Электропривод механизма передвижения

Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации

Череповецкий металлургический колледж

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Электропривод механизма передвижения.

Пояснительная записка

КП 1806.00.00. ПЗ

Руководитель: Рыжаков В. Г.

(Подпись) ______

(Дата) 5.04.99

Проект разработал: Дробанов А.Ф.

(Подпись) ______

ЗАДАНИЕ

ПО КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

По курсу: "Электрический привод и электрооборудование".

Ф.И.О. учащегося: Дробанов Артём Федорович.

Курс, специальность: 1806: "Техническая эксплуатация, обслуживание и ремонт электрического и электромеханического оборудования в металлургии".

Тема курсового проекта: "Электропривод механизма передвижения".

Исходные данные: V_тел - линейная скорость механизма передвижения, м/мин : 44;

D_K - диаметр колеса тележки, мм: 320;

D_ц - диаметр цапфы, мм: 90;

L_тел.- длина рабочего пути тележки, м: 28;

G₀ - вес пустой тележки, кН: 157;

G_max - вес груза максимальный, кН: 147;

η_max - усредненный КПД механизма: 0,8;

3600/T_ц.=12 - количество рабочих циклов в час;

Требуется представить: Пояснительную записку с расчетами.

Графические работы: Электрическая принципиальная схема привода тележки;

Кинематическая схема механизма тележки;

Задание выдано: __________

Срок окончания и сдачи: 05.04.99

Руководитель Рыжаков В.Г.

Председатель предметной комиссии

СОД ЕРЖАНИЕ

Введение

1. Общая часть

1. Устройство и назначение механизма.

2. Выбор системы электропривода.

2. Специальная часть

1. Разработка принципиальной схемы управления.

2. Построение нагрузочной диаграммы механизма.

3. Расчет мощности электродвигателя и его выбор.

4. Выбор релейно-контакторной аппаратуры.

5. Расчет токов уставок и выбор аппаратуры защиты.

6. Расчет и выбор структуры и сечения кабелей.

3. Техника безопасности

3.1 Оперативное обслуживание.

3.2 Производство работ.

3.3 Работы в электроустановках, связанные с подъемом на высоту.

Литература

Введение

На металлургических предприятиях работают мостовые краны общего назначения (крюковые, грейферные, маг­нитные, магнитно-грейферные) и металлургические (ли­тейные, для раздевания слитков, колодцевые, посадочные и др.).

Конструкция кранов в основном определяется их на­значением и спецификой технологического процесса. Но ряд узлов, например механизмы подъема и передвижения, выполняются однотипными для кранов различных видов. Поэтому имеется много общего в вопросах выбора и экс­плуатации электрооборудования кранов.

Электрооборудование кранов металлургических цехов работает, как правило, в тяжелых условиях: повышенная запыленность и загазованность, повышенная температура или резкие колебания температуры окружающей среды (от минусовой до +60—70°С), высокая влажность (до 80—90 %), влияние химических реагентов. В связи с этим оно должно выбираться в соответствующем конструктив­ном исполнении.

Оборудование кранов стандартизировано, поэтому краны различные по назначению и конструкции комплек­туются серийно выпускаемым типовым электрооборудо­ванием. Схемы управления отдельными кранами отлича­ются, что связано со спецификой соответствующих цехов металлургических предприятий и назначением кранов. К электрооборудованию кранов предъявляют следующие требования: обеспечение высокой производительности, на­дежность работы, безопасность обслуживания, простота эксплуатации и ремонта и др.

1. Общая часть.

1. Механизм передвижения широко представлен в металлургическом

производстве тележками крановых механизмов. Обычно кран имеет две тележки: тележку передвижения и грузовую тележку.

Грузовая тележка присутствует в единственном числе, но в некоторых случаях их число может быть доведено до двух.

К приводу тележек предъявляются довольно жесткие требования: он должен обеспечивать быстрый и в то - же время плавный разгон, постоянство ускорения независимо от скорости переключения контактов командоконтроллера, возможность реверса, высокую надежность и стабильность работы в условиях как высоких, так и низких температур, а также при высокой влажности, запыленности окружающей среды и присутствии агрессивных газов и дыма.

