Электрический привод механизма подъема мостового крана

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

"Электрический привод механизма подъема мостового крана"



Введение

На всех этапах истории человеческого общества способ получения энергии, необходимой для выполнения механической работы в производственных процессах оказывал на развитие производительных сил решающее влияние. Создание новых, более современных двигателей, переходы к новым видам привода рабочих машин явились крупными историческими вехами на пути развития машинного производства. Появление паровой машины послужило мощным толчком к развитию производства в 19 веке - веке пара. 20 век получил название века электричества. И в первую очередь потому, что основным источником механической энергии стал более совершенный электрический двигатель и основным видом привода рабочих машин является электрический привод. Электрический привод рождался в недрах века пара, и на первых порах его применение сводилось к замене паровой машины, установленной для приведения в движение трансмиссии предприятия или отдельного цеха, электрическим двигателем. Если на первом этапе переход к электроприводу практически не затрагивал механического оборудования предприятий, то переход к установке отдельных двигателей для каждой машины потребовал нового подхода к конструированию рабочих машин, рациональной их компоновке в единстве с приводным электрическим двигателем.

В развитие электропривода переход к индивидуальному электроприводу означает качественный скачок, так как при этом кроме функции преобразования энергии на электрический привод возлагается важная функция управления технологическим процессом приводимого в движения механизма.

Рассматривая все многообразие современных производственных процессов, в каждом конкретном производстве можно выделить ряд операций, характер которых является общим для различных отраслей народного хозяйства. К их числу можно отнести механизацию подъемно-транспортных операций, которая осуществляется с помощью подъемных кранов: мостовых - в цехах, башенных - на строительстве, козловых - на открытых площадках. Подъемные краны относятся к многодвигательному приводу так как механизм передвижения крана, механизм перемещения тележки, механизм подъема и опускания груза имеют свои электрические двигатели.

В цехах промышленных предприятий работают мостовые краны общего назначения (крюковые, магнитные, грейферные) и мостовые краны различного специального назначения. Конструкция крана в основном определяется спецификой технологического процесса цеха. Однако ряд узлов кранов, например, механизмы подъема и передвижения, выполняются однотипными для многих видов кранов. В связи с этим в вопросах выбора и эксплуатации электрооборудования кранов общего назначения много общего.

Электрооборудование кранов обычно работает в тяжелых условиях: повышенная запыленность и загазованность, повышенная температура или резкие колебания температуры, высокая влажность, влияние различных химических реагентов. Поэтому электрооборудование кранов должно выбираться в соответствующем конструктивном и климатическом исполнении.

Различные по конструкции и назначению краны комплектуются, в последнее время, специальными краново-металургическими двигателями и типовой, стандартизированной электроаппаратурой.

К электрооборудованию кранов предъявляется ряд требований, основными из которых являются: обеспечение высокой производительности, бесперебойности в работе, безопасности обслуживания, простоты эксплуатации и ремонта.

Задание

На курсовую работу по дисциплине "Электрический привод": "Электропривод механизма подъема крана" выносится следующее задание:

Режим работы электропривода механизма подъема крана - повторно кратковременный. В цикл работы входят: опускание крюка, подъем груза, перемещение груза на заданное расстояние, опускание груза, подъем крюка, перемещение крана на исходную позицию.

В ходе выполнения курсового проекта необходимо:

Построить упрощенную нагрузочную диаграмму механизма;

Определить предварительно мощность двигателя и выбрать его по каталогу;

Построить пусковую диаграмму, рассчитать значения сопротивлений секций пускового реостата и выбрать их по каталогу;

Выбрать способ рабочего и аварийного торможения и произвести не обходимые расчеты;

Рассчитать и построить кривые скорости, тока и момента двигателя при пуске и торможении;

Определить потери энергии при пуске и торможении;

Разработать рекомендации по снижению потерь энергии;

Составить принципиальную электрическую и структурную схемы электропривода.

Исходные данные для расчета:

Грузоподъемность G=12000 кг

Высота подъема груза 10 м

Расстояние перемещения груза 18 м

Скорость подъема и опускания груза не более 0,26 м/с;

Скорость передвижения крана 0,24 м/с;

Ток 77 А;

Напряжение 440 В;

Соединение обмоток двигателя.

