125322 (Проектирование электропривода подъема мостового крана)

Курсовой проект

по курсу "Теория электропривода"

на тему: "Проектирование электропривода подъема мостового крана"

Введение

В данном курсовом проекте необходимо разработать силовую часть электропривода механизма подъема мостового крана. В процессе проектирования необходимо выбрать способ реализации данного электропривода, рассчитать его рабочие характеристики, произвести тепловой расчет и обеспечить требуемую динамику, разработать схему электрическую принципиальную и т.д.

1 Анализ и описание системы “Электропривод рабочая машина”

1.1 Количественная оценка вектора состояния или тахограммы требуемого процесса движения

По заданию имеем допустимое ускорение а=0.12 м/с2. Согласно цикла работы сначала происходит спуск грузозахватывающего устройства на высоту 16 м со скоростью 0.208 м/с. Время разгона и торможения можно рассчитать по следующей формуле:

c.(1.1)

Расстояние, которое ненагруженное грузозахватывающие устройство проходит за время разгона и торможения:

м.(1.2)

Время работы на скорости V :

с.(1.3)

Далее по циклу, после паузы, подъем груза на высоту Hм=5.5 м со скоростью 0.26 м/с. и допустимым ускорением а=0.12 м/с2 . Время разгона и торможения при этом будет равно:

,c(1.4)

Расстояние, которое проходит за время разгона и торможения:

,м(1.5)

Время работы на скорости V:

,с(1.6)

Далее по циклу, происходит опускание груза на высоту 5.5 м со скоростью 0.208 м/с и допустимым ускорением а=0.12 м/с2. Время разгона и торможения можно рассчитать по следующей формуле:

c.(1.7)

Расстояние, которое нагруженное грузозахватывающее устройство проходит за время разгона и торможения: h3=0.18 ,м.

Время работы на скорости Vсп:

с.(1.8)

Далее по циклу, после паузы, подъем грузозахватывающего устройства на высоту H=16 м со скоростью 0.26 м/с. и допустимым ускорением а=0.12 м/с2 . Время разгона и торможения при этом будет равно: t7=2.167c.

Расстояние, которое проходит за время разгона и торможения: h4=0.282 м.

Время работы на скорости:

,с(1.9)

Суммарное время работы привода:

2·t1+t2+2·t3+t4+2·t5+t6+2·t7+t8=193.858 с.(1.10)

По условию время пауз составляет 56% от времени работы. Тогда можно определить время паузы:

с.(1.11)

Соответственно, время цикла:

с.(1.12)

Найдем ПВ%

%(1.13)

Двигатель работает в режиме S3, так как время цикла меньше 10 мин. Перейдем от линейной скорости грузозахватывающего устройства к угловой скорости вала двигателя:

рад/с.(1.14)

рад/с.(1.15)

где iп – передаточное отношение полиспаста,

iр – передаточное отношение редуктора,

Dб – диаметр барабана.

По найденным временам и скоростям построим тахограмму процесса движения. Её вид представлен на рис.1.1.

Рисунок 1.1 – Тахограмма процесса движения

1.2 Количественная оценка моментов и сил сопротивлений

Момент, на валу двигателя при опускании ненагруженного грузозахватывающего устройства, определим по формуле:

Н.м(1.16)

Аналогично, момент на валу двигателя при опускании груза:

(1.17)

Момент, на валу двигателя при подъёме груза, определим по формуле:

Н.м,(1.18)

Аналогично, момент на валу двигателя при подъеме грузозахватывающего устройства:

Н.м,(1.19)

гдеG вес груза;

G0 – вес грузозахватывающего устройства

КПД механических передач.

1.3 Составление расчетной схемы механической части электропривода

Кинематическая схема представлена на рисунке 3.1.

Jпр i момент инерции для вращающихся тел;

Jпр j момент инерции тел, выполняющих поступательное движение;

с i жесткость;

i передаточное число.

Выполним приведение параметров схемы к расчетной скорости:

(1.20)

(1.21)

(1.22)

Момент инерции барабана рассчитывается по формуле:

,(1.23)

гдеGб – вес барабана;

D диаметр барабана;

iред – передаточное отношение редуктора

Момент инерции груза определяем по формуле:

, (1.24)

гдеG – вес груза;

D диаметр барабана;

Iпол – передаточное отношение полиспаста;

Момент инерции грузозахватывающего устройства определяем по формуле:

(1.25)

гдеG0 – вес грузозахватывающего устройства;

Момент инерции двигателя JДВ=1.15 . Приведенный момент инерции редуктора по условию равен 35% от момента инерции двигателя:

(1.26)

Момент инерции муфты:

(1.27)

Приведенная жесткость муфты:

(1.28)

Приведенная жесткость каната:

(1.29)

гдеN – число несущих канатов;

H – максимальная высота подъема.

