Анализ влияния массы противовеса на энергетические показатели электроприводов постоянного тока механизмов циклического действия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Анализ влияния массы противовеса на энергетические показатели электроприводов постоянного тока механизмов циклического действия

Добробаба Юрий Петрович

Определена зависимость экстремальной массы противовеса от механических параметров электропривода и диаграммы перемещения исполнительного органа

Ключевые слова: электропривод постоянного тока, противовес, экономия электроэнергии

In the article we have determined the dependence of the extreme mass of the counterweight from mechanical drive parameters and chart movement of the executive body

Keywords: DC motor, counterweight, ENERGY SAVINGS

В тех случаях, когда обеспечивается перемещение рабочего органа механизма циклического действия по вертикальным или наклонным траекториям, используется подъёмная или тяговая лебёдка. По принципу работы лебёдки подразделяются на одноконцевые и двухконцевые, а по конструкции органа навивки каната - на барабанные лебёдки и лебёдки с канатоведущими шкивами [1].

Двухконцевые лебёдки имеют следующее преимущество по сравнению с одноконцевыми лебёдками: требуется значительно меньшая мощность электропривода - это обуславливается наличием балластного контргруза (противовеса). Противовес уравновешивает подъёмное устройство и часть полезного груза. При этом значительно уменьшаются момент сопротивления электропривода и момент инерции электродвигателя. Динамический момент электропривода с двухконцевой лебёдкой определяется суммарным приведённым моментом инерции установки и допустимым ускорением. Следует отметить, что суммарный момент инерции электропривода при наличии противовеса увеличивается.

Таким образом, при наличии противовеса уменьшается момент сопротивления электропривода, но при этом увеличивается динамический момент электропривода. противовес электропривод диаграмма перемещение

Поэтому актуальна задача по определению влияния массы противовеса на энергетические показатели электроприводов механизмов циклического действия.

В данной работе анализируется влияние массы противовеса на энергетические показатели электроприводов постоянного тока механизмов циклического действия.

Математическая модель силовой части электропривода постоянного тока с духконцевой лебёдкой без учёта влияния индуктивности якорной цепи электродвигателя и упругости канатов [2]:

; (1)

; (2)

, (3)

где - напряжение, приложенное к якорной цепи электродвигателя, ;

- угловая скорость исполнительного органа электропривода, ;

- ток якорной цепи электродвигателя, ;

- угол поворота исполнительного органа электропривода, ;

- коэффициент пропорциональности, ;

- сопротивление якорной цепи электродвигателя, ;

- коэффициент пропорциональности, ;

- радиус приведения, ;

- масса грузозахватывающего устройства, ;

- масса груза, ;

- масса противовеса, ;

- момент инерции исполнительного органа электродвигателя, ;

- ускорение свободного падения.

Рассмотрим случай, при котором поднимается грузозахватывающее устройство и груз, а опускается только грузозахватывающее устройство.

На рисунке 1 представлена диаграмма для малых перемещений исполнительного органа электропривода. На рисунке 2 представлена диаграмма для больших перемещений исполнительного органа электропривода. На рисунках 1 и 2 приняты обозначения:

- начальное значение угла поворота исполнительного органа электропривода, ;

- конечное значение угла поворота исполнительного органа электропривода, ;

- максимальное значение угловой скорости исполнительного органа электропривода, ;

- максимально допустимое значение угловой скорости исполнительного органа электропривода, ;

- максимально допустимое значение первой производной угловой скорости исполнительного органа электропривода, ;

- время загрузки, ;

- время выгрузки, ;

- время разгона (торможения) исполнительного органа электропривода, ;

- время движения электропривода в установившемся режиме, .

Для диаграммы, обеспечивающей малые перемещения исполнительного органа электропривода, справедливы соотношения:

; (4)

. (5)

Область существования диаграммы для малых перемещений исполнительного органа электропривода

, (6)

.

