Электропривод телескопического кормораздаточного транспортера

Министерство  сельского хозяйства  и продовольствия Республики Беларусь

Учреждение  образования

«Белорусский  Государственный  Аграрный 
Технический  Университет»

АГРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ      Факультет   
 

Кафедра электрооборудования  сельскохозяйственных предприятий 
 

Курсовая   работа 

по  дисциплине: «Электропривод» 

на  тему: «Электропривод телескопического кормораздаточного транспортера ». 
 
 
 

Студент 4  курса, 24 эпт  группы 

                                                                                          ______ /Мозеров С. А./                             

                                              Руководитель  проекта: 

                                                           ______ /Бабаева Е. В./

Минск – 2011 г.

     Введение. 

В курсовом проекте выполнены следующие разделы:

           -технологические  характеристики рабочей машины;

           -переходные процессы  в электроприводе;

           -выбор электродвигателя  для привода рабочей машины;

           -выбор элементов  кинематической схемы;

           -показатели разработанного электропривода.

      Также проведены энергосберегающие мероприятия. При расчёте электродвигательного устройства выбор электродвигателя происходил по режиму работы, климатическому исполнению и категории размещения.

Произведён  расчёт и выбор пускозащитной аппаратуры по критерию эффективности.

Реферат  

      Курсовой проект на тему: "Электропривод телескопического кормораздаточного транспортера" выполнен в объеме: расчетно-пояснительная записка на 27 страницах, графическая часть на 6 листах формата А4.

      Ключевые слова: электропривод, мощность, момент.

      В проекте разработан электропривод установки, проведен расчет и выбор элементов электропривода согласно задания.

     1 Технологические характеристики рабочей машины.

1.   Назначение

     Транспортер кормораздаточный телескопический  предназначен для раздачи комбинированного корма: смеси силоса и резаной  соломы. 

2.  Описание конструкции  рабочей машины

     Транспортер состоит из приводной станции, тягового троса, двух кормушек – нижней и  верхней. 

     1.3 Описание рабочих органов и их параметров 

    Перемещение кормушек транспортера по направляющим уголкам осуществляется тяговым  тросом. Параметры рабочих органов  указаны в исходных данных.

     1.4 Технологическая схема использования рабочей машины 

     Загрузка кормом производится в средней части транспортера. Перемещение кормушек транспортера по направляющим уголкам осуществляется тяговым тросом. При первом ходе нижняя кормушка перемещается под верхнюю и механически сцепляется с ней. При втором (обратном) ходе перемещаются обе кормушки и верхняя загружается кормом. По достижении крайнего правого или левого положения кормушки останавливаются и расцепляются. На третьем ходе нижняя кормушка перемещается в обратном направлении и одновременно загружается кормом. По достижении крайнего левого или правого положения кормушка останавливается, и процесс раздачи кормов заканчивается. 

     1.5 Требования к управлению рабочей машины 

    К управлению рабочей машиной должны быть предъявлены следующие требования:

    - дистанционное ручное управление;

    - звуковой сигнал перед началом  работы;

    - остановка из двух мест;

    - световая сигнализация состояния рабочей машины;

    -защита цепей от токов короткого замыкания, защита электродвигателя в аварийных состояниях по критерию эффективности. 

    1.6 Характеристика условий окружающей среды и требований к электрооборудованию 

    Категория помещения по ПУЭ - особо сырое  с химически активной средой, степень  защиты электрооборудования - IP44. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     2 Выбор электродвигателя для привода рабочей машины

     2.1 Расчет и построение механических  характеристик рабочей машины  под нагрузкой и на холостом  ходу 

     Номинальная угловая скорость ω_н и номинальный момент М_сн определяются по формулам:

     ω_сн=0,105n_м,                                                                                                 (1)

где, n_м – частота вращения рабочей машины, об/мин;

           ,                                                                                                  (2)

           ω_сн= 0,1045∙19=1,9 рад/с;

             Н∙м;                                                                                                 

      Чтобы построить характеристику необходимо воспользоваться обобщенной формулой:

              ;                                                                (3)

где, М_со – момент сопротивления механизма при любой частоте вращения,                   Н∙м;

     М_с – момент сопротивления механизма при скорости ω, Н·м

     ω – текущая угловая скорость, рад/с;

     α – показатель степени, характеризующий  изменение момента сопротивления  от скорости.

         Для построения графика необходимо  определить μ_со, α и μ_трог. Показатель степени принимается α=0. Для перевода в именованные единицы пользуемся формулами:

М_со = М_сн ∙μ_о (Н∙м),                                                                                                (4)

М_трог= М_сн ∙μ_трог (Н∙м),                                                                                          (5)

М_со =1474∙1,0=1474 (Н∙м),

М_трог=1474∙1,1=1621 (Н∙м),

      Для построения механической  характеристики рабочей машины  на холостом ходу определим  М_{сн хх}:

                                              М_{сн хх}=Р_{с хх}/ω_н,                                                        (6)

М_{сн хх}=400/1,9=210 Нм;

       Находим их истинные значения:     

М_{со хх}=μ_{со хх} М_{сн хх,}                                                                                                        (7)

М_{с трог}= μ_{трог хх} М_{сн хх,}                                                                                                                                                   (8)

α_хх=0;

μ_{со хх}=1,1;

μ_{трог хх}=1,3.