Кроме того, электропривод должен быть безопасным в эксплуатации и простым в ремонте.

По надежности электроснабжения этот привод можно отнести к "особой группе" первой категории.

1.2 Электроприводом называется электромеханическое устройство, предназначенное для электрификации и автоматизации рабочих процессов и состоящее из преобразовательного, электродвигательного, передаточного и управляющего механизмов. В отдельных случаях преобразовательный и передаточный механизмы могут отсутствовать.

Достоинствами электропривода являются: возможность простого и экономичного преобразования электрической энергии в механическую;

Возможность изготовления двигателя любой необходимой мощности, что позволяет использовать индивидуальный привод отдельных рабочих механизмов машины; высокая управляемость привода, его надежность; упрощенная конструкция рабочей машины, малые габариты и масса привода; широкий диапазон и плавность регулирования скорости и т.п.

Наиболее часто применяемым типом электродвигателя является асинхронная машина с фазным ротором, т.к. обеспечивает достаточное регулирование ускорения. Асинхронные же двигатели с короткозамкнутым ротором не находят широкого применения из-за чрезмерно больших ускорений и пусковых токов, что не всегда приемлемо при переносе краном таких грузов, как жидкий металл, шлак и т.д.

Применение привода постоянного тока нежелательно, т.к. он имеет пониженную надежность из-за износа коллекторного узла и его быстрого выхода из строя, особенно это касается условий его работы при загрязненности атмосферы цеха.

Исходя из всего перечисленного, выбираем в качестве основы привода асинхронную машину с фазным ротором.

Питание двигателя привода тележки будет осуществляться через гибкие троллеи, т.к. тележка имеет диапазон передвижения по направляющим 28 метров и применение жестких троллей не оправдано.

2. Специальная часть.

2.1 Схема управления должна отвечать всем требованиям, заданным в п.1.1. Наиболее распространенной схемой является схема, построенная на основе командоконтроллера. Она имеет высокую ремонтопригодность, дешевую элементную базу и большую надежность.

Контроль нулевого положения командоконтроллера SA осуществляет реле KS, контакт которого подает питание на схему управления.

В первом положении "Вперед" включаются контакторы KM1 и KM2, которые подключают статор двигателя к сети. Блок-контакт КM2 включает реле K, которое включает контактор тормозного электромагнита KM3. При этом двигатель растормаживается и идет в ход при полностью включенном в цепь ротора реостате (кривая 1 на рисунке 1).

В
о втором положении контроллера включается контактор KM4 (см. графическую работу, лист 1), который шун­тирует предварительную ступень пускового реостата (двигатель работает на характеристике 2, рисунок 1).

Рисунок 1 - Механические характеристики кранового электродвигателя.

Машинист может устано­вить ручку командоконтроллера сразу в крайнее правое поло­жение. Разгон будет осуществляться автоматически, в функции времени, с помощью реле KAT1 - KAT3 (см. графическую работу, лист 1). Блок-контакт KM4 разомкнет цепь катушки первого ускоряющего реле KAT1, и по­следнее с выдержкой времени включит первый ускоряющий кон­тактор KM5. Аналогично с помощью реле KAT2 и KATЗ включаются ускоряющие контакторы соответственно KM6 и KM7.

Для питания катушек реле времени служит выпрямитель; контактор KM6, включившись, своим блок-контактом, отключит от сети выпрями­тель, а вместе с ним и катушку реле KATЗ. Двигатель будет рабо­тать на характеристиках 3, 4, 5 (см. рисунок 1).

В цепи ротора всегда остается невыключенной часть реостата. Этим смягчается механическая характеристика (кривая 5 на рисунке 1), благодаря чему массы двигателя и крана в большей степени помогают двигателю преодолевать пиковые перегрузки.

