- •1.2.1 Выбор и обоснование системы эп механизма передвижения тележки. В данном случае нам необходимо рассмотреть несколько вариантов реализации регулируемого электропривода:
- •1.2.3 Выбор преобразователя. В соответствии с разделом 1.2.1 наиболее оптимальным является использование системы асинхронный двигатель с фазным ротором с импульсно-ключевым управлением по цепи ротора.
- •1.4.2 Выбор элементов монтажа. К элементам монтажа относятся:
- •Список литературы
1 Техническая часть
1.1 Техническая характеристика механизма передвижения тележки
1.1.1 Технологическое назначение. Механизм передвижения тележки предназначен для перемещения грузозахватывающего устройства вдоль моста. Крановая тележка состоит из рамы с ведущими и ведомыми колесами. На раме устанавливаются механизмы передвижения тележки и подъема груза. Краны большой грузоподъемности оборудуются двумя механизмами подъема. Один из них (миньшей грузоподъемности) является вспомогательным. Питание электродвигателей осуществляется по цеховым троллеям. Для подвода электроэнергии применяют токосъемы скользящего типа, прикрепленные к металлоконструкции крана. В современных конструкциях мостовых кранов токопровод осуществляется с помощью гибкого кабеля. Устанавливается тележка на четыре колеса, два из которых ходовых, в кранах грузоподъемностью до 50 тонн, а в кранах свыше 50 тонн тележка может иметь до 16 колес. Общий вид тележки мостового крана представлен на рисунке 1.1..
Рисунок 1.1 – Общий вид тележки мостового крана
1.1.2 Краткое описание принципа работы и кинематической схемы. Тележка движется по рельсовому пути на всю длину моста от одного крайнего положения до другого. За начальное состояние тележки принимается нахождение ее в одном из крайних положений на мосте при поднятом грузе. Из этого положения тележка разгоняется с грузом, движется до противоположного конца моста и там останавливается. После остановки тележки цикл передвижения тележки заканчивается.
Что касается кинематической схемы, то она представлена на рисунке 1.2, где
1 – электродвигатель; 2 – тормоз; 3 – муфта упругая втулочно-пальцевая; 4 – редуктор; 5 – муфта зубчатая; 6 – ходовое колесо; 7 – рельс.
Рисунок 1.2 - Кинематическая схема механизма передвижения тележки
1.1.3 Основные технические параметры механизма передвижения тележки. Основные технические параметры механизма приведены в таблице 1.1.
Таблица 1.1 - Основные технические параметры механизма
№ |
Наименование параметров |
Данные |
||
1 |
Грузоподьемность подьема , т. |
25 |
||
2 |
Масса тележки ,т |
15 |
||
3 |
Пролет крана ,м |
22,5 |
||
4 |
Скорость передвижения тележки, м/мин |
40 |
||
5 |
ПВ% электродвигателя |
43 |
Продолжение Таблицы 1.1:
6 |
Режим работы |
СТ |
7 |
Цех |
Литейный |
1.1.4 Условия эксплуатации электрооборудования. В литейных цехах температура может достигать 60 ˚С. Воздушная среда в металлургическом производстве: графитовые пыли, пары кислот, СО2, взвешенные частицы стальной окалины; постоянная концентрация 100, единовременная концентрация 1000 мг/. Выпадение росы на изоляционных поверхностях и на металле в виде пленки слабых кислот.
Механические воздействия – вибрация, удары. Вибрация с частотой 1-50 Гц с ускорением 0.5g. Одиночные повторяющиеся удары с ускорением 3g и частотой до 15 ударов в минуту. Указанные вибрации и ускорения имеют место на пролетах и концевых балках. При консольном креплении аппаратуры за нижнюю часть ускорения нижней части могут достигать 0.7-0.9g.
Эти условия характерны для использования электрооборудования общего назначения в категориях размещения Y1, Y2, Y3 по классификации ГОСТ 15150-69. Степень защиты электрооборудования на открытых частях крана используется IP43.