Дополнительные исходные данные:

Диаметр барабана 0,55 м

Передача между двигателем и крюком:

редуктор 75

полиспаст 3

КПД передачи при полной нагрузке 0,93

Момент инерции муфты на валу двигателя 23 кгм²

мостовой кран двигатель электропривод

Построение упрощенной нагрузочной диаграммы механизма

Все производственные механизмы, исходя из характера изменения статической нагрузки, условно разбиты на восемь основных групп. Такая классификация позволяет осуществить системный подход к анализу переходных процессов в общем виде, выбору мощности двигателя, синтезу замкнутых систем электропривода.

Механизм подъема мостового крана относится к первой группе, когда статический момент практически не меняется M_c = const. Двигатель подъема мостового крана работает в одном из номинальных режимов S3-S5.

Для предварительного выбора мощности двигателя необходимо определить статические усилия и моменты наиболее характерных режимов работы механизма и построить упрощенную нагрузочную диаграмму за цикл M_c = f(t).

К основным режимам работы механизма подъема, входящим в технологический цикл относятся:

Спуск порожнего крюка;

Подъем крюка с номинальным грузом;

Спуск крюка с номинальным грузом;

Подъем порожнего крюка.

Окружное статическое усилие на барабане:

- при подъеме номинального груза:

(1.1)

- при подъеме порожнего крюка:

(1.2)

где: q=10

Статический момент подъема груза, приведённый к валу двигателя:

где D_Б - диаметр барабана, i - общее передаточное число передачи.

Статический момент при спуске груза:

Статический момент при подъеме крюка:



где _Х - КПД при частичной загрузке, определяемой коэффициентом за-грузки:

тогда КПД при частичной загрузке:

где ? - опытный коэффициент, среднее значение которого ? =0,07.

Статический момент при спуске крюка

Время подъема и спуска груза и крюка предварительно можно принять одинаковыми:



где h - высота подъема,

Суммарное время работы составит:

Время передвижения крана:

Суммарное время пауз распределяется между отдельными режимами следующим образом:

- время между подъемом груза и спуском груза t_ПР, равно времени между подъемом крюка и его спуском;

- время между спуском груза и подъемом крюка, равное времени между спуском крюка и подъемом груза принимаем за время строповки t_СT = 30 c.

По результатам расчета строим упрощенную нагрузочную диаграмму электропривода подъема мостового крана, приведена на рис. 1.1. Суммарное время цикла:



Реальная продолжительность включения механизма подъема:

(1.10)

Рисунок 1.1 Упрощенная нагрузочная диаграмма электропривода подъема мостового крана

Предварительный выбор мощности двигателя

Для предварительного выбора мощности двигателя можно воспользоваться методом эквивалентного момента.

(2.1)



Угловая частота вращения двигателя

где - скорость подъема груза, м/с.

Частота вращения двигателя

Мощность двигателя при ПВ%, полученном в разделе 1.

, Вт

Вт

Мощность двигателя при стандартной величине ПВ=40% следует определять с коэффициентом запаса (1,16 ? 1,25), учитывающим увеличение мощности двигателя в переходных режимах.

, кВт

кВт

По расчетным данным выбираем из [4] двигатель заданного тока предпочтение следует отдавать краново-металлургическим двигателям).

Паспортные данные выбранного двигателя следует занести в табл. 2.1

Таблица 2.1 Паспортные данные двигателя

Параметр	Обозначение	Ед. Измерения	Величина
мощность ном. номинальная	PН	кВт	30
ток ном.	IН	А	77
коэф.полезн.дейст.	КПД	%	85,5
обороты ном.	nН	об/мин	1030

Построение пусковой диаграммы. Расчет сопротивлений секции пускового реостата и выбор их по каталогу

Расчет статических характеристик и параметров, определяющих динамику электропривода

Номинальная угловая скорость двигателя:

где n_н - об/мин, из табл. 2.1

Коэффициент ЭДС двигателя:

, где ;



Угловая скорость идеального холостого хода:

Перегрузочная способность двигателя:

где М_MAX из табл. 2.1;

Пусковой ток двигателя:

Ток переключения

где M_С.НОМ из формулы 1.3; тогда отношение токов при пуске:



Полное пусковое сопротивление:

Число пусковых ступеней:

если m' получается не целым числом, его нужно округлить до ближайшего целого m и уточнить значение ?:

Уточненное значение тока переключения:

Величины сопротивлений пусковых ступеней:



Величины сопротивлений противовключения:

Приведена статическая пусковая диаграмма т = 3 и тормозные характеристики 3,4,5. На графике отложены величины статических токов, соответствующих режиму:

- подъема номинального груза, I_C1:

- спуска номинального груза, I_C2:

подъема порожнего крюка I_Сз:



-спуска порожнего крюка I_С4:

Точка пересечения соответствующей статической характеристики с линией статического тока определяет угловую скорость данного режима:

- скорость подъема номинального груза;

- скорость спуска номинального груза;

, - скорости подъема и спуска порожного крюка .

