Автоматизированный электропривод механизма гусеничного хода экскаватора ЭКГ–4,6 Б

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический

университет им. Г.И. Носова»

Кафедра механизации и электрификации горных производств

Курсовая работа

по дисциплине «Электропривод машин и механизмов шахт, карьеров и обогатительных фабрик»

на тему: «Автоматизированный электропривод механизма гусеничного хода экскаватора ЭКГ - 4,6 Б»

Выполнил ст. гр. 1701

Сагитов В. Р

Проверил

ст. преп. Долганов А. В

Магнитогорск 2011г.



Содержание

1. Введение

2. Расчет и построение нагрузочной диаграммы и тахограммы механизма

3. Механизм передвижения экскаватора

4. Выбор мощности и типа двигателя

5. Обоснование и выбор системы электропривода

6. Переходные процессы в системе Г - Д

7. Статический и динамический расчет системы Г - Д с тиристорным возбудителем

Используемая литература



1. Введение

В настоящее время основным типом привода во всех отраслях промышленности является электрический привод.

В горной промышленности электропривод получил широкое распространение. Эффективное функционирование горных машин и установок в значительной степени определяется выбором системы автоматизированного электропривода, наиболее полно удовлетворяющей требованиям рабочей машины или механизма, её экономичностью, надежностью, удобством управления.

Современные системы электропривода обеспечивают возможность создания высокопроизводительных и надежных горных машин за счет автоматизации их работы, что ведет к повышению производительности труда и эффективности горного производства. При этом основные тенденции развития автоматизированного электропривода заключаются в расширении области его применения, создании быстродействующих, надежных и экономичных автоматизированных электроприводов с унифицированными системами управления. Создание такого электропривода требует комплексного подхода к выбору двигателя, источника питания, системы регулирования с единых позиций на базе всесторонней унификации элементов, структурных и принципиальных схем, методов расчета и наладки.



2. Расчет и построение нагрузочной диаграммы и тахограммы механизма

Для определения нагрузок и скоростей механизмов необходимо знать массу и габаритные размеры, а также длительность цикла экскаватора, которые могут определятся по эмпирической зависимости.

Масса экскаватора

где - удельная масса экскаватора (1,прил. 1);

- объем ковша (номинальный).

По величине и приведенным в приложении (1,прил. 1) коэффициентам определяем линейные размеры конструктивных элементов

Ширина платформы

.

Высота кузова

.

Радиус задней стенки кузова

.

Длина стрелы лопаты

.

Высота пяты стрелы

.

Радиус пяты стрелы

.

Длина рукояти

.

Максимальная высота копания

.

Максимальная высота разгрузки

.

Высота напорного вала (высота рабочего забоя)

Максимальный радиус копания

Максимальный радиус разгрузки

Массу поворотной платформы с механизмами, стрелы с балками и напорного механизма определяем по коэффициентам , (1, прил. 2).

Поворотная платформа с механизмами

Стрела с балками

Напорный механизм

Ширину , длину , высоту ковша мех. лопаты определяем по формулам

Масса: - ковша мех. Лопаты

- породы в ковше :

- рукояти мех. Лопаты

где - для средних условий работы (1, прил.3);

- для средних условий работы (1, прил.4).

Продолжительность рабочего цикла определяем по формуле

где - коэффициенты определяемые по табл. 2.1.

Для определения нагрузок подъемного и напорного механизмов строим схемы расчетных положений рабочего оборудования экскаватора в масштабе по данным расчета линейных размеров конструктивных элементов по формуле (2).

Вес ковша с породой и вес рукояти

(11)

(12)



Усилие, создаваемое в подъемном канате сопротивлением породы копанию

где - удельное сопротивление породы копанию; категория породы - (1, прил.4);

- высота забоя, равная высоте напорного вала.

Усилие в подъемном канате определяющие нагрузку двигателя подъемного механизма:

- при копании:

Принимаем угол наклона стрелы .

