Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовой проект

Электропривод конвейера

1. Описание механизма и требования к электроприводу

электропривод переходный конвейер

Конвейеры различных типов широко используются в промышленности для перемещения различных грузов на сравнительно небольшие расстояния. Различают конвейеры ленточные, пластинчатые, цепные, ковшовые и др. виды конвейеров. По режиму работы их делят на непрерывного и пульсирующего действия. В данном проекте рассчитывается конвейер пластинчатого типа с пульсирующим режимом работы. Особенностью расчета данного типа является обеспечение заданной плавности троганья привода и точности его останова. Конвейер приводится в движение асинхронным двигателем с преобразователем частоты. По условию перед остановкой механизма осуществляется снижение скорости конвейера до 10% от номинальной. Окончательное торможение с помочью механического тормоза, тормозной момент которого приведен к валу двигателя.

Попеременно перемещаются два груза с массами M1 и M2. То есть сначала загружается одна деталь, перемещается на заданное расстояние, затем она сгружается после чего загружается вторая деталь и перемещается на тоже самое расстояние, затем цикл повторяется.

Рис. 1.1 Кинематическая схема привода конвейера: 1 - груз; 2 - шкив с несущими пластинами; 3 - звездочка; 4 - редуктор

Ниже в таблице приведены характеристики работы привода, по заданию.

Таблица 1.1. Технические характеристики механизма

Параметры	Величина	Единица измерения
Масса перемещаемого груза, m1, m2	3 и 1,5	т
Скорость движения заготовки, vЗ	15	м/мин
Расстояние перемещения грузов L	7	м
Диаметр ведущей звездочки, D3	1,0	м
Допустимое линейное ускорение груза, a	2	м /с2
Коэффициент трения между пластинами м	0,08	-
Механический КПД передачи, зп	0,6	-
Угол наклона плоскости к горизонту, ц	0	Град
Момент инерции механизма, Jм	0,2 Jдвигателя	кгм2
Передаточное отношение редуктора i	6	-
Время между подачей заготовок, t0	10	с

Требования, предъявляемые к электроприводу и электрооборудованию:

1. Режим работы электропривода - повторно кратковременный.

2. Допустимое ускорение в переходных процессах не должно превышать необходимого.

3. Наличие жёстких механических характеристик.

4. Обеспечение схемой управления точности остановки конвейера.

5. Возможность работы схемы управления в автоматическом режиме.

6. Наличие режима «Ручного управления», позволяющего оператору вмешиваться в автоматический режим работы конвейера, а также для ремонта и его наладки.

7. Наличие необходимых защит и сигнализации.

8. Наличие источника для питания двигателя.

9. Наличие управляемого источника для регулирования частоты вращения

двигателя.

10. Мощность двигателя должна быть достаточной, чтобы двигатель не перегревался.

11. Момент на валу двигателя должен быть достаточным как для пуска механизма, так и в установившемся режиме.

2. Определение усилий в различных режимах работы, построение нагрузочной диаграммы

Определим параметры редуктора; т.к. параметры кинематической цепи не заданны, то необходимо предварительно рассчитать требуемую скорость движения рабочего механизма с учетом заданного передаточного числа редуктора (i) и после выбора двигателя, уточнить i необходимое для обеспечения этой частоты. Частота вращения приводного двигателя, при линейной скорости перемещения заготовки v_З= 15 м/мин:

,

где R_Р - радиус ведущей звездочки, м;

i - передаточное число редуктора.

nр =15*6/2*3,14*0,5=28,66 мин^-1

Для того чтобы уяснить, какие усилия возникают в рабочем органе механизма, необходимо до расчетов предварительно без цифровых данных изобразить нагрузочную диаграмму, которую должен выполнять заданный механизм для выполнения технологического цикла. Приведем ее на рисунке. 2.1



Рис. 2.1 Нагрузочная диаграмма механизма

t_o - время между подачей следующего груза, принимаем t_o=10 секунд.

t_{р -} время перемещения механизмом груза.

t_ц -время полного цикла работы механизма.

Определим время перемещения механизмом груза, то есть время работы двигателя с постоянной скоростью

,

где S - расстояние на которое перемещается груз;

Vз - скорость движения конвейера (15 м/мин это 15/60=0,25 м/с).