Как отмечалось, электропривод может работать в двигатель­ном режиме и в режиме торможения противовключением. Если при движении крана «Вперед» рукоятку командоконтроллера SA (см. графическую работу, лист 1) перевести в любое положение «Назад», контактор KM1 отключит двигатель от сети, а затем включится контактор KM8 и реле KCC. Контакторы ускорения KM5—KM7, KM4 отключаются, и в цепь ротора будет введен весь реостат. В момент перехода ко­мандоконтроллера SA через нулевое положение кратковременно отключится реле K, контакт которого шунтирует добавочный резистор R1 в цепи реле KCC. Этим осуществляется форсировка включения реле KCC. Если рукоятка SA была переведена в пер­вое положение «Назад», то после окончания процесса торможения кран останавливается. Если рукоятка была установлена во 2, 3 или 4-е положения, то после снижения скорости до 10% от номинальной отключается реле KCC, которое своим контактом под­ключает цепь питания ускоряющих контакторов, и начинается автоматический разгон двигателя в направлении «Назад».

Торможение осуществляется по линии abc (см. рис. 1): по линии аb — переход двигателя в режим торможения противо-включением и по линии ba — его замедление и остановка.

Контакты конечных выключателей SQ1, SQ2, размыкающи­еся в предельно крайних положениях, и контакт максимального реле KA включены в цепь реле KS (см. графическую работу, лист 1). Максимальное реле состоит из трех катушек с подвижным якорем, воздействующих на один общий контакт.

Как отмечалось, аппаратура управления и тормозные электрод-магниты постоянного тока отличаются сравнительно высокой износостойкостью, долговечностью, надежностью, большой до­пустимой частотой включения и т. п. Поэтому для кранов, рабо­тающих в режимах Т и ВТ, используются магнитные контроллеры типов К, КС ДК.

2.2 Построение нагрузочной диаграммы механизма.

2.2.1 Определяем передаточное число редуктора привода тележки:

(1)

где R - радиус колеса тележки, м;

n - частота вращения вала приводного двигателя, об/мин;

V - заданная скорость тележки, м/мин;

2.2.2 Определяем статические моменты на входном валу редуктора при холостом и рабочем пробегах тележки:

(2)

где k₁ = 1,25 - коэффициент, учитывающий трение реборды колеса тележки о рельс;

G - сила тяжести перемещаемого груза;

 = 0,015ч 0,15 - коэффициент трения в опорах ходовых колес;

r - радиус цапфы;

f - коэффициент трения качения ходовых колес по рельсам;

i - передаточное число редуктора;

 - КПД редуктора;

2
.2.3 Строим нагрузочную диаграмму механизма:

Рисунок 2 - Нагрузочная диаграмма механизма.

2.3 Расчет мощности двигателя и его выбор.

2.3.1 Определяем продолжительность включения ПВ:

(3)

где t₁ ,t₂ ,t₃ ,t_n, - длительности включений механизма передвижения;

t₀ - суммарное время простоя механизма за рабочий цикл;

2.3.2 Определяем эквивалентный момент:

(4)

Где M_i - величина момента в некотором рабочем режиме;

T_ц - время рабочего цикла;

t_i - длительности действия соответствующих моментов на вал приводного двигателя;

2.3.3 Находим расчетную мощность двигателя:

(5)

где k_з =1,3 - коэффициент запаса, учитывающий неучтенные моменты в редукторе;

М_с.э - эквивалентный статический момент;

 _расч.- угловая скорость выбираемого приводного двигателя;

Пересчитываем расчетную мощность двигателя при ПВ =20% на ПВ= 40%, для того, чтобы выбрать электрическую машину из справочника:

(6)

2.3.4 Выбираем конкретный двигатель - МТF312-6, асинхронную машину с фазным ротором с осевым моментом инерции J_дв.=0,312 кгм², номинальной частотой вращения 965 об/мин., номинальными токами статора и ротора соответственно 38 и 60 А и мощностью 15 кВт.

2.3.5 Для определения момента инерции на входном валу редуктора переходим от поступательного движения тележки к вращательному движению некого цилиндрического тела, посаженного на вал электродвигателя, создающего те - же статические и динамические нагрузки:

(7)

где V² - квадрат скорости поступательно движущейся тележки;

m - масса тележки ;

J - осевой момент инерции;

² - квадрат угловой частоты вращения вала двигателя;

Выделяем переменную j из вышеуказанного равенства:

(8)

Таким образом, мы получили приведенные осевые моменты инерции порожней и нагруженной тележки без учета моментов инерции соединительной муфты и тормозного шкива.

