Электрооборудование механизма подъема мостового крана

Размещено на http://www.allbest.ru/

Бюджетное профессиональное образовательное учреждение

Вологодской области «Череповецкий металлургический колледж имени академика И.П. Бардина»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ПОДЪМА МОСТОВОГО КРАНА

Выполнен:

студентом группы 3-ТЭ-1

Савиной К.С.

Руководитель:

Лейкин Л.М.

Череповец 2016 г.



Содержание

1. Введение

1.1 История развития металлургии

1.2 История развития электропривода

2. Общая часть

2.1 Описание технологического процесса

2.2 Описание работы механизма, кинематическая схема

3. Специальная часть

3.1 Обоснование и выбор рода тока

3.2 Расчет и построение скоростной и нагрузочной диаграмм

3.3 Расчет мощности и выбор типа электродвигателя

3.4 Выбор системы управления преобразователя, выбор аппаратуры управления

3.5 Обоснование и выбор программируемого контроллера

3.6 Описание работы программируемого котроллера

3.7 Описание работы принципиальной схемы

3.8 Расчет и выбор кабельной продукции

3.9 Описание мероприятий по технике безопасности при обслуживании и ремонте электропривода

Заключение

Литература



Введение

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

Выплавка чугуна в России в промышленном масштабе была начата в 1637 г. На построенном голландцем Андреем Виниусом железоделательном предприятии на берегу реки Тулица (в районе г. Тулы), вблизи Дедиловского месторождения бурых железняков. Предприятие состояло из четырех заводов, названных Городищенскими. На заводах были построены две плавильни с доменными печами, молотовые амбары с кричными горнами для передела чугуна в железо и «боевыми» молотами для проковки его, амбары, в которых размещались приспособления для сверления стволов пушек. Производились здесь в основном пушки, пищали, ядра, выделывалось прутковое и связное железо. Доменные печи были установлены в плавильне, представлявшей собой бревенчатое крытое помещение длиной 21-28 м и шириной 12-17 м.

По высоте (8, 5 м) доменные печи на Городищенских заводах были одними из наиболее высоких в Европе. О размерах производства можно судить по переписной книге Афанасия Фонвизина, 1662 г.: « в сутки в горн всыпают руды по 200 пуд, уголья по 20-ти возов, а в возу по 15-ти пуд. В те же сутки из той руды выливают чугунного железа по сту и по сту пуд; в те же сутки выпусков из горна бывает тому железу дважды …». Ввод в эксплуатацию Городищенских заводов послужил началом строительства ряда других металлургических предприятий в России. В течение XVII в. были построены две плавильни («домны») на Олонецких заводах и по одной плавильне на Портовском, Угодском (Калужский уезд), Вепрейском (Алексинский уезд) и Павловском (Подмосковье, вблизи г. Можайска) заводах. По данным немецкого металлурга Германа, общая производительность железоделательных заводов России в 1674 г. Достигала 150 тыс. Пудов. В XVIII в., после преобразований Петра I, Россия вышла на первое место в мире по выплавке чугуна, давая свыше трети мирового его производства. Значительную часть чугуна и железа (30-80%) Россия вывозила за границу, главным образом в Англию, где недостаток древесины резко ограничивал выплавку чугуна. Неисчерпаемые запасы древесного топлива и дешевый, в значительной части крепостной, труд составляли в то время преимущества России в производстве черных металлов. Главным металлургическим районом был Урал. На протяжении XVIII в. Частным промышленникам принадлежало 253 завода, из которых 227 они построили сами и 26 получили от казны. Огромные домны уральских заводов обладали высокой производительностью, так что они давали в 1800 г. 7071 тыс. пуд. чугуна (113, 1 тыс. т. чугуна) против 1577 тыс. пуд. (25, 2 тыс. т. чугуна), выплавлявшихся на заводах европейской части России, т.е. в 4, 5 раза больше. Численность заводов на Урале продолжала увеличиваться, хотя далеко неравномерно, почти в течение всего столетия. Иным представляется рост числа заводов в подмосковном металлургическом районе. Увеличение числа заводов происходило здесь до середины столетия. Затем наступил некоторый спад, продолжавшийся два десятилетия (1761-1780 гг.), сменившийся новым подъемом в конце века. Статистический материал о металлургии России помогает обосновать вывод о переломе в развитии экономики страны, наступившем в середине XVIII в. Это наблюдение подтверждается не только числом построенных заводов, количеством выплавленного металла, но и запроектированные в 1927-1928 гг. Заводы находились на уровне лучших заводов западной Европы, но сильно отставали от последних достижений американской техники. Так, например, магнитогорский завод должен был строиться на мощность 660 тыс. т. чугуна в год, Кузнецкий - 330 тыс. т. Отсталость этих проектов ясна хотя бы из того, что в конце 70-х одна доменная печь магнитогорского завода давала примерно столько чугуна, сколько должен был давать весь этот завод по его первоначальному проекту, удельный вес новых заводов в продукции черной металлургии в 1932 г. Составил 23, 4%. Строительство таких заводов, как «Азовсталь», Ново-тульский и Новолипецкий доменные заводы, трубопрокатный завод в Никополе было дополнительно включено в первый пятилетний план после его утверждения. Согласно второму пятилетнему плану народного хозяйства СССР на 1933-1937 гг. Металлургия должна была увеличить выплавку чугуна за пятилетие в 2, 6 раза (16 млн. т.), стали - в 2, 9 раза (17 млн. т.) И производство проката - в 3 раза (13 млн. т.). Задания второго пятилетнего плана по производству стали и проката были выполнены (по стали - с превышением 4%). Выплавка чугуна была ниже на 1, 5 млн. Т, в связи с широким использованием металлического лома и установлением более целесообразных соотношений между производством стали и чугуна. На основе обновления производственного аппарата черной металлургии и успешного освоения новой техники производства были достигнуты значительные сдвиги в области производительности труда. Так, если за первое пятилетие производительность труда в черной металлургии возросла в среднем по сравнению с 1927-1928 гг. На 34, 5%, то за второе пятилетие она увеличилась почти в 2, 3 раза (на 126, 3%).