1.1.5 Технические требования к ЭП и схеме управления механизма передвижения тележки
1.1.5.1 Технические требования к силовой части ЭП механизма передвижения тележки. Требования к электроприводу перемещения тележки:
1) простота эксплуатации, высокая надежность работы, следствие массовости применения и весьма тяжелых условия работы.
2) ЭП должен обладать достаточным быстродействием;
3) ЭП должен обеспечивать регулирование скорости в необходимом диапазоне;
4) ЭП должен обеспечивать все режимы работы тележки;
5) реверсивный;
6) ЭП должен обеспечивать ограничение параметров: момента и тока, допустимыми значениями в переходных процессах и при механических перегрузках;
7) ЭП должен обеспечивать регулирование скорости в необходимом диапазоне, исходя из расчета точной остановки (расчет приведен в разделе 1.1.5.2).
1.1.5.1 Технические требования к схемам управления ЭП механизма передвижения тележки. В схемах управления необходимо применять следующие блокировки:
1) в схеме должна быть блокировка, отключающая всю систему питания крана. если требуется нахождение человека на поверхности тележки или моста;
2) в схеме необходимо предусмотреть невозможность пуска электродвигателя после восстановления напряжения в момент, когда командоаппарат еще находится в каком-либо рабочем положении. Пуск должен быть возможен только после возвращения командоаппарата в нулевое положение;
3) должен осуществляться контроль за положением рабочего органа с помощью концевых выключателей, если срабатывает концевой выключатель двигатель должен отключаться, движение в данном направлении не возможно.
В САУ надо предусмотреть следующие защиты:
1) от токов короткого замыкания;
2) от пропадания напряжения в сети.
К схемам управления кранами предъявляются следующие требования:
1) пуск двигателя должен производиться по определенному закону;
2) при полном отключении питания двигателя в схеме должно быть предусмотрено механическое торможение;
3) при резком переводе рукоятки командоаппарат из положения «вперед» в положение «назад» надо предусмотреть автоматическое плавное реверсирование двигателя с токами, не превышающими допустимые;
4) система автоматического управления должна иметь простую структурную схему.
Диапазон регулирования скорости ЭП механизмов перемещения определяется из расчета точной остановки тележки, поэтому предварительно необходимо рассчитать параметры точного останова [2].
При расчете воспользуемся следующими допущениями:
1) момент инерции вращающихся масс механизма 0,5 момента двигателя: JM=0,5JДВ;
2) коэффициент полезного действия передачи η=0,85;
3) момент механического тормоза при остановке с минимальной скоростью равным моменту динамическому при пуске: МТ=МДИН;
4) ускорение при пуске примем равным : а=0,3 м/с2;
Зададимся номинальной скоростью вращения двигателя: n=935 об/мин. Переведем скорость из об/мин в рад/с:
(1.1)
где: n – скорость вращения двигателя, об/мин.
Согласно (1.1) получаем:
Определим угловую скорость колеса:
(1.2)
где: DК – диаметр колеса, м;
VТ – линейная скорость перемещения тележки, м/с.
Для определения диаметра колеса необходимо рассчитать максимальную статическую нагрузку:
(1.3)
где Gг, Gт вес номинального груза главного подъема и тележки соответственно, кг;
Z число колес;
Кн =1,25 коэффициент неравномерности распределения нагрузки на колеса.
Согласно (1.3) получаем:
По ГОСТ 2864890 выбираем при нагрузке от 200 до 250 кН диаметр ходового колеса Dк = 700 мм.
По формуле (1.2) определяем угловую скорость колеса:
(1.4)
Передаточное число редуктора:
(1.5)
Согласно (1.5):
Радиус приведения:
(1.6)
Согласно (1.6):
Суммарный момент инерции:
(1.7)
где: mгр – номинальная масса груза, кг;
mт – масса тележки, кг;
КЗ – коэффициент запаса, КЗ=1.3.
Согласно (1.7):
Угловое ускорение:
(1.8)
где: a – линейное ускорение тележки, м/с2.