с.

3. Приближённый выбор двигателя по мощности

Рассчитаем мощности которые необходимы приложить к механизму конвейера для выполнения им заданных перемещений. По нагрузочной диаграмме определяется фактическое ПВ_ф%, фактическая продолжительность включения



ПВ(%) = (28+28) / (10+28+10+28) =73,68%.

Работа по перемещению груза конвейером складывается из работы по перемещению груза по горизонтали и вертикали. Тяговое усилие на окружности ведущего барабана определим по формуле:

F=m•g•sin+•m•g•cos,

Статическая мощность, требуемая для перемещения груза определим по формуле:

P=F•V/з_п =V (m•g•sin+•m•g•cos)/з_п,

где m - масса перемещаемого груза, т.

Рассчитаем мощность на каждом этапе работы механизма:

P1=0,25•(1,5•9,8•sin 0 + 0,08•1,5•9,8•cos 0)/0,6=0,49кВт;

P2=0,25• (3•9,8•sin 0 + 0,08•3•9,8•cos 0)/0,6=0,98 кВт.

Определим эквивалентную мощность механизма:

,

кВт.

Так как двигатель работает с ПВ > 60% то приводим его к условиям работы при ПВ=100%, пересчитываем P_э соответствующее ПВ_ф, которое будет соответствовать выбранному стандартному ПВ_ст

;

.

Для учета возможного дополнительного нагрева и потерь умножаем полученное значение на коэффициент 1,3:

Pдв= 1,3•Pрасч =1,3 • 0.67=0,871кВт.

Выбираем по каталогу двигатель: 4А90L6У3 с Рн=1,5кВт, Sн=6,1%, =75%, cos f= 0,75, Mmax/ Mном =2.2, Мпуск/ Mном =2, Sк=21%, J=0,0173 кгм², n=1000 об/мин.

С учетом выбранного двигателя выбираем соответствующий редуктор для обеспечения заданной скорости механизма.

i=945•2•3,14•0,5/15=209,3.

Редуктор с данным передаточным числом не является стандартным и его выполняем по спец. заказу.

4. Построение уточнённой нагрузочной диаграммы

На этом этапе расчёта необходимо построить уточнённую диаграмму, и проверить достаточно ли мощности выбранного двигателя. Поскольку в задании предусмотрена пониженная скорость, (0,1Vном) которая обеспечивает необходимую точность остановки, то этот период также вносим в диаграмму, М_с определяется по:

;

 рад/с.

Следовательно ;

.

Из уравнения движения время пуска определяется по формуле

,

где J_прив - приведённый к валу двигателя момент инерции;

Мп - пусковой момент, принимаем 1,5Мн;

Нм;

,

где J_дв - момент инерции двигателя, кгм²;

m - масса поступательно движущейся части механизма.

;

.

Определим время пуска: с,

с.

Время перехода с номинальной скорости на пониженную

,

где тормозной момент принимаем равным номинальному:

_пон - пониженная скорость. (0,1Vн)

с,

c.

Время торможения до полной остановки от пониженной скорости:

,

c;

c.

Далее определим возникающие ускорения по формулам:

При пуске: ;

м/с;

м/с.

При замедлении до пониженной скорости:

м/c;

 м/c;

м/c.

При остановке привода:

;

м/c;

м/c.

Возникающие при этом ускорения а_у и замедления а_з, необходимо оценить и сравнить с рекомендуемыми, так как рассчитанные величины не превышают допустимых (2 м/с), примем полученные значения для дальнейших расчетов.

Путь при пуске l_п, торможение до пониженной скорости l_т.пон, при работе на пониженной скорости l_пон и окончательном торможении можно найти так

При пуске

;

м;

м.

Торможении до 0,1Vн:

;

м;

м.

Движении на пониженной скорости, примем время движения на пониженной скорости 4 секунды, тогда:

;

м.

При остановке привода:

;

м;

м.

Механизм со скоростью v_п должен пройти путь L_y

,

где L - путь, который должен пройти механизм (по заданию).

м;

м.

Время работы двигателя t_y со скоростью v_н

;

c;

c.

По результатам полученных данных строим уточненную нагрузочную диаграмму (рисунок 4.).

