Расчет электропривода штангового навозоуборочного транспортера

Размещено на http://www.allbest.ru/

Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия

Кафедра: «Эл. Привод и Эл. Машины»

Дисциплина: « Эл. Привод»

Курсовой проект

«Расчет электропривода штангового навозоуборочного транспортера»

Выполнила: Лелюх.Д.Б.

Группа: Эл - 41

Проверил: Орлов Д.Д

Волгоград 2006

Введение

Выполнение курсового проекта по дисциплине «электропривод» преследует следующие цели: во-первых, это более углубленное изучение вопросов дисциплины, во-вторых, закрепление уже полученных знаний и приобретенных навыков расчетов. Самостоятельное решение вопросов выбора двигателя, построение его механической и электромеханической характеристик, нагрузочной диаграммы. Проверка выбранного двигателя.

Выполнение анализа технологического процесса и разработка схемы управления электроприводом.

Аннотация

В данном курсовом проекте мы попытаемся рассчитать электрический привод транспортера штангового навозоуборочного.

- Рассчитаем и согласуем нагрузочные диаграммы рабочей машины и электрического двигателя.

- Построим механическую, а также электромеханическую характеристики электродвигателя, проверим выбранный двигатель по условиям пуска. Перегрузке и нагреву.

- Выполним разработку схемы управления приводом с учетом особенностей технологического процесса.

1. Расчет и построение нагрузочной диаграммы РМ

Для построения нагрузочной диаграммы штангового транспортера необходимо определить значение усилий, моментов, потребных мощностей, как под нагрузкой, так и на холостом ходу:

Усилие, возникающее в транспортерных штангах на холостом ходу:

Fx.x=9.81 mш Lш fс.к (1.1)

Где mш - масса одного погонного метра штанги со скребками, кг

Lш - длина каждой штанги, м;

fс.к - коэффициент трения скребков о дно навозного канала, fс.к=0.5 [1];

Fx.x= 9.81* 9 *90 *2 *0.5=7946 [Н]

Усилие, возникающее в штангах транспортера при перемещении навоза:

F1=9.81mн fн.к. (1.2) ;

Где mн- масса навоза на одну уборку, кг

f н.к.- Коэффициент трения навоза о дно и стенки канала, f н.к=0.97 [1];

mн= Nq / Z (1.3)

где N - количество животных (коров);

q - Выход навоза от одного животного;

Z - Количество уборок навоза в сутки,

mн=120*30 /4 = 900 (кг)

F1= 9.81 * 900* 0.97 = 8564 (Н)

Усилие, возникающее в штангах транспортера при определении трения навоза о боковые стенки канала:

F2=4.9 mн fн.к (1.4)

F2=4.9*900*0.97=4278 (Н)

Усилие, возникающее в штангах транспортера при заклинивании навоза между скребками транспортера и стенками канала.

F3= F`3 Lш/l (1.5)

Где F`3 - усилие заклинивания, приходящееся на один скребок, F`3 =15 (Н), [2];

l - расстояние между скребками.

F3= 15*90*2/0.8 =3375 (Н)

Суммарное усилие, возникающее в цели транспортера под нагрузкой:

?F=F1+F2+F3+Fх.х.

?F=8564+4278+3375+7946=24163 (Н)

Потребная мощность транспортера под нагрузкой.

PA=?F Vш/зп * 10-3 (1.6)

где Vш - скорость движения штанг транспортера, м/с;

зп - КПД передачи.

PA= 24163*0.23/0.98*10-3=5.68 (кВТ)

Потребляемая мощность транспортера при холостом ходе:

Рх.х= Fx.x Vш/ зп* 103 (1.7)

Рх.х=7946*0.23/0.98*103=1.86 (кВт)

Для построения нагрузочной диаграммы необходимо знать число ходов, необходимое для перемещения всего навоза, и массу навоза, сбрасываемую за один ход

Масса навоза, приходящаяся на один скребок:

mн= Nq/Zk nск (1.8)

где nск - количество скребков , шт:

nск=(Lш/0.8)*2=226 (шт)

mн=120*30/4*226= 3.98 (кг/скр.)

