Электропривод подъема крана

Содержание:

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ 3

ВВЕДЕНИЕ 4

1. ПОСТРОЕНИЕ УПРОЩЕННОЙ НАГРУЗОЧНОЙ ДИАГРАММЫ МЕХАНИЗМА 6

2. ПРЕДВОРИТЕЛЬНЫЙ ВЫБОР МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ 9

3. ПОСТРОЕНИЕ ПУСКОВОЙ ДИАГРАММЫ 11

3.1. Расчет статических характеристик и параметров, определяющих динамику электропривода 11

3.2. Построение полной нагрузочной диаграммы электропривода, проверка двигателя на нагрев и перегрузочную способность 14

3.3. Выбор сопротивлений пускового реостата 18

4. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ КРИВЫХ СКОРОСТИ, ТОКА (МОМЕНТА) ДВИГАТЕЛЯ ПРИ ПУСКЕ И ТОРМОЖЕНИИ 18

5. РАСЧЕТ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА 22

Заключение 25

Список литературы 26

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

На курсовую работу по дисциплине "Электрический привод": "Электропривод механизма подъема крана" выносится следующее задание:

Режим работы электропривода механизма подъема крана - повторно кратковременный. В цикл работы входят: опускание крюка, подъем груза, перемещение груза на заданное расстояние, опускание груза, подъем крюка, перемещение крана на исходную позицию.

В ходе выполнения курсового проекта необходимо:

1. Построить упрощенную нагрузочную диаграмму механизма;
2. Определить предварительно мощность двигателя и выбрать его по каталогу;
3. Построить пусковую диаграмму, рассчитать значения сопротивлений секций пускового реостата и выбрать их по каталогу;
4. Выбрать способ рабочего и аварийного торможения и произвести не обходимые расчеты;
5. Рассчитать и построить кривые скорости, тока и момента двигателя при пуске и торможении;
6. Определить потери энергии при пуске и торможении;
7. Разработать рекомендации по снижению потерь энергии;
8. Составить принципиальную электрическую и структурную схемы электропривода.

Исходные данные для расчета:

Масса груза  = 2900 кг;

Масса крюка = 21 кг;

Высота подъёма = 10 м;

Расстояние перемещения груза = 26 м;

Скорость передвижения крана = 0.12 м/с;

Скорость подъёма и опускания  груза = 0.43 м/с;

ПВ = 50%;

   Диаметр барабана = 0.4 м;

Момент инерции  барабана = 20 кгм²;

Передаточное  отношение редуктора = 85;  

КПД = 0.92

ВВЕДЕНИЕ

Крановое  электрооборудование  является  одним  из  основных  средств  комплексной  механизации  всех  отраслей  народного  хозяйства.  Подавляющее большинство     грузоподъемных     машин     изготовляемых     отечественной  промышленностью,  имеет  привод  основных  рабочих  механизмов,  и   поэтому действия  этих  машин  в  значительной  степени  зависит   от   качественных показателей используемого кранового  оборудования.

Перемещение грузов, связанное с грузоподъемными  операциями,  во  всех отраслях   народного   хозяйства,   на   транспорте   и   в    строительстве осуществляется разнообразными грузоподъемными машинами.

Грузоподъемные  машины  служат  для  погрузочно-разгрузочных  работ, перемещения грузов в технологической цепи производства или строительства  и выполнения ремонтно-монтажных  работ  с  крупногабаритными  агрегатами.

Грузоподъемные  машины с электрическими приводами  имеют чрезвычайно  широкий диапазон использования, что характеризуется  интервалом  мощностей  приводов от сотен ватт до 1000кВт. В перспективе  мощности крановых механизмов  может  дойти до 1500 –2500 кВт.

Мостовые  краны в зависимости  от  назначения  и  характера  выполняемой работы  снабжают  различными  грузозахватными  приспособлениями:   крюками, грейферами, специальными захватами и т.п. Мостовой кран весьма удобен для использования, так как благодаря перемещению  по крановым путям,  располагаемым  в верхней части цеха, он не занимает полезной площади.

Электропривод большинства грузоподъёмных машин  характеризуется повторно - кратковременном  режимом работы при  большей  частоте  включения,  широком диапазоне  регулирования  скорости  и  постоянно  возникающих  значительных перегрузках  при  разгоне   и   торможении   механизмов.   Особые   условия  использования электропривода в  грузоподъёмных машинах явились  основой  для создания специальных  серий электрических двигателей и  аппаратов  кранового исполнения. В настоящее время крановое электрооборудование  имеет  в  своём составе серии  крановых электродвигателей переменного  и  постоянного  тока, серии силовых  и  магнитных  контроллеров,  командоконтроллеров,  кнопочных постов,    конечных    выключателей,    тормозных     электромагнитов     и электрогидравлических  толкателей, пускотормозных резисторов  и  ряд  других аппаратов, комплектующих  разные крановые электроприводы.