По техническому уровню черная металлургия СССР вышла на передовые позиции в мире, а по размерам производства чугуна, стали и проката она заняла третье место (после США и германии). За три года третьей пятилетки выплавка чугуна и стали увеличилась только на 3%, тогда как за пять лет она должна была возрасти на 52% по чугуну и на 58% по стали. Следует так же отметить снижение качества работы заводов черной металлургии в 1938-1939 гг. Вследствие ослабления технического руководства. В период войны огромное значение имел ускоренный подъем производства металла на востоке. К началу войны в восточных районах советского союза уже имелась черная металлургия, превосходящая по своей мощности всю металлургию царской России и совершенно несопоставимая с последней по своему техническому уровню и качеству продукции. В марте 1946 г. был принят закон о пятилетнем плане восстановления и развития народного хозяйства СССР на 1946-1950 гг., согласно которому вся промышленность СССР должна быть восстановлена и должна превзойти уровень 1940 г. Эта задача была успешно выполнена, в том числе и по черной металлургии. Довоенный уровень выплавки чугуна был восстановлен за 4 года, а стали - за 3 года. Вместе с работами, выполненными еще в период войны, весь восстановительный период в черной металлургии занял всего лишь 5-6 лет, тогда как после первой мировой и гражданской войн он продолжался 8 лет. Сравнение показателей производства металла в 1950 г. с заданиями третьего пятилетнего плана на 1942 г. показывает, что война затормозила развитие черной металлургии СССР на восемь лет. За годы четвертой пятилетки, в соответствии с директивами четвертого пятилетнего плана, были выполнены большие геологоразведочные работы, с целью расширения сырьевой базы черной металлургии, особенно в восточных районах. Планом четвертой пятилетки предусматривалось дальнейшее развитие черной металлургии на Урале, в Сибири и на Дальнем Востоке, в том числе увеличение мощности Магнитогорского, Ново- тагильского и Челябинского заводов, завершение строительства завода природно-легированного металла в Орске. Директивами XIX съезда партии было предусмотрено увеличение производства за пятое пятилетие: по чугуну - на 76%, по стали - на 62% и по прокату - на 64%. Планом было предусмотрено опережение прироста выплавки чугуна в связи с использованием ресурсов военного металлолома и создавшимися за предшествующий период чрезмерным разрывом между выплавкой чугуна и выплавкой стали. Такой путь увеличения мощности черной металлургии достигается с меньшими затратами и сроками строительства. В строй действующих предприятий вступил Череповецкий завод и Орск-халиловский комбинат. В конце пятилетки вступил в действие первые агрегаты грузинского металлургического завода и трубного завода в Азербайджане. План пятого пятилетия был выполнен с превышением по стали и прокату при невыполнении при недовыполнении на 0, 5 млн. т. по чугуну. Рост производства чугуна сдерживался значительным отставанием капитального строительства и некоторым ухудшением качества сырых материалов (по содержанию железа). В шестом пятилетии черной металлургии СССР значительно увеличило производство металла и довело выплавку чугуна примерно до 53 млн. т., стали до 68, 3 млн. т. и проката до 52, 7 млн. т.

История развития электропривода

Появление ЭП обусловлено трудами многих отечественных и зарубежных ученых-электротехников. В этом блистательном ряду имена таких крупных ученых как датчанин Х. Эрстед, показавший возможность взаимодействия магнитного поля и проводника с током (1820 г.), француз А. Ампер, математически оформивший это взаимодействие в том же 1820 г., англичанин М. Фарадей, построивший в 1821 году экспериментальную установку, доказавшую возможность построения электродвигателя. Отечественные ученые-академики Б.С. Якоби и Э.Х. Ленц, которым впервые удалось создать в 1834 году электродвигатель постоянного тока. Работа Б.С. Якоби по созданию двигателя получила широкую мировую известность, и многие последующие работы в этой области были вариацией или развитием его идей, например, в 1837 году американец Девенпорт построил свой электродвигатель с более простым коммутатором. В 1838 г. Б.С. Якоби усовершенствовал конструкцию ЭД, привнеся в него практически все элементы современной электрической машины. Этот электродвигатель, мощностью в 1 л.с., был использован для привода лодки, которая с 12 пассажирами совершила движение со скоростью до 5 км/ч против течения Невы. Поэтому 1838 год считается годом рождения электропривода. Уже на этой первой, еще несовершенной модели электропривода обнаружились весьма значительные преимущества его по сравнению с господствовавшим в то время паровыми механизмами - это отсутствие парового котла, запасов топлива и воды, т.е. существенно лучшие массогабаритные показатели. Однако несовершенство первого ЭД, а главное неэкономичность источника электроэнергии - гальванической батареи, которая была разработана итальянцем Л. Гальвани (1737-1798), явились причиной того что, работы Б.С. Якоби и его последователей сразу не получили практического применения. Требовался простой, надежный и экономичный источник электрической энергии. И выход был найден. Еще в 1833 году академик Э.Х. Ленц открыл принцип обратимости электрических машин, объединивший впоследствии пути развития двигателей и генераторов. И вот в 1870 г. сотрудник французской фирмы «Альянс» З. Грамм создал промышленный тип электрического генератора постоянного тока, давший новый импульс в развитие электропривода и внедрению его в промышленность. Наш соотечественник электротехник В.Н. Чиколев (1845-1898) создает в 1879 году ЭП для дуговых ламп, электроприводы швейной машины (1882) и вентилятора (1886), отмеченные золотыми медалями на всероссийских выставках. Происходит внедрение ЭП постоянного тока в военно-морском флоте: подъемник боезапасов на броненосце "Сисой Великий" (1890-1894), первый рулевой привод на броненосце "12 Апостолов" (1992). В 1895 году А.В. Шубин разработал систему «инжектор-двигатель» для рулевого управления, установленный в дальнейшем на броненосцах "Князь Суворов", "Слава" и др. Электропривод проникает в ткацкое производство на подмосковные текстильные фабрики Морозова, Лингардта, Прохоровскую мануфактуру, где уже к 1896 году работало значительное число двигателей постоянного тока. Отмечаются случаи использования электропривода в городском транспорте - трамвайные линии в городах Киеве, Казани и Нижнем Новгороде (1892) и - несколько позже - в Москве (1903) и Петербурге (1907). Однако отмеченные успехи были незначительными. В 1890 году электропривод составлял всего лишь 5% от общей мощности используемых механизмов. Появившийся практический опыт требовал анализа, систематизации и разработки теоретической базы для последующего освещения путей развития ЭП. Огромную роль здесь сыграл научный труд нашего соотечественника крупнейшего электротехника Д.А. Лачинова (1842-1903), опубликованный в 1880 году в журнале "Электричество" под названием "Электромеханическая работа", заложившей первые основы науки об электроприводе. Д.А. Лачинов убедительно доказал преимущества электрического распределения механической энергии, впервые дал выражение для механической характеристики двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением, дал классификацию электрических машин по способу возбуждения, рассмотрел условия питания двигателя от генератора. Поэтому 1880 год - год опубликования научного труда "Электромеханическая работа" считается годом рождения науки об электроприводе.

