125732 (Расчеты показателей привода лебедки)

Исходные данные:

Дана лебедка, для которой известно:

G_гр- масса поднимаемого груза (кг);

D_б- диаметр барабана лебедки (м);

g_гр- масса груза захватного устройства (кг);

i₁- передаточное отношение первой шестереночной пары;

i₂- передаточное отношение второй шестереночной пары;

J₁- момент инерции малой шестерни (кг м²);

J₂- момент инерции большой шестерни (кг м2);

ή₁- КПД первой шестерни;

ή₂- КПД второй шестерни;

ή _гр- КПД грузозахватного устройства между тросом и барабаном;

n_дв- частота вращения вала двигателя (об/мин);

J _б- момент инерции барабана лебедки (кг м2).

Рисунок 1- Кинематическая схема лебедки

Таблица 1- Исходные данные

Задача 1:

Для заданной кинематической схемы лебедки требуется:

1.1 Определить приведенный к валу двигателя суммарный момент инерции редуктора, лебедки, груза;

1.2 Рассчитать приведенный к валу момент сопротивления при подъеме и спуске;

1.3 Определить значение мощности на валу редуктора (на валу двигателя) при подъеме и спуске груза, объяснить причину отличия мощности при подъеме и спуске груза.

Решение:

Воспользуемся основным уравнением электропривода:

, (1)

где М_с- приведенный к валу двигателя момент сопротивления, Н∙м

J- приведенный момент инерции системы, кг∙м²

Кинетическая энергия при вращательном движении определяется по формуле

(2)

Кинетическая энергия при поступательном движении определяется по формуле

(3)

1. Найдем приведенный момент инерции приведенной системы по формуле

(4)

Выражение (4) умножим на

, (5)

где

рад/с; (6)

рад/с;

рад/с

м/с; (7)

Далее уравнение (5) запишем ввиде:

,

где - суммарный момент инерции редуктора, лебёдки и груза, который равен:

= + +

Отсюда суммарный момент равен:

= 0,1056+0,00025+0,022 = 0,13

1. Найдем момент сопротивления на валу двигателя при подъеме и спуске груза:

Момент сопротивления на валу двигателя при подъеме определяется по формуле

(8)

Момент сопротивления на валу двигателя при спуске определяется по формуле

(9)

Определим силу тяжести груза по формуле

Н

Н^.м

Н^.м

1. Определим значение мощности на валу двигателя при подъеме и спуске:

Вт;

Вт.

Разница мощностей при подъеме и спуске обуславливается тем, что при подъеме двигателю необходимо преодолеть силу тяжести груза и силу трения в подшипниках и редукторе. А при спуске двигатель выполняет роль тормоза и необходимая для равномерного спуска мощность делится между мощностью двигателя и потерями мощности в редукторе и других трущихся частях схемы.

Задача 2

По значению мощности приведенной к валу двигателя лебедки и необходимой скорости вращения вала редуктора необходимо выбрать двигатель постоянного тока (независимого) параллельного возбуждения типа 4П, 2П, П, ПБС, ПС и другие.

Для выбранного двигателя требуется:

2.1 Написать аналитическое уравнение, рассчитать и построить механическую и электромеханическую характеристики;

2.2 Написать аналитическое уравнение, рассчитать и построить механическую и электромеханическую характеристики при понижении напряжения на 30%;

2.3 Написать аналитическое уравнение, рассчитать и построить механическую и электромеханическую характеристики при ослаблении потока возбуждения на 20%;

2.4 Написать аналитическое уравнение, рассчитать и построить механическую и электромеханическую характеристики при веденном добавочном сопротивлении 4r_я;

2.5 Рассчитать:

а) значение напряжения;

б) значение добавочного сопротивления ограничивающего пусковой ток до 2,5I_н, графическим методом рассчитать пусковое сопротивления при пуске в три ступени;

2.6 Определить значения добавочного сопротивления в цепи якоря при спуске груза в режиме противовкючения на скорости 0,2ω_н. Построить механическую характеристику, написать ее уравнение и составить баланс мощности при номинальном токе;

2.7 Написать уравнение, построить график и определить скорость двигателя при спуске груза в режиме рекуперативного торможения. Составить баланс мощности.

