Размещено на http://www.allbest.ru/

Виробничі механізми

Вступ

Ліфт став невід'ємною частиною штучно створеного середовища існування людини та елементів людського технократичного життя в цілому. Практично за одне сторіччя вдалося створити повністю автоматизовану систему внутрішнього транспорту пасажирів та вантажів у будівлях та спорудах, яка надійно функціонує, не потребуючи від людини спеціальних знань та попередньої підготовки.

Розширюючись, потреби суспільного розвитку потребують постійного вдосконалення засобів внутрішнього транспорту будівель та споруд на основі сучасних науково-технічних досягнень.

Зростаючи, парк ліфтів та інших засобів ближнього транспорту потребує неперервного вдосконалення техніки монтажу та технічного обслуговування цих машин з метою підвищення надійності та безпеки використання.

Гарантом вдалого вирішення задач, що стоять перед ліфтобудівними, монтажними організаціями та організаціям, які експлуатують ліфти, є наявність кваліфікованих кадрів, котрі здатні йти в ногу з досягненнями науки та технології.

1 Коротка характеристика виробничого механізму і режимів його роботи

Ліфти використовуються для вертикального переміщення пасажирів та вантажів. В залежності від поверхності будівлі та прийнятого за норму допустимого часу чекання, розрахункові швидкості руху кабіни, пасажирські ліфти по стандартизації СЕВ можуть бути від 0,5 до 5,6 м/с або навіть до 9 м/с. Їх розділяють на чотири категорії:

тихоходні(від 0,5 до 0,65 м/с);

бистроходні(від 1,0 до 1,5 м/с);

швидкісні(від 2,0 до 2,5 м/с);

високошвидкісні(від 3,5 до 5,6 м/с).

В курсовій роботі розраховується високошвидкісний ліфт.

Однокабінні ліфти можуть бути безредукторними та редукторними. Високошвидкісні та швидкісні ліфти мають безредукторний привід постійного струму. Безредукторний привід здійснюється за допомогою тихохідних двигунів та з частотою обертання від 68 до 136 об/хв і живленням від тиристорних перетворювачів, що забезпечують необхідний діапазон регулювання швидкості кабіни. Для ліфтів режим роботи електропривода визначається місцем зупинки та призначенням підйомника. Двигун ліфта працює у повторно-короткочасному режимі. В багатоповерхових будівлях адміністративного призначення навантаження ліфта збільшується під час приходу та виходу робітників з роботи і під час обідньої перерви. Водночас зі зміною часу колового циклу ліфта на роботу його електроприводу впливають умови завантаженості.

Основними елементами кінематичної схеми швидкісного ліфта є: канатоведучий шків, відвідний шків, канати, центробіжний обмежувач швидкості, кабіна ліфта, противага, направляючі шківи, трос.

Висновок

Для даного типу виробничого механізму доцільно використовувати такі системи електроприводу :

1.Асинхронний двигун з фазним ротором.

2.Двигун постійного струму незалежного збудження з реостатним регулюванням.

3.Система ТП-Д.

4.Система ПН-АД.

2 Техніко-економічне обґрунтування вибору системи електроприводу

Вибір конкретної системи електроприводу ліфту обумовлений наступними вимогами:

точності зупинки;

швидкості руху;

допустимими величинами прискорень, що визначаються діапазоном регулювання системи;

типом електродвигуна.

При швидкості більш ніж 1,5 м/с найбільш розповсюдження отримали системи електроприводу на постійному струмі по системі генератор-двигун з різними типами збуджувачів. В якості збуджувачів використовуються електромашинні або магнітні підсилювачі. Система генератор-двигун забезпечує найбільш раціональні діаграми пуску та гальмування приводу і дає можливість отримати точність зупинки до 5-10 мм. Але ці системи мають ряд недоліків:

встановлена потужність машин;

великі габарити;

велика вартість;

складність систем при експлуатації.

Для даного механізму обираємо електропривод з тиристорними перетворювачами, що дозволить отримати оптимальну навантажувальну діаграму. Привод з тиристорним збудженням має більш компактне електрообладнання, більш низький рівень шуму і менше споживає потужності в порівнянні з системою генератор-двигун. Використання тиристорних перетворювачів дозволяє знизити споживання потужності більш, ніж на 24 % у порівнянні з приводом по системі генератор-двигун, а також знизити тепловиділення приводу більш, ніж на 17%.