Наряду с электроприводом постоянного тока пробивай себе дорогу в жизнь и электропривод переменного тока. В 1841 году англичанин Ч. Уитсон построил однофазный синхронный электродвигатель. Но он не нашел практического применения из-за трудностей при пуске. В 1876 году П.Н. Яблочков (1847-1894) разработал несколько конструкций синхронных генераторов для питания изобретенных им свечей, а также изобрел трансформатор. Следующим шагом на пути к ЭП переменного тока явилось открытие в 1888 году итальянцем Г. Феррарисом и югославом Н. Теслой явление вращающегося магнитного поля, что положило начало конструированию многофазных электродвигателей. Феррарисом и Теслой были разработаны несколько моделей двухфазных двигателей переменного тока. Однако двухфазный ток в Европе не получил широкого распространения. Причиной этого была разработка русским электротехником М.О. Доливо Добровольским (1862-1919) в 1889 году более совершенной трехфазной системы переменного тока. В этом же 1889 году 8 марта он запатентовал асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором (АД КЗ), а несколько позднее - и с фазным ротором. Уже в 1891 году на электротехнической выставке во Франкфурте на Майне М.О. Доливо-Добровольский продемонстрировал асинхронные электдвигатели мощностью 0, 1 кВт (вентилятор); 1, 5 кВт (генератор постоянного тока) и 75 кВт (насос). Доливо-Добровольским также были разработаны 3-х фазный синхронный генератор и 3-х фазный трансформатор, конструкции которых остается практически неизменными и в наше время. Марсель Депре в 1881 году обосновал возможность передачи электроэнергии на расстоянии, и в 1882 была построена первая линия электропередачи протяженностью 57 км и мощность 3 кВт. В результате вышеперечисленных работ были устранены последние принципиальные технические препятствия к распространению электрической передачи энергии и был создан наиболее надежный, простой и дешевый электрический двигатель, пользующийся в настоящее время исключительным распространением. Более 50 % всей электроэнергии преобразуется в механическую посредством самого массового электропривода на основе АД КЗ. Первые в России 3-х фазные ЭП переменного тока были установлены в 1893 году в Шепетовке и на Коломенском заводе, где к 1895 году было установлено 209 электродвигателей общей мощностью 1507 кВт. И все же темпы внедрения электропривода в промышленность оставались низкими из-за отсталости России в области электротехнического производства (2, 5 % от мировой продукции) и выработки электроэнергии (15 место в мире) даже в пору расцвета царской России (1913).

электропривод мостовой кран ток



2. Общая часть

2.1 Описание технологического процесса

Современные прокатные цеха являются важнейшим звеном металлургического производства, в значит, степени определяющим строительное решение з-да в целом. Отдельные цехи достигают длины более 1 км, площади до 25 га. По объему они составляют до 75% от всех одноэтажных зданий заводской площадки. Прокатный цех характеризуется весьма тяжелым и громоздким оборудованием, устанавливаемым на фундаментах, независимых от несущих конструкций зданий прокатных цехов решаются одноэтажными и оборудуются мостовыми кранами грузоподъемностью до 125 т.

Прокатка -- процесс пластического деформирования тел на прокатном стане между вращающимися приводными валками(часть валков может быть не приводными). Слова "приводными валками" означают, что энергия, необходимая для осуществления деформации, передается через валки, соединённые с двигателем прокатного стана. Деформируемое тело можно протягивать и через не приводные (холостые) валки, но это будет не процесс прокатки, а процесс волочения.



1 - прокатные валки; 2 - плита; 3 - трефовый шпиндель; 4 - универсальный шпиндель; 5 - рабочая клеть; 6 - шестеренная клеть; 7 - муфта; 8 - редуктор; 9 - двигатель

Рис.1 Прокатные клети

Прокатка относится к числу основных способов обработки металлов давлением. Прокаткой получают изделия (прокат) разнообразной формы и размеров. Как и любой другой способ обработки металлов давлением прокатка служит не только для получения нужной формы изделия, но и для формирования у него определенной структуры и свойств. По взаимному расположению осей валков и полосы различают продольную (ось прокатываемой полосы перпендикулярная осям валков), поперечную (ось прокатываемой полосы параллельна осям валков) и поперечно-винтовую или "косую" прокатку (оси валков находятся под некоторым углом друг к другу и к оси прокатываемой полосы).

Прокатный стан - комплекс машин для деформирования металла во вращающихся валках и выполнения вспомогательных операций (транспортирование, нагрев, термическая обработка, контроль и т.д.).

Прокатные валки 1 установлены в рабочей клети 5, которая воспринимает давление прокатки. Определяющей характеристикой рабочей клети являются размеры прокатных валков: диаметр (для сортового проката) или длина (для листового проката) бочки. В зависимости от числа и расположения валков в рабочей клети различают прокатные станы: двухвалковые (дуо-стан), трехвалковые (трио-стан), четырехвалковые (кватро-стан) и универсальные (рисунок 2).

В двухвалковых клетях (рисунок 2, позиция а) осуществляется только по одному пропуску металла в одном направлении. Металл в трехвалковых клетях (рисунок 2, позиция б) движется в одну сторону между нижним и верхним, а в обратную - между средним и верхним валками.

