Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Проектирование электропривода подъема экскаватора карьера

Реферат

Данная дипломная работа состоит из пояснительной записки и 8 демонстрационных листов. Пояснительная записка включает в себя 5 разделов: введение, горно-технологический раздел, общий раздел, специальный раздел, организационно-экономический раздел, охрана труда. Состоит 107 страниц, 7 таблиц, 10 рисунков, 20 использованных источников.

Ключевые слова: электромеханика, электропривод, структурная схема, функциональная схема, нагрузочная диаграмма, тахограмма,

моделирование, автоматизация, система управления, регулирование.

Объектом исследования работы является электропривод подъема экскаватора.

Целью данной дипломной работы является проектирование электропривода механизма подъема экскаватора.

Используются стандартные методы анализа.

В данной дипломной работе осуществляется проектирование электропривода подъема экскаватора карьера.

По результатам выбора электродвигателя, построена нагрузочная

диаграмма и тахограмма электродвигателя.

По расчетам электродвигателя подъема экскаватора получена угловая характеристика синхронного двигателя.

Полученные результаты моделирования выражаются в графиках зависимости W=f(t), M=f(t) и I=f(t).

Рассчитаны заземление и освещение.

По расчетам экономической эффективности была проведена сравнительная оценка между двумя двигателями привода подъема, предназначенных для экскаватора.

The abstract

The Given degree operation consists of an explanatory note and 8 demonstration sheets. The explanatory note includes 5 sections: introduction, mountain - technological section, the general section, special section, organizational - economic section, a labour safety. Consists 107 pages, 7 tables, 10 figures, 20 used sources.

Key words: electromechanics, the electric drive, the block diagram, a function chart, the loading diagram, tagus of gramme, modelling, automation, a control system, regulation.

The Present degree operation is devoted to analysis of electromechanics of the main drive of hoisting of hoisting of an excavator of opencast.

Object of research of operation is the electric drive of hoisting of an excavator.

The Purpose of the given degree operation is designing the electric drive of the mechanism of hoisting of an excavator.

The general(common) methods of the analysis Are used.

In the given degree operation the electromechanics of the main electric drive of hoisting of an excavator of opencast is designed.

By results of a choice of the electric motor the loading diagram and tagus of gramme the electric motor is constructed.

By calculations of the electric motor of hoisting of an excavator the angular characteristic of the synchronous engine is received.

The received results of modelling are expressed in profiles of dependence W=f (t), M=f (t) and I=f (t).

Grounding and illumination are designed.

By calculations of economic efficiency the comparative estimation between two engines of a drive of the hoisting, intended for an excavator was carried out.

Содержание

Содержание.

Стр.

Введение 7

1. Горно-технологический раздел 9

Общие сведения об экскаваторе 10
Организация работы экскаватора на карьере 10
Основные части экскаватора 14
Конструкция механизма 15
Производительность экскаватора 17

Выбор и проверка двигателя по нагреву. Нагрузочная 20
диаграмма и тахограмма.

2 Общий раздел. 32

Электрооборудование экскаватора. 33
Электроснабжение экскаватора. 34
Электропривод механизма подъема . 35
Управление экскаватором. 38
Система электропривода. 41
Расчет электрических нагрузок. 46
Выбор числа и мощности трансформатора. 47
Выбор колебательной сети участка по потере напряжения. 49
Проверка кабеля по допустимой потере напряжения. 51

3. Специальный раздел. 53

Анализ САУ с приводом моделирования. 54

Построение структурных моделей и расчет элементов 58
электропривода.

Результаты моделирования. 70
Анализ результатов моделирования. 72

4. Охрана труда. Электробезопасность. 73
4.1. Заземление экскаватора. 74

4.2 Расчет заземляющего устройства. 77

Освещение. 80
Расчет заземления. 81
5. Организационно-экономический раздел. 83

Направление экономии электроэнергии. 84
Расчет экономической эффективности. 89
Заключение. 97
Список библиографических источников. 99
Приложение. 102

Введение

Объектом исследования дипломной работы на тему: «Электромеханика главного привода подъема экскаватора карьера МГОКа» является электропривод подъема экскаватора.

Целью данной дипломной работы является проектирование электропривода механизма подъема экскаватора. Это включает следующие задачи:

выбор и проверка двигателя по нагреву;
построение нагрузочной диаграммы и тахограммы;
построение механических характеристик;

синтез САУ;

построение структурных моделей;
расчет заземления и освещения;

расчет экономической эффективности электропривода.