М_{со хх}=1,1∙210=231Нм_,                                                                                                      

М_{с трог}=1,3∙210=273Нм_,                                                    

      По данным расчёта строим график  механической характеристики, (см. графическую часть).

2.2 Расчет и построение нагрузочной диаграммы рабочей машины 

      Для построения нагрузочной диаграммы  определим время рабочего цикла установки:

t_ц=l/v, мин.                                                                                                            (9)                                                                                     

     где, l - длина кормушки, м;

             v - скорость движения кормушек, м/с.

             t_ц=37,5/0,25=150 с=2,5 мин.

Общее время работы составит 7,5 минут в сутки (три кормления).

     Нагрузочная диаграмма представлена на листе в графической части. 

     2.3 Выбор предполагаемого электродвигателя по роду тока, напряжению, числу фаз, типу, модификации, частоте вращения 

     Животноводческие  комплексы РБ подключены к общей энергосистеме на переменное напряжение трехфазного синусоидального тока. Выбираем двигатель асинхронный с короткозамкнутым ротором с частотой вращения 1500 об/мин, U=380/220 В., с. х. назначения, в которых лаковое покрытие обмотки боле стойкое к агрессивной среде животноводческого помещения. Климатическое исполнение УХЛ и категория размещения - 5, т.к. установка находится внутри помещения. 

     2.4 Выбор кинематической принципиальной схемы электропривода 

     Определим общее передаточное число:

     i_пр=                                                                                                        (10)

     где, n_дв– частота вращения электродвигателя, об/мин;

    Поскольку номинальная мощность электродвигателя для привода рабочей машины еще  не определена, то номинальная частота вращения вала электродвигателя точно не известна. Ранее, в пункте 2.3, определена только частота вращения его электромагнитного поля (n₀=1500 об/мин). Принимаем n_НД в формуле (10) равной частоте вращения электродвигателя, имеющего мощность примерно равную приведенной к валу электродвигателя мощности рабочей машины. Такое допущение приемлемо, поскольку асинхронные электродвигатели ближайших мощностей имеют в рабочем диапазоне примерно одинаковые номинальные частоты вращения.

     i_пр = =79.

    Для привода рабочей машины применяем  трехступенчатый цилиндрический мотор-редуктор, параметры которого будут приняты  далее.

     Ориентировочная мощность электродвигателя Р^'_{н дв} и приведенная к валу электродвигателя мощность Р'_сн определяется по формуле:

     Р^'_{н дв} ≥ Р'_сн ;                                                                                                                 (11)

где, Р_сн - мощность на валу рабочей машины при номинальной нагрузке, кВт;

  Р'_сн - приведенная к валу электродвигателя мощность рабочей машины, кВт;

   - общее КПД одноступенчатой передачи, о.е, =0,97;

3000≥ 2886 ;

    Р'_сн=2886Вт;

    Р^'_{н дв}=3,0 кВт. 

2.5 Приведение мощности, момента и скорости рабочей машины к валу электродвигателя и обоснование режима его работы 

    Приведение  мощности рабочей машины к валу электродвигателя выполнялось по формуле (11), из которой следует, что приведенная мощность Р'_сн незначительно больше мощности Р_сн на валу рабочей машины и зависит от КПД передачи.

    Приведенный к валу электродвигателя момент сопротивления  рабочей машины вычисляется по формуле:

    М'_с ;                                                                                             (12)

    М'_с Нм;

    Из  формулы (12) следует, что приведенный к валу электродвигателя момент М'_с может значительно отличаться от момента М_с рабочей машины с из-за большого передаточного числа.

    Режим работы электропривода определяется по нагрузочной диаграмме            с учетом постоянной времени нагрева электродвигателя, времени его работы или времени цикла. Поскольку электродвигатель окончательно не выбран, то ориентируемся приближенно на мощность Р^'_н.дв. По этой мощности ориентировочно выбираем постоянную времени нагрева Т_н. Т_н=19,66 мин.

    Время работы электродвигателя составляет 2,5 минуты (до 3Т_н). После отключения пауза длится более 6Т_н, и может остыть до окружающей температуры, режим работы  S2 - кратковременный. 