В четырехвалковых клетях (рисунок 2, позиция в) устанавливаются опорные валки, которые позволяют применять рабочие валки малого диаметра, благодаря чему увеличивается вытяжка и снижаются деформирующие усилия.

Универсальные клети (рисунок 2, позиция г) имеют неприводные вертикальные валки, которые находятся между опорами подшипников горизонтальных валков и в одной плоскости с ними.

Шестеренная клеть 6 предназначена для распределения крутящего момента двигателя между валками. Это одноступенчатый редуктор, передаточное отношение которого равно единице, а роль шестерен выполняют шестеренные валки.

Шпиндели предназначены для передачи крутящего момента от шестеренной клети прокатным валкам при отклонении от соосности до 10…12 ⁰. При незначительном перемещении в вертикальной плоскости применяют шпиндели трефового типа 3 в комплекте с трефовой муфтой. Внутренние очертания трефовых муфт отвечают форме сечения хвостовика валка или шпинделя. Муфтой предусмотрен зазор 5…8 мм, что допускает возможность работы с перекосом 1…2 ⁰. При значительных перемещениях валков в вертикальной плоскости ось шпинделя может составлять значительный угол с горизонтальной плоскостью, в этом случае применяют шарнирные или универсальные шпиндели 4, которые могут передавать крутящий момент прокатным валкам при перекосе шпинделя до 10…12 ⁰.



Рис. 2 Прокатные клети

2.2 Описание работы механизма, кинематическая схема

Мостовые краны

Электрические подъёмные краны - это устройства служащие для вертикального и горизонтального перемещения грузов. Подвижная металлическая конструкция с расположенной на ней подъемной лебёдкой являются основными элементами подъёмного крана. Механизм подъемной лебёдки приводится в действие электрическим двигателем.

Подъемный кран представляет собой грузоподъемную машину циклического действия, предназначенную для подъема и перемещения груза, удерживаемого грузозахватным устройством (крюк, электромагнит, грейфер).Он является наиболее распространенной грузоподъемной машиной, имеющей весьма разнообразное конструктивное исполнение и назначение.

Мостовой кран (рис.3) представляет собой мост, перемещающейся по крановым путям на ходовых колесах, которые установлены на концевых балках.

Пути укладываются на подкрановые балки, опирающиеся на выступы верхней части колонны цеха. Механизм передвижения крана установлен на мосту крана.

Управление всеми механизмами происходит из кабины прикрепленной к мосту крана. Питание электродвигателей осуществляется по цеховым троллеям. Для подвода электроэнергии применяют токосъемы скользящего типа, прикрепленные к металлоконструкции крана. В современных конструкциях мостовых кранов токопровод осуществляется с помощью гибкого кабеля. Привод ходовых колес осуществляется от электродвигателя через редуктор и трансмиссионный вал.

Рис.3 Общий вид мостового крана.

Любой современный грузоподъемный кран в соответствии с требованиями безопасности, может иметь для каждого рабочего движения в трех плоскостях, следующие самостоятельные механизмы: механизм подъема - опускания груза, механизм передвижения крана в горизонтальной плоскости и механизмы обслуживания зоны работы крана (передвижения тележки).

По заданию проекта необходимо спроектировать и электрооборудование и электропривод для механизма подъема.

Типичная кинематическая схема механизма подъема крана приведена на рисунке 4.



Рисунок. 4 - Кинематическая схема механизма подъема главного крюка.

1. Электродвигатель.

2. Тормоз

3. Редуктор

4. Барабан

5. Полиспаст

6. Крюк

Этот механизм состоит из грузового каната, сбегающего с барабана и огибающего блоки крюковой подвески, обводные блоки и уравнительный блок, редуктора, снабженного тормозом, промежуточного быстроходного вала и приводного электродвигателя. Для выигрыша в тяговом усилии в механизмах подъема используют полиспаст, который представляет собой систему подвижных (в крюковой подвеске) и неподвижных (обводных) блоков. Механизмы подъема кранов грузоподъемностью 80…320 т выполняют по такой же схеме, отличаются они только наличием дополнительной понижающей зубчатой передачи или второго редуктора, с помощью которых выходной вал главного редуктора соединен с барабаном. При этом второй редуктор выполняет функцию быстроходной передачи. Колесо дополнительной зубчатой передачи жестко соединено с барабаном, а шестерня установлена на отдельном валу на опорах и присоединена к выходному валу основного редуктора с помощью зубчатой муфты или установлена на выходном валу редуктора. Для уменьшения консольной нагрузки, действующей на вал редуктора, используют дополнительную опору-кронштейн, присоединяемый к корпусу редуктора.

Поскольку нагрузка от действия силы тяжести груза распределяется между ветвями подъемного каната, грузоподъемная сила может быть меньше силы тяжести груза Q, Однако при выигрыше в силе при подъеме груза на барабан необходимо намотать большую длину каната, чем путь груза. В механизмах подъема мостовых кранов наибольшее распространение получили сдвоенные кратные полиспасты, которые позволяют обеспечить только вертикальное перемещение груза при его подъеме-спуске, равномерно нагружать опоры барабана и пролетную часть моста. При использовании сдвоенных полиспастов на барабан одновременно наматываются две ветви каната.

Грузоподъемные машины изготовляют для различных условий использования по степени загрузки, времени работы, интенсивности ведения операций, степени ответственности грузоподъемных операций и климатических факторов эксплуатации. Эти условия обеспечиваются основными параметрами грузоподъемных машин. К основным параметрам механизма подъёма относятся: грузоподъемность, скорость подъема крюка, режим работы, высота подъема грузозахватного устройства. Номинальная грузоподъемность - масса номинального груза на крюке или захватном устройстве, поднимаемого грузоподъемной машиной. Скорость подъема крюка выбирают в зависимости от требований технологического процесса, в котором участвует данная грузоподъемная машина, характера работы, типа машины и ее производительности.

Режим работы грузоподъемных машин цикличен. Цикл состоит из перемещения груза по заданной траектории и возврата в исходное положение для нового цикла.