Усилия при перемещении навоза:

F`1= 9.81*3.98*0.97=37.87 (Н/скр)

F`2=4.9*3.98*0.97=18.94 (Н/скр)

F`3=15*1=15 (Н/скр)

Суммарное усилие на скребок, без учета Fх.х:

?F`=F1`+F2`+F3`=37.87+18.94+15=71.81 (Н/скр)

Т.к синхронно работают 2 штанги, то:

?F``=2?F`=2*71.81=143.62 (Н/скр)

Продолжительность рабочего хода штанг:

tр.х= Sф/Vк (1.9)

где Sф - длина хода штанги, м.

tр.х=1.0/0,23=4.53 (с)

Сброс навоза в приемник происходил в течении:

t 2= tр.х*0.15=4.35*0.15=0.653 (с)

Продолжительность перемещения навоза по каналу с постоянной нагрузкой:

t 4= tр.х - t 2=4.35 - 0.653= 3.698 (с)

Время, затрачиваемое на остановку и перемену направления движения штанг транспортера:

t 3= 2 (с)

Продолжительность работы транспортера на холостом ходу:

t 4= tр.х=4.35 (с)

Время, затрачиваемое на реверсирование перед вторым рабочим ходом:

t5= 2 (с)

Далее цикл повторяется до завершения уборки, т.е. до совершения штангами из ходов.

Нагрузочная диаграмма в соответствии с расчетом, представлена на рис. 1

2. Выбор электрического двигателя

В связи с тем, что двигатели с.х исполнения для кратковременного режима работы выпускают в незначительном количестве, вместо них используют двигатели, предназначенные для длительного режима работы. Выбор ЭД производим исходя из следующих условий:

1. Климатическое исполнение и категория размещения СУ1

2. По способу защиты от окружающей среды IP44

3. По конструктивному исполнению и способу монтажа IM 1081

4. По модификации - основного исполнения.

5. по частоте вращения:

Диаметр окружности звездочки:

D=Z* m (2.1)

D=13*5=65 (мм)

Угловая скорость шестерни:

щ=х/r=0.23/32.5*10-3=7.08 (рад/с)

т.к в соответствии с [1] для рабочих машин, имеющих частоту вращения менее 600 об/мин (в нашем случае n=67.6 об/мин). Экономически выгодно и технически целесообразно применение высокоскоростных двигателей, с частотой вращения 1000-1500 об/мин в сочетании с редукторами. Предварительно задаёмся n=1500 об/мин, тогда передаточное число редуктора:

i=ща/щр. (2.2)

i=149/7.08=21

Выбираем одноступенчатый цилиндрический редуктор i=21; J=0.05 кг м2

По роду тока и напряжения (переменного тока и напряжения I, UH=380/220 )

По мощности:

Рдв>Рэк, (2.3)

Где Рэк - эквивалентное значение мощности.

Рэк,= Р2п+РпРх.х+Р2х.х/ / 3 (2.4)

Рэк=5.682+5.68*1.86+1.862/3 = 3.93 (кВт)

Рдв?3.93

С учетом этого выбираем двигатель 4АМ 100 L4СУ1; PH=4кВт; nн=1420 об/мин;

Iн=9.5 А; зн=84 %; cos цн=0.85; М*к=2.5; М*п=2; М*мин=1.7; Кi=6.5; Iд=11*10-3 кг*м2;

m=39.5 кг

В связи с тем, что в начале уборки в транспортной цепи возникают максимальные усилия, то выбранный двигатель необходимо проверить по условию трогания:

К2uMп?Мт.т, (2.5)

Где Mп- пусковой момент двигателя при номинальных условиях сети;

Мт.т - момент трогания транспортера;

Мт.т=КЗMmax (2.6)

Где КЗ=1.2…1.3 - коэффициент запаса.

Ммax - момент транспортера при максимальной нагрузке.

Ммax=Рп/щн (2,7)

Ммax=5680/149=38.12 (н*м)

Мт.т=1.2*38.12=45.7 (н.м)

Кu=U/Uн - относительное значение напряжения сети, Кu=0.95

Мп - пусковой момент двигателя при номинальных параметрах сети.

Мн=Р*103/ щн=4000/149=27 (н*м)

Mп= Мн*М*п=27*2=54 (н*м)

К2u* Mп=0.952*54= 48.7 (н*м)

48.7>45.7 (н*м)

Из расчетов следует, что условие выполняется.

3. Определение приведенного момента инерции и поступательно движущихся масс РМ к валу ЭД

электрический двигатель нагрузочный пуск

Величина момента инерции машины определяется массами движущихся деталей и грузов, а так же радиусами инерции.

