Расчет и построение полной нагрузочной диаграммы электропривода и проверка двигателя на нагрев

Содержание

 

 

1. Введение. 3

2. Краткое описание мостового крана 4

2.1. Назначение устройства 4

2.2. Особенности конструкции 4

2.3. Исходные технические условия на проектирование 5

3. Принципиальная схема управления электроприводом мостового крана 6

3.1. Описание работы схемы электропривода 7

4. Расчет статических усилий и построение упрощенной нагрузочной диаграммы механизма 9

4.1. Расчет статических нагрузок 9

4.2. Предварительный расчет мощности 9

4.3. Расчет статических характеристик и параметров, определяющих динамику электропривода. 10

5. Расчет и построение полной нагрузочной диаграммы электропривода и проверка двигателя на нагрев 13

5.1. Расчет кривых изменения кривых момента, тока и скорости в переходных и статических режимах работы. 13

5.2. Определение времени работы двигателя 13

5.3. Проверка двигателя на нагрев 20

6. Заключение 20

7. Список литературы 21

 

 

1. Введение.

Развитие  различных отраслей народного хозяйства  выдвигает самые разнообразные  требования к системам автоматизированного  привода представляющим собой энергетическую основу механизации и автоматизации производственных процессов, главным образом процессов, связанных с использованием механической энергии. Специалистами, работающими в этой отрасли, разработана стройная теория, базирующаяся на современных математических методах, оригинальные сложные системы и комплексы, предназначенные для автоматизации отдельных механизмов или технологических процессов, а также методология решения подобного рода инженерных задач. Автоматизированный электропривод практически уже давно оформился в самостоятельную отрасль, как в научном, так и в технических отношениях. Он возник на стыке нескольких научных дисциплин - механики, электротехники, электроники, теории автоматического регулирования вобрав в себя их методы и синтезировав собственную методологию, как исследования, так и решения практических задач.

Электропривод определяется как электромеханическая  система, состоящая из электродвигательного, преобразовательного, передаточного  и управляющего устройств, предназначенная  для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением.

Широкое распространение  получил крановый электропривод. Электрическое  оборудование кранов должно обеспечить надежную работу при повторно кратковременном  режиме большой частоте включений. В условиях запыленности, помещений, высокой влажности воздуха, резких изменениях температуры.

Крановое  электрооборудование стандартизировано  в большей степени чем механическое, вследствие этого задача его изучения упрощается. Весьма различные по конструктивному исполнению краны комплектуются типовыми панелями управления, резисторами и другим электрооборудованием.

 

2. Краткое описание мостового крана

1. Назначение  устройства

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, грейфер).  Он является наиболее распространенной  грузоподъемной машиной, имеющей весьма разнообразное применение. Мостовой кран (рисунок 1) 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.

2. Особенности конструкции

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).

Грузоподъемные  машины изготовляют для различных  условий использования:

• по степени загрузки,
• времени работы,
• интенсивности ведения операций,
• степени ответственности грузоподъемных операций и климатических  факторов эксплуатации.

К основным параметрам механизма подъёма относятся:

• грузоподъемность;
• скорость подъема крюка;
• режим работы;
• высота подъема грузозахватного устройства.

Рисунок 1 – Общий вид мостового крана

 

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.

3. Исходные  технические условия на проектирование

 

Мостовой  кран работает в литейном цехе металлургического  завода. Технические показатели крана  представлены в таблице №1.