Проведемо порівняння варіантів методом приведених затрат.

1.Асинхронний двигун з фазним ротором.

2.Двигун постійного струму незалежного збудження з реостатним регулюванням.

3.Система ТП-Д.

4.Система ПН-АД.

Приведені затрати розраховуються за формулою: З=р?К+Е+R,

де Р - нормативний коефіцієнт капіталовкладень, Р= 0,12;

К -- капіталовкладення, (К=Д+С);

Е -- експлуатаційні витрати.

Визначення додаткових витрат:

Якщо тривалість включення ТВ = 80%,

час роботи t_p =9,25 год.

Знайдемо час роботи ліфта:

Прийдемо, що на нагрівання механізму в перехідному режимі припадає 15%, тоді час роботи в перехідному режимі t=7.4?0.15=1.11 (год). Р=55 (кВт).

Втрати електричної енергії становлять:

W= P?t= 55?10³?1.11= 61050 Вт/год = 61,05 кВт/год

Q_р.д.=(5/7)?365=261 (робочих днів у рік).

В -- додаткові втрати. В=Q_р.д.?W=261?61,05= 15934,05

К=Д+С

К_а.д.=5000+2500=7500

К_д.п.=4500+3000=7500

К_тп.-д=2000+4500=6500

К_пд-ад=3000+4000=7000

Загальні сумарні втрати становлять:

З_а.д.=0,125?7500+15934,05+2500=19371,55

З_дпс=0,125?7500+16000,05+6000=22937,55

З_тп-д=0,125?6500+4200=5012,5

З_пч-ад=0,125?8000+5600=6600

Результати розрахунків зводимо в таблицю 1.

Таблиця 1 -- Показники економічних розрахунків

	Показник	АД з ф.р.	ДПС	ТП-Д	ПЧ-АД
Д	Вартість двигуна	5000	4500	2000	3000
С	Вартість системи керування	2500	3000	4500	4000
R	Вартість додаткових втрат	15934,05	16000,05	--	--
Е	Експлуатаційні витрати	2500	6000	4200	5600
З	Сумарні затрати	19371,55	22937,55	5013	6600

Вона не тільки найбільш економічна, але й забезпечує необхідний рівень регулювання швидкості та моменту крана за умовами технологічного процесу.

Система ТП-Д має добрі регулюючі властивості. При діапазоні регулювання 10:1-15:1 вона не потребує застосування тахогенераторів для контролю швидкості. Застосування тахометричного зворотного зв'язку по швидкості дозволяє підняти діапазон регулювання швидкості до 30:1.

Недоліком системи ТП-Д є погіршення якості електроенергії в мережі, особливо при малопотужних джерелах живлення. Рекомендується застосовувати систему ТП-Д при живлені від джерела потужністю не менше 300% потужності електропривода.

Висновок:

Вибрано систему ТП-Д так як вона найбільш економічна і має добрі регулюючі властивості.

3 Розрахунок приведених статичних моментів і тахограм робочого механізму

Діаграми роботи ліфта по характеру зміни швидкості може бути розділена на декілька ділянок: розгін кабіни, рух з номінальною рівномірною швидкістю, гальмування до посадочної швидкості та гальмування до повної зупинки кабіни.

Розрахуємо час, необхідний для підхода ліфта до десятого поверху (без зупинки):

(1)

де h - шлях, який кабіна ліфта пройшла до 10 поверху.

Розрахуємо час розгону кабіни:

(2)

Час розгону і гальмування до посадочної швидкості - рівні: t_C=2,278 (c).

Розрахуємо час гальмування до повної зупинки кабіни:

(3)

Визначимо статичний момент опору М_СТ і приведений момент інерції при завантажені і пусті кабіні ліфта:

 (H) (4)

(5)

Визначимо втрати в обох випадках:

(6)

(7)

Абсолютне значення середньої нерівноваженості з урахуванням втрат:

(8)

(9)

Розрахуємо статичні моменти для завантаженої і пустої кабіни ліфта:

(10)

(11)

Висновок:

Розраховано час розгону кабіни, час гальмування до повної зупинки, час підхода ліфта до десятого поверху, статичні моменти та побудована тахограма робочого механізму.



