Электропривод шаровой мельницы

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

АРХИТЕКТУРНО - СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет: СТРОИТЕЛЬНО - ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

Кафедра: МЕХАНИЗАЦИЯ, АВТОМАТИЗАЦИЯ и ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ

Курсовой проект

по дисциплине: «Электроавтоматика строительных машин»

на тему: Электропривод шаровой мельницы

Самара 2010

Задание на курсовую работу

В соответствии с темой курсового проекта требуется:

1) изучить конструкцию, принцип действия, технические характеристики промышленной установки или строительной машины (объекта модернизации);

2) изучить схему управления, конструкцию и назначение ее элементов;

3) указать недостатки исходной схемы и дать эскизные предложения по ее модернизации;

4) выполнить расчет нагрузки силового электрооборудования;

5) провести ревизию защитных средств оборудования от аварийных режимов и заменить их на более совершенные;

6) разработать принципиальные электрические схемы коммутаций силовых цепей электрооборудования на бесконтактных элементах (тиристорах), описать их принцип действия, привести расчеты параметров для выбора на основе расчета нагрузки силовых цепей;

7) разработать алгоритм управления оборудованием с учетом предложений по модернизации;

8) на основании алгоритма и исходной релейно-контактной схемы составить структурные логические выражения функций алгебры логики для выходных и промежуточных переменных;

9) привести полученные выражения к виду СДНФ, на основании которых построить карты Карно;

10) по картам Карно минимизировать функции алгебры логики (ФАЛ) в формах ДНФ и КНФ, с учетом дополнительных преобразований выбрать оптимальные из этих форм для реализации их на базисе логических элементов одной из выбранных серий с целью минимального количества элементов (или корпусов микросхем) в схеме;

11) составить структурные схемы управления на логических элементах выбранного базиса;

12) преобразовать ФАЛ к виду, позволяющему реализовать их на базисе

2И-НЕ или 2ИЛИ-НЕ, и на основании этих ФАЛ построить структурную схему;

13) согласовать выходные сигналы логической схемы с элементами силовой бесконтактной коммутационной схемы с целью управления ими;

14) дать заключение о предложенной модернизации оборудования.

1. Технологический процесс, осуществляемый шаровой мельницей

Мельницы с относительно коротким барабаном называются шаровыми барабанными, а мельницы с длиной, превышающей в 4-5 раз диаметр, - трубными.

Шаровые мельницы размером 0,9х1,8 и 1,5х1,6 м (соответственно диаметр и длина барабана), предназначенные для помола материалов средней твердости, выпускают двух исполнений: для сухого и мокрого способа помола. Различаются они между собой конструкцией загрузочных и разгрузочных устройств. Мельница 1,5х5,6 м предназначена для помола строительных материалов сухим способом.

Трубные мельницы 2х10,5 и 2,6х13 м применяют для помола в открытом цикле клинкера и сырья, требующих тонкого измельчения, как при сухом, так и при мокром помоле. Мельница 3,2 8,5 м служит для помола мягкого сырья мокрым способом в открытом и замкнутом цикле и для помола сырьевых материалов с подсушкой в замкнутом цикле. Трубная мельница 3,2х15 м выпускается для мокрого помола сырья и для помола клинкера в открытом или замкнутом цикле. Мельница 4х13,5 м предназначена для помола клинкера с добавками и сырьевых материалов мокрым способом. Мельницу 4,2- 10 м применяют для помола сырья с одновременной его подсушкой при работе по замкнутому циклу.

Шаровая мельница имеет вид:

асинхронный двигатель шаровой мельница

Рисунок 1 -Схема шаровой мельницы

В состав шаровой мельницы входят следующие элементы:

1. подшипниковая опора

2. корпус мельницы

3. разгрузочное устройство

4. соединительная муфта

5. редуктор

6. соединительная муфта

7. двигатель главного привода

8. обгонная муфта

9. редуктор вспомогательного привода

10. муфта с тормозом

11. двигатель вспомогательного привода

12. соединительный вал

Устройство и конструкция основных узлов барабанных мельниц разных параметров во многом аналогичны. На рис. 3 показана характерная шаровая мельница. Барабан 2, установленный в подшипниках 1, приводится во вращение двигателем 7 через редуктор 5 и промежуточный вал. Материал подается в барабан по загрузочному устройству, а готовый продукт выводится при помощи разгрузочного устройства 3. Для ремонтных работ мельница имеет вспомогательный привод 11.

Помол происходит в следующей последовательности. Материал подается в загрузочную воронку и далее через питатель и полый шнек, расположенный в полой цапфе, поступает в камеру барабана.

Выделенные в сепараторах тонкие фракции пневматическими насосами подаются на склад. Недоизмельченный материал по аэрожелобам поступает в приемный патрубок загрузочной части. При необходимости часть материала может быть направлена снова в первую камеру.