 

Таблица №1

Технические показатели крана	Величина	Размерность
Грузоподъёмность	20	т
Масса крюка	0.5	т
Диаметр барабана	0.5	м
Скорость подъёма	10	м/мин
Высота подъёма	6	м
Передача между крюком и двигателем Редуктор Полиспаст	24.4 2х3
КПД передачи при полной нагрузке	0.9
Относительное продолжение включения	27
Маховый момент муфты на валу двигателя	3.5	кг*м^2
Режим работы механизма	Тяжелый
Род тока	переменный

 

3. Принципиальная схема управления электроприводом мостового крана

Рисунок 2. Схема  кранового магнитного контроллера  типа ТСА

 

1. Описание  работы схемы электропривода

Подается  напряжение на схему управления АО. В положении 0 командоконтроллера SA запитывается диодный мост VD1-VD4 и получает питание реле КТ1, через контакт КМ2V, когда командоконтроллер переключается в положение 1 (подъем) включаются контакторы KM6V, KM8V, KM11V, к статору АД подводится напряжение и в тот же момент включается электрогидравлический толкатель тормоза YA и освобождается тормозной шкив, включаясь, контактор KM11V, замыкающий вспомогательным контактом включает реле времени KT2 через замкнувшийся контакт KM8V и нормально замкнутый контакт KM3V. Одновременно с включением KM6V происходит включение контактора KM10, который главными контактами замыкает первую ступень пускового реостата, который находится в цепи ротора АД (ступень сопротивления противовключения). Когда командоконтроллер переключится из положения 1 в положение 2 (подъем), включается контактор KM1 и вторая ступень пускового реостата шунтируется. При переключении командоконтроллера в положение 3 (подъем) срабатывает контактор КМ2 и третья ступень пускового реостата шунтируется контактами КМ2 в цепи ротора АД, контакт КМ2 размыкается в цепи реле времени КТ1, которое запускается, после чего замыкает свой контакт в цепи контактора КМ3. При переключении командоконтроллера в положение 4 (подъем) срабатывает контактор КМ3, замыкая главными контактами четвертую ступень пускового реостата и размыкает контакт в цепи КТ2, которое начинает отсчет времени, после чего контакт замыкается в цепи КМ4 который шунтирует пятую ступень пускового реостата и замыкается контакт в цепи контактора КМ5, который своими контактами шунтирует все сопротивления в цепи ротора АД и двигатель начинает работать на заданной механической характеристике. Установка командоконтроллера из положения 0 в положение 1, а затем в положение 2 не приводит к срабатыванию каких либо аппаратов, привод является отключенным и заторможенным. В положении 3 (спуск) контакт КМ7 замыкается, срабатывает контактор однофазного включения КМ9 и включает своим вспомогательным контактом реле времени КТ2, остающийся после этого включенным в другом положении (спуск). Реле времени КТ2 включает контактор КМ11, тормозной шкив освобождается колодками тормоза схемы магнитного контроллера типа ТСА позволяет осуществить автоматический спуск, реверс и торможение двигателя, а также концевую защиту. На защитной панели находятся аппараты нулевой и максимальной защиты с помощью изменения величины сопротивления реостата введенного в роторную цепь АД, осуществляется пуск и регулирование скорости двигателя, а также изменяется схема включения цепи статора. Посредством контакторов КМ6 и КМ7 двигатель включается на подъем или спуск, режим однофазного включения статора выполняется контактором КМ9. При отключенном АД на тормозной шкив накладываются колодки электромеханического тормоза YА. Двигатель включается на однофазное питание контактором КМ9. В цепи ротора контакты контактора КМ1 замкнуты, но освободившиеся ступени обладают значительным сопротивлением. При переключении командоконтроллера из положения 3 в положение 2 (спуск) контактор КМ9 отключается, а катушка контактора КМ6 питается через контакты КТ2, КМ1, КМ2, и контактор КМ1 включается в работу и статор АД подключается к сети в направлении подъем, т.к. контакты контактора КМ1 отпадают, а контактор КМ10 отключен, в цепи ротора включаются все добавочные сопротивления (для тормозного спуска средних грузов в режиме противовключения). При положении 1 командоконтроллера (спуск) включается контактор КМ 10. Сопротивление цепи ротора уменьшается для осуществления тормозного спуска тяжелых грузов. При переключении командоконтроллера из положения 3 в положение 4 (спуск) получают питание контакторы КМ7 и КМ8 и АД переключается в спуск, т.к. все секции пускового реостата зашунтированы в роторе есть только небольшая постоянно включенная ступень сопротивления и двигатель обеспечивает спуск крюка и тормозной сверхсинхронный спуск грузов.