Согласно (1.8):
Допустимый момент при торможении:
(1.9)
Согласно (1.9):
Максимальное сопротивление от трения:
(1.10)
где: КРД – коэффициент, учитывающий трение реборд о рельсы, КР=2,5;
f – коэффициент трения качения (для катков диаметром 600 – 700 мм f =0,8*10-3);
µ - коэффициент трения скольжения, µ=0,06; [3]
DЦ – диаметр цапфы,Dц=0,08.
Согласно (1.10):
Минимальное сопротивление от трения:
(1.11)
Согласно (1.11):
Максимальное сопротивление от уклона путей:
(1.12)
где: ψ – угол уклона пути, ψ=0,002.
Согласно (1.12):
Минимальное сопротивление от уклона путей:
(1.13)
Согласно (1.13):
Полное статическое сопротивление передвижению тележки от статических нагрузок:
(1.14)
где: - сопротивление от сил трения, Н;
- сопротивление от уклона пути, Н;
- сопротивление от ветровой нагрузки, Н. Принимаем равным нулю, т.к. кран работает в помещении.
Максимальное значение статического сопротивления в соответствии с формулой (1.14):
Минимальное значение статического сопротивления в соответствии с формулой (1.14):
Среднее статическое усилие:
(1.15)
Согласно (1.15):
Статическое сопротивление при остановке:
(1.16)
Согласно (1.16):
Масса в момент остановки:
(1.17)
Согласно (1.17):
Отклонение массы:
(1.18)
Согласно (1.18):
Допустимое отклонение сопротивления торможения при останове:
(1.19)
Согласно (1.19):
Отклонение статического сопротивления:
(1.20)
Согласно (1.20):
Относительное отклонение ускорения:
(1.21)
Согласно (1.21):
Ускорение в процессе останова:
(1.22)
Согласно (1.22):
Путь при движении с максимальной скоростью:
(1.23)
где: ta – время срабатывания контактной аппаратуры, с. Примем ta=0,2 c.
Согласно (1.23):
Примем =0,15, тогда относительные отклонения скорости:
(1.24)
(1.25)
где: - относительное отклонение скорости. Для скорости тележки VT=0,66 примем .
Согласно (1.24):
Согласно (1.25):
Средняя скорость останова:
(1.26)
где: - точность остановки, м. Зададимся =0,008 м.
KП – поправочный коэффициент. KП=1,1.
Согласно (1.26):
Отклонение скорости:
(1.27)
Согласно (1.27):
Максимальная скорость:
(1.28)
Согласно (1.28):
Минимальная скорость:
(1.29)
Согласно (1.29):
Максимальный путь:
(1.30)
Согласно (1.30):
Минимальный путь:
(1.31)
Согласно (1.31):
Отклонение пути при останове:
(1.32)
Согласно (1.32):
Определение диапазона регулирования скорости:
(1.33)
Согласно (1.33):
Необходимо обеспечивать диапазон регулирования скорости D=8
1.2 Разработка схемы электрической принципиальной силовой части электрооборудования
1.2.1 Выбор и обоснование системы эп механизма передвижения тележки. В данном случае нам необходимо рассмотреть несколько вариантов реализации регулируемого электропривода:
1) двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением, путем шунтирования цепи якоря;
2) асинхронный двигатель с фазным ротором с импульсно-ключевым управлением по цепи ротора.
Выбрав несколько вариантов электропривода проведем их сравнительную оценку. Воспользуемся методом экспертных оценок. Сравнение вариантов решений производим относительно нескольких характеристик системы, важных с точки зрения проектирования, путем сравнения определенных (для каждого варианта) значений соответствующих показателей качества qi. Принимаем несколько показателей качества. В данной ситуации целесообразно применять следующие показатели качества: массогабаритные показатели, надежность, расход энергии, потери, стоимость и плавность регулирования. Каждому из этих показателей присваиваем определенный максимальный бал, то есть определяем так называемый для каждого показателя весовой коэффициент а затем производим оценку вариантов по каждому показателю, выставляя им соответствующий бал. После этого производим подсчет баллов по формуле [5]:
, (1.34)
набранных каждым из вариантов, и выбираем тот вариант, который имеет наибольший суммарный балл. Оценочная диаграмма сравнения вариантов решения представлена в графической части проекта и на рисунке 1.3
В результате получили следующее распределение баллов по вариантам:
S1=4*5+5*4+4*4+4*3+5*4+2*5 = 98;
S2=5*5+4*4+4*4+3*3+2*4+5*5 = 99.
