151577 (Разработка электропривода лифта для высотного здания)

Введение

Целью данного курсового проекта является разработка электропривода лифта для высотного здания.

Техническими требованиями для проектируемого электропривода является питание от общепромышленной 3^-х фазной сети переменного тока напряжением 380 В, частотой 50 Гц.

В динамических режимах работы (пуск, торможение) привода должно соблюдаться условие:

а а_ДОП,

где а_ДОП – допустимое по условиям работы ускорение.

По условию на курсовое проектирование заданы следующие технические параметры:

1) грузоподъемность лифта G₁ = 7,5 кН;

2) вес кабины G₂ = 11,8 кН;

3) вес погонного метра каната G₃ = 14,8 Н;

4) максимальная высота подъема Н = 70 м;

5) максимальное количество остановок n = 20;

6) точность останова m = 20 мм;

7) коэффициент загрузки кабины лифта К₁ = 0,75;

8) число несущих канатов К₂ = 4;

9) КПД системы = 0,85;

10) скорость перемещения кабины V = 2,5 м/с;

11) передаточное отношение редуктора i = 18,3;

12) радиус ведущего канатного шкива R = 0,8;

13) жесткость 1 метра каната С_1М = 2,13*10⁶ Н/м.

Дополнительно в задании указано, что момент инерции вращающихся частей кинематической схемы (кроме двигателя) составляет 25% от момента инерции двигателя.

По технологии эксплуатации лифт должен обеспечивать нормальную работу и режим наладки, при скорости 25% от номинальной.

1 Анализ и описание системы «электропривод – рабочая машина»

1.1 Количественная оценка вектора состояния или тахограммы требуемого процесса

По условию эксплуатации лифта требуется обеспечить точность останова m = 20 мм. Это означает, что электропривод перед торможением должен иметь скорость, обеспечивающую данную точность торможения. Скорость определим по формуле 1:

V_ПОН = К₁²*а_ДОП²*t₀² + 2*К₂*а_ДОП*(m)/К_П – К₁*а_ДОП*t₀,

Где К₁ = ;

К₂ = ;

К_П = 1,05…1,25 – поправочный коэффициент;

а_ДОП = 3 м/с² – допустимое ускорение для пассажирских лифтов /1/;

t₀ = 0,2…0,25 с – суммарное среднее значение времени срабатывания всех последовательно действующих в схеме управления аппаратов;

V/V_П0 = 0,2…0,5 – относительное отклонение остановочной скорости;

t/t₀ = 0,15 – относительное отклонение параметра t₀;

а/а_ДОП = 0,1…0,5 – относительное отклонение ускорения.

К₁ = = 0,5.

К₂ = = 1.

V_ПОН = 0,5²*3²*0,225² + 2*1*3*0,02/1,15 – 0,5*3*0,225 = 0,129 м/с.

Полученное значение V_ПОН означает, что для обеспечения точности останова необходимо предварительно переходить на пониженную скорость V_ПОН = 0,129 м/с и только потом тормозиться до 0.

Время разгона до номинального значения скорости при пуске:

t_П = .

t_П = = 0,83 с.

Путь, проходимый кабиной лифта при разгоне:

S_П = .

S_П = = 1,041 м.

Время торможения от номинальной скорости до пониженной:

t_ТП = .

t_ТП = = 0,79 с.

Путь, проходимый кабиной лифта при торможении до пониженной скорости:

S_ТП = .

S_ТП = = 0,93 м.

Время торможения до 0:

t_Т0 = .

t_Т0 = = 0,043 с.

Путь, проходимый кабиной лифта при торможении до 0:

S_Т0 = .

S_Т0 = = 0,0027 м.

Количество остановок по заданию равно n = 20. Расстояние между остановками:

L = .

L = = 3,5 м.

Суммарное расстояние, проходимое кабиной лифта в установившихся режимах:

L_УСТ = L – S_П – S_ТП – S_Т0.

L_УСТ = 3,5 – 1,041 – 0,93 – 0,0027 = 1,5263 м.

Принимаем время работы на пониженной скорости равное t_ПОН = 1с.

Расстояние, проходимое кабиной лифта на пониженной скорости:

S_ПОН = V_П*t_ПОН.

S_ПОН = 0,129*1 = 0,129 м.

Расстояние, проходимое кабиной лифта на номинальной скорости:

S_Н = L_УСТ – S_ПОН.