Рисунок 1 -- Тахограма робочого механізму

4. Попередній вибір потужності електродвигуна

4.1 Розрахунок статичної потужності

Розрахунок необхідної потужності, вибір електродвигуна та його перевірку необхідно здійснювати, використовуючи діаграму неврівноваженості рухомих частин ліфта.

Розрахуємо зусилля з номінальним вантажем кабіни F₁, F₂, без вантажа кабіни F₃, F₄ для верхньої і нижньої відміток зупинки, використовуючи формулу:

(12)

де m, m₀, m_ПВ -- вага вантажа, кабіни, противаги, кг; m_К, m_T -- вага тягового і врівноважуючого канатів, кг; m_КБ -- вага кабеля, кг.

(13)

(14)

(15)

(16)

Розрахуємо середні значення зусиль F_СР1 та F_СР2:

(17)

, -- виходячи з діаграми неврівноваженості.

Попередній вибір двигуна слід проводити виходячи з середньозваженої неврівноваженості:

(18)

(19)

Визначимо втрати:

(20)

Знаходимо абсолютне значення середньозваженої нерівноваженості з урахуванням втрат:

(21)

Розрахуємо необхідну статичну потужність:

(22)

де К=[1,1…1,2] -- коефіцієнт, враховуючий пускові режими двигуна.

(23)

(24)

(25)

4.2 Вибір двигуна

Визначимо необхідну кутову швидкість двигуна:

(26)

де і=1 -- передаточне число.

Визначимо кількість обертів двигуна:

(27)

(28)

Якщо задана тривалість включення не співпадає з стандартною, то виконується перерахунок номінальної потужності.

(кВ)

Вибираємо двигун постійного струму незалежного збудження типу П91 з відповідними номінальними даними:

Р_НОМ=55 кВт, U_НОМ=220 В, І_НОМ=287 А, n_НОМ=500 хв^-1.

GD²=5,9 кг/м², R_Я=0,0748 Ом.

Висновок:

Розрахована потужність електричного двигуна і вибрано двигун постійного струму незалежного збудження типу П91



Рисунок 2 -- Діаграма неврівноваженості

механізм електродвигун режим

5. Розрахунок приведених інерційних мас і моментів інерції

Розрахуємо масу вантажу, кабіни, та противаги з урахуванням втрат у механізмі:

(29)

Момент інерції двигуна вибираємо з каталогу:

(30)

Для визначення моменту з'єднувальних муфт і гальмівних шківів використовуємо коефіцієнт К=0,2.

(31)

Момент інерції канатоведучого та направляючого шківів:

(32)

де GD_К²=48 (кг*м²) -- маховий момент канатоведучого шківа, GD_Н²=63 (кг*м²) -- маховий момент направляючого шківа, D_К=0,66 м, D_Н=0,815 м -- діаметри направляючого і канатоведучого шківі.

(33)

Момент інерції кабіни вантажу і противаги з урахуванням втрат передачі:

 (34)

де ,

Результуюче значення приведеного до швидкості двигуна моменту інерції ліфта з урахуванням втрат в передачі:

(35)

Динамічний момент на валу двигуна, який виникає при розгоні (сповільнені) двигуна в перехідному режимі:

(36)

Знайдемо масу кабіни, вантажу, і противаги з урахуванням втрат в механізмі:

(37)

(38)

Результуюче значення приведеного моменту інерції ліфта з урахуванням втрат в передачі:

з вантажем:

 (39)

(40)

без вантажу:

(41)

(42)

Визначимо динамічні моменти:

з вантажем:

(43)

(44)

без вантажу:

(45)

(46)

Висновок:

Розраховано момент інерції з допомогою основного рівняння динаміки, а також динамічний момент на валу двигуна.

6. Розрахунок і вибір перетворювального агрегату

Для управління приводним електродвигуном ліфта використовують реверсивний, двохмостовий тиристорний перетворювач, який на виході повинен забезпечити номінальну напругу 230 В, і струм, не менший 287 А. Маючи на увазі, що, згідно з діаграмою неврівноваженості, на початку підйому кабіни з нижнього поверху, а також при спуску з верхнього поверху, двигун буде працювати з перевантаженням, визначимо час роботи двигуна в даному режимі. Для цього, спочатку знайдемо зусилля, яке відповідає номінальному моменту:

(47)

Також знаходимо найбільший час перевантаження, який відповідає підйому завантаженої кабіни з нижнього поверху.