После уточнения нагрузочной диаграммы вновь определяют ПВ_ф с учётом времён пуска, торможения, понижения скорости, при этом продолжительность пауз остаётся прежними:

%.

Уточняем эквивалентный момент:

;

Нм.

Определяем момент М_ст при стандартном ПВ_ст для уточненной нагрузочной диаграммы.

Нм.

Определяют расчётную мощность

кВт.

Двигатель выбран верно так как полученная расчетная мощность Р_расч не превышает номинальную мощность Р_н двигателя.

5. Построение механических характеристик

Под статическими характеристиками понимают механические = f(M) и электромеханические = f(I) характеристики. Для расчёта механической характеристики можно применить упрощённую формулу Клосса

,

где М_к - максимальный (критический) момент двигателя;

s_к - критическое скольжение двигателя,

s_н - номинальное скольжение. (6,1%).

М_к определяют по табличным данным, где задано

= М_к / М_н=2,2.

следовательно

М_к = М_{н *} 2,2=15,1 * 2,2=33,4 Нм.

Значение s_к определяется по формуле:

,

.

Задаваясь значениями s в пределах от -0,201 до +0,21 находим значения М и

 = ₀(1-s)

По найденным точкам строим механическую характеристику.

Искусственная механическая характеристика при частотном управлении на пониженной скорости выражается формулой

,

где f_пон = _пон f_ном = _пон 50Гц,

_ном - синхронная угловая скорость двигателя при номинальной частоте f_ном (50 Гц).

,

,

Определим частоту питающей сети f, которая обеспечивает пониженную скорость _пон при заданном М_н, запишем уравнение для этих условий.

f=0,1* 50=5Гц; a=5/50=0,1; v=9,89/98,9=0,1.

Для жёсткой характеристики задаемся теми же значениями моментов, что и для естественной и по вышеприведенной формуле определяем .

Естественная характеристика	Искусственная
S	M, Нм	, рад/c	M, Нм	, рад/c
-0,201	-33,4	125,7592	-33,4	12,5756
-0,171	-32,9684	122,6178	-32,9684	12,2618
-0,141	-31,4054	119,4764	-31,4054	11,9477
-0,111	-28,2686	116,3351	-28,2686	11,6334
-0,081	-23,1585	113,1937	-23,1585	11,3195
-0,051	-15,9241	110,0524	-15,9241	11,0054
-0,021	-6,90375	106,911	-6,90375	10,692
0,009	2,98506	103,7696	2,98506	10,3765
0,039	12,49094	100,6283	12,49094	10,0625
0,069	20,51391	97,48691	20,51391	9,74862
0,099	26,47809	94,34555	26,47809	9,43458
0,129	30,36459	91,20419	30,36459	9,12046
0,159	32,50299	88,06283	32,50299	8,80627
0,189	33,33682	84,92147	33,33682	8,49213
0,201	33,4	83,66492	33,4	8,36641

7. Расчет переходных процессов за цикл работы привода

Произведем расчет переходных процессов при пуске и торможении двигателя, что необходимо для построения итоговой нагрузочной диаграммы и окончательной проверке двигателя. Рассчитаем время задержки при пуске:

,

где = M / =4,95/1,56=3,2 - жёсткость механической характеристики;

- заданное угловое ускорение.

,

,

Найдем электромеханическую постоянную времени Тм:

Начало движения задерживается на время t_з:

Для остальных пусков расчет аналогичен, результаты сведем в таблицу.

пуск	0, рад/c	Тм, с	tз, с
1	663,7	0,0083	0,0023
2	331,7	0,01	0,009

Момент (М=f(t) рис. 7.1) нарастает по линейному закону, до времени tз.