Для расчета переходных процессов и построения полной нагрузочной диаграммы необходимо определить приведенные моменты инерции для различных режимов:

- при подъеме и спуске крюка с номинальным грузом.

где , здесь - линейная скорость подъема и опускания груза, задана; -угловая скорость подъема груза, рассчитывается как:



после расчета сравнить со значением на рис. 3.1; J_ДВ - момент инерции двигателя, по таблице 2.1; J_М -момент инерции муфты и быстроходного вала редуктора, J_M=(0,1 0,2)-J_ДВ; J_Ш - момент инерции тормозного шкива, J_Ш=(0,2 0,3)-J_ДВ; - коэффициент, учитывающий момент инерции редуктора и барабана; = 1,1 1,2.

при подъеме и спуске порожнего крюка

где J_K - момент инерции крюка приведенный к валу двигателя,



Построение полной нагрузочной диаграммы электропривода, проверка двигателя на нагрев и перегрузочную способность

Электромеханическая постоянная времени электропривода при работе на естественной характеристике:

-в режиме подъема и спуска крюка с номинальным грузом

- в режиме подъема и спуска порожнего крюка

Время пуска электропривода при подъеме номинального груза

время пуска электропривода при спуске номинального груза

Время пуска электропривода при подъеме и спуске порожнего крюка



Ввиду малости времени пуска для различных режимов по сравнению со временем работы и большого числа пусковых ступеней, можно принять ток двигателя при пусках постоянным и равным среднему пусковому току.

Торможение при подъеме номинального груза осуществляется в режиме выбега, при этом время торможения можно определить из уравнения движения при

где ?_C1 определена в п. 3.1.13.

Торможение при спуске номинального груза осуществляется в режиме противовключения (характеристики 3-5 на рисунке 3.1).При этом принимается момент двигателя постоянным и равным

тогда время торможения при спуске номинального груза



где сравнить с ?_с2 из рисунка 2.1.

Торможение при подъеме или спуске порожнего крюка осуществляется в режиме противовключения (см. рис 3.1., характеристика 3,4) и время торможения определяется

где Т_пр - электромеханическая постоянная режима противовключения,

I_кон- величина тока в конце торможения при = 0 из рис. 3.1.

Уточнение длительности работы на отдельных режимах. Действительное время работы двигателя при подъеме номинального груза



где ₁ -действительная скорость подъема груза

Действительное время работы двигателя при спуске номинального груза определяется аналогично

, где

Действительное время работы при подъеме и спуске порожнего крюка

м/с - скорость подъема и опускания порожнего крюка.

Суммарное время работы.



Время цикла было вычислено ранее, тогда время пауз

Если действительное время пауз не равно времени пауз просчитанных в п. 1.8, то следует время строповок t_СГ оставить без изменения, а время передвижения крана t_ПР изменить, чтобы

По расчетным данным строим полную нагрузочную диаграмму l=f(t), пример которой приведен на рисунок 3.2.

Проверку двигателя на нагрев производят по методу эквивалентного тока I_ном?I_э, где I_э - эквивалентный ток определяется по формуле

При торможении двигателя в режимах подъема и спуска порожнего крюка принят линейный закон изменения тока (треугольники тока на рисунке 3.2) Такое упрощение, если время переходного процесса мало по сравнению с основным периодом работы, не вносит существенной погрешности, но ток на таком участке определяется следующим образом



Окончательно эквивалентный ток за полный цикл работы двигателя электропривода подъема мостового крана определяется так:

(3.32)

Реальная относительная продолжительность включения:

Далее происходит пересчёт эквивалентного тока с полученного ? на стандартное значение ? =0,4 (т.е. на ПВ=40%).



Если у выбранного двигателя номинальный ток I_НОМ больше полученного эквивалентного Iэ_{(? =0,4)}, то выбранный двигатель проходит по нагреву.

Проверку по перегрузочной способности в данном случае проводить не надо, так как максимальный пусковой ток уже был выбран из условия максимальной перегрузки.