- при повороте стрелы на разгрузку:

- при возвращении платформы с порожним ковшом в забой



где - длины плеч приложения сил относительно оси напорного вала;

- угол между подъемным канатом и рукоятью;

- угол между рукоятью и горизонтальной линией.

При расчете усилий, возникающих в напорном механизме, учитывают силы реакции забоя , составляющие усилий в подъемном канате , веса рукояти и ковша с породой :

- при копании

(17)

- при повороте платформы на разгрузку:

(18)

- при повороте с порожним ковшом в забой

(19)

где - коэффициент, определяемый отношением силы реакции забоя и сопротивлению породы копанию

Усилие в подъемном механизме по формуле 14 рассчитывают при условии вертикального положения подъемного каната, т.е. , .

момент сопротивления при копании

Скорость перемещения подъемного каната и рукояти определяем из источника.1 прил.7

;

.

В период поворота на разгрузку скорость подъемного механизма принимается равной 0,1 - 0,3 от номинальной, а напорного 0,3 - 0,5 от номинальной.

При возвращении ковша в забой скорость подъемного механизма принимается равной 1,1 - 1,3 от номинальной в целях убыстрения спуска ковша.

Особенностью поворотного механизма является большая механическая инертность, поэтому мощность двигателя определяют динамические нагрузки, т. е. суммарный момент инерции.

(20)

- суммарный момент инерции при повороте с груженым ковшом,

где - момент инерции поворотной платформы относительно оси вращения;

- моменты инерции ковша с породой, стрелы, напорного механизма и рукояти относительно оси вращения платформы.

(21)

,

платформы и осью, проходящей через центр масс платформы как параллелепипеда

- длина платформы.

где - ширина платформы;

- масса платформы.

, (23)

где - максимальный радиус разгрузки.

(24)

(25)

где

Расстояние от оси вращения платформы до центров масс напорного механизма и оси вращения.

а)

б), в)

Момент инерции рукояти определяем для горизонтального положения рукояти, выдвинутой на максимальную длину

, (26)

Номинальную частоту вращения поворотной платформы определим из прил.7, 1.

;

.

(27)

(28)

суммарный момент инерции при повороте с порожним ковшом.

Механизм подъема

;

Механизм напора

Механизм вращения

3. Механизм передвижения экскаватора

Тяговое усилие механизма гусеничного хода при движении по горизонтальной поверхности

(30)

где - вес экскаватора;

- внутреннее сопротивление ходового механизма;

- сопротивление инерции при трогании;

- сопротивление перекатыванию.

Максимальное тяговое усилие гусеничного хода возникает при передвижении экскаватора на расчетный уклон .

(31)

4. Выбор мощности и типа двигателя

Требуемая максимальная мощность двигателя механизма гусеничного хода

где - скорость передвижения экскаватора на подъём (скорость передвижения на подъём принимается на 10 - 15% ниже скорости горизонтального хода);

- КПД механизма гусеничного хода;

- коэффициент запаса.

Выбираем двигатель: МПЭ -14 -13/17 (1, прил.11).

5. Обоснование и выбор системы электропривода

Для машин и механизмов с частыми пусками и торможением или широким диапозоном регулирования скорости целесообразно управлять двигателем постоянного тока посредством изменения подводимого к его якорю напряжения.

Так как промышленные сети электрического тока выполняются на определенные стандартные напряжения, то для реализации этого принципа управления используют электромашинный преобразователь, состоящий из асинхронного или синхронного двигателя преобразо-вателя и генератора, осуществляющий преобразование переменного тока сети в постоянный ток, напряжение которого можно изменять в широких пределах.

Такая система электропривода называется системой генератор - двигатель (Г - Д).

В системе Г - Д любой режим работы двигателя (пуск, торможение, регулирование скорости) может быть получен изменением величины и полярности подводимого к его якорю напряжения:

, (33)

где - э.д.с. генератора;

- сопротивления соответственно якорной цепи генератора и соединительных проводов.