3. Специальная часть

3.1 Обоснование и выбор тока

Электропривод переменного тока с асинхронными электродвигателями становится все популярнее. Асинхронные двигатели имеют простоту конструкции, надежность, долговечность, высокие энергетические показатели. Электроэнергию переменного тока, для этих двигателей, очень просто производить, преобразовывать и передавать на большие расстояния без потерь. Тем не менее, электропривод постоянного тока нескоро сдаст свои позиции. Электропривод постоянного тока имеет два преимущества перед электроприводом тока переменного. Во-первых возможность формирования различных электромеханических характеристик постоянного двигателя. Например, можно получить жесткую характеристику зависимости частоты вращения двигателя от тока якорной цепи при параллельном или независимом включении обмотки возбуждения

Если же обмотка возбуждения включена последовательно с якорной обмоткой, то будет сформирована электромеханическая характеристика, в которой скорость резко возрастает при снижении нагрузки на привод. Чтобы избежать выхода двигателя постоянного тока из работы, для обеспечения электромеханической характеристики применяется схема смешанного возбуждения Часть обмотки возбуждения подключается последовательно якорной обмотке, а часть - параллельно. При этом момент двигателя при пуске также велик, а при отсутствии нагрузки скорость будет ограничена. Во-вторых широкий диапазон регулирования и относительная простота его осуществления. При любой нагрузке, можно обеспечить необходимую скорость вращения вала двигателя. Существует несколько способов регулирования:

1)можно регулировать скорость введением дополнительных сопротивлений в обмотку возбуждения;

2)можно добавить сопротивления в якорную цепь;

3)можно комбинировать эти способы.

Самое эффективное управления приводом постоянного тока можно достичь при внедрении системы тиристорно-импульсного регулирования. Эта система позволяет оценить достоинства привода постоянного тока и эксплуатировать их с максимально эффективными энергетическими показателями.

Вывод. В данном случае предпочтительнее электропривод постоянного тока, так как в процессе работы требуется высокий пусковой момент, связанный с работой электропривода на упор

3.2 Расчет мощности и выбор типа электродвигателя

Исходные данные:

1) Вес поднимаемого груза Gг=80 т

2) Вес грузозахватывающего устройства Gо=0, 1 т

3) Скорость подъема Vп=6 м/мин

4) Высота подъема Н=6 м

5) Передаточное число редуктора i=22

6 Коэффициент полезного действия механизма=83%

7) Диаметр барабана Dб=0, 5м

8)Кратность полиспаста Кп=2

9)Число циклов в час Nц=3

10) Род тока - постоянный.

Предварительная мощность двигателя.

Р^“_пред= К * Рс, 0, 8 *95, 63 =76, 511 кВт (1)

Где

К -коэффициент, учитывающий цикличность работы механизма =0, 8;

Рс - максимальная статическая мощность двигателя, необходимая для номинального груза.

кВт 95, 63 кВт (2)

Где

Gr - вес поднимаемого груза, Н;

Go - вес грузозахватного устройства, Н;

Vп - скорость подъема, м/мин;

зн - коэффициент полезного действия механизма;

Скорость вращения двигателя.

Wg= (3)

Где Кп - кратность полиспаста;

i - передаточное число редуктора;

Dб -диаметр барабана, м

Ориентировочная продолжительность включения.

20% (4)

tц - время цикла

tц с, (5)

где - количество циклов в час (исходные данные);

tр - время одной операции (подъема или опускания);



tp=(6)

Н - высота подъема, м ;

К1 -количество операций в течении одного цикла. Для механизма подъема =4.

Предварительная мощность при каталожной продолжительности включения

Р^“_пред =Р^“_пред =54, 101 кВт. (7)

По справочнику: «Справочник по электрическим машинам» выбираю двигатель постоянного тока (220/440 В, 50 Гц). Двигатель МТН 612-10У1

Серия	P, кВт	, об/мин	д кг*м2	, %	ПВ, %	при 380 В, А
МТН 612-10У1	60	565	500	85	40	145

3.3 Расчет и построение скоростной и нагрузочной диаграмм

Статистические моменты, приведенные к валу двигателя:

1.При подъеме груза

(8)

- вес поднимаемого груза, Н;

- вес грузозахватного устройства, Н;

- диаметр барабана, м;

- кратность полиспаста;

- передаточное число редуктора;

- коэффициент полезного действия механизма.

2.При опускании груза

(9)

3.При подъеме грузозахватного устройства

(10)

где - коэффициент полезного действия механизма при данной нагрузке.

Определяется по кривым

(11)

4.При опускании грузозахватного устройства

(12)

Динамические моменты, приведенные к валу двигателя.

Кроме статистических моментов в периоды неустановившихся режимов работы (пуск, торможение или замедление) в системе возникают динамические моменты, обусловленные изменением запаса кинетической энергии отдельных

Для определения величины приведенного к валу двигателя динамического момента пользуются уравнением

(13)

Где

- ускорение или замедление ротора двигателя, рад/

приведенный к валу двигателя момент инерции системы,

Для механизма подъема крана

(14)

момент инерции тормозного шкива (по каталогу=6, 3 кг*) ;

момент инерции муфты и быстроходного вала редуктора

(по каталогу=2, 1 кг*);

момент инерции редуктора, приведенный к валу двигателя

(по каталогу=2, 95 кг*);

момент инерции барабана, приведенный к валу двигателя

(по каталогу=2, 95 кг*);

момент инерции поступательно-движущихся элементов системы, приведенный к валу двигателя. (по каталогу=14, 75 кг*)

При перемещении груза



(15)

где м/мин.

При перемещении грузозахватного устройства

(16)

Ввиду того, что моменты инерции в каталогах приводятся сравнительно редко, а определение их расчетным путем представляет известные трудности, эквивалентный момент инерции определяют из уравнения

(17)

Где коэффициент, учитывающий приближенно момент инерции

редуктора и барабана принимается равным 1, 1

В ряде случаев и также определяют приближенно в долях от момента инерции ротора двигателя

(18)

(19)

(20)



Где

(по таблице)

Средний пусковой момент, развиваемый двигателем при подъеме груза

(21)

где динамический момент системы при подъеме груза.