Для диаграммы, обеспечивающей большие перемещения исполнительного органа электропривода, справедливы соотношения:

; (7)

. (8)

Область существования диаграммы для больших перемещений исполнительного органа электропривода

. (9)

Якорная цепь электропривода при малых перемещениях его исполнительного органа за цикл потребляет электроэнергию:

(10)

где ; ; .

Анализ зависимости (10) показывает, что при массе противовеса

(11)

якорная цепь электропривода при малых перемещениях его исполнительного органа за цикл потребляет минимально возможное количество электроэнергии.

Якорная цепь электропривода при больших перемещениях его исполнительного органа за цикл потребляет электроэнергию:

(12)

где .

Рисунок 1

Рисунок 2

Анализ зависимости (12) показывает, что при массе противовеса

(13)

якорная цепь электропривода при больших перемещениях его исполнительного органа за цикл потребляет минимально возможное количество электроэнергии.

Анализ зависимости (11) показывает, что при малых перемещениях исполнительного органа электропривода экстремальное значение массы противовеса в относительных единицах зависит от соотношения

с

и максимально допустимого ускорения в относительных единицах

.

Анализ зависимости (13) показывает, что при больших перемещениях исполнительного органа электропривода экстремальное значение массы противовеса в относительных единицах зависит ещё и от величины перемещения в относительных единицах

.

Таким образом, при выполнении условия

(14)

зависимость (13) принимает вид (11).

На рисунках 3 - 7 представлены зависимости экстремального значения массы противовеса в относительных единицах от максимально допустимого ускорения исполнительного органа электропривода в относительных единицах для различных соотношений с и различных величин перемещения исполнительного органа электропривода. На рисунках 3 - 7 цифрами обозначены графики зависимостей соответственно:

1- при ;

2 - при ;

3 - при ;

4 - при ;

5 - при .

Анализ зависимостей, представленных на рисунках 3 - 7, показывает, что при прочих равных условиях с увеличением задания на перемещение исполнительного органа электропривода увеличивается экстремальное значение массы противовеса ; с увеличением максимально допустимого ускорения исполнительного органа электропривода уменьшается экстремальное значение массы противовеса .

Выводы

Рассмотрены две диаграммы для малых и больших перемещений исполнительного органа электропривода с двухконцевой лебёдкой. Определены зависимости, позволяющие рассчитать электроэнергию, потребляемую якорной цепью электродвигателя. Найдены аналитические зависимости экстремального значения массы противовеса от параметров

Рисунок 3

Рисунок 4

Рисунок 5

Рисунок 6

Рисунок 7

силовой части электропривода и диаграммы перемещения исполнительного органа электропривода. Построены зависимости экстремального значения массы противовеса в относительных единицах от максимального допустимого ускорения исполнительного органа электропривода в относительных единицах для различных значений механических параметров силовой части электропривода и различных величинах перемещения исполнительного органа электропривода.

При выборе массы противовеса в соответствии с рекомендациями, изложенными в данной статье, электропривод постоянного тока механизмов циклического действия обеспечит экономию электроэнергии.

Список литературы

1. Ключев В.И., Терехов В.М. Электропривод и автоматизация общепромышленных механизмов: Учебник для вузов. - М.: Энергия, 1980. - 360 с., ил.

2. Добробаба Ю.П. Электрический привод. учеб. пособие /Кубан. гос. технол. ун-т. Краснодар: Изд-во ФГБОУ ВПО “КубГТУ”, 2013. - 302 с., ил.

References

1. Kljuchev V.I., Terehov V.M. Jelektroprivod i avtomatizacija obshhepromyshlennyh mehanizmov: Uchebnik dlja vuzov. - M.: Jenergija, 1980. - 360 s., il.

2. Dobrobaba Ju.P. Jelektricheskij privod. ucheb. posobie /Kuban. gos. tehnol. un-t. Krasnodar: Izd-vo FGBOU VPO “KubGTU”, 2013. - 302 s., il.

Размещено на Allbest.ru