По результатам сравнения видно, что суммарный балл у двух систем регулирования: двигатель постоянного тока последовательного возбуждения с изменением сопротивления в обмотке возбуждения и асинхронный двигатель с фазным ротором с импульсно-ключевым регулированием по цепи ротора не сильно отличается. Однако повышение требований к крановым электроприводам массового применения ставит задачи значительного улучшения их технико-экономических показателей без существенного увеличения стоимости и усложнения конструкции. Основным направлением решения данных задач является применения средств полупроводниковой техники в традиционных системах в цепях повышения коммутационной устойчивости контакторно-контроллерной аппаратуры и реализации более рациональных режимов регулирования и торможения. Поэтому выбираем систему асинхронный двигатель с фазным ротором с импульсно-ключевым управлением по цепи ротора.
Рисунок 1.3 – Оценочная диаграмма сравнения вариантов решения электропривода механизма передвижения тележки
1.2.2 Расчет мощности и выбор приводных электродвигателей. Для выбора электродвигателя необходимо рассчитать его мощность. Воспользуемся для этого методом эквивалентного момента. Определим статический момент тележки при движении с грузом:
(1.35)
где: - КПД механической передачи. Примем =0,85.
Согласно (1.35):
Момент статический при движении тележки без груза:
(1.36)
Согласно (1.36):
Момент двигателя при пуске с грузом:
(1.37)
Согласно (1.37):
Момент двигателя при торможении с грузом:
(1.38)
Согласно (1.38):
Момент двигателя при пуске без груза:
(1.39)
где: - момент инерции тележки без груза:
(1.40)
Согласно (1.40):
Согласно (1.39):
Момент двигателя при торможении без груза:
(1.41)
Согласно (1.41):
Для построения нагрузочной диаграммы необходимо определить время пуска и торможения:
(1.42)
Согласно (1.42):
Время работы:
(1.43)
Согласно (1.43):
Время движения с установившейся скоростью:
(1.44)
Согласно (1.44):
Время паузы:
(1.45)
Согласно (1.45):
Нагрузочная диаграмма имеет вид, представленный на рисунке 1.4.
Рисунок 1.4 – Нагрузочная диаграмма механизма передвижения тележки
По нагрузочной диаграмме определим расчетный эквивалентный момент двигателя:
(1.46)
Согласно (1.46):
Приведем эквивалентный расчетный момент к продолжительности включения двигателя:
(1.47)
Согласно (1.47):
Требуемая номинальная скорость двигателя:
(1.48)
Согласно (1.48):
Требуемая мощность двигателя:
(1.49)
где: КЗ – коэффициент запаса мощности. Примем КЗ=1,3.
Согласно (1.49):
Выбираем асинхронный двигатель с фазным ротором краново-металлургической серии 4MTF(H)160L6 ГОСТ 17516-72 со следующими паспортными данными [6]:
-
номинальная мощность РН = 11 кВт;
-
номинальная частота вращения n = 910 об/мин;
-
номинальный коэффициент полезного действия Н = 81 %;
-
ток статора номинальный I= 32 А;
-
ток ротора номинальный I= 41 А;
-
максимального момента МК = 350 Н*м;
-
коэффициент мощности соsφ = 0.76 кг м2.
- ПВ%=40%.
Проверим двигатель по перегрузочной способности.
Условие проверки по перегрузочной способности:
(1.50)
Данное условие выполняется , следовательно двигатель выбран верно.