Выбор сопротивлений пускового реостата

Определяются сопротивления секций пускового реостата

Нагрев сопротивлений определяется протекающим током и не должен превысить допускаемого предела.

Эквивалентный продолжительный ток для повторно - кратковременного режима протекающий через пусковые ступени реостата:



где I_П.СР - средний ток, протекающий через сопротивление, определяется по (3.21); t_P - время работы ступеней,

Расчет и построение кривых скорости, тока (момента) двигателя при пуске и торможении

Во всех случаях, когда электропривод работает на реостатных характеристиках (R_{a доб} ? 0 в машине постоянного тока независимого возбуждения и R_{2 доб} ? 0 в асинхронных машинах с фазным ротором) значения электро-магнитной постоянной Т_э пренебрежимо малы и переходной процесс будет определяться системой (4.1).

Iнач=176,4А

Ic=Mc/Ke=474,5/7,9=60A

Iкон=45А

Уравнения переходного процесса в этих случаях будут представлять собой экспоненциальные зависимости:

Длительность переходного процесса:



Используя выражения (4.2)-(4.4) ниже приведен пример расчета переходного процесса двигателя постоянного тока независимого возбуждения

Данные двигателя: P_Н=30 кВт, U_Н=440В, I_Н=77А, n_Н=1030 об/мин

Решение:

Сопротивление якоря двигателя определим по известной формуле:

Коэффициент ЭДС при номинальном потоке двигателя:

Для расчета сопротивлений ступеней пускового реостата зададимся пусковым током I₁ = 2I_н =2?77= 154 A и током переключения

Кратность токов:



Полное сопротивление цепи якоря двигателя при принятом пусковым токе I₁ = 220A составит:

Число пусковых ступеней:

Полученное число округляем до ближайшего целого числа m=3 и уточняем значение кратности токов переключения:

Определим величины сопротивлений пусковых ступеней:

Уточним значение тока переключения:

Кривые переходного процесса при реостатном пуске ?(t) и i_a(t) рассчитываем без учета электромагнитной инерции якоря.



Определим:

Значения скорости _С. для каждой пусковой ступени представляют:

Электромеханическая постоянная времени на каждой ступени.



Время пуска на каждой ступени:

Полное время реостатного пуска двигателя составляет:

Начальные значения скорости на каждом участке:

Расчет кривых переходного процесса ?(t) и i_a(t) на каждой ступени пуска производим по формулам: - на первой ступени:



- на второй ступени:

- на третьей ступени:

Расчет структурной схемы электропривода

В качестве расчетной принимаем одномассовую схему электропривода, см.

Рис.

4.1 Электромагнитная постоянная

где L_а - индуктивность якорной цепи,



здесь = 0,25 для машин с компенсационной обмоткой, = 0,6 для машин без компенсационной обмотки.

Модуль статической жесткости

Суммарный момент инерции J₁, определен ранее, см. пункт 3.15

Полученные величины вносим в расчетную структурную схему (рисунке 5.1).

Структурная схема

Рис. График переходного процесса реакции системы на единичное воздействие



Рис. Механическая характеристика

Рис.



Список литературы

1.Копылов, Г.А. Электротехнический справочник / Г.А. Копылов. - М. : Энергия, 1975. - 352 с.

2.Вешеневский, С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе / С.Н. Вешеневский. - М. : Энергия, 1977. - 432 с.

3.Ключев В. И. Теория электропривода.-- М.: Энергоатомиздат, 1985.

4.Чиликин М. Г., Ключев В. И„ Сандлер А. С. Теория автоматизи-рованного электропривода.--М.: Энергия, 1979.--616 с.

5.Основы автоматизированного электропривода /Чиликин М. Г., Соко¬лов М. М., Терехов В. М„ Шинянский А. В.-- М.: Энергия, 1980.--568 с

6. Справочник по автоматизированному электроприводу / Под ред. В. А. Елисеева и А. В. Шинянского.--М.: Энергоатомиздат, 1983.--616с.

7. Электротехнический справочник. В 3-х т. Т. 3. Кн. 2. Использование электрической энергия/Под общ. ред. профессоров МЭИ В. Г. Герасимова, П. Г. Грудинского. Л. А. Жукова и др.-- 6-е изд., испр., и доп.-- М.: Энергоиздат, 1982.--5

Размещено на Allbest.ru