Величина приведенного к валу ЭД момента инерции РМ определяется по выражению:

J=Jм(щ2м/ щ2д) + m(н2/ щ2q) (3.1)

Jм- момент инерции частей машины, совершающих вращательное движение, кг*м2;

m - масса деталей и грузов, кг.

J= 0.05 (7.08/149)2 +(900 + 1620)*(0.23/149)2=0.0064 (кг*м2

На холостом ходу:

J=0.05 (7.08/149)2 + 1620(0.23/149)2= 0.004(кг*м2)

4. Расчет и построение механической и электромеханической характеристики, переходных процессов и нагрузочной диаграммы ЭД за один цикл работы РМ, Расчет и построение механической характеристики РМ

Механическая характеристика механизмов в общем случае описывается уравнением:

Мс=Мо+(Мсн-Мо)(щ/щн)х, (4.1)

Где Мо - момент сопротивления механизма не зависящий от скорости, Н*м;

Мсн - момент сопротивления при номинальной угловой скорости.

Мо=F*н/щд*зп (4.2)

Мо=5.68?103*0.23/149*0.98=8.9 (Н*м)

Т.к Мо=(1.1-1.2) Мсн, тогда:

Мсн=8.9/1.14=7.78 (Н*М)

х - показатель степени, х=0

Мс=8.9 + (7.78 - 8.9) = 7.78 (Н*м)

Механическая характеристика ЭД строится по пяти основным точкам:

1. Скорость вращения вала двигателя при идеальном х.х

що=157 (рад/с)

Sо=0

Мо=0

2. Скорость вращения вала при номинальной нагрузке:

щн=149 (рад/с)

Sн=(157-149)/157=0.05

Мн=Рн*103/149=26.8 (Н*м) (4.3)

Мн = 4*103/149=26.8 (Н*м)

3. Определим критический (максимальный) момент:

Мк=М*к*Мн=2.5 *26.8=67 (Н*м)

4. Пусковой момент двигателя S=1

Мп=М*п * Мн=2*26.8=53.6 (Н*м)

5. Минимальный момент двигателя при S=0.85

Ммин= М*мин*Мн=1.7*26.8=45.56 (Н*м)

6. Критическое скольжение:

Sк=Sн[М*к+ М2*к -1+2Sн(М*к - 1)]/[1 - 2Sн(М*к - 1)] (4.4)

Sк=0.05[2.5+ 2.52 - 1+2*0.05(2.5 - 1)]/[1 - 2*0.05*(2.5 - 1)]= 0.28

7.Угловая скорость в точке минимума

щмин= що(1 - Sмин)=157(1 - 0.85)=23.55 (рад/с)

8. Угловая скорость в критической точке:

щк=що(1 - Sк)=157(1 - 0.28)=113.04 (рад/с)

Электромеханическая характеристика I=f (щ) строится по точкам заданным каталожными данными: пусковому, номинальному и току намагничивания при синхронной частоте вращения, который может быть определен:

Io=Ix.x=IA(sin цн - cos цн/2 М*к), (4.5)

где Ix.x - ток холостого хода

Io=Ix.x= 9.5(0.527 - 0.85/2*2.5)=3.39 (А)

Пусковой ток:

Iп=Iн *Кi=9.5*6.5=61.75 (А)

Номинальный: Iн=9.5 (А)

Нагрузочная диаграмма двигателя представлена на рис. Там же приведена электромеханическая характеристика.

Анализируя диаграмму, мы можем сделать вывод, что двигатель будет работать устойчиво, т.к. механическая характеристика РМ пересекает механическую характеристику АД на рабочем участке.

Для построения переходных процессов разобьем кривую динамического момента на ряд участков, на каждом из которых момент предполагается постоянным и равным среднему значению, и для каждого участка будет справедливо следующее выражение:

Дt=J*Дщ/(М - Мc), (4.6)

(М - Мc) - соответствующее значение динамического момента на каждом из участков.

Определим для каждого участка Дt и построим кривые переходных процессов.

Дt1=2.3*10-3 (с) Дt7=1.75*10-3 (с)

Дt2=2.5*10-3 (с) Дt8=1.68*10-3 (с)

Дt3=2.5*10-3 (с) Дt9=0.92*10-3 (с)

Дt4=2.3*10-3 (с) Дt10=1.09*10-3 (с)

Дt5=2.09*10-3 (с) Дt11=1.41*10-3 (с)

Дt6=1.88*10-3 (с) Дt12=2.29*10-3 (с) Дt12=2.29*10-3

График изображен на рис.