2. Принципиальная электрическая схема управления асинхронным двигателем и принцип ее работы

Рисунок 2 - Релейно-контакторная схема

На рис.2 приведена схема управления асинхронным двигателем с фазным ротором, в цепь которого введен пусковой резистор. Управление двигателем осуществляется с помощью кнопок КнП и КнС. Пуск осуществляется в функции времени с помощью электромагнитных реле времени, включенных через вентиль VD.

Для защиты цепей двигателя от перегрузки служат тепловые реле КК.

Цепи управления включены через автоматический выключатель, имеющий максимальную токовую защиту.

Подготовка схемы к пуску двигателя осуществляется подачей напряжения переменного тока: включают выключатели F и FA. При этом после включения FA получит питание КТ1 и замыкающие контакторы его закроются- подготавливается цепь включения КТ2 и КЛ; размыкающий контакт КТ1 разомкнется и выключит цепь катушек контакторов ускорения КУ1, КУ2, КУ3. Если нажать кнопку КнП, то через замкнувшийся контакт КТ1 включится контактор КЛ, и будет подано напряжение на обмотку статора двигателя М; в обмотку ротора при этом включены все пусковые резисторы- начинается пуск привода на первой реостатной характеристике. При включении контактора КЛ один из его замыкающих вспомогательных контактов шунтирует кнопку КнП, и отпадает необходимость длительно удерживать ее в нажатом состоянии, а другой замыкающий- подает питание на цепь катушек реле ускорения КТ2 и КТ3. Размыкающий вспомогательный контакт КЛ отключит цепь реле КТ1; так как оно отпускает якорь с выдержкой времени при отключении ее катушки, то КТ2 сразу не включится и его размыкающий контакт КТ2 будет открыт. Следует отметить, что размыкающий контакт КТ1 остается еще открытым; по истечении выдержки времени реле КТ1 его замыкающий контакт откроется, а размыкающий- закроется.

В результате этих переключений в схеме управления включится контактор КУ1, и будет шунтирована первая пусковая ступень резистора- двигатель с первой (реостатной) характеристики перейдет на вторую, разгоняясь до большей угловой скорости. Кроме того, включится реле времени КТ2, и его размыкающий контакт с выдержкой времени замкнет цепь катушки контактора КУ2- шунтируется вторая пусковая ступень резистора- двигатель переходит на третью реостатную характеристику.

Наконец, после размыкания с выдержкой времени замыкающего контакта КТ 2 выключится реле КТ3- с выдержкой времени, на которое настроено реле КТ3 (соответственно времени пуска двигателя на последней реостатной характеристике), замкнется его контакт КТ3, и включится контактор КУ3, обмотка ротора М окажется замкнута на коротко, и двигатель начнет разгоняться в соответствии с его естественной характеристикой. Этим заканчивается ступенчатый пуск асинхронного двигателя, контролируемый в функции времени электромагнитными реле времени КТ, КТ2, КТ3. Остановка двигателя производится нажатием кнопки КнС.

3. Построение алгоритма управления

Для наглядного описания работы электропривода, графически построим алгоритм работы:

Рисунок 4 - Алгоритм работы схемы электропривода

4. Составление и минимизация функций алгебры логики

В работе схемы данного электропривода участвую следующие основные элементы:

КнП, КнС- кнопки пуск и стоп соответственно

КК1, КК2 -тепловые реле

F, FA -выключатели

КТ1, КТ2,КТ3 - реле времени

КУ1,КУ2,КУ3 -промежуточное реле

КЛ - ключ

На основании алгоритма и исходной релейно-контактной схемы составим структурные логические выражения функций алгебры логики для выходных и промежуточных переменных:

Приведём выражение реле КУ3 к виду СДНФ (совершенной дизъюнктивной нормальной форме):

Совершенной дизъюнктивной нормальной формой называется дизъюнкция элементарных конъюнкций, имеющих полный набор переменных. После приведения выражения к СДНФ для дальнейшей минимизации необходимо построить карту Карно.

5. Минимизация ФАЛ при помощи карты Карно

Карта Карно представляет собой четырехугольник, разделенный на элементарные квадраты, каждому из которых соответствует своя комбинация значений всех входных переменных. Число клеток равно числу всех наборов входных переменных - 2n, где n - число входных переменных. Карту Карно можно строить по словесному описанию алгоритма, по граф- схеме алгоритма, а также непосредственно по логическим выражениям функции. При этом заданное логическое выражение должно быть приведено к форме СДНФ (совершенной дизъюнктивной нормальной форме), под которой понимается форма логического выражения в виде дизъюнкции элементарных конъюнкций, имеющих полный набор входных переменных. Логическое выражение содержит конъюнкции только единичных конституентов, поэтому каждому набору переменных в конъюнкциях должна быть поставлена единица в соответствующей клетке карты Карно, в остальных клетках ставится ноль. Карта Карно позволяет минимизировать логическое выражение непосредственно по карте, не прибегая к записи функции в СДНФ. Для этого надо воспользоваться замечательным свойством карты Карно, а именно, свойством соседних клеток. Если охватить контуром несколько соседних клеток, в которых значение функции равно единице, то функция для этого контура будет состоять всего из одной конъюнкции, и не будет содержать входных переменных, которые в этом контуре меняют свое значение.