S_Н = 1,5263 – 0,129 = 1,3973 м.

Время работы на номинальной скорости:

t_Н = .

t_Н = = 0,55 с.

Время, затрачиваемое кабиной лифта на движение между остановками:

t_РАБ = t_П + t_Н + t_ТП + t_ПОН + t_Т0.

t_РАБ = 0,83 + 0,55 + 0,79 + 1 + 0,043 = 3,213 с.

Принимаем среднее время паузы в работе, затрачиваемое на выход и вход пассажиров t_ПАУЗЫ = 10 с.

Принимая во внимание, что количество остановок n = 20 и то, что в общий цикл входит как подъем кабины лифта так и опускание, общее время цикла опускания-подъема со всеми остановками равно:

Т_Ц = 2*(t_РАБ + t_ПАУЗЫ)*n.

Т_Ц = 2*(3,213 + 10)*20 = 528,52 с = 8,8 мин.

Построение тахограммы процесса произведем после построения нагрузочной диаграммы.

1.2 Количественная оценка моментов и сил сопротивления

Принимая во внимание, что в задании на курсовое проектирование имеются данные только по жесткости канатов, можно представить механическую систему лифта как двухмассовую систему. При этом при рассмотрении возьмем случай, когда кабина находится внизу. Принимаем, что в состав J₁ входит масса электродвигателя, редуктора и ведущего шкива. По заданию на курсовое проектирование:

J₁ = 1,25*J_ДВ.

В состав второй массы следует внести массу кабины и канатов:

J₂ = J_К.ПР. + J_КАБ.ПР.,

Где J_К.ПР. – приведенный к валу двигателя момент инерции канатов;

J_{КАБ. ПР.} – приведенный к валу двигателя момент инерции кабины.

Момент инерции канатов, приведенный к валу двигателя:

J_К.ПР. = ,

где R_ПР – радиус приведения.

Радиус приведения определяется по формуле:

R_ПР = .

R_ПР = = 0,0437 м.

J_К.ПР. = = 1,61 кг*м².

Найдем приведенный к валу двигателя момент инерции загруженной кабины:

J_КАБ.ПР. = .

J_КАБ.ПР. = = 3,43 кг*м².

Суммарный момент инерции второй массы:

J₂ = 1,61 + 3,43 = 5,04 кг*м².

Суммарная жесткость канатов между массами J₁ и J₂ может быть определена исходя из следующих выражений при паралельно-последовательном соединении элементов жесткости 1 метра каната.

При последовательном соединении:

= .

При параллельном соединении:

С = С_К.

Приведение жесткости к валу двигателя:

С_ПР = С_К*R_ПР².

Жесткость каната длиной Н:

= 70*.

= 70*.

С₇₀ = 30428,57 Н/м.

Жесткость 4 параллельных ветвей канатов:

С⁴₇₀ = К₂*С₇₀.

С⁴₇₀ = 4*30428,57 = 121714,28 Н/м.

Приведенная к валу двигателя жесткость С₁₂:

С_{12 ПР.} = 121714,28*0,0437² = 232,43 Н/м.

Принимая во внимание, что на данном этапе не известен момент инерции двигателя, и поэтому, невозможно определить момент инерции первой массы, условно примем, что:

J =J₁ + J₂ = J₂.

J = 5,04 кг*м².

Динамический момент в переходных режимах опеределяется по формуле:

М_ДИН = J*,

Где – угловое ускорение.

= .

= = 68,64 с^-2.

М_ДИН = 5,04*68,64 = 345,99 Н*м.

Статический момент при подъеме кабины:

М_С = .

Статический момент при опускании кабины:

М_С = .

В процессе работы возможны два различных режима загрузки: с пустой кабиной; с загруженной кабиной. Принимая это во внимание, найдем моменты нагрузки для различных режимов.

Подъем пустой кабины:

М_СПП = = 606,87 Н*м.

Подъем груженой кабины:

М_СПГ = = 907,74 Н*м.

Опускание пустой кабины:

М_СОП = = 438,46 Н*м.

Опускание груженой кабины:

М_СОГ = = 655,84 Н*м.

По полученным значениям построим механическую характеристику механизма (рисунок 1.3).

По полученным значениям М_С и М_ДИН строим нагрузочную диаграмму и тахограмму за цикл работы (рисунок 1.4). Для упрощения приведем только два отрезка (подъем и опускание груженой кабины, как наиболее тяжелых режима).