В дипломном проекте используются стандартные методики анализа [1-20].

1. Горно-технологический раздел

1.1. Общие сведения об экскаваторе.

На карьере Дачный, при разработке рудных месторождений полезных ископаемых, применяется одноковшовый экскаватор ЭКГ-8И (расшифровывается следующим образом: Э-экскаватор, К-карьерный, Г-гусеничный, 8-емкость ковша)

Экскаватор ЭКГ-8И с ковшом емкостью 6-8 м³ оборудуется прямой лопатой; силовой привод этого экскаватора электрический, по системе генератор-двигатель.

Экскаватор предназначен для зачерпывания (экскавации) горной массы, перемещение ее на относительно небольшие расстояния и погрузки на транспортные средства или в отвал.

Рабочий цикл ковша складывается из четырех операций: наполнения ковша (черпание), перемещение его к месту разгрузки, разгрузки и перемещения порожнего ковша к месту наполнения. После нескольких циклов, когда вся горная масса, находящаяся в радиусе действия экскаватора, будет выработана, экскаватор перемещается ближе к забою.

1.2. Организация работы экскаватора на карьере.

Разработка месторождений открытым способом включает в себя подготовку поверхности, осушение и вскрытие месторождения, удаление вмещающих пустых пород для обнажения пласта полезного ископаемого (вскрышные работы) и выемку полезного ископаемого (добычные работы).

Вскрышные и добычные работы, в свою очередь, состоят из ряда производственных процессов: отбойки пород и полезного ископаемого от массива (буровзрывные работы), погрузки (экскавации) взорванных пород и полезного ископаемого (при некрепких породах и ископаемых буровзрывные работы не применяются и отделение пород и полезного ископаемого от массива производится экскаваторами), транспортировки пустых пород в отвалы, а полезного ископаемого на обогатительные фабрики.

Рис. 1.1. Рабочее место экскаватора.

При открытой разработке толща покрывающих пород и полезного ископаемого разделяется на горизонтальные слои, отрабатываемые в нисходящем порядке. Каждый слой представляет собой уступ с верхней и нижней площадками, верхней и нижней бровками и углом откоса уступа. Уступы разрабатываются отдельными лентами, или заходками, высота Н и ширина А заходки определяются в основном рабочими размерами экскаватора (высота уступа или заходки на карьерах колеблется от 10 до 15 м).

На уступах различают предохранительные, откаточные и рабочие площадки. Размер предохранительных площадок определяется Правилами безопасности, откаточных - количеством путей под транспортное оборудование, а рабочих - размерами экскаваторов и транспортных средств.

Чтобы обеспечить доступ к месторождению с поверхности, а также к отдельным его рабочим горизонтам, проводятся капитальные и разрезные траншеи. По этим траншеям производится откатка колесным транспортом или в них устанавливают канатные или ленточные конвейерные подъемники. Кроме того, разрезная траншея предназначается для подготовки месторождения к добычным работам.

Работы одноковшовых экскаваторов. Экскаваторы, оборудованные прямой лопатой, устанавливают на почве уступа. Разработка уступа при этом ведется отдельными заходками. Во время работы прямая лопата черпает породу снизу вверх, впереди и с боков, перемещаясь по мере отработки уступа в продольном и поперечном направлениях.

Под забоем экскаватора понимают место его работы, его рабочую зону. Сюда относится площадка, на которой размещен экскаватор, часть поверхности, с которой вынимают породу, а также площадка для установки транспортных средств, подаваемых под погрузку. Когда разработка ведется отвал, к забою относится также площадка для размещения выгружаемой из ковша породы. По мере работы экскаватора забой перемещается.

При всех экскаваторных работах забой проектируют так, чтобы можно было лучше использовать оборудование, добиваться высокой производительности труда и снижения стоимости работ.

Забой экскаватора - прямой лопаты.

Прямая лопата конструктивно приспособлена для выемки породы выше уровня стоянки экскаватора. Жесткое крепление ковша позволяет работать как в отвал, так и с погрузкой в транспортные средства. Рабочие размеры экскаватора рассматриваемого типа определяются емкостью ковша, длиной стрелы и рукояти, а также углом наклона стрелы.