(22)

(23)

где момент инерции системы с учетом поднимаемого груза,

Время разгона:

Время разгона при подъеме груза

(24)

Где

, соответственно конечное и начальное значение скорости, рад/с.

При пуске состояние покоя до номинальной скорости

, == n/9.55

При опускании груза.

Двигатель работает в режиме электромагнитного тормоза (тормозной спуск) и груз ускоряется под действием собственного веса, т.е разгон системы происходит под действием момента равного

(25)

Где средний пусковой момент при подъеме и опускании грузозахватного устройства;

пусковой момент

Нм,

Нм.

Время разгона при подъеме грузозахватного устройства

(26)

Время разгона при опускании грузозахватного устройства

(27)

где момент инерции системы без учета груза, приведенный к валу двигателя.

Схемы управления двигателями механизмов подъема предусматривают экстренное наложение механических тормозов при отключении статора двигателя от сети, т. е. при установке силового или командо-контроллера в нулевое положение.

В связи с этим для механизмов подъема электрическое торможение двигателей не имеет смысла.

Время торможения для различных режимов определяется с учетом момента развиваемого только механическим тормозом.

Момент тормоза определяется максимальным статическим моментом , приведенным к тормозному валу (обычно это вал двигателя) и коэффициентом запаса

Нм, (28)

Нм,

где максимальный статистический крутящий момент на тормозном валу , Нм;

коэффициент запаса.

Время торможения:

1. При подъеме груза

с, (29)

с.

2.При опускании груза

с, (30)



с.

3.При подъеме грузозахватного устройства

с, (31)

с,

4.При опускании грузозахватного устройства

с, (32)

с,

Где скорость, с которой начинается режим торможения;

скорость, с которой заканчивается режим торможения.

Пути, пройденные грузом или грузозахватным устройством во время пусков и торможений:

1.При подъеме груза

м, (33)

м,

где скорость подъема, м/мин;

время разгона при подъеме груза, с.

2.При опускании груза

м, (34)



м.

м, (35)

м.

3.При подъеме грузозахватного устройства

м, (36)

м.

м, (37)

м.

4.При опускании грузозахватного устройства

м.

м, (38)

м.

Пути, проходимые грузом или грузозахватным устройством с установившейся скоростью:

1.При подъеме груза

м, (39)



м.

2.При опускании груза

м, (40)

м.

3.При подъеме грузозахватного устройства

м, (41)

м.

4.При опускании грузозахватного устройства

м, (42)

м.

Время работы с установившейся скоростью:

1.При подъеме груза

с, (43)

с,

2.При опускании груза

с, (44)

с,

3.При подъеме грузозахватного устройства

с, (45)

с,

4.При опускании грузозахватного устройства

с, (46)

с,

Фактическая продолжительность включения:

(47)

Расчетный эквивалентный момент

(48)

щ =n/9, 55; щ =565/9, 55=59, 16с^-1 (49)

М_н=Р/щ; М_н= 60000/59, 16=1014, 19Нм (50)



Эквивалентный момент, соответствующий продолжительности включения выбранного двигателя

Нм (51)

Нм

Если эквивалентный момент равен или несколько меньше номинального, то выбранный двигатель проходит по нагреву, т.е.

Рис. 9. Нагрузочная диаграмма.

3.4 Выбор системы управления преобразователя, выбор аппаратуры

Выбираю преобразователь КТЭ 320/220 А (440 В)

Семейство продуктов	КТЭ
Тип изделия или компонента	Привод с регулируемой частотой вращения
Специальное приме- нение изделия	Сложное оборудование высокой мощности
Наименование компо- нента	КТЭ 320/220
Число фаз сети	3 фазы
Напряжение питания	220...440 V (- 15...10 %)
Мощность двигателя, кВ	75 kW при 220...440 V 3 фазы
Линейный ток	167 A для 220V 3 фазы 75 kW / 100 hp
Номинальн. выходной ток	Iн= 320 А
Предельный	Iпр= 640 А
Частота коммутации	1...16 kHz регулируем. 2, 5...16 кГц с понижающим коэффициентом

Р_макс должна быть больше номинальной мощности электродвигателя подьема механизма разливочного крана Р_дв (кВт)

Р_макс > Р_дв

Номинальная мощность электродвигателя механизма

Р_дв > Р_н

где Р_н - номинальная мощность двигателя

Р_н = 60 кВт;

Р_макс = 75;

75 кВт > 60 кВт

условие выбора преобразователя тока по мощности выполняется.

2)Проверяем выбор преобразователя по току.

Номинальный ток двигателя механизма I_н = 133 А;

?I_н = 133 • 1 =133 А (52)

1, 1 •133 = 146.3А

167 А > 146.3 А

условие выбора преобразователя по току выполняется.

Таким образом, выбранный преобразователь тока

КТЭ 320/220 А соответствует параметрам и мощности питающей сети и подключенного двигателя.

Далее выбираем сглаживающий реактор.

Сглаживающий реактор включается в цепь выпрямленного тока преобразователя с целью уменьшения переменной составляющей тока (пульсаций). Пульсации должны быть ограничены на уровне допустимых для выбранного двигателя.

ЭДС преобразователя при угле управления б=0:

, 1, 35*440=594 В (53)

Где

К=1, 35 трехфазная мостовая схема ;

U -номинальное постоянное напряжение, В.

Минимальная эквивалентная индуктивность главной цепи по условию ограничения пульсаций выпрямленного тока:

, (54)

I -Номинальный ток якоря, А;

коэффициент пульсаций Кu=0, 13

p=6 ї-угловая частота сети (при частоте 50Гц ї=186рад/с).

В итоге выбрали сглаживающий реактор Тип ФРОС-250/0, 5У3.

Тип реактора	Iн, А	Lн, Гн	Масса, кг	Uисп, кВ
ФРОС-250/0, 5У3(Т3)	320	0, 0042	220	3, 0

Выбор токоограничивающего реактора.

Так как в данном электрооборудовании отсутствует трансформатор, то нужен токоограничивающий реактор. Его выбирают по току и напряжению эти данные должны быть больше или равны данным преобразователя тока.

I_{н р.} ? I_н.п.

U_{н р} ?U_н.п.