  В крановом электроприводе начали  довольно  широко  применять   различные системы тиристорного  регулирования и  дистанционного  управления  по  радиоканалу или  одному проводу.

В настоящее время  грузоподъемные  машины  выпускаются  большим  числом заводов. Эти машины используются во многих отраслях народного  хозяйства    металлургии, строительстве, при добыче полезных ископаемых, машиностроении, транспорте, и в других отраслях.

Развитие  машиностроения,  занимающиеся  производством   грузоподъемных машин, является важным направлением развития народного хозяйства страны.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ПОСТРОЕНИЕ  УПРОЩЕННОЙ НАГРУЗОЧНОЙ ДИАГРАММЫ  МЕХАНИЗМА

Все производственные механизмы, исходя из характера изменения статической нагрузки, условно разбиты на восемь основных групп. Такая классификация позволяет осуществить системный подход к анализу переходных процессов в общем виде, выбору мощности двигателя, синтезу замкнутых систем электропривода.

Механизм подъема мостового крана относится к первой группе, когда статический момент практически не меняется M_c = const. Двигатель подъема мостового крана работает в одном из номинальных режимов S3-S5.

Для предварительного выбора мощности двигателя необходимо определить статические усилия и моменты наиболее характерных режимов работы механизма и построить упрощенную нагрузочную диаграмму за цикл M_c = f(t).

К основным режимам работы механизма подъема, входящим в технологический цикл относятся:

1. Спуск порожнего крюка;
2. Подъем крюка с номинальным грузом;
3. Спуск крюка с номинальным грузом;
4. Подъем порожнего крюка.

1.1. Окружное статическое усилие на барабане:

– при подъеме номинального груза:

 

q=10

=2900*10=29000 Н

     – при подъеме порожнего крюка:

=21*10=210 Н

1.2. Статический момент подъема груза, приведённый к валу двигателя:

где D_Б – диаметр барабана, i – общее передаточное число передачи.

1.3. Статический момент при спуске груза:

1.4. Статический момент при подъеме крюка:

 

где h_Х – КПД при частичной загрузке, определяемой коэффициентом загрузки:

                    

тогда КПД при частичной загрузке:

                                                     (1.6)

где α – опытный коэффициент, среднее значение которого α =0,07.

 

 

1.5. Статический момент при спуске крюка

      

        

1.6. Время подъема и спуска груза и крюка предварительно можно принять одинаковыми:

                          

где h – высота подъема,

1.7 Суммарное время работы составит: 

 

8. Время передвижения крана:         

 

1.9 Суммарное время пауз распределяется между отдельными режимами следующим образом:

– время между подъемом груза и спуском груза t_ПР, равно времени между подъемом крюка и его спуском;

– время между спуском груза и подъемом крюка, равное времени между спуском крюка и подъемом груза принимаем за время строповки t_СT = 30 c.

                

По результатам расчета строим упрощенную нагрузочную диаграмму электропривода подъема мостового крана. Суммарное время цикла:

1.10. Реальная продолжительность включения механизма подъема:          ПВ% =

                                         

2. ПРЕДВОРИТЕЛЬНЫЙ  ВЫБОР МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ

2.1. Для предварительного выбора мощности двигателя можно воспользоваться методом эквивалентного момента.

      

2.2. Угловая частота вращения двигателя

 

где – скорость подъема груза, м/с.

Частота вращения двигателя:                                     

2.3. Мощность двигателя при ПВ%, полученном в разделе 1.

  , Вт            

Мощность двигателя при стандартной величине ПВ=40% следует определять с коэффициентом запаса (1,16 ÷ 1,25), учитывающим увеличение мощности двигателя в переходных режимах.