,

Так например для перового пуска:

М1 (0,03)=3,2*663,7*0,03=6,37Нм; и т.д.:

П у с к 1	П у с к 2
T, с	M1, Нм	T, с	M2, Нм
0,0003	0,637224	0,003	3,18424
0,0008	1,699265	0,005	5,307067
0,0013	2,761305	0,007	7,429894
0,0023	4,885386	0,009	9,552721

На втором участке происходит разгон до естественной характеристики, до точки t₀ ( = ₁). Время разгона t_п, этого участка на интервале 0,0023< t< 0,15 (- для первого пуска), описывается уравнениями:

;

,

Аналогично рассчитываем другие пуски привода, данные приводим ниже:

П у с к 1	П у с к 2
t, с	, рад/c	М, Нм	t, с	, рад/c	М, Нм
0,005	0,28385173	12,95174858	0,018	2,970341	19,50405
0,01	2,783485594	17,4681382	0,03	6,443959	21,12544
0,05	27,616448594	21,98043182	0,18	55,92643	21,99353
0,11	67,44073117	22,79042554	0,22	69,1941	21,99354
0,14	92,65397973	22,79046107	0,28	92,2956	21,99354

На третьем этапе разгона двигатель перемещается по естественной характеристике от ₁ до _с. Этот участок разгона описывается уравнениями

;

,

где М_{кон II} - конечное значение момента на втором участке, соответствующее скорости ₁ (конечное значение в таблице выше).

Аналогично рассчитываем другие пуски привода, данные приводим ниже:

П у с к 1	П у с к 2
t, с	, рад/c	М, Нм	t, с	, рад/c	М, Нм
0,01	97,14319254	10,37772382	0,01	96,47863	15,2639
0,02	98,40273118	6,601327552	0,02	97,92449	12,13161
0,04	98,90203641	4,90193883	0,05	98,89904	9, zz09368

Расчёт переходных процессов при торможении

На первом этапе двигатель тормозится до характеристики, обеспечивающей пониженную скорость. Первый этап рассчитывается по формулам

Произведем расчет на примере торможения при первом пуске, при этом значение

₀ определяется по:

рад/с; ;

Аналогично рассчитываем другие пуски привода, данные приводим ниже:

П у с к 1	П у с к 2
t, с	, рад/c	М, Нм	t, с	, рад/c	М, Нм
0,005	98,0294	-4,0842	0,078	53,0927	-15,1599
0,035	78,9187	-14,8772	0,093	42,7732	-15,1794
0,065	56,5300	-15,1805	0,108	32,4494	-15,1847
0,095	34,0491	-15,1890	0,123	22,1243	-15,1861
0,125	11,5657	-15,1892	0,138	11,7989	-15,1864

Второй этап - движение скорости от ₁ до _пон рассчитывается по формулам

;

,

где М₁ - момент, соответствующий скорости ₁-эти значения являются конечными значениями предыдущего этапа.

; ,

Аналогично рассчитываем другие пуски привода, данные приводим ниже:

П у с к 1	П у с к 2
t, с	, рад/c	М, Нм	t, с	, рад/c	М, Нм
0,001	11,37756074	-12,928263	0,008	10,83571	-2,52644
0,006	10,71018703	-4,90659490	0,016	10,35852	3,745574
0,014	10,20638363	1,148998317	0,024	10,12212	6,852849
0,022	10,01204363	3,484917418	0,032	10,00499	8,392252
0,03	9,937077805	4,385988188	0,04	9,946971	9,154901

Третий этан рассчитывается он по формулам как и для первого этапа, но в качестве _с берётся _{с пон}, и определяется по формуле:

рад/с,

рад/с.

Произведем расчет на примере первого пуска при остановке - на последнем такте работы.

рад/с;

Нм.

Аналогично рассчитаем для остальных циклов, результаты в таблице ниже.

П у с к 1	П у с к 2
t, с	, рад/c	М, Нм	t, с	, рад/c	М, Нм
0,004	9,277127262	-2,679920	0,015	7,121824	-1,18337
0,008	7,760567521	-7,41989472	0,0195	5,665878	-2,50792
0,012	5,68274197	-10,3638182	0,024	4,074841	-3,40017
0,016	3,256323036	-12,1922428	0,0285	2,392803	-4,00122
0,02	0,613398224	-13,3278487	0,033	0,649463	-4,40611

8. Построение точной нагрузочной диаграммы

После расчёта переходных процессов необходимо построить точную нагрузочную диаграмму М = f(t) и тахограмму = f(t) за цикл работы. Необходимо найти время установившегося значения t_y. Время t_y находится, исходя из требования прохождения определённого пути L за каждый режим работы. Общий оставшийся путь определяется как

.