5. Проверка выбранного ЭД по нагреву, перегрузочной способности и пуску

По нагреву ЭД проверим по допустимому числу включений в час, т.е. должно выполняться условие:

Zдоп?Zф (5.1)

Где Zдоп - допустимое чмсло включений в час;

Zф - фактическое число включений в час;

Zдоп=2500(1- е)(1+б) / K2i*tn (5.2)

Где е - продолжительность включения; е=0.27

б - коэффициент, характеризующий отношение постоянных потерь к переменным, б = 0.5

Ki - кратность пускового тока,

tn - время пуска привода, tn= 0.0269

Zдоп=2500(1-0.27)(1+0.5)/6.52*0.0269=2189

Zф=113*2=226

Zдоп=2189> Zф=226

Значит по нагреву выбранный двигатель проходит. По условиям пуска выбранный двигатель проверяется по условию:

Мпд ?Мтр*б2, (5.3)

Мтр - момент трогания рабочей машины

Мпд - пусковой момент двигателя

б=0 - коэффициент, учитывающий напряжение при пуске.

Мтр=8.9<53.6*0.5=26.8 (Н*м)

Проверка выбранного двигателя на кратковременную перегрузочную способность производится по формуле:

Ммq?Mк*б1, (5.4)

Где Ммq - равен максимальному моменту рабочей машины

б1 - 0.8 коэффициент, учитывающий снижение напряжения в сети от номинального (ДU=10%)

Ммq=8.9<67*0.8=53.6 (Н*м)

Видим, что выбранный двигатель удовлетворяет всем условиям.

6. Принципиальная схема управления электроприводом

Принцип действия схемы следующий: Приводной двигатель включается реверсивным магнитным пускателем КМ1, КМ2. Напряжение на схему подается автоматическим выключателем QF и выключателем SA.

Установка на ход «вперед» пускается автоматически программным реле времени КТП, а вручную кнопкой SB@, запитывается катушка реле КМ1 и шунтирует цепь питания. Двигатель начинает работать.

При достижении штангами конечного выключателя SQ1 его размыкающие контакты останавливают двигатель, замыкающие создают цепь тока реле КТ.

По истечении времени, необходимого на остановку двигателя, замыкаются контакты КТ, после чего ток поступает в катушку пускателя КМ2,а главные - подключают двигатель на реверсивный ход. Теперь штанги движутся в обратном направлении, до конечного выключателя SQ2,который при срабатывании своим размыкающим контактом останавливает двигатель, а замыкающей создает цепь тока реле КТ. Реле КТ с выдержкой времени замыкает свои контакты, и поскольку размыкающие контакты

SQ1 замкнуты, SQ2 разомкнуты, запитывает катушку пускателя КМ1. Далее цикл работы повторяется.

Остановка двигателя происходит автоматически при размыкании контактов КТП 1, вручную - при нажатии кнопки SB1.

От перегрузок ЭД защищен тепловым реле, от К.З. двигатель отключается автоматически выключателем QF по команде электромагнитного расцепителя. Размыкающие контакты КМ1 и КМ» осуществляют взаимную блокировку пускателей КМ1 и КМ2.

7. Выбор пусковой и защитной аппаратуры

Выключатель автоматический ВА52 31 с номинальным током Iн=100 А. Ток уставки электромагнитного расцепителя Iy max расч =63 А.

Пускатели реверсивные типа ПМЛ исполнения с трехполюсным тепловым реле серии РТЛ используемые для защиты двигателя от перегрузок и от токов, возникающих при обрыве одной из фаз. С номинальным током Iн= А. по исполнению - реверсивный, с тепловым расцепителем с электрической блокировкой. Пост управления кнопочный серии ПКЕ типа ПКЕ 212 - 3У3.

Выключатели конечные типа ВК - 211.

Литература

1. П.И Савченко «Практикум по ЭП в с.х.» - М: Колос;1996 г.

2. «Методические указания в курсовой работе по электроприводу» под редакцией А.Т. Шаповалова - М: Колос; 1983 г.

3. М.Г. Чиликин; А.С Сандлер «Общий курс ЭП» - М: Энергоиздат ; 1984 г.

4. А.П. Фоменков « ЭП с.х. машин, агрегатов и поточных линий»- М:Колос; 1984 г.

Размещено на Allbest.ru

...