Користуючись діаграмою неврівноваженості і отриманим зусиллям, визначимо висоту, до якої двигун буде працювати з перевантаженням: ординаті F_H=13587.7 Н відповідає абсциса Н=1.5 м.

Не беручи до уваги час розгону, отримаємо:

(48)

Перевантаження в період розгону двигуна (t_РОЗГ=2,2 с) складає:

(49)

Потім, при сталому русі кабіни, знижується до значення перевантаження двигуна, яке визначається за формулою:

 а далі до 0 (А). (50)

Під час вибору перетворювачів, необхідно враховувати їх перевантажуючі можливості. Для перетворювачів ХЭМЗ допускають перевантаження по струму в циклічному режимі роботи не більше 0,75*І_НОМ напротязі 1 хв., і не більше І_НОМ напротязі 15 хв. При цьому середньоквадратичний струм не повинен перевищувати номінальний при часі усереднення 10 хв.

В даному випадку, час усереднення є тривалістю колового рейса кабіни, яке дорівнює: Т=215,18 с (або 3,58 хв.), а це менше 10 хвилин, тоді середньоквадратичний струм визначимо за формулою:

(51)

(52)

Отже, вданому випадку, перетворювач можна вибрати по допустимому перевантаженню.

Пуск двигуна відбувається на протязі 2,2 с, тобто менше 15 с.

Тому вибираємо перетворювач з допустимим 100% перевантаженням. З врахуванням викладеного з існуючої номенклатури вибираємо реверсний перетворювач типу КТУ-230/300Р при номінальному струмі І_НОМ=300 А, і напрузі 230 В.

Висновок:

Вибрано перетворювач з допустимим перевантаженням типу КТУ-230/300Р

7. Розрахунок та побудова механічної характеристики двигуна

Механічна характеристика -- залежність швидкості обертання вала двигуна від моменту. Рівняння механічної характеристики для двигуна постійного струму незалежного збудження має вигляд прямої лінії, тому механічну характеристику можна побудувати по двох точках: (₀,0) і (_Н,М_Н).

Знайдемо кутову швидкість:

(53)

де ;

U_H -- напруга, що підводиться до двигуна, В; І_Н -- струм якірного кола, А; R_Я -- опір якірного кола, Ом.

Розрахуємо першу точку (₀,0).

При М=0 швидкість ідеального холостого ходу:

(54)

Розрахуємо другу точку (_Н,М_Н).

Знайдемо номінальний момент двигуна:

(55)

По цим двом точкам будуємо механічну характеристику.

Висновок:

Проведений розрахунок механічної характеристики і по отриманим даним побудована

Рисунок 3 -- Механічна характеристика

8. Розрахунок перехідних процесів

Перехідним чи динамічним режимом електропривода називається режим роботи при переході з одного усталеного стану привода до другого, який відбувається під час пуску, гальмування, реверсу. Ці режими характеризуються зміною ЕРС, кутової швидкості, моменту і струму.

У перехідному режимі електропривода одночасно і взаємопов'язано між собою діють перехідні механічні, електромагнітні і теплові процеси. При процесах, які швидко протікають, зміна теплового стану електропривода у більшості випадків несуттєво впливає на інші процеси, тому в подальшому при побудові графіків перехідних процесів зміну теплового стану двигуна не будемо враховувати. У цьому випадку мають на увазі протікання тільки механічних і електромагнітних перехідних процесів, які в сукупності називаються електромеханічним перехідним процесом.

При розрахунках перехідних процесів необхідно побудувати залежності і=f₁(t); =f₂(t).

Розрахуємо ці залежності для пуску:

Для завантаженої кабіни.

Розрахуємо кутову швидкість завантаженої кабіни:

(56)

де

-- електромеханічна стала часу, _с -- усталена кутова швидкість двигуна при моменті навантаження М_СТ.

 (57)

де -- перепад швидкості при навантаженні.

-- швидкість ідеального холостого ходу двигуна.

Розрахуємо кутову швидкість для декількох проміжків часу:

при t=0,5 с -- (c^-1)

при t=2 с -- (c^-1)

при t=2,2 с -- (c^-1)

Час пуску t_р=2,2с.

