125964 (Схема автоматического регулирования продолжительности выпечки с коррекцией по температуре во второй зоне пекарной камеры), страница 3

Силы сопротивления движению конвейера можно разделить на две категории: силы не зависящие от натяжения тягового элемента, и силы зависящие от натяжения. Первые возникают на прямолинейных горизонтальных и наклонных участках и распределены по участку равномерно. Вторые возникают на участках изгиба тягового элемента и сосредоточены в рамках дуги этого участка.

Расчет фрикционного привода основан на решении, полученном еще Эйлером для неупругой гибкой нити. Впоследствии теория передачи силы трения была уточнена Н. П. Поповым и Н. Е. Жуковским [5]. Оба ученых независимо друг от друга и почти одновременно рассмотрели взаимодействие блока с гибкой нитью, обладающей определенной упругостью.

Общая схема конвейерной линии представлена на рис. 2.1

Расчет нагрузок механизма и предварительный выбор мощности электродвигателя будем производить по методике, изложенной в [3]. Исходные данные приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1.

Масса 1 кг транспортируемого груза в соответствии с заданной производительностью:

м_г= =

=10.89 кг.

Коэффициенты сопротивления движению на всех участках сгиба примем равными:

к_и1=к_и2=1+с_и=1+0.6=1.6.

Находим массы участков конвейера:

m₁₂=(m_л+m_г)*l₁₂=(18.2+10.8)*1.7=48.9 кг,

m₂₃=(m_л+m_г)*l₂₃=(18.2+10.8)*13.6=393.6 кг,

m₃₁=m_л*l₃₁=18.2*15.3=277.7 кг.

Расчетная суммарная масса:

m_∑=m₁₂*к_и1*к_и2+m₂₃*к_и2+m₃₁=1.6²*48.9+1.6*393.6+277.7=1035.1 кг.

Рассчитаем силы сопротивления движению на прямолинейных участках:

ΔF₁₂=(g_л+g_г)*l₁₂*(с_п*cosβ+sinβ)=(18.2*10.8)*9.81*1,7*(0,25*cos0.174+ sin0.174)=205.4 H,

ΔF₂₃=(g_л+g_г)*l₂₃*с_п=(18,2+10,8)*9,81*13,6*0,25=965,3 H,

ΔF₃₁=g_л*l₃₁*с_п=18,2*15,3*0,25=681,1 Н.

Расчетное результирующее усилие на прямолинейных участках:

ΔF_п=к_и1*к_и2*ΔF₁₂+к_и2*ΔF₂₃+ΔF₃₁=1.6^2*205,4+1,6*965,3+681,1=2751,4 Н.

Минимальное допустимое натяжение в точке сбегания ленты с приводного барабана из условия Эйлера:

Т_сбmin= =

=11952.7 H.

Так как при определении м_∑ не учитывались массы барабанов и опорных роликов, то Т_сб следует принять с некоторым запасом относительно значения Т_сбmin:

Т_сб=к_зап* Т_сбmin=1,4*11952.7=16733.7 Н.

Определим натяжение в точке набегания на приводной барабан:

Т_нб=к_и1*к_и2*Т_сб+ΔF_п=1.6²*16733.7+2751.4=45589.8 Н.

Для построения диаграммы тяговых усилий вычертим трассу конвейера со всеми подъемами и спусками, приводной и натяжной станциями, направляющим блоком и барабанами. Затем, если следовать от наименее нагруженного участка конвейера, производится учет потерь в каждом элементе и получается натяжение тягового органа по всей длине. На рис. 2.2 приведена диаграммы тяговых усилий ленточного конвейера.

Для расчета мощности приводной станции необходимо знать КПД кинематической цепи. Примем ориентировочные значения КПД элементов кинематической цепи из [6 ] ( табл 2.2).

Таблица 2.2.

Суммарный КПД кинематической цепи привода:

η_кцπ∑=η_рп*η_р*η_цп1*η_цп2*η_м*η_цп3=0.95*0.96*0.9*0.9*0.98*0.9=0.65.

Мощность приводной станции определяется в соответствии с расчетной статической нагрузкой F_ст и заданной скоростью движения конвейера:

Р_с= =1.1*

=805.8 Вт,

где: к₃=1.1 – коэффициент запаса, учитывающий неточности расчета силы сопротивления и не учет динамических нагрузок привода при пуске и торможении.

Предварительный выбор редуктора будем производить по требуемому передаточному числу, определенному в пункте 1.3, и максимальной передаваемой мощности.

Выбираем из [6] редуктор типа Ц2-100-16-12-АУ2 со следующими паспортными данными (табл. 2.3.).

Таблица 2.3

Определим передаточное число кинематической цепи с учетом реального передаточного числа редуктора:

i_кц=i_рп*i_р*i_цп1*i_цп2*i_цп3=2*12,5*4,72*3,44*2,42=1100.21.

Определим максимальную и минимальную угловые скорости вращения электродвигателя, исходя из диапазона регулирования и передаточного числа кинематической цепи:

ω_эд.max= =

=145.2 с^-1,

ω_эд.min= =

=26.4 с^-1.

