Електропривод лебідки мостового крану. 2



Міністерство освіти І науки УКРАЇНИ

ДОНЕЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ  ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСІТЕТ

 

 

 

Кафедра “Електропривод та

автоматизація промислових установ”

 

 

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

 

до курсового проекту

по дисципліні “Теорія  електроприводу”

 

 

КП 6.050702-11-110.25.00.00 ПЗ

 

 

 

 

Виконав ст. гр. ЕАПУ 08а________________ Д. Е. Мартинов

 

Перевірив                             ________________ П.І. Розкаряка

 

Нормоконтролер                ________________  П.І. Розкаряка

 

Керівник проекту              _________________ П.І. Розкаряка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Донецьк – 2011 
РЕФЕРАТ

 

Пояснювальна записка до курсового  проекту

48 сторінок, 12 рисунків, 9 таблиць, 1 додаток, 4 джерела.

 

Об’єктом проектування є електропривод  вантажопідйомної лебідки мостового крану. У проекті була виконана побудова тахограми та діаграми статичних навантажень двигуна, для системи був попередньо обраний асинхронний двигун з фазним ротором МТВ 73-10. Також були розраховані значення допоміжних опорів у колі ротора двигуна для забезпечення потрібних статичних характеристик та їх реалізація за допомогою стандартних ящиків опорів, які були підібрані з врахуванням теплового розрахунку. Для двигуна була також виконана перевірка по нагріву та перевантажної здібності. Двигун пройшов по цим перевіркам, що свідчить про правильність попереднього його вибору. Також було знайдені витрати електроенергії за час циклу.

У другій частині курсового проекту  були виконані розрахунок та побудова перехідних процесів при пуску двигуна постійного струму П22 у системі генератор-двигун. Також була оцінена можливість цього пуску у одну ступінь. Під час перевірки з’ясувалося, що струм під час перехідного процесу не перевищує допустимий для цього двигуна струм. Це свідчить, що двигун можливо пускати у одну ступінь.

 

 

 

 

 

 

 

 

МОСТОВИЙ КРАН, ЕЛЕКТРОПРИВОД, ПІДЙОМНА ЛЕБІДКА, АСІНХРОННИЙ ДВИГУН, СТАТИЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ, ПЕРЕХІДНІ ПРОЦЕССИ, НАГРІВ, ПЕРЕВАНТАЖЕННЯ, ОПОРИ, ВИТРАТИ ЕНЕРГІЇ, ГЕНЕРАТОР-ДВИГУН

 

ЗМІСТ

 

Перелік умовних позначень та скорочень .................................................................5

Вступ ............................................................................................................................6

Вихідні дані до завдання ....…....................................................................................7

  1. Електропривід вантажнопідйомної лебідки мостового крану ...........................8
    1. Опис промислового механізму та технологічного циклу його роботи ………...8
    2. Побудова діаграми статичного навантаження та попередній вибір потужності та типу асинхронного двигуна з фазним ротором ......................................................11
    3. Визначення режимів роботи двигуна ..............................................................16
    4. Побудова  уточнених  механічних  та  швидкісних  характеристик двигуна...22
    5. Розрахунок перехідних процесів та побудова навантажувальної діаграми двигуна ...............................................................................................................................26
    6. Перевірка двигуна за нагрівом та перевантажувальної здібності .................31
    7. Тепловий розрахунок та вибір опорів, побудова схем з’єднань стандартних ящиків опорів ...........................................................................................................34
    8. Розрахунок  споживаної  електроенергії за  цикл  роботи  електроприводу .....39
  2. Електропривід постійного струму за системою перетворювач-двигун ..........40
    1. Розрахунок та побудова залежностей швидкості обертання та струму якоря двигуна від часу ..............................................................................................................40
    2. Оцінка можливості пуску електроприводу в одну ступінь .............................42

Висновки   ...................................................................................................................44

Охорона праці ............................................................................................................45

Список застосованої літератури ...............................................................................47

Додаток A. Перелік зауважень нормоконтролера ..................................................48

 

УМОВНІ СКОРОЧЕННЯ ТА ПОЗНАЧЕННЯ

 

                        Скорочення:

          ККД  – коефіцієнт корисної дії

          ТВ – тривалість включення

          ЕРС  – електрорушійна сила

          ЄСКД  – єдина система конструкторської  документації

          СІ –  міжнародна система одиниць

          Г-Д  – система генератор-двигун

          ЕОМ  – електронна обчислювальна  машина

 

                         Позначення:

          G – вага

          D – діаметр

          J – момент інерції

          i – передавальне число

          a – лінійне прискорення або сповільнення

          - лінійна швидкість

          ω – кутова швидкість

          Н – висота підіймання або  опускання

          L – шлях розгону або гальмування

          t – час, тривалість

          Р – потужність

          - коефіцієнт корисної дії (ККД)

          М – момент

          Е, е – електрорушійна сила (ЕРС)

          I, i – струм

          U – напруга

          R – активний опір

          x – індуктивний опір

          s – ковзання або відносна швидкість  двигуна

          Т – стала часу

          - температура

          W –  електроенергія

          L –  індуктивність

          Ф –  магнітний потік

 

ВСТУП

 

Електричні підйомні крани  - це пристрої, що служать для  вертикального та горизонтального переміщення вантажів. Пересувна металічна конструкція с розташованій на ній лебідкою є основним елементом підйомного крану. Механізми пересування ферми крану і підйомна лебідка приводяться до дії електричними двигунами.

Умови роботи, призначення визначають конструктивну форму крану. Кожну  групу кранів в залежності від характеру транспортуємого вантажу підрозділяють по виду вантажозахватуючого пристрою. Не зважаючи на конструктивні особливості підйомних кранів, усі вони мають типове електрообладнання, вибір якого визначається умовами праці та характером навантаження.

Керування двигунами  здійснюється контролерами із кабіни оператора.

Все більше значення в системах комплексної  механізації та автоматизації опановує електропривод. Електродвигуни виготовляються у дуже широкому діапазоні потужностей. Вони відносно легко компонуються як єдине ціле з технологічними обладнанням, компактні, економічні, мають високі регулювальні властивості.

У наш час автоматизований  привід є основою механізації  та комплексної автоматизації промислових процесів. Розвиток електроприводу йде по шляху підвищення економічності та надійності за умови подальшого удосконалення двигунів, апаратів, перетворювачів, аналогових та цифрових засобів керування.

Розвиток автоматичного  керування електроприводами веде до удосконалення конструкції машин, докорінним змінам технологічного процесу, до подальшого технологічного процесу в промисловості.

Тому в даному проекті виконується  розрахунок асинхронного двигуна с  фазним ротором та розрахунок електроприводу постійного струму за системою перетворювач-двигун.

 

Вихідні дані до завдання
Таблиця 1.1 - Технічні і технологічні параметри  підйомної лебідки

 

Найменування

Позначення

Розмірність

Варіант

   

18

1

Вантажопідйомність лебідки

кН

80

2

Вага крюка

кН

6,4

3

Діаметр барабана

м

0,5

4

Момент інерції барабана

кг∙м2

32

5

Кратність полиспаста

 

3

6

Швидкість підіймання вантажу

м/c

0,5

7

Швидкість опускання  вантажу

м/c

0,53

8

Середнє прискорення (сповільнення) при підійманні вантажу

м/c2

0,42

9

Середнє прискорення (сповільнення) при опусканні вантажу

м/c2

0,39

10

Швидкість підіймання пустого  крюка

м/c

0,51

11

Швидкість опускання  пустого крюка

м/c

0,52

12

Середнє прискорення (сповільнення) при підійманні пустого крюка

м/c2

0,65

13

Середнє прискорення (сповільнення) при опусканні пустого крюка

м/c2

0,7

14

Посадкова швидкість

м/c

0,08

15

Висота підіймання

м

9,2

16

Висота опускання

м

8,2

17

Довжина провису

м

1,4

18

Швидкість при виборі (напуску) провису

м/с

0,45

19

Середнє прискорення (сповільнення) при виборі або напуску провису

м/с²

0,67

20

Тривалість горизонтального переміщення вантажу

c

18

21

Тривалість горизонтального  переміщення крюка

с

15

22

Тривалість завантаження

с

13

23

Тривалість розвантаження

с

9


 

 

1  ЕЛЕКТРОПРИВОД ГРУЗОПІД’ЄМНОЇ  ЛЕБІДКИ

МОСТОВОГО КРАНУ

 

    1.  ОПИС ПРОМИСЛОВОГО МЕХАНІЗМУ ТА ТЕХНОЛОГІЧНОГО

ЦИКЛУ ЙОГО РОБОТИ

 

Мостовий кран служить  для підіймання-опускання вантажу і його горизонтального переміщення в двох взаємно перпендикулярних напрямах: в одному – при рушенні самого моста по рейках, в іншому – при рушенні вантажного возика уздовж балки, укріпленої у верхній частині крана. Підйомні крани використовуються у виробничих цехах, а також на складах.