Р₄₀=1.2 Р 10^-3,Вт         Р₄₀=1.2 9000 10^-3=12 кВт

По расчётным данным выбираем краново-металлургический двигатель Д-32

 

Паспортные данные двигателя Д-32

Параметр	Обозначение	Ед. Измерения	Величина
Мощность	Рн	Вт	13000
Напряжение	Uн	В		220
Ток	Iн	А		68
Номинальная частота вращения	nн	об/мин		1240
Максимальная частота вращения	nmax	об/мин		2500
Момент инерции	Jдв	кг м2		0.425

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. ПОСТРОЕНИЕ  ПУСКОВОЙ ДИАГРАММЫ

РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЙ СЕКЦИИ ПУСКОВОГО РЕОСТАТА И ВЫБОР ИХ ПО КАТАЛОГУ

3.1. Расчет  статических характеристик и  параметров, определяющих динамику  электропривода

3.1.1. Номинальная угловая скорость двигателя:

                                               

3.1.2. Коэффициент ЭДС двигателя:

                                                           (3.2)

, где  ;

         =  

3.1.3. Угловая скорость идеального холостого хода:

                                                                   

3.1.4. Перегрузочная способность двигателя:

,        = 9550                             

3.1.5. Пусковой ток двигателя: I₁ = 2 I_н =2 68=136 А

3.1.6. Ток переключения

_{Кратность токов:}

 

3.1.7. Полное пусковое сопротивление:

;             Ом

3.1.8. Число пусковых ступеней: ;                                         

3.1.9. Уточняем значение кратности токов переключения:

3.1.10. Величины сопротивлений пусковых ступеней:

,  Oм;                   Oм;

, Oм;                   Oм;

, Oм;                    Oм;

3.1.11. Величины сопротивлений противовключения:

, Oм;                        Oм;

, Oм;                      Oм;

, Oм;                      Oм;

3.1.12.   – подъем номинального груза, I_C1:

  , A;          A;

 – спуск номинального груза, I_C2:

  , A;       A;

- подъем порожнего крюка I_Сз:

, А                   А

      - спуск порожнего крюка I_С4.           ,  А                   А

 

3.1.13. Для расчета переходных процессов и построения полной нагрузочной диаграммы необходимо определить приведенные моменты инерции для различных режимов:

- при подъеме и спуске крюка с номинальным грузом.

где , здесь - линейная скорость подъема и опускания

груза, задана; -угловая скорость подъема груза, рассчитывается как:

 ;

J_М -момент инерции муфты и быстроходного вала редуктора, J_M=(0,1 ¸ 0,2)J_ДВ; J_Ш - момент инерции тормозного шкива, J_Ш=(0,2 ¸ 0,3)×J_ДВ; s - коэффициент, учитывающий момент инерции редуктора и барабана; s = 1,1 ¸ 1,2.

  J_M=(0,1 ¸ 0,2)J_ДВ=0.1×0.425=0.085 кгм²

    J_Ш=(0,2 ¸ 0,3)×J_ДВ=0.2×0.425=0.12 кгм²

- при подъеме и спуске порожнего крюка

 

где J_K - момент инерции крюка приведенный к валу двигателя,

 , кГм².

3.2. Построение  полной нагрузочной диаграммы  электропривода, проверка двигателя  на нагрев и перегрузочную  способность

3.2.1. Электромеханическая постоянная времени электропривода при работе на естественной характеристике:

- в режиме подъема и спуска крюка с номинальным грузом

  , с;

с;

– в режиме подъема и спуска порожнего крюка

  , с;

с;

3.2.2. Время пуска электропривода при подъеме номинального груза

  , с;

с;

время пуска электропривода при спуске номинального груза

     

      

3.2.3. Время пуска электропривода при подъеме и спуске порожнего крюка

     

 

 

3.2.4. Ввиду малости времени пуска для различных режимов по сравнению со временем работы и большого числа пусковых ступеней, можно принять ток двигателя при пусках постоянным и равным среднему пусковому току.

  , A

A

Торможение при подъеме номинального груза осуществляется в режиме выбега, при этом время торможения можно определить из уравнения движения при

,  с

где ω_C1 определена в п. 3.1.13.

,  с

Торможение при спуске номинального груза осуществляется в режиме противовключения .При этом принимается момент двигателя постоянным и равным

  , Н⋅м

  , Н⋅м

тогда время торможения при спуске номинального груза

,с

где

,с

3.2.5. Торможение при подъеме или спуске порожнего крюка осуществляется в режиме противовключения и время торможения определяется

  , с;

где Т_пр – электромеханическая постоянная режима противовключения

 

     

I_кон- величина тока в конце торможения при w = 0

  , с;

3.2.6. Уточнение длительности работы на отдельных режимах. Действительное время работы двигателя при подъеме номинального груза

, с

где n₁ -действительная скорость подъема груза

                                                             

, с

Действительное время работы двигателя при спуске номинального груза определяется аналогично

   , где

Действительное время работы при подъеме и спуске порожнего крюка

     

м/с - скорость подъема и опускания порожнего крюка.

м/с

 

3.2.7. Суммарное время работы.