I_н.п. =167А; U_н.п.=380В

К таким данным преобразователя подходит токоограничивающий реактор

Типа РТСТ-265-0, 156 У3(Т3) Его данные составляют

I_{н р.}=265А; U_{н р}=410В;

265?167

410?380

Условия выбора токоограничивающего реактора выполняются, значит, реактор РТСТ-265-0, 11У3 подходит для данного электрооборудования.

Выбор автоматического выключателя.

На стороне питания устанавливается автоматический выключатель. Автомат выбирается по номинальному току и напряжению в котором номинальный ток должнен быть больше или равен номинальному току двигателя.

I_{н авт.} ? I_р

U_{н авт} ?U_нд

I_р=К _3*К_п*К_с*I_нд,

1, 1*2, 5*0, 82*133= 299, 9А (55)

Где

I_{н авт.} - номинальный ток автоматического выключателя, А;

U_нс -номинальное напряжение двигателя U_нс=220 В;

К₃ -Коэффициент запаса К₃=1, 1;

К_п -Коэффициент перегрузки. Для приводов постоянного тока К_п =2, 5;

К_с - Коэффициент трехфазной мостовой схемы. К_с =0, 82;

Исходя, из рассчитанных данных выбираем трехполюсной автоматический выключатель Автоматический выключатель ВА-99C (Compact NS) 400/315А 3P 45кА EKF PROxima

Наименование	Номинальный ток расцепителя, А	Вид расцепителя	Установка Электро-магнитного расцепителя	Предельно отключающая способность, кА
ВА-99C (Compact NS) 400/315А	315	микропроцессорный	регулируемый	45
Рабочая отключающая способност, кА	Номинальное рабочее напряжение, В	Климатическое исполнение
45	400	УХЛ3

I_{н авт} =315 U_нс=400

Уставку электромагнитного расцепителя настраиваем на ток. Определяемым

выражением I_уэм=6*I_нп , 6*167=1002А (56)

Защита по перегрузке отсутствует, т.к. эта защита реализована в преобразователе.

Выбор линейного контактора.

Линейный контактор устанавливается в цепь переменного тока для разрыва силовой цепи на время технологических пауз и на время осмотра технологическим персоналом оборудования.

Условия выбора

I_нк ?I_р

U_нк?U_нп

I_р=К _3*К_п*К_с*I_нд

1, 1*2, 5*133=365, 75А (57)

Где I_нд - Номинальный ток двигателя, А;

К₃ -Коэффициент запаса К₃=1, 1;

К_п -Коэффициент перегрузки. Для приводов постоянного тока К_п =2, 5;

Исходя из рассчитанных данных, по каталогу выбираем контактор постоянного тока однополюсный. Типа LSM/TEL-1-4/400-352.

I_нк= 400 А U_нк=380

Катушка контактора рассчитана на постоянное напряжение U_кк=220В.

Предельно коммутационная способность, кА 7, 0

Ток динамической стойкости, кА 10

Ток термической стойкости, 10с, кА 3, 2

Коммутационный ресурс, не менее

-при номинальном токе, циклов ВО 2 000 000

-при номинальном токе отключения, операций 50

Время включения, мс, не более 80

Степень защиты IP40

Климатическое исполнение У3

Масса, кг, не более 10

Выбираю трансформатор марки ОСМ

- однофазные сухие трансформаторы многоцелевого назначения. Применяются в сетях местного освещения, для питания цепей управления, электроавтоматики, сигнализации и т.д.

Напряжение ВН - от 380/220 В до 10 кВ

Напряжение НН - от 6 В до 660 В

Мощность - от 1 до 63 кВА

Типовые варианты изготовления:

220/220 В 220/110 В

220/36 В 220/48 В



3.5 Обоснование и выбор программируемого контроллера

Программируемый логический контроллер(ПЛК) (англ. Programmable Logic Controller, PLC) или программируемый контроллер -- электронная составляющая промышленного контроллера, специализированного (компьютеризированного) устройства, используемого для автоматизации технологических процессов. В качестве основного режима длительной работы ПЛК, зачастую в неблагоприятных условиях окружающей среды, выступает его автономное использование, без серьёзного обслуживания и практически без вмешательства человека.

В отличие от:

микроконтроллера (однокристального компьютера), микросхемы предназначенной для управления электронными устройствами, областью применения ПЛК обычно являются автоматизированные процессы промышленного производства, в контексте производственного предприятия;

компьютеров, ПЛК ориентированы на работу с машинами и имеют развитый 'машинный' ввод-вывод сигналов датчиков и исполнительных механизмов в противовес возможностям компьютера, ориентированного на человека (клавиатура, мышь, монитор и т. п.);

встраиваемых систем -- ПЛК изготавливается как самостоятельное изделие, отдельно от управляемого при его помощи оборудования.

При выборе программируемого логического контроллера необходимо учитывать следующие основные факторы:

Характер применения (автономно, в качестве станции в распределенной сети, в качестве удаленной станции)

Функциональное назначение (ПИД-регулирование, управление системами тепло- и водоснабжения, измерение и счет данных, терморегулирование, аварийная защита и блокировка и т.д.)

Количество входов/выходов (цифровых и аналоговых)

Требуемая скорость передачи данных

Наличие автономного счетчика времени

Условия регистрации и хранения данных

Возможность самодиагностики

Требования к панели оператора

Язык программирования

Интерфейс

Каналы связи (проводной, беспроводной)

Режим и условия эксплуатации

Основываясь на данных критериях выбираем данный контроллер: SIMATIC S7-300 программируемый SIEMENS контроллер стандартного исполнения для эксплуатации в нормальных промышленных условиях для решения задач автоматизации низкой и средней степени сложности.

Широкий спектр модулей SIEMENS контроллера для максимальной адаптации аппаратуры к решению любой задачи. Высокая гибкость, возможность использования систем распределенного ввода-вывода, широкие коммуникационные возможности. Удобная конструкция, простота монтажа,

работа с естественным охлаждением. Простота расширения системы в ходе модернизации объекта. Высокая производительность контроллера SIEMENS благодаря наличию большого количества встроенных функций.