  Кінематична схема підйомної лебідки крана приведена на рисунку 1.1, де 1 - канатний барабан, 2 - редуктор, 3 – муфта з електромагнітним фрикційним гальмом, 4 - привідний двигун, 5 - поліспаст, 6 – вантажозахоплюючий пристрій  (крюк),  7 - корисний вантаж.

 Цикл роботи лебідки включає в себе наступні операції (рисунок 1.2):

– строповку вантажозахоплюючого пристрою (ланка 0-1);

– розгін (1-2), рушення  з усталеною швидкістю (2-3) і гальмування (3-4) привода при виборі слабини (провису) каната;

–розгін привода при підійманні крюка з вантажем (4-5);

– підйом крюка з вантажем з усталеною швидкістю (5-6);

– гальмування привода при підійманні крюка з вантажем (6-7) з накладенням гальма в момент зупинки (7);

– горизонтальне переміщення крюка з вантажем до  місця розвантаження (7-8);

– розгальмування привода (8) і розгін при опусканні крюка з вантажем     (ланка 8-9);

– опускання крюка з вантажем з усталеною швидкістю (9-10);

– гальмування  привода   при  опусканні крюка з вантажем (10-11) з переходом на знижену (посадкову) швидкість (11);

– опускання крюка з вантажем з посадковою швидкістю (11-12) і посадка вантажу (12-13);

– розгін (12-14), рушення  з усталеною швидкістю (14-15) і гальмування (15-16) привода при напуску провису каната;

–  розвантаження вантажозахоплюючого пристрою (16-17);

– розгін (17-18), рушення з усталеною швидкістю (18-19) і гальмування привода (19-20) при виборі провису;

– розгін (20-21), рушення  з усталеною швидкістю (21-22) і гальмування  (22-23) привода при підійманні крюка з накладенням гальма в момент зупинки (23);

– горизонтальне переміщення крюка до місця строповки (23 - 24);

– розгін (24-25), рушення  з усталеною швидкістю (25-26) і гальмування  (26-27) з можливим переходом на знижену швидкість (27);

– опускання крюка зі зниженою швидкістю (27-28) і посадка (28-29);

– розгін(28-30),рушення з усталеною швидкістю(30-31) і гальмування(31-32)

   привода при напуску провису. Всі подальші цикли повторюються у вказаному порядку.

 В електроприводі лебідки  застосовується асинхронний двигун  з  фазним ротором. Напруга мережі 380 В.

Рисунок 1.1- Кінематична  схема механізму підйому мостового  крана

 
1.2 ПОБУДОВА ДІАГРАМИ  СТАТИЧНОГО НАВАНТАЖЕННЯ

ТА ПОПЕРЕДНІЙ ВИБІР ПОТУЖНОСТІ ТА ТИПУ

АСИНХРОНОГО ДВИГУНА  З ФАЗНИМ РОТОРОМ

 

1.1 Попередній розрахунок потужності двигуна

При змінному механічному навантаженні, що характерно для кранових і більшості інших механізмів, потужність двигуна визначають методом послідовних наближень: спочатку потужність попередньо знаходять з діаграми статичного навантаження, потім будують повну навантажувальну діаграму з урахуванням перехідних процесів і перевіряють двигун за нагрівом і перевантажувальною спроможністю.

1.2.1 Розрахунок  тривалості роботи при підйомі-опусканні  вантажу

Підйом  вантажу

- тривалість розгону та гальмування

,

- шлях розгону та гальмування

,

- тривалість руху з  усталеною швидкістю при підійманні вантажу

.

Опускання вантажу

- тривалість розгону

,

- шлях розгону

,

- тривалість гальмування від основної швидкості до посадкової

,

- шлях гальмування

 .