  

Время цикла была вычислена ранее, тогда время пауз

  

По расчетным данным строим полную нагрузочную диаграмму l=f(t)

3.2.8.Проверку двигателя на нагрев производят по методу эквивалентного тока I_ном≥I_э, где I_э - эквивалентный ток определяется по формуле

     

При торможении двигателя в режимах подъема и спуска порожнего крюка принят линейный закон изменения тока (треугольники тока на рис. 3.2) Такое упрощение, если время переходного процесса мало по сравнению с основным периодом работы, не вносит существенной погрешности, но ток на таком участке определяется следующим образом

  

I_ном≥I_э

68>20.4

  Окончательно эквивалентный ток за полный цикл работы двигателя электропривода подъема мостового крана определяется так:

                             

3.2.10. Реальная относительная продолжительность включения:

Далее происходит пересчёт эквивалентного тока с полученного ε на стандартное значение ε =0,4 (т.е. на ПВ=40%).

   

  

У выбранного двигателя номинальный ток I_НОМ больше полученного эквивалентного     Iэ_{(ε =0,4)} - выбранный двигатель проходит по нагреву.

3.3. Выбор  сопротивлений пускового реостата

3.3.1. Определяются сопротивления секций пускового реостата

                                
                               

                                                                           

Нагрев сопротивлений определяется протекающим током и не должен превысить допускаемого предела.

3.3.2. Эквивалентный продолжительный ток для повторно – кратковременного режима протекающий через пусковые ступени реостата:

где I_П.СР – средний ток, протекающий через сопротивление

t_P – время работы ступеней,

Выбираем ящик резисторов ЯС4-1.175

4. РАСЧЕТ  И ПОСТРОЕНИЕ КРИВЫХ СКОРОСТИ, ТОКА (МОМЕНТА) ДВИГАТЕЛЯ ПРИ ПУСКЕ  И ТОРМОЖЕНИИ

4.1 Значения скорости w_С. для каждой пусковой ступени представляют:

      

       

  

4.2 Электромеханическая постоянная времени на каждой ступени.

4.3 Время пуска на каждой ступени

4.4 Полное время реостатного пуска двигателя составляет:

4.5 Начальные значения скорости на каждом участке:

4.6 Расчет кривых переходного процесса ω(t) и i_a(t) на каждой ступени пуска производим по формулам:

 – на первой ступени:

      

0.2

33.54   i=114.65

 

0.4

w=56  i=91.35

0.6

w=67.08    i=82.42

0.8

w=78.26   i=73.49

1.1

w=89.4  i=64.56

– на второй ступени:

      

t=0.1

107.4   i=114.65

 

0.2

w=109.9  i=100.28

0.3

w=114.8    i=82.42

0.4

w=117.25   i=73.49

0.5

w=119.7  i=64.56

– на третьей ступени:

      

t=0.1

124.9   i=91.35

 

0.15

w=126.18  i=82.42

0.2

w=127.41    i=73.49

0.27

w=128.64   i=64.56

– на естественной характеристике:

      

t=0.1

124.9   i=91.35

 

0.15

w=126.18  i=82.42

0.2

w=127.41    i=73.49

0.27

w=128.64   i=64.56

5. РАСЧЕТ  СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Рис. 1. Расчетная структурная схема

В качестве расчётной принимаем одномассовую схему электропривода, см. рис. 1.

 

5.1 Электромагнитная постоянная

  , с 

где L_а - индуктивность якорной цепи,

  , Гн;                          

g = 0,6 для машин без компенсационной обмотки.

  , с

5.2 Модуль статической жесткости

                

5.3   Суммарный момент инерции J_å1, определен ранее.

Полученные величины вносим в структурную схему смоделированную  в Matlab в пакете Simulink:

        

_{В результате получим следующие графики:}

Рис.3 Зависимость угловой  скорости от времени w₀(t)

 

Рис. 4 Функция ошибки ∆w(t)

Рис.5 Зависимость w(t)

 

 

 

 

 

                   

                    

                                                                

Заключение

_{Таким образом, в ходе выполнения курсовой работы была построена нагрузочная диаграмма механизма, рассчитан и выбран двигатель, построена пусковая диаграмма, рассчитаны и построены кривые скорости и тока двигателя при пуске и торможении, а также построена структурная схема электропривода.}

 

Список  литературы

1. Вешеневский, С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе / С.Н.                 Вешеневский. - М. : Энергия, 1977. - 432 с.
2. Ключев В. И. Теория электропривода.— М.: Энергоатомиздат, 1985.

 

3. Чиликин М. Г., Ключев В. И„ Сандлер А. С. Теория автоматизированного электропривода.—М.: Энергия, 1979.—616 с.