2.1.2 Расчет нагрузок механизма на холостом ходу

Расчет нагрузок механизма на холостом ходу будем производить по той же методике, что и загруженного привода, поэтому пояснения к расчету опускаются.

m₁₂=m_л*l₁₂=18.2*1.7=31.3 кг;

m₂₃=m_л*l₂₃=18.2*13.6 = 246 кг;

m₃₁=m_л*l₃₁=18.2*15.3=277.7 кг;

m_∑=к_и1*к_и2*m₁₂+к_и2*m₂₃+m₃₁=1.6²*31.3+1.6*246.9+277.7=752.8 кг;

ΔF₁₂=g_л*l₁₂*(с_п*cosβ+sin(β))=18.2*9.81*1.724*(0.25*cos(0.174)+sin(0.174))==128.7 Н;

ΔF₂₃=g_л*l₂₃*с_п=18.2*9.81*13.6*0.25=605.5 Н;

ΔF₃₁=g_л*l₃₁*с_п=18.2*9.81*15.3*0.25=681.1 Н;

ΔF_п=к_и1*к_и2*ΔF₁₂+к_и2*ΔF₂₃+ΔF₃₁=1.6²*128.7+1.6*605.5+681.1=1979.7 H;

Т_нб=к_и1*к_и2*Т_сб+ΔF_п=1.6²*16733.7+1979.7=44818.1 H;

F_cmax=Т_нб – Т_сб=44818.1-16733.7 =28034.3 Н.

Определим момент сопротивления на валу двигателя приводной станции:

М_ст= =

=5.1 Н*м.

КПД кинематической цепи является функцией загрузки и может быть апроксимирована по формуле [3]:

η _кц= ,

где: b – коэффициент постоянных потерь;

а – коэффициент переменных потерь;

k_заг – коэффициент загрузки.

k_заг= =

=0.97;

b= ;

a=γ*b=0.24*1.2=0.29;

где: γ – отношение коэффициентов переменных и постоянных потерь. Принимаем из [ ] γ=1.2

η_кцмах= .

Момент сопротивления на валу электродвигателя при разгруженном конвейере:

М_cтхx= =

=4.9 Н*м.

Момент сопротивления на валу электродвигателя, создаваемый нагрузкой:

М_наг=М_ст-М_cmax=5.1-4.9=0.2 Н*м.

Как видно из последних расчетов, статический момент, создаваемый нагрузкой составляет ≈ 4% от суммарного статического момента. Это говорит о том, что почти вся мощность, передаваемая с вала электродвигателя, расходуется на преодоление сил трения в кинетической цепи и тяговом органе.

2.1.3 Построение нагрузочной диаграммы механизма

Конвейер относится к механизмаам непрерывного действия, для электропривода которого характерен продолжительный режим работы S1. Продолжительным номинальным режимом (S1) работы электрической машины называется режим работы ее при неизменной нагрузке такой, что превышения температуры всех частей электрической машины достигают установившихся значений [7}. Иллюстрация этого режима дана на рис. 2.3. В паспортных данных двигателей продолжительного номинального режима работы указываются номинальные мощности Р_ном,кВт, частота вращения n_ном, об/мин, напряжение U_ном, В, ток I_ном, А. Номинальному продолжительному режиму работы, как следует из рис. 2.3, соответствует простейший график превышения температуры, принимающей установившееся значение τ_у=∆Р_ном/А. Так как условиями номинального режима определено, что температура охлаждающей среды Θ_{среды, ном} ≤ 40 °С, то температура лимитируется значением Θ ≤ Θ_{среды, ном} + ∆Р_ном/А, при котором обеспечивается номинальный срок службы изоляции. Одновременно указанное значение является наибольшим для данного номинального режима. За время работы конвейера статический момент сопротивления остается постоянным. Для режима работы S1 время пуска и торможения мало по сравнению с обіим временем работы, и поэтому эти моменты в построении нагрузочной диаграммы не учитываются.

На основании сказанного выше можно построить нагрузочную диаграмму механизма конвейера (рис. 2.4.).

2.2 Предварительный расчет мощности двигателя

Мощность приводной станции определяется в соответствии с расчетной статической нагрузкой и заданной скоростьюдвижения конвейера была рассчитана в пункте 2.1.1. Однако следует учесть, что при длительном режиме работы на пониженной скорости ухудшаются условия охлаждения самовентилируемых двигателей. Поэтому нужно завышать мощность электродвигателя или применять принудительную вентиляцию. Последний вариант ведет к резкому увеличению капитальных затрат, поэтому выгодней завысить мощность электродвигателя. Методика определения допустимого момента по условиям нагрева приведена в [8]. Методика громоздкая требует знание параметров схемы замещения электродвигателя. Поэтому для предварительного выбора электродвигателя воспользуемся расчетными кривыми зависимости допустимого по нагреву момента от скорости вращения электродвигателей серии А, приведенными в этом же источнике (рис. 2.5.), причем нижней границе допустимых по нагреву моментов для всех двигателей единой серии является зависимость этого момента от частоты двигателя А91- 2. При D_ω=6 α=1/6=0.17 получаем относительное значение допустимого по нагреву момента μ_τ=0.65. Следовательно, при выборе электродвигателя для данного диапазона регулирования и режима работы S1 следует увеличить расчетную мощность в 1/ μ_τ раз.

.