Основными рабочими размерами экскаватора, оборудованного прямой лопатой, являются:

радиус копания - горизонтальное расстояние от оси вращения до зубьев ковша при копании;

высота копания - вертикальное расстояние от уровня стоянки экскаватора до зубьев ковша при копании (наибольшая высота копания соответствует максимально поднятой рукояти);

радиус выгрузки - горизонтальное расстояние от оси вращения экскаватора до середины ковша при разгрузке;

высота выгрузки - вертикальное расстояние от уровня стоянки экскаватора до нижней кромки открытого днища ковша в процессе выгрузки (наибольшая высота выгрузки соответствует максимально поднятому ковшу); глубина копания - расстояние от уровня стоянки экскаватора до зубьев ковша при копании ниже уровня стоянки.

Радиус копания при наиб. высоте выгрузки

Наибольшй радиус копания

Рис. 1.2. Рабочие размеры экскаватора с прямой лопатой Для сокращения передвижек экскаватора и числа горизонтов выгодно увеличивать высоту забоя. Однако это увеличение ограничивается соображениями безопасного ведения работ. Рациональная высота забоя определяется также длиной пути, который должен проделать ковш, снимая нормальную стружку, до полного наполнения.

Ширина забоя, как правило, определяется размерами рабочего оборудования; расстояние между экскаватором и транспортными средствами выбирается таким, чтобы создавались условия для работы с наименьшими углами поворота.

1.3. Основные части экскаватора.

Современный одноковшовый экскаватор состоит из следующих основных частей: ходового оборудования, поворотной платформы с механизмами и силовым оборудованием, рабочего оборудования.

Ходовое оборудование гусеничное, обеспечивающее хорошую проходимость экскаватора.

Поворотная платформа опирается через ролики опорно- поворотного устройства на раму ходового оборудования, относительно которого платформа может поворачиваться в горизонтальной плоскости.

Рабочим оборудованием называется та часть, с помощью которой они копают грунт, поднимают груз, зачерпывают и перегружают. Рабочее оборудование расположено в передней части поворотной платформы экскаватора.

Рассмотрим принцип действия рабочего оборудования. Оборудование прямой лопаты является наиболее распространенным видом рабочего оборудования, так как оно позволяет разрабатывать породы любой крепости и обеспечивает наименьшую продолжительность экскаваторного цикла.

Рабочее оборудование прямой лопаты состоит из стрелы , шарнирно соединенной с поворотной рамой, рукояти , ковша, жестко закрепленного на рукояти, и напорного механизма.

Ковш в начале копания устанавливается на почве уступа и разрабатывает забой снизу вверх. Под действием натяжения подъемного каната и одновременно выдвижения напорным механизмом рукояти вперед ковш совершает рабочий ход по дуге. Толщина срезаемой стружки регулируется напорным механизмом таким образом, чтобы работа велась при нормальной скорости движения ковша, соответствующей полному использованию мощности двигателя экскаватора и обеспечивающей его наибольшую производительность.

Вторая стружка снимается рядом с первой и т. д., пока ковш не обойдет забой или заходку на всю ширину. Затем в том же порядке снимается второй

слой и т. д. до полного использования рабочего хода рукояти и выемки всего объема породы с части заходки, разрабатываемой с одной стоянки экскаватора. Таким образом, прямая лопата разрабатывает забой снизу вверх, впереди и с боков, перемещаясь вдоль фронта уступа по мере отработки заходки.

По окончании напора породы в ковш последний отводится от забоя и верхняя платформа вместе с рабочим оборудованием поворачивается к месту выгрузки, днище ковша открывается и порода высыпается. После этого платформа экскаватора с рабочим оборудованием снова поворачивается к забою, ковш опускается на почву разрабатываемого уступа и начинается новый цикл работы экскаватора.

1.4. Конструкция механизмов.

Рабочее оборудование. Экскаватор ЭКГ-8И оборудуется только прямой лопатой. На экскаваторе применяется лопата с обычными размерами стрелы и рукояти (длина стрелы 13,35 м , длина рукояти 11,425 м).

Стрела экскаватора имеет круглое сечение и сварно-литую конструкцию; в нижней части ее вварена литая тяга для соединения с кронштейнами поворотной платформы, в средней - плита напорного механизма и в верхней - головная отливка для крепления оси головных блоков и серьги вантовых канатов. Для устойчивости при поворотах на стреле предусмотрены две тяги со стяжными гайками.

Рукоять у экскаватора - круглого сечения и состоит из двух балок, соединенных передней отливкой , имеющей проушины для подвески ковша . В нижней части к балкам приварены напорные рейки ; к передним и задним частям балок приварены упоры для ограничения хода рукояти.