2.6 Расчет и построение приведенной механической характеристики на холостом ходу и под нагрузкой, а также приведенной нагрузочной диаграммы 

      Пересчитаем мощность рабочей машины к валу электродвигателя:

    Р'_сн =2976 Вт;                                                                                                                                                                        Нагрузочная диаграмма электродвигателя будет совпадать по виду с нагрузочной приведенной диаграммой рабочей машины, если продолжительность времени пуска и электрического торможения несоизмеримо меньше продолжительности работы, т.е. t_ПУСК + t_{ТОРМ.ЭЛ} < 0,02×t_РАБ

         Для построения графика приведенной  механической характеристики необходимо  определить М_со , α и М_трог. Показатель степени принимается α=0.

Для перевода в именованные единицы пользуемся формулами:

М_со =19,2∙1=19,2 (Н∙м)

М_трог=19,2∙1,1=21,1 (Н∙м),

На холостом ходу:

    М'_с Нм;

М_со =2,7∙1,3=3,5 (Н∙м)

М_трог=2,7∙1,4= 3,7(Н∙м),

      Графики приведенных механических характеристик представлены на рисунке 1. 

    2.7 Окончательный выбор электродвигателя по мощности с учетом режима работы 

    Если  режим работы S2, то выбираем электродвигатель продолжительного режима для кратковременной работы, кратковременно перегружая его. Для учета допустимой перегрузки определим коэффициент термической к_т и механической к_м перегрузки:

.                                                                                            (14)

где,

α - отношение  постоянных потерь в электродвигателе к переменным,

α=0,36; 

;                                                                                      (15) 

    Электродвигатель  выбираем по условию:

Рн≥ ;                                                                                                             (16)

_-2,5/19,66=8,3; 

; 

=1,6 кВт.

    Рн≥ =0,48 кВт;                                                                                                                   

    Р_н=0,55 кВт.

    Однако  полученная мощность, по предварительным расчетам, не обеспечит условие пуска. Поэтому принимаем электродвигатель с мощностью 2,2 кВт.

    Для привода рабочей машины применяем  четырехполюсный электродвигатель АИР90L4.

Таблица 2.7.1. Технические данные электродвигателя.

    2.8 Проверка выбранного электродвигателя по условиям пуска, перегрузочной способности  

Проверка  по условиям пуска:

    М_п∙u²≥1.3М_со                                                                                                          (17)

    М_мин∙u²≥1,3М_см                                                                                                        (18)

    t_п.нагр.≤t_{п. доп.}                                                                                                  (19)

    где, Мп, Ммин - пусковой и минимальный  моменты электродвигателя, Нм;

 Мсо, Мсм - момент, требуемый для вращения рабочей машины при скорости ω=0, ω=ω_мин;

 t_п.нагр. и t_п.доп - время пуска электродвигателя под нагрузкой и допустимое время пуска, с;

 t_п.доп=τ_раб /V;                                                                                                         (20)

где, V-скорость роста температуры при пуске, ⁰С/с;

Мп=μ_п∙Мн;                                                                                                           (21)

Ммин= μ_мин∙Мн;                                                                                                   (22)

Мкр= μ_кр∙Мн;                                                                                                       (23)

Мн=Р/ω_н;                                                                                                              (24)

Мн=2200/145,7=15,1 Нм;

Мп=2,1∙15,1=31,8 Нм;

Ммин=1,6∙15,1=24,2 Нм;

Мкр=2,2∙15,1=33,2 Нм;

31,8∙0.9²≥1,3∙19,2

25,1≥24,9 -  условие выполняется.

24,2∙0,81≥1,3∙15,1;

19,6≥19,6.

Проверка  электродвигателя на преодоление максимальной нагрузки:

Мк∙ω_к∙u²≥1,3∙Р.                                                                                                    (32)

ω_к=ω₀(1-Sк)                                                                                                          (33)

ω_к=157(1-2∙2,2∙0,07)=108,6 рад/с;

33,2∙108,6∙0,81≥1,3∙2200;

2884≥2860;

                t_п.нагр ,                                                                                  (34)

где, I- момент инерции электропривода, кг∙м²;

                    t_п.нагр ,   

                tп.доп=75/8=9,3с.

    0,05≤9,3

    Вывод: по проверяемым условиям  электродвигатель выбран правильно. 

2.9 Проверка  выбранного электродвигателя на  нагрев за цикл нагрузочной  диаграммы 

     Превышение  температуры электродвигателя над  окружающей средой за время работы определяем, пользуясь уравнением:

      ;                                                                        (35)

     где, – установившаяся температура электродвигателя, ⁰С, (36)

       – постоянная времени нагрева электродвигателя,                    (37)

     t – время работы, с;

        – удельная теплоотдача электродвигателя;                              (38)

     где =60…80⁰С– в зависимости от температурного индекса изоляции;

        – потеря мощности при  номинальном режиме;

      = Р₂-Р₁ , кВт;                                                                                       (39)

     где Р₁ – мощность двигателя, кВт;

     Р₂ – потребляемая мощность из сети, кВт;

     Р₂= ;                                                                                 (40)   

      =2,8-2,2=0,6 кВт;

      ;                                                                                        (41)

     С≈400Т  – удельная теплоемкость электродвигателя;