Степень защиты IP 20 в соответствии с IEC 52. Диапазон рабочих температур при горизонтальной установке 0…600C (-25…600C - Outdoor)

при вертикальной установке 0…400C (-25…400C - Outdoor)

Относительная влажность 5…95%, без конденсата (RH уровень сложности 2 в соответствии с IEC 1131-2)

Атмосферное давление 795 … 1080 ГПa

PROFIBUS

PROFIBUS (Process Field Bus) (читается «профи бас») -- открытая промышленная сеть, прототип которой был разработан компанией Siemens AG для своих промышленных контроллеров SIMATIC, на основе этого прототипа Организация пользователей PROFIBUS разработала международные стандарты, принятые затем некоторыми национальными

комитетами по стандартизации. Очень широко распространена в Европе, особенно в машиностроении и управлении промышленным оборудованием. Сеть PROFIBUS -- это комплексное понятие, она основывается на нескольких стандартах и протоколах. Сеть отвечает требованиям международных стандартов IEC 61158 и EN 50170. Поддержкой, стандартизацией и развитием сетей стандарта PROFIBUS занимается PROFIBUS NETWORK ORGANISATION (PNO).

PROFIBUS объединяет технологические и функциональные особенности последовательной связи полевого уровня. Она позволяет объединять разрозненные устройства автоматизации в единую систему на уровне датчиков и приводов.

PROFIBUS использует обмен данными между ведущим и ведомыми устройствами (протоколы DP и PA) или между несколькими ведущими устройствами (протоколы FDL и FMS). Требования пользователей к получению открытой, независимой от производителя системе связи, базируется на использовании стандартных протоколов PROFIBUS.

Сеть PROFIBUS построена в соответствии с многоуровневой сетевой моделью ISO 7498. PROFIBUS определяет следующие уровни:

1 -- физический уровень -- отвечает за характеристики физической передачи;

2 -- канальный уровень -- определяет протокол доступа к шине;

7 -- уровень приложений -- отвечает за прикладные функции.

Поддерживаемые стандарты

Открытость и независимость от производителя гарантирует стандарт EN 50170, всё остальное реализовано в соответствии со стандартом DIN19245 (а именно: техника передачи данных, методы доступа, протоколы передачи, сервисные интерфейсы для уровня приложений, спецификация протоколов, кодирование, коммуникационная модель и т. д.). С помощью PROFIBUS, устройства разных производителей могут работать друг с другом без каких-либо специальных интерфейсов. Семейство PROFIBUS состоит из трех совместимых друг с другом версий: PROFIBUS PA, PROFIBUS DP и PROFIBUS FMS.

Описание

Физический уровень PROFIBUS

Физически PROFIBUS может представлять собой:

электрическую сеть с шинной топологией, использующую экранированную витую пару, соответствующую стандарту RS-485;

оптическую сеть на основе волоконно-оптического кабеля;

инфракрасную сеть.

Скорость передачи по ней может варьироваться от 9, 6 Кбит/сек до 12 Мбит/сек.

Протокол доступа к шине

Для всех версий PROFIBUS существует единый протокол доступа к шине. Этот протокол реализуется на 2 уровне модели OSI (который называется в PROFIBUS-FDL). Данный протокол реализует процедуру доступа с помощью маркера (token). Сеть PROFIBUS состоит из ведущих (master) и ведомых (slave) станций. Ведущая станция может контролировать шину, то есть может передавать сообщения (без удалённых запросов), когда она имеет право на это (то есть когда у неё есть маркер). Ведомая станция может лишь распознавать полученные сообщения или передавать данные после соответствующего запроса. Маркер циркулирует в логическом кольце, состоящем из ведущих устройств. Если сеть состоит только из одного ведущего, то маркер не передаётся (в таком случае в чистом виде реализуется система master-slave). Сеть в минимальной конфигурации может состоять либо из двух ведущих, либо из одного ведущего и одного ведомого устройства.

Конфигурирование PROFIBUS

Многие из программных средств конфигурирования сети PROFIBUS ориентированы непосредственно на того или иного производителя и часто содержат помимо средств конфигурирования сети дополнительные средства, например, средства для программирования контроллеров и т. д. Среди таких программ это STEP 7 (пакет программирования контроллеров SIMATIC S7-300 и SIMATIC S7-400 фирмы Siemens AG). Но есть много программ, работающих с оборудованием разных фирм. Таких как Com PROFIBUS -- для конфигурирования сети PROFIBUS, или SINEC Scope L2 -- средство для пассивного (то есть без какого-либо влияния на сеть) наблюдения за обменом данными в сети PROFIBUS.

Протоколы сети PROFIBUS

Одни и те же каналы связи сети PROFIBUS допускают одновременное использование нескольких протоколов передачи данных:

PROFIBUS DP (Decentralized Peripheral - Распределенная периферия) -- протокол, ориентированный на обеспечение скоростного обмена данными между:

системами автоматизации (ведущими DP-устройствами)

устройствами распределённого ввода-вывода (ведомыми DP-устройствами).

Протокол характеризуется минимальным временем реакции и высокой стойкостью к воздействию внешних электромагнитных полей. Оптимизирован для высокоскоростных и недорогих систем. Эта версия сети была спроектирована специально для связи между автоматизированными системами управления и распределенной периферией. Электрически близка к RS-485, но сетевые карты используют 2-х портовую рефлективную память, что позволяет устройствам обмениваться данными без загрузки процессора контроллера.

PROFIBUS PA (Process Automation - Автоматизация процесса) -- протокол обмена данными с оборудованием полевого уровня, расположенным в обычных или Ex-зонах (взрывоопасных зонах). Протокол отвечает требованиям международного стандарта IEC 61158-2. Позволяет подключать датчики и приводы на одну линейную шину или кольцевую шину.

PROFIBUS FMS (Fieldbus Message Specification - Спецификация сообщений полевого уровня) -- универсальный протокол для решения задач по обмену данными между интеллектуальными сетевыми устройствами (контроллерами, компьютерами/программаторами, системами человеко-машинного интерфейса) на полевом уровне. Некоторый аналог промышленного Ethernet, обычно используется для высокоскоростной связи между контроллерами и компьютерами верхнего уровня и используемыми диспетчерами. Скорость до 12 Мбит/с.