Ковши экскаватора - литые, состоят из двух частей, соединяемых при помощи призонных болтов и сварки.

Напорный механизм состоит из двух заключенных в масляные ванны зубчатых передач, напорного вала с седловыми подшипниками, двигателя и тормоза.

Тормоз напорного механизма - колодочный, замкнутого типа; торможение производится пружиной, выключение тормоза - при помощи пневматического цилиндра.

Поворотная платформа с механизмами. На поворотной платформе экскаватора размещаются двигатель-генераторная группа, подъемная лебедка, поворотный механизм, двуногая стойка, пульт управления, пневмосистема с компрессором и кузов.

Поворотная платформа состоит из сварно-литой рамы, сварного корпуса противовеса, правой и левой площадок. Опирается платформа через роликовый опорный круг на ходовую раму, с которой соединена центральной цапфой.

Подъемная лебедка - двухбарабанная, редуктор одноступенчатый с косозубыми шестернями. Промежуточный вал состоит из трех частей, соединяемых двумя эластичными муфтами. Тормозными шкивами подъемной лебедки являются внешние поверхности муфт, соединяющих двигателями с ведущим валом редуктора. Тормоза - колодочные, управляются пневматическими цилиндрами.

Поворотный механизм состоит из двух одинаковых агрегатов, устанавливаемых на поворотной платформе. Редуктор - двухступенчатый; сверху на него устанавливается поворотный двигатель вертикального исполнения. Смазка редуктора - циркуляционная, от насосов.

Тормоза поворотного механизма размещаются на верхних концах валов электродвигателей; по конструкции они колодочные, выключение производится пневматическими цилиндрами.

Нижняя рама и механизм хода. Нижняя рама - сварно-литой конструкции, устанавливается на осях ходовых тележек. На нижней раме

устанавливается опорно-поворотный венец, на который опирается поворотная платформа с механизмами.

Ходовое оборудование экскаватора состоит из ходового механизма и двух гусеничных тележек

Ходовой механизм состоит из двигателя, четырехступенчатого редуктора, зубчатых передач, кулачковых муфт и тормоза.

Тормоз - колодочный; управление кулачковыми муфтами и тормозом осуществляется при помощи гидравлических цилиндров гидросистемы нижней рамы.

Ходовые тележки состоят из двух литых рам и двух гусеничных лент, надетых на ведущие и опорные колеса тележек.

1.5. Производительность экскаватора.

К основным факторам, влияющим на производительность экскаватора, относятся следующие:

1) трудность разработки горной массы, которая оценивается категорией
породы и ее состоянием. При разработке, например, влажной глинистой
породы, которая налипает на ковш, уменьшается полезный объем последнего
и увеличивается продолжительность цикла из-за более длительной разгрузки
ковша. В зимних условиях плохо раздробленный мерзлый грунт также
снижает коэффициент наполнения ковша;

технические данные, состояние и надежность экскаватора;
квалификация машиниста;
качество забоя, оцениваемое его высотой, условиями подхода транспорта к
месту погрузки, освещенностью;

5) организация работ, зависящая от достаточности транспортных средств,
состояния дорог, своевременного снабжения топливом, энергией, запасными
частями и т. п.

Производительность экскаватора, т. е. то количество полезной работы по выемке или перемещению грунта, которое он может совершить в единицу

времени, может быть разделена на теоретическую, техническую и эксплуатационную.

Теоретическая производительность экскаватора определяется как произведение емкости ковша экскаватора на расчетное число циклов в единицу времени и не учитывает условий, в которых работает экскаватор.

Техническая производительность рассчитывается с учетом конкретных условий работы: категории горной породы, коэффициентов разрыхления породы и наполнения ковша при непрерывной работе, а также с учетом перерывов в работе, неизбежных для данного типа машины. Например, перерывы в работе одноковшового экскаватора происходят при его передвижке, роторного - при изменении направления поворота стрелы, передвижке при подходе к забою.

Техническая производительность показывает тот предел производительности, которой может быть достигнут при полном использовании машины.

Техническая производительность:

Коэффициент наполнения ковша зависит от категории разрабатываемого грунта, степени подготовленности его к экскавации, вида рабочего оборудования и емкости ковша.

Эксплуатационная производительность, в отличие от технической, учитывает степень совершенства организации экскаваторных работ, т. е. учитывает простои по тем или иным причинам.

