Автоматизированный электропривод лифта

Содержание

 

 

 

 

 

 

Введение

Основное назначение подъемно-транспортных машин – подъем и перемещение грузов. В настоящее время в связи с развитием техники, совершенствованием производственных процессов на предприятиях народного хозяйства подъемно-транспортные машины имеют большое значение. Роль подъемно-транспортных машин заключается в том, что они являются эффективными средствами механизации на крупных промышленных предприятиях, в строительстве и на транспорте, выполняя наиболее трудоемкие процессы по перемещениям различного рода грузов.                 Лифт является разновидностью подъемника и представляет собой транспортное средство прерывного действия, предназначенное для подъема и спуска людей (грузов) с одного уровня на другой. Конструктивно лифт состоит их шахты оборудованной дверями, приямком и машинным помещением с подъемной приводной лебедкой. Под шахтой понимается пространство, в котором перемещается платформа или кабина и противовес, а также установлено другое оборудование лифта, а машинное помещение – часть шахты (или иное помещение), предназначенная для установки приводного механизма, аппаратуры управления и другого оборудования лифта. Лифты нашли широкое применение в различных сферах жизнедеятельности человека, поэтому существует объяснимая потребность в разработке и проектировании надежных и безопасных электроприводов лифтовых установок.

 

Конструкция лифтов.

 

Внутри шахты вдоль вертикальных направляющих движутся кабина и противовес. Кабина и противовес подвешены на стальных проволочных канатах, которые крепятся к кабине посредством подвески. Тяговое усилие на канатах создается при вращении канатоведущего шкива при включенном приводном электродвигателе. Для остановки и удержания кабины и противовеса в неподвижном состоянии при отключенном электродвигателе служит тормоз. В приямке расположены натяжное устройство ограничителя скорости и буфера. Ограничитель скорости кинематически связан канатом с натяжным устройством и с ловителями, башмаки которых предназначены для остановки кабины, свободно движущейся вдоль направляющих, в случае обрыва или ослабления канатов, а также при превышении кабиной (противовесом) заданных величин скорости движения. Ограничитель скорости установлен в машинном помещении и связан с кабиной канатом.

Для управления движением кабины служит кнопочный аппарат, расположенный внутри на стенке кабины. Электрический сигнал от кнопочного аппарата передается по подвесному кабелю и проводам в шахте в машинное помещение на шкаф управления лифтом. Привод лифта обычно обеспечивает возможность перемещения кабины в двух режимах – на большой и малой скорости. Переключение с большой скорости на малую осуществляется этажным переключателем (датчиком), на который при подходе кабины воздействует отводка (шунт). Движение кабины с малой скоростью продолжается до подхода кабины к датчику точной остановки, закрепленному на стенке шахты. По сигналу датчика точной остановки электродвигатель лебедки и катушка приводного электромагнита тормоза отключаются от сети и кабина затормаживается и удерживается тормозом в неподвижном состоянии. Одновременно подается питание на электродвигатель привода дверей кабины. Двери автоматически открываются совместно с дверями шахты и остаются открытыми после выхода пассажиров из кабины в течение сравнительно малого промежутка времени, задаваемого реле времени в цепи управления лифтом. Затем реле времени замыкает свои контакты и подает питание на электродвигатель привода дверей кабины – двери закрываются. Лифт свободен и готов к работе по вызову, о чем свидетельствуют погасшие сигнальные лампы вызывных аппаратов, установленные на каждом посадочном этаже.

Лебедка лифта может иметь нарезной грузовой барабан или канатоведущий шкив. Барабанные лебедки применяются в настоящее время сравнительно редко, преимущественно в лифтах без противовеса, когда установка противовеса затруднена или невозможна. От канатоведущего шкива тяговое усилие передается канатом за счет действия сил трения между канатом и шкивом. Для увеличения сил трения шкив имеет ручьи (т.е. углубления на образующей цилиндрической поверхности), форма которых при данном угле обхвата шкива каната, выбранном материале и конструкции шкива позволяет обеспечивать сцепление каната со шкивом, достаточное для удержания кабины при статических испытаниях, и исключает возможность подъема кабины при неподвижном противовесе или противовеса при неподвижной кабине.

 

Классификация лифтов.