Розрахуємо струм для пуску з навантаженням:

(58)

де -- струм короткого замикання;

-- струм навантаження.

Розрахуємо струм для декількох моментів часу:

при t=0,5 с -- (A)

при t=2 с -- (A)

при t=2,2 с -- (A)

Висновок:

Розрахована кутова швидкість і струм, а також побудовані перехідні процеси по швидкості і по струму.

Рисунок 4 -- Перехідні процеси по швидкості.

Рисунок 5 -- Перехідні процеси по струму: i1(t)--підйом з вантажем, i2(t)--підйом без вантажу, i3(t)--спуск з вантажем, i4(t)--спуск без вантажу. Для графіків моменту -- помножити на k=14.28

9. Перевірка двигуна за нагрівом і перевантаженням

9.1 Перевірка двигуна по тепловому режиму

Перевірку двигуна по тепловому режиму виконуємо, використовуючи діаграму неврівноваженості. Виходячи з середніх значень зусиль на окремих ділянках діаграми, розрахуємо еквівалентний момент двигуна:

(59)

Отриманий момент приводимо до відносної тривалості включення двигуна:

(60)

де -- відношення сталих втрат до змінних, у даному двигуні =0,5.

(61)

Розрахуємо номінальний момент:

(62)

де Р_НОМ -- номінальна потужність двигуна, _НОМ -- номінальна кутова швидкість двигуна.

 (63)

Таким чином, , тобто по тепловому режиму двигун вибраний вірно.

9.2 Перевірка двигуна по механічному перевантаженню

По механічному перевантаженню двигун перевіряємо для найбільш важкого випадку -- рушання кабіни з нижнього поверху при її номінальному завантаженню. В цьому випадку тягове зусилля, пропорційно якому буде протікати струм в обмотках якоря, згідно діаграмі неврівноваженості складе:

(64)

Розрахуємо необхідний статичний момент:

(65)

де R_Ш -- радіус тягового шківа.

При задані швидкості кабіни V_НОМ=4 м/с, прийнятому прискорені а=1,8 м/с², і часі розгону t_Р=2,2 с необхідний залишковий момент дорівнює:

(66)

де n i GD² -- відповідно номінальна частота обертів (хв^-1) і сумарний маховий момент якоря, або ротора двигуна і шківа (кг*м²).

 (67)

-- сумарна маса рухомих частин; (68)

-- ККД механічної передачі;

-- маховий момент шківа;

-- маховий момент направляючого шківа;

-- маховий момент тягового шківа;

-- маховий момент відводного шківа;

(69)

Розрахуємо перевантаження двигуна:

(70)

Згідно діючим стандартам, при рушанні з місця допускається К=3, тобто по перевантаженню двигун вибраний вірно.

Висновок:

Перевірено електричний двигун за нагрівом і перевантаженням . Обом параметрам двигун відповідає.

10. Розробка схеми керування

В системі ТП-Д (рис6) двигун одержує живлення від реверсивного тиристорного перетворювача, зібраного за мостовою зустрічно-паралельною схемою. До складу випрямних групб, для кожного напрямку струму ВГ1 і ВГ2, входять по два паралельно з'єднаних мости М1, М2, М3, М4 з індуктивними дільниками струму відповідно ІДС1 і ІДС2. Керування перетворювачем-спільне з контролером і регулюванням середнього значення зрівнювального струму. При цьому автоматично забезпечуються ідеальне узгодження регулювальних і зовнішніх характеристик вентильних груп, і відсутність режиму переривчатих струмів, і завдяки цьому досягається непреривність керування випрямленим струмом.

Для обмеження пульсуючої складової зрівнювального струму передбачені зрівнювальні реактори ЗР1 - ЗР4. В якірному колі двигуна передбачені реле РТ і РМ , що здійснюють захист від аварійних струмів перевантаження і коротких замикань, і реле контролю мінімального струму якоря РКС. Блоки магнітних підсилювачів БМП1 і БМП2, на вихід яких підключені обмоти реле наявності струму РНС1 і РНС2, використовуються як давачі контролю струму вентильних груп. Контакти перерахованих реле включені в коло захисних блокувань електрообладнання.

Размещено на Allbest.ru