Приймаючи шлях руху з посадковою швидкістю , час руху з усталеною основною швидкістю

 ,

 Тривалість руху  з посадковою швидкістю

 

.

1.2.2 Розрахунок тривалості  роботи при підйомі-опусканні  крюка

Підйом пустого крюка

- тривалість розгону та гальмування 

,

- шлях розгону та гальмування

,

- тривалість руху з  усталеною швидкістю при підійманні пускового крюка

.

Опускання пустого  крюка

- тривалість розгону

,

- шлях розгону

,

- тривалість гальмування від основної швидкості до посадкової

,

- шлях гальмування

 .

 Приймаючи шлях руху з посадковою швидкістю , час руху з усталеною основною швидкістю

 .

 

1.2.3 Розрахунок  тривалості роботи при напуску-виборі  провису

- тривалість розгону  (гальмування) 

,

- шлях розгону (гальмування)

,

- тривалість руху з  усталеною швидкістю при напуску-виборі провису

.

 

1.2.4 Побудова діаграми статичного навантаження двигуна

Передавальне число редуктора 

,

де  - передбачувана ном. швидкість обертання двигуна nн=580 об/хв.(1, Дод. Г)

Передавальне число одного ступеня = 3...5. Тоді число ступенів

.

Номінальний ККД редуктора  визначається числом його ступенів і ККД однієї зубчастої пари, який дорівнює 0,95...96.

ККД(номінальний) механізму

,

де ККД барабану,

ККД поліспасту,

ККД редуктора.

Значення ККД барабана і поліспаста дорівнюють 0,97.

 

ККД механізму залежить від його завантаження.

Для випадку підіймання і опускання вантажу

,

де  - номінальний ККД механізму,

- коефіцієнт завантаження, , так як G=Gн (Gн - номінальна вага корисного вантажу, що дорівнює вантажопідйомності лебідки).

 

Для випадку підіймання і опускання пустого крюка

,

де  - номінальний ККД механізму;

- коефіцієнт завантаження, , де(Gн=G)

 Потужність на валу  двигуна при підійманні вантажу

 .

При опусканні вантажу енергія направлена від механізму до двигуна. Тому потужність на валу двигуна

,

.

 

Потужність на валу двигуна:

- при підійманні крюка

,

- при опусканні крюка (з основною швидкістю)

 

,

  • при опусканні крюка (з посадковою швидкістю)

Потужність, що розвивається двигуном при виборі і напуску провису канату

 

де - кутова швидкість двигуна ( с-1);

- коефіцієнт, що враховує втрати в редукторі при роботі в холостому режимі, /1/

  За знайденими  значеннями і тривалостями статичних  потужностей будується діаграма статичного навантаження привода  (рис. 1.3).

Еквівалентна за нагрівом потужність двигуна під статичним навантаженням:

Режим роботи двигуна - повторно-короткочасний, еквівалентну тривалість його включення:

 % ,

де  = - загальна тривалість статичного навантаження;

- час циклу, ,

де  - сумарна тривалість розгону привода,

- сумарна тривалість гальмування приводу.

.

По каталогу /1/ вибирається двигун номінальної потужності

,

 де  - коефіцієнт запасу, =1,35;

  - номінальна тривалість включення двигуна, = 25%.

 

1.2.5 Вибір двигуна 

Паспортні дані обраного двигуна

Асинхронний двигун МТВ 613-10

Pн=80 кВт; f=50 Гц; TBн=25 %; Uн=380 В; nн=580 об/хв.; Mmax/Mн=3,0; cosφн=0,72; Icн=190 А; Icx=120 А; Rc=0,042 Ом; Xc=0,107 Ом; Epн=320В; Ipн=155 А; Rp=0,038 Ом; Xp=0,078 Ом; J=6,25 ; Ke=1,12.

Уточнимо передавальне число, число ступенів, номінальний  ККД редуктора і, якщо розбіжність  між уточненими і попередніми  значеннями величин перевищує 7%, необхідно також уточнити потужності і .

,

Передавальне число  і число ступенів збігаються з  вказаною точністю, це свідчить, що й номінальний ККД редуктора, а також потужності і збігаються з раніше розрахованими.