При определенной технической производительности эксплуатационная производительность полностью определяется степенью использования экскаватора во времени в течение смены, месяца, года.

Сменная производительность экскаватора (эксплуатационная за смену) может быть определена по формуле

где Т- продолжительность смены, ч;

k_B - коэффициент использования рабочего времени экскаватора в течение

смены.

Коэффициент использования рабочего времени представляет собой отношение чистого времени работы экскаватора в течение смены к продолжительности смены и зависит от организации экскаваторных работ (своевременная подача транспорта, бесперебойное электроснабжение и т. д. Для повышения производительности экскаватора за смену нужно постоянно повышать значение коэффициента kв , т. е. всемерно способствовать снижению непроизводительного времени.

Годовая эксплуатационная производительность экскаватора может быть определена по формуле:

где N - число рабочих смен экскаватора за год.

Для повышения производительности экскаватора необходимо
улучшать организацию экскаваторных работ путем бесперебойной подачи
транспорта, своевременным и качественным проведением буровзрывных и
подготовительных работ в забое.

Постоянное повышение квалификации машиниста, использование передовых методов труда в значительной степени повышают производительность экскаватора.

Залогом высокой производительности является хорошее обслуживание, своевременный и качественный ремонт экскаватора.

1.6. Выбор и проверка электродвигателя по нагреву.

Исходные данные для расчета.

Исходные данные	Условные обозначения	Значение
Усилие при копании породы	^F*	498830 Н
Скорость подъема ковша	V пр	0,94 м/с
Скорость обратного хода	Vобр	1,88м/с
Масса ковша	т_с	13600кг
Масса породы	т_д	13500кг
Радиус ведущей шестерни	r_ш	0,48м
Высота забоя	lд	Юм
Путь ковша к породе	L_n	13,16м
Путь после копания	L_e	13,16м
Коэффициент трения ковша о породу	n	0,1
КПД механической передачи при рабочей нагрузк	П пМ	0,9
КПД механических передач при перемещении ковша на холостом ходу	П_пхх	0,4

Рис. 1.3. Кинематическая схема привода подъема ковша

Для предварительного выбора двигателя построим нагрузочную диаграмму механизма (график статических нагрузок механизма) Расчет времени участков цикла на этапе предварительного выбора двигателя выполняем приблизительно, т.к. пока нельзя определить время разгонов и замедлений (суммарный момент инерции привода до выбора двигателя неизвестен).

Пониженная скорость подъема груженого ковша (принимается):

Время поворота груженого ковша (приблизительно):

где L_n - путь подхода ковша к породе (L_n = 13,16 м, см. таб. 1.1); Время поворота порожнякового ковша (приблизительно):

где L_e - путь после копания (L_e = 13,16 м, см. таб. 1.1); Время возврата (приблизительно):

Время цикла (приблизительно):

Рис. 1.3. Нагрузочная диаграмма механизма подъема.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ.

При расчете мощности двигателя полагаем, что номинальной скорости двигателя соответствует скорость обратного хода стола (наибольшая скорость механизма), т.к. принято однозонное регулирование скорости, осуществляемое вниз от номинальной скорости. Ориентируемся на выбор двигателя серии Д, рассчитанного на номинальный режим работы S1 иимеющего принудительную вентиляцию.

Эквивалентное статическое усилие за цикл:

Расчетная мощность двигателя:

где К₃ - коэффициент запаса (примем К₃ = 1,2);

КПД механических передач при рабочей нагрузке.

Выбираем двигатель ДЭ812У2. Номинальные данные двигателя приводятся в таб.1. 2.

Табл. 1.2. Данные выбранного двигателя

Параметр	Обозначение	Значение
Мощность номинальная	pn	190000Вт
Номинальное напряжение якоря	u_hn	300 В
Номинальный ток якоря	IxN	680 А
Номинальная частота вращения	*lN	720 об/мин
Максимальный момент	М-_тах	6330 Нм

Момент инерции якоря двигателя

J_d

16 кгм²

Число пар полюсов

Рп

Допустимая величина действующего значения переменной составляющей тока якоря отнесенная к номинальному току (коэффициент пульсаций)

тт ^» ^

kl(don)

0,15

Для дальнейших расчетов потребуется ряд данных двигателя, которые не приведены в справочнике. Выполним расчет недостающих данных двигателя.

Сопротивление цепи якоря двигателя:

Проектирование электропривода подъема экскаватора карьера 📙 Дипломная → 🆔 15109