Для нахождения каждого пути воспользуемся выражением

,

где переводит угловую скорость в линейную (радиус приведения).

В качестве примера определим путь, проходимый механизмом за время пуска

L_п = L_II + L_III,

где L_II - путь, проходимый приводом на втором этапе разгона;

L_III - путь, проходимый приводом на третьем этапе разгона.

;

.

При раскрытии скобок получаются табличные интегралы. Время же работы с установившейся скоростью будет равно

.

По данным расчетов пункта 7 объединив данные по периоду пуска и торможения а также работы привода в установившемся режиме построим тахограмму М = f(t) и = f(t) за весь цикл работы привода для перемещения первого груза.

Вычислим расстояние проходимое приводом при первом пуске:

м;

м.

где t - время пуска привода на соответствующей ступени.

Итого расстояние пройденное за время пуска:

L_п = 0,0035 +0,008=0,012 м.

Аналогично определим расстояние проходимое конвейером для второго пуска:

L_п = 0,026 +0,0096=0,035 м.

Определим расстояние проходимое конвейером при торможении до пониженной скорости, оно также состоит из 2х ступеней:

и выход на статическую пониженную характеристику

Итого расстояние пройденное за время торможения до пониженной скорости:

L_п = 0,0325 +0,00063=0,033 м.

Аналогично определим расстояние проходимое конвейером для второго пуска работы:

L_п = 0,037 +0,00085=0,038 м.

Расстояние проходимое конвейером при движении на пониженной скорости:

.

Путь проходимый конвейером за время торможения с пониженной скорости до полной остановки

Аналогично для второго такта работы:

Lт =0,0128 м.

Тогда путь в установившемся режиме

L_у1 = 7-0,012-0,033-0,1-0,017=6,84 м.

L_у2 = 7-0,035-0,038-0,1-0,0128=6,81 м.

Таким образом, путь проходимый приводом в установившемся режиме существенно не отличается от предварительно рассчитанной величины, то есть условия работы привода допустимые.

9. Окончательная проверка привода

Проверяем правильность выбранного двигателя по нагреву и перегрузочной способности, методом эквивалентного момента, т.к. Ф = const и I М. При вычислении эквивалентного момента сложной кривой, используя методы приближённого интегрирования, разбивая площадь, охватываемую М = f(t) на элементарные фигуры: трапеции, треугольники, прямоугольники вычисляя эквивалентные значения этих фигур.

Эквивалентное значение для трапеции

;

где М₁, М₂ - стороны трапеции.

Для треугольника

;

где М₁ - катет треугольника.

Для прямоугольника

М _э.прям = М₁;

где М₁ - сторона прямоугольника.

После таких расчётов эквивалентный момент сложной кривой определяется как

;

где М_эi - эквивалентное значение момента на i-том участке (треугольник, трапеция или прямоугольник);

t_i - соответствующее этому моменту время.

Вычислим значения моментов:

- для треугольников: ,

.

,

.

- для прямоугольников: М1_э.прям =22Нм,

М2_э.прям =4,9Нм,

М3_э.прям =4,9Нм

- ля трапеций: ;

;

.

Далее определяем эквивалентный момент:

Нм.

Аналогичным образом рассчитаем эквивалентное значение момента при работе привода на втором интервале:

Нм.

Найдем эквивалентное значение момента за все время работы привода:

Нм.

Далее вычислим уточненное значение продолжительности включения конвейера:

Определяем момент М_ст при стандартном ПВ:

Нм.

Определяют расчётную мощность

кВт.

Из расчетов видно, что мощность предварительно выбранного двигателя превосходит рассчитанное, что свидетельствует о правильности выбора двигателя по условию нагрева. По пусковым условиям двигатель выбран тоже правильно, так как пусковой момент двигателя больше пускового момента механизма (22,8>9,9).

10. Проектирование схемы управления механизмом

При проектировании схемы управления были учтены ниже следующие требования предъявляемые к приводу: Обеспечения возможности работы в

- режиме ручного управления;

- режиме автоматического управления;

- стоп;

- защита от аварийных режимов.

Защита от коротких замыканий осуществляется автоматическим выключателем QF1 с электромагнитным расцепителем, от перегрузок - тепловым расцепителем. Для защиты цепей двигателя используются предохранители с плавкими вставками. При составлении схемы используется контактная аппаратура, род тока постоянный, напряжение 220 В.