 

4. Расчет статических усилий и построение упрощенной нагрузочной диаграммы механизма

1. Расчет статических  нагрузок

 

Общее передаточное число

 

Статический момент на валу двигателя

 

Сила необходимая для  поднятия крюка

 

Момент при подъеме  груза

 

Момент при спуске груза

 

Относительная загрузка механизма  при подъеме порожнего крюка

 

КПД при частичной нагрузке

 

Момент при подъеме  крюка

 

Момент при спуске крюка

2. Предварительный расчет мощности

 

Среднеквадратичный момент двигателя

 

Скорость вращения двигателя

рад/c

 

Скорость двигателя

об/мин

 

Мощность двигателя

 

Мощность двигателя при стандартной величине ПВ=27

 

По расчетным мощности и скорости выбираем из каталога кранового оборудования двигатель 4МТМ 225L8.

Паспортные данные двигателя приведены в таблице №2

Таблица№2

Паспортные данные двигателя 4МТМ 225М8	Величина
Мощность кВт, ПВ25	37
Частота вращения об/мин	725
Масса кг	470
Номинальный ток А	88
Ток ротора А	70
Напряжение между кольцами В	275
Отношение моментов Мmax / Mн	2.9
КПД %	86
Коэффициент мощности cos φ	0.74
Момент инерции ротора Jp, кг·м2	0.95
Сопротивления, Ом R1 X1 X2	0.031 0.11 0.146

 

3. Расчет статических  характеристик и параметров, определяющих динамику электропривода.

 

об/мин

рад/с

 рад/с

Ом

 

Критический момент

 

Момент инерции двигателя  и муфты

  кг·м2

 кг·м2

 

Момент инерции крюка с грузом приведенный к валу двигателя

 кг·м2

Момент инерции крюка  без груза

 кг·м2

Суммарный момент инерции  при подъеме и спуске груза

 кг·м2

Суммарный момент инерции при подъеме и спуске крюка

 кг·м2

Зависимость между электромеханической  постоянной времени В и скольжением S при номинальном моменте представлены в таблице №3

для подъёма и спуска груза

для подъёма и спуска крюка

Таблица№3

Характеристика	w при М=Мн	S при М=Мн	B1 при подъёме груза	B2 при спуске груза
	рад/c	рад/c	с	с
2С	-74	1.471098	0.91208	0.866476
1С, 1П	-5	1.031831	0.639735	0.607748
3С	-80	1.509295	0.935763	0.888975
2П	15	0.904507	0.560794	0.532755
3П	48	0.694423	0.430542	0.409015
4Па	55	0.64986	0.402913	0.382768
4П	61	0.611663	0.379231	0.360269

 

По рассчитанным данным построена нагрузочная диаграмма (Рисунок №2)

 

 

5. Расчет и построение полной нагрузочной диаграммы электропривода и проверка двигателя на нагрев

1. Расчет кривых изменения кривых момента, тока и  скорости в переходных и статических  режимах работы.

Для расчета  кривых изменения момента и скорости двигателя аналитическим методом механические характеристики считают прямыми линиями. Тогда в соответствии с линейной теорией для скорости и момента двигателя справедливы следующие формулы:

Пользуясь этими  формулами, строим пусковые диаграммы для

• Подъёма груза - таблица №4, рисунок №3
• Торможение при подъёме груза - таблица №5, рисунок №4
• Спуск груза - таблица №6, рисунок №5
• Торможение при спуске груза - таблица №7, рисунок №6
• Подъёма крюка - таблица №8, рисунок №7
• Спуск крюка - таблица №9, рисунок №8