Приведём выражение ФАЛ для катушки КУ3 к виду СДНФ:

Ранее мы уже получили выражение в совершенной дизъюнктивной нормальной форме. Теперь для этого выражения строим карту Карно:

Рисунок 5 - Карта Карно для КУ3

После, охватим контуром несколько соседних клеток, где выражение принимает значение 1 - два контура по вертикали. В результате получим минимизированную функцию:

6. Составление структурной логической схемы в Булевом базисе

Логическая схема электропривода с импульсно-ключевым управлением имеет следующий вид:

Рисунок 6 - Структурная логическая схема в Булевом базисе

При построении логических устройств обычно не пользуются функционально полной системой логических элементов, реализующих все основные логические операции. На практике, с целью сокращения номенклатуры элементов пользуются системой элементов, включающих только два элемента, выполняющих операции И-НЕ (штрих Шеффера) и ИЛИ-НЕ (стрелка Пирса).

На основе данных преобразований любую ФАЛ можно записать в нужном базисе логических элементов. Для этого вводят двойное инвертирование исходного выражения, которое не изменяет ФАЛ, а затем, применяя законы де Моргана, приходят к тому или иному базису.

В зависимости от выбранной серии и типа элементов необходимо полученное структурное выражение преобразовать к виду, в котором будут использованы только выбранные логические элементы.

7. Приведение ФАЛ к базису ИЛИ-НЕ (Стрелка Пирса)

Изобразим логическую схему, составленную из элементов ИЛИ-НЕ:

Рисунок 7 - Логическая схема на базисе элементов ИЛИ-НЕ (Стрелка Пирса)

8. Выбор электродвигателя

Для шаровой мельницы типа ТМНР-17 с потребляемым мощностью 8кВт подходит электродвигатель серии 4А132М4Y3 с техническими характеристиками:

Номинальная мощность 11кВт

Номинальный ток 21,8А

КПД 0,875%

9. Техническая реализация структурной логической схемы

Технический реализуем полученную схему на элементах одной серии 2ИЛИ-НЕ:

Выбираем микросхемы серии К564ЛЕ5, которая представляет собой четыре логических элемента 2ИЛИ-НЕ.

Условное графическое обозначение:

Электрические параметры:

Номинальное напряжение питания Uпит = 5В

Выходное напряжение U0вых = 0,95 В

Выходное напряжение U1вых = 3,6 В

Iвых1 = 0,9 mА.

Для усиления выходного сигнала микросхем, воспользуемся усилителями серии К140УД23 со следующими параметрами:

Номинальное напряжение питания Uп= 15 В

Выходное напряжение Uвых 11 В

Ток потребления Iп < 10 мА

Коэффициент усиления Ку 25000

Для реализации контактов в схеме применим оптосимисторы серии ТСО 152-100 с параметрами:

Повторяющееся импульсное

напряжение в закрытом состоянии Udrm = 200 - 1200 В

и импульсное обр. напряжение

Средний ток в открытом состоянии Itav = 100 А

Ударный ток в открытом состоянии Itsm = 900 А

Импульсное напряжение в открытом состоянии Uтm = 1,6 В

Тепловое сопротивление переход-

корпус Rт = 0,22 °C/Вт

Напряжение изоляции Uизол = 2000 В

Заключение

Целью курсового проекта являлось приобретение инженерных навыков модернизации электропривода с импульсно-ключевым управлением с учетом новейших достижений в области бесконтактной электроавтоматики и ее элементной базы.

В данном курсовом проекте была произведена замена релейно-контакторной элементной базы электропривода на бесконтактную, основанную на запираемых оптопарах, управление которыми осуществляется при помощи логических микросхем без усиления выходного сигнала.

Преимущество данной схемы заключается в применение симисторов вместо контакторов, которые в свою очередь обладают большей надежностью и скоростью срабатывания, что полностью исключают возможность пригорания контактов под действием больших пусковых токов.

Библиографический список

1. Конспект лекций по предмету «Электроавтоматика строительных машин».

2. Смирнов В. В. «Электроавтоматика строительных машин : методические указания к курсовому проектированию» Самара, СГАСУ, 2006 - 27 стр.

3. Соколова А. А. «Электроприводы строительных машин» Москва, 2006

4. Бокуняев А. А., Борисов Н. М. «Справочная книга радио-конструктора» Москва, 1990 - 624 стр.

Размещено на Allbest.ur