2.8 Написать уравнение, построить график и определить добавочного сопротивления при спуске груза в режиме динамического торможения (ω=0,5 ω_н). Составить баланс мощности.

2.9 Определить скорость реального холостого хода, момент на валу двигателя соответствующего номинальной скорости.

Решения:

По полученным данным из задачи №1 произведем выбор двигателя используя справочник электрических машин:

ПБС-63МУХЛ4

Р_н=5,4 кВт

U_н=220 В

ή_д =0,88

n_н =1450 об/мин

2.1 Из курса электрических машин известны следующие соотношения между напряжением сети U, ЭДС Е, скоростью , током I в установившемся режиме работы электрической машины:

U =Е+I(r_я+R_доб), (1)

Е = сФ, (2)

М = сФI, (3)

где с - постоянный конструктивный коэффициент электрической машины; - угловая скорость вращения якоря двигателя, рад/с; r_я - сопротивление якорной цепи двигателя, Ом; R_доб - добавочное сопротивление.

Решив совместно уравнения (1...3), получим:

(4)

Выражение (4) носит название электромеханической (или скоростной) характеристики двигателя. Характеристики строятся по двум характерным точкам.

1 точка:

При найдем ток из выражения (4)

(5)

при Е=0 и R_д=0 получим

(6)

Так как r_я не известно, то найдем r_я из формулы:

(7)

Найдем ток номинальный:

А

Из выражения (7) находим:

Ом

Из выражения (6) находим:

А

2 точка:

При I=0 найдем скорость из выражения (4):

(8)

Найдем сФ из формулы:

(9)

Найдем ω_н из формулы:

рад/с

Из выражения (9) находим:

Из выражения (8) находим:

рад/с

Решив совместно уравнения (1...3), получим выражение механической характеристики:

(10)

1 точка:

При найдем из выражения (10) момент сопротивления на валу:

Н^.м

2 точка:

При М=0 найдем скорость двигателя из выражения (10):

рад/с

2.2 Рассчитываем:

Электромеханическая характеристика при понижении напряжения на 30%:

1 точка: При найдем ток из выражения (6)

А

2 точка: При I=0 находим скорость из выражения (8)

рад/с.

Механическая характеристика при понижении напряжения на 30%:

1 точка: При найдем из выражения (10) момент сопротивления на валу:

Н^.м.

2 точка: При М=0 найдем скорость двигателя из выражения (10):

рад/с.

2.3 Рассчитываем:

Электромеханическую характеристику при понижении магнитного потока на 20%:

1 точка: При найдем ток из выражения (6)

А

2 точка: При I=0 находим скорость из выражения (8)

рад/с.

Механическая характеристика при понижении магнитного потока на 20%:

1 точка: При найдем из выражения (10) момент сопротивления на валу:

Н^.м.

2 точка: При М=0 найдем скорость двигателя из выражения (10):

рад/с.

2.4 Рассчитываем:

Электромеханическую характеристику при добавлении в цепь добавочного сопротивления равным 4r_я:

1 точка: При найдем ток из выражения (6)

А

2 точка: При I=0 находим скорость из выражения (8)

рад/с.

Механическая характеристика при добавлении в цепь добавочного сопротивления равным 4r_я:

1 точка: При найдем из выражения (10) момент сопротивления на валу:

Н^.м

2 точка: При М=0 найдем скорость двигателя из выражения (10):

рад/с.

По значениям из пунктов 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 строим механическую (рисунок 1) и электромеханическую (рисунок 2) характеристики.

2.5 а)Рассчитать напряжения при токе I=2,5I_н:

А,

В

б) рассчитать значение добавочного сопротивления при I=2,5I_н:

Из выражения (5) при Е=0 выразим R_д

Ом.

Графическим методом рассчитываем пусковое сопротивление при пуске в три ступени:

Строим естественную электромеханическую характеристику при номинальном токе (рисунок 3) :

А

А

Определим масштаб:

Ом,

L_аf=111,7 мм,

Ом/мм,

Из графика найдем длины отрезков:

L_bc=5 мм,

L_cd= 11 мм,

L_de=21 мм,

По полученному графику и при помощи масштаба найдем пусковые добавочные сопротивления для каждой ступени пуска:

Ом,

Ом,

Ом,

Делаем проверку:

Ом

, проверка сошлась, значит, сопротивление выбрано правильно.