6. Переходные процессы в системе Г - Д

В электроприводе системы Г - Д при подаче напряжения на обмотку возбуждения генератора мгновенное значение э.д.с. генератора изменяется с некоторым запаздыванием, обусловленным электромагнитной инерцией цепи возбуждения генератора. Механическая инерция двигателя и связанных с ним движущихся частей вызывает запаздывание изменения скорости щ двигателя по отношению к э.д.с. генератора. Так как оба явления протекают одновременно, то выяснить поведение привода можно только при рассмотрении электро-механических переходных процессов в системе Г - Д, учитывающих оба вида инерции.

Электромагнитный переходный процесс в обмотке возбуждения генератора:

Установившееся значение тока возбуждения

По принятым допущениям э.д.с. генератора пропорциональна току возбуждения , а ее производная по времени:

.

Отсюда получаем уравнение, описывающее поведение генератора

где

Уравнение равновесия э.д.с. в якорной цепи системы Г - Д

С учетом получим

Подставляя данные значения в (36) получим дифференциальное уравнение, которое описывает поведение двигателя при изменении э.д.с. генератора

где .

Зависимость имеет максимум. Дифференцируя (42) и принимая = 0, найдем время t_м, при котором ток якоря достигает максимальной величины I_{я max}.

Подставив значение t_м в (41) находим максимальный ток якоря при нуле:

Пик тока якоря , возникающий при мгновенном приложении напряжения U_в к обмотке возбуждения, может превысить допустимое значение. Поэтому для ограничения максимального тока якоря напряжение при пуске увеличивают плавно, задавая законы нарастания U_в в функции времени или пути, или применяют замкнутые системы регулирования.

7. Статический и динамический расчет системы Г - Д с тиристорным возбудителем

Электропривод системы Г - Д с тиристорным возбудителем (ТВ) позволяет получить максимальное быстродействие при небольших размерах возбудителя, являющимся статическим бесконтактным устройством. Использование однотипных систем управления вентилями обеспечивает возможность унификации возбудителей при любой мощности электропривода.

В случае встречно-параллельного включения тиристоров возбудитель представляет собой реверсивный полупериодный преобразователь переменного тока в постоянный, который при отпирании тиристора Т1 имеет на выходе положительную полярность , а при отпирании тиристора Т2 - отрицательную.

Отпирание тиристоров осуществляется подачей на их управляющие электроды сигналов отпирания, вырабатываемых системой управления вентилями (СУВ). В СУВ осуществляется преобразование сигналов управления U_у в отпирающие импульсы. В состав СУВ может входить и устройство для суммирования входных сигналов, в качестве которого применяют быстродействующие магнитные усилители.

Поведение разомкнутой системы электропривода Г - Д с ТВ описывается уравнением третьего порядка



где - передаточный коэффициент системы.

Замкнутая система управления электроприводом обычно выполняется с использованием непрерывных обратных связей по скорости, напряжению или э.д.с. двигателя и задержанных обратных связей по току якорной цепи.

Системы управления такого типа обеспечивают возможность регулирования только одной выходной переменной системы изменением задающего сигнала U_з.с.

В данной схеме величина U_з.с. определяет заданную скорость двигателя. Для регулирования остальных, внутренних переменных, например тока I якоря, который в процессе достижения скоростью заданного значения не должен превышать допустимой максимальной величины I_огс, применяют задержанные обратные связи, которые остаются разомкнутыми пока I < I_огс.

экскаватор электропривод двигатель гусеничный



Используемая литература

1. Исмагилов К.В. «Автоматизированный электропривод машин и установок карьеров». Методические указания.

2. Н.Н. Чулков, А.И. Чулиев: «Расчет приводов карьерных машин».1979 г.

3. М.В. Мартынов, Н.Г. Переслегин: «Автоматизированный электропривод в горной промышленности». 1977г.

4. Ю.Я. Вуль, В.И. Ключев, Л.В. Седаков: «Наладка электроприводов экскаваторов». 1969г.

Размещено на Allbest.ru