При включении автоматического выключателя QF2 подаётся напряжение на тиристорный преобразователь АТРК. При включении автоматического выключателя QF1 подаётся напряжение на схему управления. При помощи пакетного переключателя SA1 выбирается нужный режим управления: «Ручной» или «Автоматический».

Режим ручного управления. Переключатель SA1 переключается в положение РУ. Кнопка SB2 подключается к положительной клемме. Нажимаем кнопку SB2, получает питание реле 1KL2, и своим замыкающим контактом 1KL2.1 через логический элемент подает сигнал на тиристорный преобразователь - осуществляется пуск двигателя, а своим дополнительным замыкающим контактом 1KL2.2 ставит себя на самопитание. Одновременно с этим получает питание реле времени 1KТ1, которое с выдержкой времени (после запуска двигателя) разрывает цепь питание реле 1KL2 и одновременно замыкает свой контакт 1KТ1.2, таким образом собирая цепь питания реле 1KL3 которая своими вспомогательными контактами становится на самопитание и подает на теристорный преобразователь сигнал работы двигателя в номинальном режиме. С выдержкой времени равной работе двигателя в номинальном режиме реле времени 1KТ3 разрывает цепь питании реле 1KL4 (исчезает сигнал управления на логику) и замыкает контакт в цепи питания 1KL5 соответственно двигатель начинает торможение до пониженной скорости, после чего аналогично вышеприведенной схеме двигатель включается на режим работы с пониженной скоростью. При прохождении конвейером заднной точки срабатывает концевое реле SQ1 и снимает своими вторичными контактами сигнал с двигателя предыдущего значения, и, одновременно, сработавший контакт SQ2 замыкает цепь питания реле 1KL5, которое своими вторичными контактами становится на самопитание и подает сигнал управления для остановки двигателя - который длится до полной остановки двигателя при которой срабатывает реле скорости РКС и своими вторичными контактами снимает в сигналы управления с двигателя. Таким образом осуществляется один цикл работы двигателя. Для осуществления второго такта работы конвейера необходимо соответственно нажать кнопку SB4.

Автоматический режим. Переключатель SA1 переключается в положение АУ, Кнопка SB1 подключается к положительной клемме, а SB2 - отключается. Для начала работы привода в автоматическом режиме необходимо ее нажать, тем самым сработает реле KL1, которое своим вторичным контактом соберет цепь питания реле 1KL1, которое в свою очередь своимим вторичными контактами станет на самопитание и одновременно контактом 1KL1.2 соберет цепь питания реле 1KL2 в результате чего привод по алгоритму как и при ручном управлении осуществит первый цикл работы. После чего реле времени KТ1 с выдержкой времени паузы между циклам, своими вторичными контактами разорвет цепи питания реле 1KL1, и одновременно подаст сигнал включения на реле 2KL1, которое став на самопитание подаст сигнал замыкания на контакт 2KL1.2 и привод снова как и в ручном режиме осуществит цикл работы. После чего реле KТ3 своим вторичным контактом замкнет цепь питание KL1 и циклы работы привода повторятся снова.

В схеме управления предусмотрены реле 1KТ1.3-3KТ1.3, которые препятствуют возникновению аварийного режима длительного пуска в случае удержания оператором кнопки пуска при начале работы привода. Также в случае возникновения аварийного режима работы привод в любой момент можно остановить нажатием кнопки SB3. Предусмотрена также блокировка реверса двигателя противовключением, то есть для реверса двигателя его надо сначала остановить. (реализовано на логических элементах).

Литература

1. Фираго Б.И. Учебно-методическое пособие к курсовому проектированию по теории электропривода для студентов специальности 21.05 - «Электропривод и автоматизация промышленных установок и технологических комплексов». - Мн.: БГПА, 1993, -127 с.

2. Королёв А.А. Механическое оборудование прокатных цехов. - М.: Издательство «Металлургия». 1965.

3. Усатенко С.Т., Каченюк Т.К., Терехова М.В. Выполнение электрических схем по ЕСКД: Справочник. - М.: Издательство стандартов. 1989. - 325 с.

Размещено на Allbest.ru