Для построения нагрузочной диаграммы найдем моменты, действующие в динамических режимах:

М_СПГ + М_ДИН = 907,74 + 345,99 = 1253,73 Н*м.

М_СПГ – М_ДИН = 907,74 – 345,99 = 561,75 Н*м.

М_СОГ + М_ДИН = 655,84 + 345,99 = 1001,83 Н*м.

М_СОГ – М_ДИН = 655,84 – 345,99 = 309,85 Н*м.

Рассчитаем эквивалентный момент нагрузки по формуле:

М_ЭКВ = .

М_ЭКВ =

= 1173,62 Н*м.

Определим продолжительность включения двигателя:

ПВ_Р = *100%.

ПВ_Р = *100% = 24,31%.

Произведем перерасчет на стандартное значение ПВ_СТ = 100%.:

М_ЭКВ(ПВ_СТ) = М_ЭКВ* .

М_ЭКВ(100%) = 1173,52* = 578,65 Н*м.

Расчетная скорость электродвигателя:

_ДВ = .

_ДВ = = 57,18 с^-1.

Расчетная мощность двигателя:

Р_РАСЧ = К*М_ЭКВ(100%)*_ДВ,

Где К = 1,1 – коэффициент запаса по динамике.

Р_РАСЧ = 1,1*578,65*57,18 = 36395,9 Вт.

2 Анализ и описание системы «электропривод – сеть» и «электропривод – оператор»

По условию на курсовое проектирование задано, что электропривод лифта получает питание от 3^-х фазной сети переменного тока напряжением 380В, частотой 50 Гц. Принимая во внимание полученную расчетную мощность двигателя можно с уверенностью считать, что независимо от системы электропривода, на которой будет реализовываться электропривод лифта, Данные параметры питающей сети могут обеспечить требуемое качество.

В электроприводе лифта управление выполняется из различных мест:

1) из кабины лифта;

2) с каждого этажа.

В кабине лифта находится пульт управления, на котором может задаваться необходимый этаж, а также производиться остановка движения. Пульт имеет в своем составе светосигнальную аппаратуру, предназначенную для сигнализации выбранного этажа.

На каждом этаже находится пульт, на котором вызывается лифт на данный этаж. Рядом с кнопкой вызова находится светосигнальная лампа, предназначенная для сигнализации того, что лифт находится в движении, а также при вызове с данного этажа – что вызов принят.

3 Выбор принципиальных решений

Производим оценку различных вариантов. В качестве рассматриваемых вариантов принимаем:

1) АД с фазным ротором;

2) система Г-Д;

3) система ТП-ДПТ с НВ.

Для оценки воспользуемся методом экспертных оценок. Сравнение предлагаемых систем производится относительно n-характеристик систем, важных с точки зрения цели проектирования, путем сравнения определенных (для каждого варианта) значений соответствующих показателей качества q_i. Показатели качества служат для количественной характеристики степени выполнения требований задания, а также других требований.

На основании шкалы оценок может быть охарактеризована степень выполнения каждого отдельного требования, а также оценена степень важности каждого параметра относительно других. Для этого вводится весовой коэффициент .

Выбор наилучшего решения производится определением взвешенной суммы:

S = _i*q_i.

Подсчитаем полученные результаты:

S = 10 + 10 + 15 + 20 + 20 + 15 + 10 = 100.

S = 20 + 4 + 20 + 8 + 16 + 6 + 25 = 99.

S = 25 + 8 + 25 + 12 + 16 + 12 + 25 = 123.

Выбираем систему ТП-ДПТ с НВ

4 Расчет силового электропривода

4.1 Расчет параметров и выбор двигателя

Исходя из расчетной мощности электродвигателя и расчетной скорости выбираем электродвигатель постоянного тока с независимым возбуждением типа 2ПН280LУХЛ4 2:

Р_Н = 37 кВт;

U_Н = 220 В;

I_Н = 195,5 А;

n_Н = 600 об/мин;

_Н = 86 %;

R_Я = 0,037 Ом;

R_ДП = 0,017 Ом;

R_В = 25,2 Ом;

= 3;

J_ДВ = 2,09 кг*м².

Найдем момент инерции первой массы:

J₁ = 1,25*2,09 = 2,61 кг*м².

По расчетной схеме (рисунок 1.2) определим обобщенные параметры 3: