Разработка электропривода механизма передвижения мостового крана

Вращение ротора двигателя передаётся через редуктор ходовым колесом, имеющем диаметр D =0.4м и цапф D ц =0,008м.Тележка перемещает кран с грузом m г =28 т на расстоянии перемещения L =18 м, скорость передвижения v =19 м/мин, а вес самой тележки m т =6 т, К.П.Д. передач механизма n =0,65. Кроме того, при расчёте электропривода задаются продолжительностью включения ПВ=34% и приведённым к валу двигателя моментом энерции механизма I 1 =25% от момента инерции ротора электродвигателя. Цикл работы тележки включает перемещение груза на расстояние и возвращение назад без груза.

Разработать схему управления, которая должна обеспечивать ступенчатый пуск, электрическое торможение, снижение скорости перед остановкой до (20-30)% от номинальной, фиксацию механизма электромеханическим тормозом при отключении двигателя от сети. Срок сдачи проекта Дата выдачи задания Содержание с Введение 4 1.Расчёт статистических нагрузок и мощности ДПТ 6 2.Расчёт и построение электромеханических характеристик. Расчёт регулировочных сопротивлений. 7 3.Расчёт переходных процессов при пуске и торможении электропривода. 9 4.Построение уточнённой нагрузкой диаграммы двигателя и проверка его по нагреву 14 5.Составление схемы релейно-контакторного управления 17 электроприводом.

Литература 19 Введение Эффективность средств производства, которыми располагает человеческое общество, в значительной степени определяется совершенством способов получения энергии, необходимой для выполнения механической работы в производственных процессах.

Производственные механизмы, без которых нельзя в настоящее время представить себе ни одно производство прошли длительный путь своего развития, прежде чем приняли вид современного автоматизированного электропривода, приводящего в движение бесчисленное множество рабочих машин и механизмов в промышленности, транспорте, в сельском хозяйстве и в бытовой технике и автоматически управляющего их технологическими процессами.

Пределы использования по мощности современного электропривода весьма велики - от десятков тысяч киловатт в единичном двигателе до долей ватта.

Современный автоматизированный электропривод представляет собой сложную электромеханическую систему, предназначенную для приведения в движение рабочего органа машины и управления её технологическим процессом. Он состоит из трёх частей: электрического двигателя, осуществляющего электромеханическое преобразование энергии, механической части, передающей механическую энергию рабочему органу машины, и системы управления, обеспечивающей оптимальное по тем или иным критериям управление технологическим процессом.

Диапазон изменения номинальных частот вращения электропривода имеет весьма широкие пределы.

Использование средств дискретной техники в системах управления приводами постоянно тока расширяет диапазон регулирования скорости до (1000-1500:1 и выше.

Нельзя представить себе ни одного современного производственного механизма, в любой области техники, который не приводился бы в действие автоматизированным электроприводом. В электроприводе основным элементом, непосредственно преобразующим электрическую энергию в механическую является электрический двигатель, который чаще всего управляется при помощи соответствующих преобразовательных и управляющих устройств с целью формирования статистических и динамических характеристик электропривода, отвечающих требованиям производственных механизмов. Речь идёт об обеспечении с помощью автоматизированного электропривода оптимального режима работы машин, при котором достигается наибольшая производительность при высокой точности.

Многообразие производственных процессов обуславливает различные виды и характеры движения рабочих органов машины, а следовательно, и электроприводов. По виду движения электроприводы могут обеспечить: вращательное однонаправленное движение, вращательное реверсивное и поступательное реверсивное движение.

Характеристики двигателя и возможности системы управления определяют производительность механизма, точность выполнения технологических операций.

Свойства электромеханической системы оказывают решающее влияние на важнейшие показатели рабочей машины и в значительной мере определяют качество и экономическую эффективность технологических процессов.

Развитие автоматизированного электропривода ведёт к совершенствованию конструкций машин, к коренным изменениям технологических процессов, к дальнейшему прогрессу во всех отраслях народного хозяйства, поэтому теория электроприводатехническая наука, изучающая общие свойства электромеханических систем, законы управления их движением и способы синтеза таких систем по заданным показателям имеет важнейшее практическое значение.

Системы автоматического управления электроприводами постоянного и переменного тока, в которых используются все достижения полупроводниковой техники, а так же возможности электронной вычислительной техники, позволяют существенно упростить конструкции производственных механизмов, повысить их точность и поднять производительность, т.е. способствовать техническому прогрессу.

Широкая автоматизация механизмов на базе следящих систем электроприводов, систем с цифровым программным управлением и средств комплексной автоматизации – обширная и весьма важная развивающаяся область автоматизированного электропривода. 1.Расчёт статистических нагрузок и мощности ДТП 1.1Статистическая нагрузка при движении тележки с грузом Р с1 =к g ( m т + m г ) (м D ц /2+ f ) v / nD /2 где к-коэффициент, учитывающий трение (к=1,2 1,3). Принимаем к=1,25 g -ускорение свободного падения, Н*м 2 ; m т -масса тележки, кг; m г -масса груза, кг; f -коэффициент трения качения.

Принимаем в зависимости от диаметра колеса. принимаем f =0.0005 м-коэффициэнт трения; D ц -диаметр цапфа; V -скорость передвижной тележки, м/с; D -диаметр колёс, м; n -номинальный КПД передачи механизма. Р с1 =1,25*9,81(6000+28000)(0,25*0,08/2+0,0005)*0,32/0,65*0,4/2=10776Вт=10,78кВт 1.2 Мощность двигателя при движении тележки без груза определяется аналогично, с учётом что m г=0 Р с2 =к gm т (м D ц /2+ f ) V / n * D /2 Р с2 =1,25*9,81*6000(0,25*0,08/2+0,0005)*0,32/0,65*0,4/2=1902Вт=1,9кВт 1.3 Время работы с грузом и без груза t p 1 = t p 2 = L / V , где L -расстояние перемещения, м t p 1 = t p 2 =18/0.32=56.8 c Время цикла при заданной продолжительности включения t ц =( t p 1 + t p 2 )*100% / ПВ%? где ПВ% заданная продолжительность включения t ц =(56,8+56,8)*100 % / 34 %=334 c Время пауз t п 1 =t п 2 =(t ц -(t p1 +t p2 ))/2 t п1 = t п2 =(334-(56,8+56,8))/2=110,2с Так как время цикла меньше 10 минут, то режим работы повторно-кратковременный 1.4 Эквивалентная среднеквадратичная мощность за время работы Р э = (Р 2 с1 * t p 1 + P 2 c 2 * t p 2 )/( t p 1 + t p 2 ) Р э = (10,782*56,8+1,92*56,8)/(56,8+56,8) =7,74кВт 1.5 Эквивалентная мощность , приведённая к стандартной ПВ% P эк =Кз*Рэ* ПВ/ПВ ст , где К з -коффициэнт запаса (К з =1,1 1,3). Принимаем К з =1,2; ПВст-стандартная продолжительность включения, ПВст=40% Р эк =1,2*7,74 34/40 =8,56 кВт 1.6 Выбор двигателя постоянного тока (ДПТ) Согласно [4] номинальная мощность выбираемого двигателя должна быть эквивалентной мощности, Р эк >Р эн . Выбираем D 32 Р ном =12кВт; n ном =800 мин -1 ; U ном =220В; К a =0.28 Ом; I ном =57А; I в =1,85А; Р при ПВ=40%=9,5кВт; I дв =0,425кг*м2 Номинальная угловая скорость w н =2п n /60, где n -номинальная частота вращения, w н =2*3.14*800/60=83.37 1.7 Передаточное отношение редуктора i p =(w н *D/2)/V*60 i p =(83.37*0.4/2)/0.32*60=0.87 2.Расчёт и построение эл./механических характеристик 2.1 Построение соответственных электромеханических характеристик.

Механические характеристики для ДТП с параллельным возбуждением представляют собой прямые линии, поэтому для их построения достаточно определить координаты 2-х точек: номинального режима и холостого хода Номинальный момент М н =Р н / w н , где Рн-номинальная мощность двигателя, кВт М н =12000/83,73=133,46 Н*м Для холостого хода момент принимается равным нулю, М0=0. Скорость находится из выражения w 0 = U н /КФ, где КФ=( U н - I н * R a )/ w н , где U н -номинальное напряжение при ПВ% ст ,В; I н -номинальный ток, А; R a -суммарное сопротивление якоря, Ом. КФ=(220-57*0,28)/83,73=2,44 w 0 =220/2.44=90.16 Эти характеристики представлены на рисунке 4. 2.2 Статистические моменты сопротивления двигателя при движении тележки с грузом и без груза М с1 =Р с1 / w н М с1 =10,78/83,37=128,7 Н*м М с2 =Р с2 / w н М с2 =1,9/83,73=22,71 Н*м Строим их как вертикальные линии в 1 и 3 квадранте. 2.3 Для построения пусковых реостатных характеристик задаемся моментами переключения М 1 =(2 3)М н М 1 =(2 3)*133,6=226,92 340,38 Н*м М 2 >(1.1 1.2) М н М 2 > (1,1 1,2)*133,46 > 124,81 156,12 Н*м П =М 1 /М н П=(226,92 34,38)/133,46=2 3 R ном = U ном / I ном R ном =220/57=3.86 Ом R a = R a / R ном =0,28/3,86=0,0725 Принимаем П =3. Задаёмся числом ступеней z =2 М 2 = П z R a *П М 2 =3 2 0,0725*3 =1,39 М 2 =М 2 *М н М 2 =1,39*133,46=158,74 Выбранные значения П и z соответствуют выполнению условия М 2 >(1,1 1,2)М н 2.4 Построение тормозной характеристики для ДТП При типе торможения В строим тормозные характеристики, проводя прямые через точку w 0 и пересечение линии М с и точкой 0,2 w н 2.5 Расчёт пусковых и тормозных резисторов R 1 = R ном * bc / af =3.86*8/92=0.34 R 2 = R ном * cd / af =3.86*16/92=0.67 R т 1 =R ном *de/af=3.86*32/92=1.34 R т 2 =R ном *de/af=3.8*275/92=11.54 3.Расчет переходных процессов при пуске и торможении электропривода 3.1 Расчёт переходных процессов при движении тележки с грузом Т м =Iw 0 /M кз =I w/ M I г =I дв +(I1/100%)I дв +m г (V/w дв ) 2 где I дв -момент инерции двигателя, кг*м 2 I 1 -момент инерции механизмов, приведённой к валу, % m г-масса тележки с грузом, кг V -скорость движения тележки, м/с w дв -частота вращения двигателя, об/мин I г =0,425+(25/100)*0,425+34000(0,32/800)2=0,54 Рассматриваем переходный процесс при движении тележки с грузом по участкам участок 1-2 w =( w нас - w уст ) e - t / T м + w уст М=(М нас -М уст )е - t /Тм +М уст Для определения переходного процесса, необходимо знать: Т м1 = I г * w 2 /( V 1 - V 2 ) w нач =0 ; w уст = w 7 =54 М нач =320; М уст =128,7 Т м1 =0,54*47/(320-158,7)=0,16 w=(0-54)e -t/0.16 +54 M=(320-128.7)e -t/0.16 +128.7 Результаты вычислений сводим в таблицу 1 этап разгона

t	0	0,1	0,2	0,3
w	0	25,1	38,5	47
M	320	231,1	183,5	158,7

участок 3-4 w нач = w 2=47; w уст = w 8 =73 M нач =320= M 1; M уст = Mc 1=128.7 T м 2 =I(w 4 -w 2 )/(M 1 -M 2 ) T м 2 =0.54(70-47)/(320-158.7)=0.08 w=(w 2 -w 8 )e -t/T м 2 ++w 8 w=(47-73)e -t/0.08 +73 М=(М 1 -М с1 )е - t /0,08 +М с1 М=(320-128,7)е - t/0.08 +128.7 Результаты расчёта сводим в таблицу 11 этап разгона

t	0	0,1	0,2
w	47	65,5	70
M	320	183,5	158,7

участок 5-6 w нач = w 4 =70; w уст = w 6 =83 M нач = M 1 =320; M уст = M c 1 =128.7 T м 3 =I г (w 6 -w 4 )/(M 1 -M c1 ) T м 3 =0.54(83-70)/(320-128.7)=0.04 w=(w 4 -w 6 )e -t/T м 3 +w 6 w=(70-83)e -t/0.04 +83 M=(M1-Mc1)e -t/T м 3 +Mc1 M=(320-128.7)e -t/0.04 +128.7 Результаты расчета сводим в таблицу участок 3`-4` w нач = w 2 =-47; w уст = w 8 ` =-88 M нач =-M 1 =-320; M уст =-M c2 =-22,7 T м 2 `=I/(w 4 `-w 2 `)/(-M 1 +M 2 ) T м 2 `=0.53(-47)/(-320+158,7)=0.15 w=(w нач -w7)e -t/T м 1 +w7 w=84e -t/0.15 -84 M=(-M 1 +M c2 )e -t/T м 1 -M c2 M =(-320+22,7) e - t /0.15 -22,7 Результаты вычислений сводим в таблицу Выход на естественную характеристику

t	0	0,1	0,2
w	70	82	83
M	320	144,4	128,8

участок 9-10 w нач = w 9 =83; w уст = w 10 =17 M нач = M 9 =14; M уст = M c 1 =128.7 T м4 = I г ( w 10 - w 9 )/( M 9 - M c 1 ) T м4 =0.54(17-83)/(14-128.7)=0.34 w=(w 9 -w 10 )e -t/T м 4 +w 10 w=(88-17)e -t/0.34 +17 M=(M 9 -M c1 )e -t/T м 4 +M c1 M=( 14 -128.7)e -t/0. 3 4 +128.7 Результаты вычислений сводим в таблицу этап торможения

t	0	1	2
w	83	20,5	17,2
M	14	122,6	128,4

3.2 Расчёт переходных процессов при движении тележки без груза I=I дв +(I 1 /100%)I дв +m(V/w дв ) 2 где I -момент инерции электропривода, кг*м 2 m -масса тележки с грузом, кг I =0,425+(25/100)*0,425+6000(0,32/800) 2 =0,53 Рассмотрим переходный процесс при движении тележки без груза по участкам участок 1 ` -2 ` w нач =0; w уст = w 7 = - 84 M нач =- M 1 =14; M уст =- M c 2 =-22,7 T м1 = I w 2 /(- M 1 + M 2 ) T м1 =0.53 * (-47)/(-320+158,7)=0.15 w =( w нач - w 7) e - t / T м1 + w 7 w=84e -t/0.15 -84 M=(-M1+Mc2)e -t/T м 1 -M c2 M =(-320+22,7) e - t /0.15 -22,7 Результаты вычислений сводим в таблицу 1 этап разгона

t	0	0,1	0,2
w	0	-40,8	-47
M	-320	-175,3	-158,7

участок 3`-4` w нач = w 2 ` =-47; w уст = w 8 ` =-88 M нач =- M 1 =-320; M уст =- M c 2 =-22,7 T м 2 `=I/(w 4 `-w 2 `)/(-M 1 +M 2 ) T м 2 `=0.53(-47)/(-320+158,7)=0.15 w=(w 2 -w 8 )e -t/T м ` +w 8 w=(-47+88)e -t/0.15 -88 M=(-M 1 +M c2 )e -t/T м 2` -M c2 M =(-320+22,7) e - t /0. 075 -22,7 Результаты вычислений сводим в таблицу 11 этап разгона

t	0	0,1	0,06
w	-47	-77,2	-70
M	-320	-101,1	-158,6

участок 5 `- 6 ` w нач = w 4 ` = -70 ; w уст = w 6 ` =- 90 M нач =- M 1 =-320; M уст =- M c 2 =-22,7 T м 3 ` = I /( w 6 `-w 4 ` ) /(-M 1 +M c2 ) T м3 `=0.53(-90+70)/(-320+22. 7 )=0. 035 w =( w 4 ` - w 6 ` ) e - t / T м 3` + w 6 ` w =(-70+90) e - t /0. 035 - 90 M =(- M 1 + M c 2 ) e - t /0. 035 - M c 2 M =(-320+22,7) e - t /0. 03 5 -22,7 Результаты вычислений сводим в таблицу Выход на естественную характеристику