 

 Лифты классифицируются  по следующим признакам:

а) по виду транспортируемых грузов на: пассажирские, предназначенные для подъема и спуска людей, в том числе с предметами домашнего обихода, если общая масса людей и груза не превышает грузоподъемности лифта; больничные – для подъема и спуска больных на больничных транспортных средствах в присутствии сопровождающего персонала; грузовые – для транспортировки грузов в сопровождении проводника или специально выделенных людей без проводника, в том числе грузовые малые для транспортировки грузов без проводника, причем в последнем случае ограничены грузоподъемность, высота и площадь кабины с целью исключения входа человека в кабину при ее разгрузке и загрузке;

б) по виду грузонесущего устройства: на лифты, оборудованные кабиной или платформой;

в) по виду тягового органа, предназначенного для перемещения кабины или платформы: канатные, цепные, реечные, винтовые и плунжерные;

г) по виду привода на электрические и гидравлические (грузовые);

д) по виду привода дверей на лифты с дверями, открываемыми вручную, полуавтоматически и автоматически;

е) по виду шахты: на лифты, устанавливаемые в глухой шахте, огражденной на всю высоту и со всех сторон сплошными стенами; устанавливаемые в металлосетчатой шахте, огражденной со всех сторон и на всю высоту металлической сеткой; устанавливаемые в комбинированной шахте, часть которой глухая, а часть – металлосетчатая;

ж) по конструкции дверей шахты и кабины на лифты: с распашными дверями (грузовые, больничные и пассажирские для производственных зданий); с горизонтально-раздвижными дверями; с горизонтально-раздвижными дверями, перемещающимся по криволинейным направляющим, с вертикально-раздвижными дверями;

з) по расположению машинного помещения на лифты: с машинным помещением, расположенным над шахтой, под шахтой и сбоку от шахты;

и) по виду системы управления на лифты: с кнопочным внутренним управлением, при котором пуск кабины осуществляется посредством воздействия на кнопки аппарата, находящегося в кабине, а ее остановка на посадочной (загрузочной) площадке происходит автоматически; с кнопочным наружным управлением (грузовые лифты), при котором пуск кабины осуществляется посредством воздействия на кнопки аппарата, установленного вне кабины, а ее остановка на посадочной (загрузочной) площадке происходит автоматически; с простым управлением, обеспечивающим регистрацию только одного приказа или вызова; с собирательным управлением только при движении вниз; с групповым управлением, при котором обеспечивается управление группой лифтов с общей регистрацией вызовов и автоматическим выбором кабин для их выполнения, в том числе только с групповым управлением при движении вниз; с программным управлением одним или группой лифтов, позволяющим установить программу работы лифтов автоматически или вручную.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Расчет и построение нагрузочной  диаграммы механизма и тахограммы.

 

Рис. 1.1. Кинематическая схема двухконцевой подъемной лебедки: Д-двигатель; Т- тормоз; Р- редуктор; КШ- канатоведущий шкив; К- кабина;                               Пр- противовес; УК- уравновешивающий канат.

 

Цикл работы:

• Подъем номинального груза;
• Пауза;
• Спуск пустой кабины;
• Пауза.

 

Время пуска и торможения при заданном ускорении:

                                            

                                           (1.1)     

Путь, проходимый лифтом с установившейся скоростью:

                                                     

                                      (1.2) 

Время движения с установившейся скоростью:

                                                          

                                          (1.3)

Так как , то предварительный выбор двигателя можно осуществить по нагрузочной диаграмме исполнительного механизма М = f(t). Рассчитаем величины, необходимые для ее построения.

 Статический момент при подъеме номинального груза:

                                                  

,                                  (1.4)

где                                    

Статический момент при спуске пустой кабины:

                                                    

                                    (1.5)

Расчет недостающих величин в формулах (1.4), (1.5)

Примем двигатель с n0 = 1000 об/мин, тогда угловая синхронная скорость :                            

Тогда передаточное число редуктора ip:

                                           

Из стандартного ряда передаточных чисел выбираем ближайшее меньшее, т.е.      iр = 56.

Подставим полученные значения в формулы (1.4), (1.5).

При торможении двигатель отключается от сети и к его валу прикладывается механический тормоз. Следовательно,  время работы двигателя при подъёме и спуске:

                                              

                                        (1.6)

Время цикла:

                                                     

                                                  (1.7)

Тогда время пауз равно:

                                                   

                                              (1.8)

По полученным данным построим нагрузочную диаграмму.