Имеем четырехмассовую расчетную схему.

, (1.30)

(1.31)

(1.32)

(1.33)

Перейдем к эквивалентной трехмассовой расчетной схеме, используя метод последовательных упрощений.

Расчет параметров эквивалентной схемы производится по следующим формулам:

, (1.34)

Н*м.(1.35)

Эквивалентная жёсткость рассчитывается следующим образом:

Н*м(1.36)

Перейдем к двухмассовой расчетной схеме, изображенной на рисунке 1.2.:

(1.37)

Н*м.(1.38)

Н*м.(1.39)

1.4 Построение нагрузочной диаграммы и механической характеристики рабочей машины

Все параметры, требуемые для построения нагрузочной диаграммы, рассчитаны выше.

Нагрузочная диаграмма представлена на рис. 1.2.

Рисунок 1.3 – Нагрузочная диаграмма

Время переходного процесса меньше, чем 10 % от времени установившегося движения. Поэтому при составлении нагрузочной диаграммы не надо дополнительно учитывать динамический момент.

Зная моменты нагрузки, можно построить механические характеристики рабочей машины. Характеристики представлены на рисунке 1.4.

Р исунок 1.4 – Механические характеристики рабочей машины

2. Анализ и описание системы “Электропривод сеть” и “Электропривод оператор”

Электропривод механизма подъема мостового крана питается стандартным трехфазным напряжением 380 В частотой 50 Гц. В промышленной сети возможны значительные броски напряжения, а также могут возникать аварийные ситуации, поэтому необходимо обеспечить работоспособность установки при возможных колебаниях напряжения в сети и обеспечить защиту от токов короткого замыкания. Для этого привод подключаем к сети через автоматический выключатель, который также обеспечивает защиту двигателя от возможного короткого замыкания, как со стороны питающей сети, так и со стороны нагрузки.

Управление краном осуществляется непосредственно оператором-крановщиком, поэтому управление должно быть относительно простым, позволяющим легко управлять разгоном и торможением крана, а так же осуществлять фиксированный режим работы на номинальных скоростях перемещения.

3. Выбор принципиальных решений

3.1 Построение механической части привода

Кинематическая схема электропривода механизма подъема изображена на рис. 3.1.

Вал двигателя через муфту соединен с входным валом редуктора. Редуктор понижает скорость вращения и одновременно увеличивает момент. Выходной вал редуктора соединен через муфту с канатным барабаном. Полиспаст крепится на двух канатах. К полиспасту крепится грейфер. Полиспаст предназначен для уменьшения линейной скорости грейфера. Канатный барабан посредством ременной передачи соединен с кабельным барабаном, предназначенным для подачи питающего кабеля.

Рисунок 3.1 - Кинематическая схема электропривода механизма подъема.

Составление расчетной схемы механической части электропривода приведено в пункте 4.2

На рис. 3.1 введены следующие обозначения:

1 двигатель;

2 соединительная муфта;

3 редуктор;

4 –барабан;

5 – канат;

6 – полиспаст;

7 – грузозахватывающего устройства;

3.2 Выбор типа привода и способа регулирования координат

Для приведения в движение механизма крана можно использовать несколько вариантов двигателей. Это может быть двигатель постоянного тока независимого или последовательного возбуждения, может быть асинхронный двигатель. Можно применять двигатели общепромышленного исполнения. Также промышленностью выпускаются специальные крановые серии двигателей постоянного и переменного тока. Каждый из этих двигателей имеет свои достоинства и недостатки. Так, например, двигатели постоянного тока позволяют легко и хорошо регулировать скорость вращения, но по габаритам они намного превосходят двигатели переменного тока. Асинхронные двигатели по габаритам меньше, но система регулирования двигателей переменного тока сложнее.

Возможными способами регулирования скорости вращения двигателей постоянного тока являются регулирование напряжения питания с помощью управляемых выпрямителей для двигателей с независимым возбуждением и шунтированием якоря для двигателей с независимым и последовательным возбуждением.

Для управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором можно использовать преобразователь частоты.