Электропривод крана

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

 

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

Кафедра «Электропривод и автоматизация промышленных установок и технологических комплексов»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 

Электропривод канатной лебедки поворотного крана по системе ПЧ-АД.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Разработал:        Коможицкий Ю.Г.

 

Проверил:         Фираго Б.И.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МИНСК-2007

 

СОДЕРЖАНИЕ.

 

1. Описание работы механизма…………………………………………
2. Расчёт и построение скоростной и нагрузочной диаграмм механизма.
3. Определение расчетной мощности электродвигателя…………………
4. Выбор оптимального передаточного числа редуктора………………………..
5. Расчёт и построение упрощённых скоростной и нагрузочной диаграмм электропривода………………………………………………………………….
6. Предварительная проверка электродвигателя по нагреву и перегрузочной способности…………………………………………………………
7. Расчёт и построение естественных механических и электромеханических характеристик электродвигателя…………………………
8. Расчёт и построение искусственных механических характеристик, обеспечивающих выполнение необходимых технологических операций……..
9. Выбор регулировочного устройства для регулируемого электропривода….
10. Расчёт переходных процессов электропривода за цикл и построение кривых w(t),  M(t),  I(t),  DP(t)…………………………………………………
11. Окончательная проверка двигателя по нагреву и перегрузочной способности…
12. Расчёт расхода электроэнергии за цикл и циклового КПД…………………
13. Заключение……………………………………………………………
14. Список использованной литературы………………………………

 

 

 

 

 

1. ОПИСАНИЕ РАБОТЫ МЕХАНИЗМА.

 

В данном курсовом проекте  рассматривается электропривод канатной лебедки поворотного крана по системе ПЧ-АД.

 

Исходные данные:

• номинальная грузоподъемность - m_ном=240 кг;
• масса крюка - m_к =5 кг;
• высота подъема - H=47 м;
• номинальная скорость подъема - v_ном=0,4 м/с;
• посадочная скорость - v_пос=0,05 м/с;
• диаметр барабана - D=335 мм;
• кратность полиспаста - i=1;
• номинальный к.п.д. передачи - h_п.ном=90 %;
• продолжительность включения - ПВ=40%.

 

Цикл работы:

1. опускание крюка с высоты 47 м,
2. загрузка,
3. подъем 240 кг на высоту Н₁=10 м,
4. снятие 40 кг и поворот крана,
5. подъем 200 кг с 10 м до 30 м,
6. полная разгрузка,
7. снятие 80 кг,
8. подъем 120 кг с 30 м до 47 м,
9. полная разгрузка.

 

 

Кинематическая схема механизма  подъема представлена на рисунке 1.1.

 

Рис.1.1. Схема механизма подъема.

2. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ СКОРОСТНОЙ И НАГРУЗОЧНОЙ ДИАГРАММ МЕХАНИЗМА.

 

Вначале разобьем весь цикл работы на интервалы, определим их продолжительность  и расстояние, пройденное за эти  интервалы времени.

Пусть t1- время разгона крюка от 0 до v_ном.к., где v_ном.к- скорость крюка без груза, принимаемая как v_ном, а ускорение выбираем из таблицы 1[1]: a_ср=0,5 м/с².

Тогда найдем:

Расстояние, пройденной крюком за это время:

Принимаем время движения на посадочной скорости за t4 и расстояние, пройденное за это время =0,01 м, тогда:

Время торможения крюка  от v_ном.к  до v_пон :

Расстояние, пройденное за время t3:

Время торможения от v_пон до 0:

Расстояние, пройденное за время t5:

Расстояние и время  движения на v_ном.к  :

Время разгона крюка с грузом от 0 до v_ном :

Время торможения от v_ном  до v_пон :

Время и расстояние движения на v_пос :

;

Торможение от v_пон до 0:

Движение на v_ном  :

Определяем оставшиеся промежутки:

;

 

 

 

Найдем силы, действующие  на каждом интервале:

;

где F_c,i - статическая сила на i- м интервале времени с учетом потерь в передаче, H;

       F_дин,i – динамическая сила на  i – интервале времени, H;

Для механизма при  подъеме груза:

;

где  m_i - поднимаемая масса на i –м интервале, кг;

        g = 9,81 м/с² – ускорение земного тяготения,

        - к.п.д. передачи, определяемый в зависимости от коэффициента загрузки

=

по формуле    

где  =0,07 - 0,1 – коэффициент постоянных потерь в передаче;

Принимаем =0,1.

- номинальный к.п.д. передачи;

m_ном – масса номинального груза, кг;

m_к  -    масса крюка (подвески), кг.

m₂=200 кг; m₃=120 кг;

= ;

= ;

= ;

= ;

;

;

;

F_дин,i =

;

где m_i – перемещаемая масса на i – интервале;

  _- ускорение на i – интервале.