Рис. 1.2. Нагрузочная диаграмма автоматизированного электропривода тихоходного лифта

 

Построение тахограммы.

Для построения тахограммы необходимо вычислить угловую скорость вращения барабана по приведенной ниже формуле:

                                                        

                                           (1.9)

Рис.1.3. Тахограмма автоматизированного электропривода тихоходного лифта

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Расчет оптимального передаточного  числа, выбор электродвигателя и проверка его на нагрев и перегрузочную способность.

2.1. Выбор двигателя.

Действительная продолжительность включения механизма:

                                      

                                        (2.1.1)

Среднеквадратичный момент нагрузки при ПВД:

                                        

                                    (2.1.2)

Ближайшая каталожная продолжительность включения ПВном= 60%.

Пересчитаем Мск, ПВд к этому значению ПВ по формуле:

                                         

                                   (2.1.3)

Требуемая мощность двигателя при ПВНОМ = 60%:

                                       

                                            (2.1.4)

В этой формуле коэффициент запаса kз, учитывающий динамические нагрузки, принят равным 1,22 , т.к. tпуск/tуст = 0,102.

                                             

.                                         (2.1.5)

Таблица 2.1

Выбор двигателя

Тип двигателя	Мощность Pном, кВт	Частота вращения nном, об/мин	Момент инерции J, кг·м2
МТМ 411-8	11	710	0,537
MTМ 312-6	11	950	0,312
4MTH 311-6	11	1000	0,281

 

 

2.2. Расчёт оптимального передаточного числа.

 

Из данных трех двигателей необходимо выбрать наиболее подходящий для данного технологического процесса. Для этого воспользуемся показателем условия минимизации времени пуска. Определим наивыгоднейшее передаточное отношение для каждого двигателя по формуле:

                                             

                                        (2.2.1)

Где Jл, Jдв- соответственно моменты инерции лебедки и электрического двигателя; KJ- коэффициент учитывающий момент инерции передачи, KJ=1,3.

 Отношение стандартного  отношения к наивыгоднейшему  передаточному отношению Q сравнивается для всех двигателей,  выбирается тот двигатель, у которого величина Q ближе к единице.

                                                       

                                            (2.2.2)

Где iСТ.Р≤iрасч.

           

По полученным расчетам, следует что наиболее подходит второй двигатель: тип  МТМ 312-6.

Таблица 2.2

Паспортные данные двигателя

Параметр	Значение
Номинальная мощность, Рн, кВт	11
Номинальная частота вращения, nн,об/мин	950
Номинальное напряжение, Uн,В	380
Кратность моментов, Ммax/Мн	2,8
Коэффициент мощности, cosφ	0,76
Ток статора, Iс,А	27,3
Активное сопротивление статора, R1,Ом	0,595
Реактивное сопротивление статора, x1,Ом	0,485
Напряжение ротора, Uр,В	166
Ток ротора, Iр,А	43
Активное сопротивление ротора, R2,Ом	0,097
Реактивное сопротивление ротора, x2,Ом	0,181
Коэффициент трансформации, kе	2,2
Момент инерции ротора, J,кг·м2	0,312
Масса двигателя, M, кг	210

 

Для выбранного двигателя с n0 = 950 об/мин пересчитаем статические моменты.

                           

Тогда передаточное число редуктора ip:

                                           

Из стандартного ряда передаточных чисел выбираем ближайшее меньшее, т.е.      iр = 50.

Подставим полученные значения в формулы (1.4), (1.5).

Среднеквадратичный момент нагрузки при ПВД:

   

Пересчитаем Мск, ПВд к этому значению ПВ по формуле:      

2.3. Проверка двигателя на нагрев.

Проверку двигателя на нагрев осуществим методом эквивалентного момента, для которого необходимо выполнение условия : МЭКВ≤МН.Эквивалентный момент можно рассчитать по следующей формуле:

                                  

                           (2.3.1)

Момент номинальный найдем по формуле:

                                                      

                                                  (2.3.2)

Из полученных данных видно, что условие МЭКВ≤МН выполняется 83,71(Н·м)≤110,7(Н·м)

2.4. Проверка двигателя по перегрузочной способности.

Проверку двигателя по перегрузочной способности можно осуществить используя условие перегрузочной способности, которое представляет из себя неравенство вида: , где Мдоп- допустимое значение момента, которое находится по формуле:

,

                   

где кратность моментов Км = 2,8 (из паспортных данных двигателя),

Момент динамический Мдин найдем по формуле:

                                                 

                                               (2.4.1)

где - суммарный момент инерции всего механизма, который определяется выражением , где -суммарный момент инерции лебедки.

- масса противовеса, где  - вес противовеса.

 

- угловое ускорение барабана.

По полученным данным динамический момент двигателя равен:

      

Выполним проверку неравенства для условия перегрузочной способности:                                   

   => 

Выполненная проверка двигателя по нагреву и по перегрузочной способности, показала что все необходимые условия соблюдены и двигатель типа МТМ 312-6 подходит для использования в данном технологическом процессе.

2.5. Построение уточненной нагрузочной диаграммы.

При построении уточненной нагрузочной диаграммы необходимо учесть пусковые и тормозные моменты, которые находим по формулам:

- при подъеме номинального  груза:

                            

      

-при спуске пустой  кабины :     

                           

                               

                            

      

                           

                               

Рис.2.1. Уточненная нагрузочная диаграмма автоматизированного электропривода тихоходного лифта.

3. Расчет и построение электромеханической  и механической характеристик  электродвигателя.

3.1.Построение механической характеристики:

           График механической характеристики ω = f(M) можно построить, используя переменный параметр двигателя – скольжение S. Приближенное уравнение механической характеристики асинхронного двигателя удовлетворительно воспроизводит механическую характеристику только в области малых скольжений (от S = 0 до S = Sкр):

                                              

                                                (3.1.1)

Где ;   - максимально возможное значение скольжения.                

           Т.к. по паспортным данным номинальная скорость вращения nн = 950 об/мин, то

скорость вращения идеального холостого хода принимаем n0 = 1000 об/мин.

Номинальное скольжение определим по формуле:

                                                       

                                           (3.1.2)

Отсюда, критическое скольжение равно:

         

Механическая характеристика в области малых скольжений имеет вид:

В области больших скольжений, больше критического , следует пользоваться выражением:

                                                                                      (3.1.3)

где b-коэффициент, определяемый следующим образом. Для пускового момента (S=1) соотношение (3.1.3) примет вид:

                                                                     

                                                 (3.1.4)

Откуда :

                                                                        

                                                   (3.1.5)

Для определения коэффициента b необходимо знать значение пускового момента, которое можно найти по следующей формуле:[4]

                                                                          

                                                  (3.1.6)

Из этого следует, что

Механическая характеристика в области малых скольжений имеет вид:

Пример расчета для S = 0,35:

                                     

 

    

3.2. Построение электромеханической характеристики:    

           

Рис.3.1. Упрощенная Г-образная схема замещения приведенного асинхронного двигателя.

 

По упрощённой Г-образной схеме замещения, выражение для приведенного тока ротора:

                                             

                                    (3.2.1)

где U1 – фазное напряжение, принять равным 220 В; х1, х2’,R1, R2 , – из паспортных данных двигателя.

 

   

Пример расчета для S = 0,4:

                           

Таблица 3.1.

Результаты расчетов

	0	0,05	0,1	0,15	0,2	0,27	0,35	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1
М, Н*м	0	111	202	263	296,5	309,96	300,2	287,9	259,76	232,7	208,9	189	172	157,1
ω, рад/с	104,7	99,4	94,2	89	83,7	76,4	68,0	62,8	52,3	41,9	31,4	20,9	10,5	0
I2,,А	0	21,8	40,2	55,4	67,8	81,4	92,9	98,5	107,24	113,6	118,3	122	125	127,3

 

По полученным данным построим механическую ω=f(M) (Рис.3.2) и электромеханическую I2,=f(ω) (3.3) характеристики.

Рис.3.2. Механическая характеристика

 

Рис.3.3. Электромеханическая характеристика.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Расчет пусковых сопротивлений. Построение пусковой диаграммы.

 

Под пусковой диаграммой двигателя понимают совокупность двух или более искусственных механических характеристик, которые используются при пуске асинхронного двигателя в пределах от до , где предельный момент, который не должен превышать значение момента критического и обычно принимается , - момент переключения, который принимают равным .

По принятым значениям М1 и М2 определяем число ступеней пусковой диаграммы m:

                                              

                                                (4.1)

где  - значение момента в относительных единицах.

Рассчитаем М1 и М2 по известным соотношениям:

                          

                         

                                                

 

Тогда по формуле (3.2.1) число ступеней пусковой диаграммы:

                                     

Число ступеней m округлим до ближайшего целого числа, т.е. m=2. Пересчитываем момент переключения по формуле:

                                                                                     (4.2)

Рабочие участки искусственных характеристик в пределах пусковой диаграммы от  М1 до М2 принимаем линейными, тогда пусковая диаграмма для m=2 имеет вид, представленный на Рис.3.4.

Рис.4.1. Пусковая диаграмма для m=2

Расчет пусковых сопротивлений по ступеням определяем по следующим выражениям:

                                                    

                                    (4.3)

где  - сопротивление ротора;                               

Тогда сопротивления секций пускового реостата:

       

                                                              

                                          (4.4)

                                                 

Рис.4.2 Схема сопротивлений в цепи ротора при m=2

 

5. Принципиальная электрическая  схема силовой части электропривода  и цепей управления.

 

Рис.5.1 Схема кнопочного управления электроприводом тихоходного лифта.

6. Описание работы схемы управления. 

(Рис. 5.1.)

       Привод осуществляется от асинхронного двигателя с фазным ротором. Пуск двигателя производится в три ступени. Параллельно обмотке статора двигателя включен электромагнитный тормоз, колодки которого поднимаются, как только на статор подается питание. Контакторы ускорения включаются по принципу независимой выдержки времени контактами реле времени.

Пуск двигателя производится пассажиром, из кабины кнопками приказа КП либо пассажирами, находящимися на любом из этажей, вызывными кнопками КВ. Характерными для лифта аппаратами управления являются этажные реле ЭР, установленные на общей панели управления, и этажные переключатели ЭП, которые устанавливаются на каждом этаже. Количество этажных реле и этажных переключателей соответствует числу этажей, обслуживаемых лифтом.

Электрическое оборудование, находящееся в кабине, связано с панелями управления гибким кабелем. В статорную цепь двигателя включены контакты конечных выключателей КВ, ограничивающих ход кабины вверх и вниз в аварийных случаях. В цепи управления предусмотрен ряд блокировок, предназначенных для повышения безопасности обслуживания пассажиров. Например, движение кабины недопустимо при открытых дверях шахты и кабины, что обеспечивается конечными выключателями Д1 – Дп и конечным выключателем ДК, находящимся в цепи управления.

В цепи управления двигателем предусмотрены блокировки, обеспечивающие безопасную работу лифта. К ним относятся контакты конечного выключателя КЛ, открывающиеся при срабатывании ловителя, и контакты конечного выключателя КК, контролирующего натяжение канатов. Контакты КЛ и КК воздействуют на аппараты управления таким образом, что двигатель отключается от сети при работе ловителей и обрыве канатов.

В цепи управления имеются конечные выключатели пола ПК1 и ПК2, которые находятся в открытом состоянии, когда кабина занята пассажирами, и закрываются после того, как кабина освобождается. Контакты ПК1 дают возможность вызывать кабину с этажных площадок только в том случае, когда в ней нет пассажиров. Контакты ПК2 шунтируют контакты выключателя ДК и создают обходную цепь тока в том случае, когда пассажир вышел из кабины, а дверь осталась открытой.

Работа аппаратов управления пассажирским подъемником может быть проиллюстрирована примером, когда пассажир, находясь в кабине, со второго этажа хочет поехать на (п-1) этаж. В этом случае он нажимает кнопку приказа КПп-1. Через контакты дверей шахты, контакты конечных выключателей КЛ, КК и ДК, кнопки Стоп, а также контакты 3У на катушку этажного реле   ЭРп-1  будет подано напряжение от сети переменного тока. Другой конец катушки реле ЭРп-1 подсоединен к сети. Этажное реле ЭРп-1 срабатывает, замыкает свои контакты и через этажный переключатель ЭПп-1 подает питание на катушку контактора В.