenomenological Approach to Estimate the Residual Life of Heat Power Facilities. Journal of Machinery Manufacture and Reliability, 2020, Vol. 49, No. 12, pp. 1088-1094. ISSN 1052-6188
Modernization of control and protection systems portal crane KPM-
32/16 Gorelov V. N.
Samara State Technical University JEL classification: L61, L74, R53
Physical wear of lifting machines, mechanisms and equipment in the construction industry is determined by a sharp decrease in the rate of renewal of fixed assets. More than 80% of tower cranes, gantry cranes, gantry cranes, bridge cranes, permanently installed on industrial sites, have worked out their resource, which is installed during design and manufacture. The production of works during the construction of facilities and at the enterprises of the machine-building complex is accompanied by the use of lifting equipment. And replacing old equipment with new is a very expensive and time-consuming process. During modernization, the material costs are an order of magnitude less than the cost of new lifting equipment with similar load-height characteristics. The paper presents the results of a deep modernization of the portal crane KPM 32/16. As a safety system, the domestic load capacity limiter 0GM240 (Manufacturer of NPP Resonance, Chelyabinsk) has been adapted to the crane control scheme. The functions of this limiter include the protection of the crane's metal structures from destruction during overload, the function of protecting the crane from overturning, protection from wind loads. In addition, the movement of each mechanism is monitored by sensors of various types. This allows you to organize an automatic shutdown when the extreme positions of the boom, hook and the crane itself are reached, which moves along the crane path. In this regard, it became possible to use the "Coordinate Protection" function, which allows the crane operator to focus on performing basic manipulations for lifting and moving cargo and not to track the prohibited area for work, if there is one. The old electric drive control system based on contactors and relay circuit has been replaced. The electric drive is controlled by frequency converters. This design solution allows you to use standard electric motors and greatly simplify the installation of the electric drive. The ESQ500/ESQ600 series frequency converter with vector control of magnetic flux has a high efficiency when reaching the maximum torque at low speed, a high range of motor speed control. This allows the use of this type of converters on lifting equipment. As a result, a lifting machine with modern control systems was put into operation, which significantly increased the reliability, durability, safety of the crane, as well as the quality indicators of lifting and moving cargo mechanisms. Keywords: Lifting equipment, load limiter, modernization, frequency converters. electric drive, durability, reliability. References
1. Federal Law "On Industrial safety of hazardous production facilities". No.116-FZ of 21.07.97.- M., PIO OBT, 2000.- 27 p.
2. Rostechnadzor Order No. 461 dated November 26, 2020 On the Approval of "Federal Norms and Rules in the Field of industrial safety "Safety Rules for Hazardous Production Facilities where Lifting Structures are Used." http://www. https://normativ.kontur.ru/document.
3. Gorelov, V.N. Safety systems of lifting machines: monogr. / V. N. Gorelov; Samara State Technical University.- Samara, 2014.- 445 p.
4. Gorelov, V.N., Neymark S. Features of operation of safety devices of lifting machines: monogr. / V. N. Gorelov, A.S. Neymark ; Samara State Technical University.- Samara, 2010.- 315 p.
5. Neymark A.S., Gorelov V.N., Sushinsky V.A. Safety devices for lifting cranes: textbook. help. / Samara: Samara State Technical University.-2000.- 72 p.
6. Fedoseev A.K., Neymark A.S., Gorelov V.N. Safety devices for lifting cranes: textbook. help. / Samara: From the Samara.state.aerospace.un-ta.- 2009.- 200 p.
7. A. K. Fedoseev, V. N. Gorelov, V. N. Skorobogatykhc, A Phenomenological Approach to Estimate the Residual Life of Heat Power Facilities. Journal of Machinery Manufacture and Reliability, 2020, Vol. 49, No. 12, pp. 1088-1094. ISSN 1052-6188