Для механизма при  опускании груза:

;

Все данные для построения диаграмм отразим в таблице:

№ интервала	Время движения на интервале, , с	Сила, действующая на интервале, , Н
1	0,8	-194,5
2	116	-192
3	0,7	-189,5
4	0,2	-192
5	0,1	-189,5
6	0,8	2793,1
7	24,175	2670,6
8	0,7	2548,1
9	0,2	2670,6
10	0,1	2548,1
11	0,8	2374,9
12	49,175	2272,4
13	0,7	2169,9
14	0,2	2272,4
15	0,1	2169,9
16	0,8	1543,5
17	41,675	1481
18	0,7	1418,5
19	0,2	1481
20	0,1	1418,5

Скоростная диаграмма механизма:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нагрузочная диаграмма  механизма:

 

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНОЙ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ.

 

Определяем время работы:

где m – число рабочих участков в цикле.

 ПВ =

Так как  t_ц < 10 мин, то для повторно-кратковременного режима определяем эквивалентную силу за рабочее время  t_p:

                                           F_э =   

На основании эквивалентной  силы и номинальной скорости рассчитываем эквивалентную мощность:

Р_э(ПВ=40%) =

·

Расчетная мощность Р_расч определяется с коэффициентом запаса к_зап=1,1-1,3:

принимаем к_зап =1,2.    

Р_расч = к_зап · Р_э

Мощность повторно-кратковременного режима приводим к мощности с ПВ=100%:

Р_ном(ПВ=100%) = Р_расч(ПВ=40%)

Выбираем электродвигатель на номинальную мощность:

                                                   Р_ном Р_расч                                                                            

Выбираем электродвигатели на несколько скоростей: Р_ном=0,55 Вт,

4А63В2У3: =9×10^-4 _кгм², n₀=3000 об/мин;

4А71А4У3: =1,3×10^-3_кгм², n₀=1500 об/мин;

4А71В6У3: =0,002 _кгм², n₀=1000 об/мин;

Находим величину для каждого двигателя:

; ;

4А63В2У3: ;

4А71А4У3: ;

4А71В6У3: ;

Выбираем двигатель  типа 4А71В6У3 с техническими данными:

Р_ном=0,55 Вт; S_ном=8 %; h_ном=67,5 %; cosj_ном=0,71; =2,2;

=2; S_к=49 %; =4; =0,002 _кгм².

 

 

Параметры схемы замещения  двигателя в относительных единицах:

х^*_m= 1,4; R₁^*=0,16;

х^*₁= 0,11; R¢₂^*= 0,15;

х¢^*₂= 0,17;

Сопротивление фазы:

;

;

;

;

;

;

 

4. ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО ПЕРЕДАТОЧНОГО ЧИСЛА РЕДУКТОРА.

 

Рассчитываем передаточное число редуктора:

;

где   i – кратность полиспаста,

       - номинальная скорость подъема, м/с;

        D_б – диаметр барабана, м;

,

Номинальная частота  вращения вала ЭД:

 

 

 

5. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ УПРОЩЕННЫХ СКОРОСТНОЙ И НАГРУЗОЧНОЙ ДИАГРАММ ЭЛЕКТРОПРИВОДА.

 

Электромагнитный момент двигателя вычисляется по приближенной формуле

M = M_c ± M_дин ,                                                          

где

М_дин = J

,

J =

,

J – суммарный момент инерции электропривода, приведенный к валу электродвигателя, кгм²;

J_м – момент инерции механизма, совершающего вращательное движение с угловой скоростью ω_м;

m – поступательно перемещаемая масса с линейной скоростью ;

- момент инерции ротора двигателя,

- радиус приведения поступательного  движения со скоростью  к вращательному движению с угловой скоростью :

=   

= 1,1-1,3 – коэффициент, учитывающий  момент инерции соединительной  муфты и редуктора. Принимаем =1,3.

- угловое ускорение:

=    .

М_с – статический момент на валу двигателя:

М_с = F_c·

;

Определяем моменты  инерции:

J₁ =

J₂ =

J₃ =

J₄ =

Определяем динамические моменты:

М_дин1 ,

М_дин2 ,

М_дин3 ,

М_дин4 ,

Определяем моменты  статические:

,

,

,

;

Определяем угловые  скорости:

,

,

;

 

Все данные для построения диаграмм отразим в таблице:

№ интервала	, с	, Н
1	0,8	-192	-0,797	-0,324	-1,121
2	116	-192	-0,797	0	-0,797
3	0,7	-192	-0,797	0,324	-0,473
4	0,2	-192	-0,797	0	-0,797
5	0,1	-192	-0,797	0,324	-0,473
6	0,8	2670,6	11,08	0,822	11,902
7	24,175	2670,6	11,08	0	11,08
8	0,7	2670,6	11,08	-0,822	10,258
9	0,2	2670,6	11,08	0	11,08
10	0,1	2670,6	11,08	-0,822	10,258
11	0,8	2272,4	9,43	0,74	10,17
12	49,175	2272,4	9,43	0	9,43
13	0,7	2272,4	9,43	-0,74	8,69
14	0,2	2272,4	9,43	0	9,43
15	0,1	2272,4	9,43	-0,74	8,69
16	0,8	1481	6,146	0,572	6,718
17	41,675	1481	6,146	0	6,146
18	0,7	1481	6,146	-0,572	5,574
19	0,2	1481	6,146	0	6,146
20	0,1	1481	6,146	-0,572	5,574