 

 
1.3 ВИЗНАЧЕННЯ РЕЖИМІВ РОБОТИ  ДВИГУНА

 

Робота підйомних лебідок кранів характеризується різноманітністю режимів роботи двигуна, вибір яких вимагає чітких уявлень про фізичні властивості сил і моментів, що діють в електроприводі.

 

1.3.1 Вибір та напуск провису

В обох випадках двигун, переборюючи втрати в редукторі, навантажується реактивним моментом опору:

 

де - усталена кутова швидкість двигуна при виборі чи напуску провису.

На рисунку 1.4 наведені механічні  характеристики механізму та двигуна  при виборі (напуску) провису.

 Середній динамічний момент двигуна:

,

де 

- приведений до вала двигуна момент інерції обертових частин привода,

 

 

 Оскільки середній  динамічний момент відповідає  середній швидкості , то величина пускового моменту двигуна:

 

 

Точки з координатами , і , визначають шукану реостатну механічну характеристику 1 (для характеристики 3 ті ж самі координати беруться з протилежним знаком).

Оскільки величина за модулем менша абсолютного значення моменту , то середній момент двигуна при гальмуванні:

 

Початковий гальмовий момент:

 

 

Точки з координатами , і , визначають шукану реостатну характеристику 2 (для характеристики 4 ті ж координати беруться з протилежним знаком).

 

 

 

1.3.2 Підйом  вантажу

Величина середнього пускового моменту двигуна для забезпечення заданого прискорення при підійманні вантажу:

 

 

 де  – момент опору на валу двигуна при підійманні вантажу:

 

 

 – середній динамічний момент двигуна при розгоні:

 

 

 – швидкість двигуна при  підійманні вантажу (на природній  механічній характеристиці 11), ;

 – приведений до вала двигуна момент інерції з урахуванням мас поступально рухомих елементів,

 

 

Приймаю початковий пусковий момент і момент переключення:

 

=1,327kН*м

 

 

 

Тривалість розгону  при підійманні вантажу

Перевірка довела абсолютну правильність розрахунків.

 

Середній момент двигуна  при гальмуванні:

 

 

При >0 повинний зберігатися руховий режим, що реалізується на ділянці а– b графіка 13 (рисунок 1.5).

 

 

 

1.3.3 Спуск вантажу

 

Статичний момент на валу двигуна:

 

 

Динамічний момент при опусканні  вантажу:

 

 

Середній пусковий момент при опусканні вантажу:

 

 

Середній гальмовий момент при опусканні вантажу:

 

 

До посадкової швидкості працює в режимі противмикання (х-ка 15), для  остаточної зупинки використовують динамічне гальмування (х-ка 16).

 

 

 

1.3.4 Підйом та опускання  пустого крюка

 

Момент опору на валу двигуна  при підійманні крюка:

Середній динамічний момент двигуна:



 


 

Пусковий момент двигуна:



 

Точки з координатами: ( ; ) та ( ; ) визначають характеристику 18 (рисунок 1.6)


Початковий гальмівний момент:



 

Точки з координатами: ( ; ) та ( ; ) визначають характеристику 19 (рисунок 1.6)


Момент опору на валу двигуна  при опусканні крюка:

Середній динамічний момент двигуна:

Пусковий момент двигуна:

Початковий гальмівний момент:

Механічні характеристики двигуна  при підйомі та опусканні крюка  представлені на рисунку 1.6.

 

 

 
1.4 Побудова уточнених механічних та швидкісних характеристик двигуна

 

1.4.1 Розрахунок опорів:

Розрахуємо пускові опори.

Розрахуємо масштаб: 

де 

Розрахуємо опори для характеристик  5…11

Опори визначаємо за формулою:

,

де  – відстань на прямій між пусковими характеристиками

Результати обчислень занесені до табл.1.2

 

Таблиця 1.2 – Опори секцій підчас пуску двигуна при підіймань вантажу

Ri, Ом

, мм

15,5

11

8,5

6,2

4,5

3


 

Розрахунок проводимо графоаналітичним методом за рисунком 1.5

Електропривод лебідки мостового крану. 2 📙 Курсовая → 🆔 77643

Електропривод лебідки мостового крану. 2 📙 Курсовая → 🆔 77643

Електропривод лебідки мостового крану. 2