t	0	0,1	0,2
w	-70	-89,3	-90
M	-320	-33,3	-22,7

участок 5`-6` w нач = w 9 ` =- 9 0; w уст = w10` =- 17 M нач =M 9 `=-2; M уст =-M c2 =-22,7 T м 4 `=I/(w 9 `-w 10 `)/(-M c2 +M 9 `) T м 4 `=0.53(-90+17)/(-22.7+2)=1.8 w=(w 9 `-w 10 `)e -t/T м 4` +w 10 ` w =(-90+17) e - t /1. 8 - 17 M=(M 9 `+M c2 )e -t/T м 4 -M c2 M =(-2+22,7) e - t /1. 8 -22,7 Результаты вычислений сводим в таблицу этап торможения

t	0	1	2	3	4	5	6	7
w	-90	-58,9	-41,03	-30,8	-25	-21,5	-19,8	-17,1
M	-2	-10,8	-15,9	-18,8	-20,5	-21,4	-22	-22,7

4.Строим нагрузочные диаграммы для проверки двигателя по нагреву Движения тележки с грузом S OAB =1/2 AB * OB S OAB =1/2*(110/60)*0.7=0.64 рад L пуск = S ОАВ * D /2* i p где D -диаметр ходовых колёс, м i p -передаточное отношение редуктора L пуск =0,64*0,4/2*0,87=0,15 м S CFGD =S CKE +S EFGD S CKE =1/2CE*EK S EFGD =ED*DG S EFGD =(16/60)*3+0.8 рад S CFGD =0.56+0.8=1.36 рад L торм г =S CFGD *D/2*i p L торм г =1.36*0.4/2*0.87=0.31 м L уст.г = L -( L пуск.г + L торм г ) L уст.г =18-(0.15+0.31)=17.54 м Определяем установившееся время работы при движении тележки с грузом t уст.г = L уст.г / V t уст.г =17.54/0.32=54.8 с Движение тележки без груза S OAB =1/2 AB * OB S OAB =1/2(110/60)0.4=0.37 рад L пуск . б / г =S OAB *D2*i p где L пуск -расстояние, на которое перемещается тележка во время пуска, м L пуск б/г =0,37*0,4/2*0,87=0,08 м S CDEF = S KDG + S CKFE S KDG =1/2KD*CE S KDG =1/2(73/60)*3.6=2.19 рад S CKFE =CK*CE S CKFE =(17/60)*7=1.98 рад S CDEF =2.19+1.98=4.17 рад L торм г =S CDFE *D/2*i p L торм г =4.17*0.4/2*0.87=0.96 м L уст.г = L -( L пуск.б/г + L торм б/г ) L уст.г =18-(0.08+0.96)=16,96 Определяем установившееся время работы при движении тележки без груза t уст.г = L уст.б/г / V t уст.б/г =16,96/0.32=53 с Проверка двигателя по нагреву осуществляется методом эквивалентного момента, который определяется по нагрузочной диаграмме при работе тележки с грузом и без груза М экв = М i 2 *t i / t i ном М i = ( M нач 2 +М нач *М кон +М кон 2 )/3 участок 1-2 М i = (M 1 2 + M 1 * M 2 + M 2 2 )/3= (320 2 +320*158.7+158.7 2 )/3=243.84 участок 3-4 М i = (M 1 2 + M 1 * M 2 + M 2 2 )/3 = (320 2 +320*158.7+158.7 2 )/3=243.84 участок 5-6 М i = ( M 1 2 + M 1 * M с1 + M с1 2 )/3= (320 2 +320*128.7+128.7 2 )/3=231.05 участок 9-10 М i = ( M 9 2 + M 9 * M с1 + M с1 2 )/3= (14 2 +14*128.7+128.7 2 )/3=78,66 М уст =128,7 участок 1`-2` М i = ((- M 1 ) 2 + M 1 * M 2 + M 2 2 )/3= (320 2 +320*158.7+158.7 2 )/3=243.84 участок 3`-4` М i = ( M 1 2 + M 1 * M 2 + M 2 2 )/3= (320 2 +320*158.7+158.7 2 )/3=243.84 участок 5`-6` М i = ( M 1 2 + M 1 * M с2 + M с2 2 )/3= (320 2 +320*22,7+22,7 2 )/3=191,64 участок 9`-10` М i = ( M ` 9 2 + M 9 `* M с2 + M с2 2 )/3= (2 2 +2*22.7+22.7 2 )/3=13.72 М уст = 22.7 М экв = 243,84 2 *0,3+243,84 2 *0,2+231,05 2 *0,2+78,66 2 *3+128,7 2 *54,8+243,84 2 *0,13+ +243,84 2 *0,6+191,64 2 *0,2+13,72 2 *7+22,7 2 *53/119,43=93,59 Мэкв М ном *ПВ ном >М экв ПВ экв /ПВ ном М ном *ПВ ном =Р ном *ПВ ном / w ном =9500/83,37=113,47 Н*м М экв ПВ экв /ПВ ном = 93,59 34/40=86,29 ном *ПВ ном Двигатель проходит по нагреву 5.Проектирование релейно-контакторной схемы управления двигателем постоянного тока.

Двигатель должен иметь возможность реверсирования, а так же пускаться (в две ступени) в обоих направлениях.

Проектирование осуществляется следующим образом : а) Для осуществления реверса предусматриваем в силовой схеме подключение якоря электрической машины к сети через замыкающие контакты контакторов направления (КМ1-контакор «вперёд», КМ2-контактор « назад»), включённые в мостовую схему. В зависимости от того , какие контакты (КМ1 или КМ2) замкнуты, меняется полярность подводимого к якорю напряжения, следовательно, меняется направление вращения двигателя. б) С целью осуществления двухступенчатого пуска включаем последовательно в цепь якоря два добавочных резистора ( Rg 1 и Rg 2).Для коммутации резисторов (при переходе с одной пусковой характеристики на другую) параллельно им устанавливаем замыкающие контакты контакторов ускорения КМ3 и КМ4. в) В цепи якоря устанавливаем катушку реле КА2 для максимальной токовой защиты и катушку реле нулевого тока КА1 в цепи обмотки возбуждения двигателя ОВ (для контроля за наличием тока в цепи ОВ (или для контроля за снижением этого тока ниже допустимого уровня). Далее в силовой схеме для управления этой схемой предусматриваем командоконтроллёр.

Автоматизация процесса пуска осуществляется в функции времени.

Функцию минимальной защиты осуществляет включаемое в схему реле напряжения KV 1. В случае снижения напряжения сети ниже допустимого уровня (0,8-0,85 U ном) исчезает напряжение реле KV 1 отпадает к своим замыкающим контактом KV 1:1 отключает схему управления, что приводит к отключения силовой схемы от сети и к фиксации механизма с помощью технического тормоза, так как катушка электромагнита тормозного устройства КМ5 в этом случае теряет питание.

Повторное включение электропривода в работу после срабатывания любого вида защит возможно только после установки командоконтроллёра в нулевое положение. Это нулевая блокировка (защита от самозапуска):она исключает опасность самопроизвольного включения привода в работу после устранения неисправностей или восстановления питающего напряжения, если командоконтроллёр остался не в нулевом положении. В цепи катушек контакторов направления КМ1 и КМ2 введены размыкающие контакты конечных выключателей SQ 1 и SQ 2, чтобы в случае, когда перемещаемый механизм выходит за допустимые границы перемещения, механизм специальным упором нажимает на рычаг конечного выключателя SQ 1 или SQ 2.Последний своим размыкающим контактом снимает питание с катушки соответствующего контактора направления, в результате двигатель отключается от сети.

оценка стоимости аренды нежилого помещения в Курске
экспертиза мотоцикла в Твери
оценка лицензии в Орле