2.3.6 Зная приведенные моменты инерции мы можем определить полный осевой момент инерции системы "двигатель - механизм" как для полностью загруженного, так и для порожнего механизма передвижения:

(9)

где J_дв. - паспортный осевой момент инерции приводного двигателя;

J_{х.х.(р.х)} - приведенный осевой момент инерции на валу двигателя для холостого и загруженного состояний механизма передвижения без учета момента инерции двигателя, соединительной муфты и тормозного шкива;

J_м - момент инерции соединительной муфты (J_м=0,15J_дв.);

J_ш - момент инерции тормозного шкива (J_ш=0,2J_дв.);

2.3.7 Определяем динамические моменты для построения уточненной нагрузочной диаграммы:

(10)

где J - (см. формулу 8);

 - изменение угловой скорости;

t - время разгона механизма;

M_д.х. и M_д.р. - динамические моменты разгона и торможения для холостого и загруженного состояний тележки механизма передвижения.

2.3.8 Строим уточненную нагрузочную диаграмму механизма с тахограммой:

Рисунок 3 - Нагрузочная диаграмма механизма с тахограммой.

2.3.9 Проверяем выбранный двигатель по нагреву:

(11)

Эквивалентный момент вычисляем по формуле 4:

Определяем рабочий момент двигателя:

(12)

В случае, если двигатель подходит для заданной интенсивности работы, момент эквивалентный на его валу должен быть меньше номинального, т.е. должно выполнятся неравенство 13:

(13)

Двигатель выбран правильно.

2.4 Выбор релейно-контактной аппаратуры.

2.4.1 Для управления асинхронным электродвигателем привода используем магнитный контроллер ТА-63 [6] , т.к. он обеспечивает все необходимые режимы работы для механизма перемещения и подходит по допустимой мощности двигателя.

2.4.2 Для ограничения передвижения кранового моста в схеме использованы конечные выключатели.

Контакты конечных выключателей, как правило, включаются в цепи управления - в цепи катушек контакторов и реле.

В качестве конечных выключателей выбираем получившие наибольшее распространение в крановых установках отечественного производства выключатели серии КУ-700А.

2.4.3 Крановые резисторы предназначены для обеспечения пуска, регулирования скорости и торможения электродвигателей постоянного и переменного тока.

При расчете и выборе пускорегулирующих резисторов должны выполнятся одновременно два условия:

1. Получение необходимых механических характеристик электроприводов, обеспечивающих требуемый режим пуска и необходимый диапазон регулирования.

2. Обеспечение соответствия теплового режима резистора режиму работы электродвигателя.

Для правильного выбора пусковых токоограничивающих резисторов определяем значение эквивалентного тока:

(14)

где I_дл.- длительный ток;

I_пв - ток двигателя при некоторой продолжительности включения;

ПВ - значение фактической продолжительности включения , %;

Зная длительный ток выбираем тип ящиков резисторов в роторную цепь: 2ТД.754.054-10.

2.5 Расчет токов уставок и выбор аппаратуры защиты.

2.5.1 Аппаратура защиты присутствует в схеме магнитного контроллера, поэтому нет необходимости в её выборе, однако следует указать токовые значения настроек защитной аппаратуры исходя из данных справочника [2]:

а) Ток уставки защитного реле, А: 130;

б) Ток номинальный расцепителя автомата, А: 40;

в) Ток мгновенный отсечки автомата, А: 260;

2.6 Расчет и выбор структуры и сечения кабелей.

2.6.1 Ток ротора больше тока статора и его длительный эквивалент уже определен (расчёт по формуле 14), поэтому цепь статора с меньшим током запитываем кабелем, выбираемым в роторную цепь:

а) Для обеспечения питания роторной цепи выбираем кабель

ПВГ (3*10) мм²;

б) Статорную цепь запитываем кабелем ПВГ (3*10) мм²;

в) Управляющую схему запитываем посредством провода марки ПГВ;

г) Конечные выключатели целесообразно подключить к схеме управления контрольным четырехжильным кабелем типа КСРГ;

3. Техника безопасности

3.1 Оперативное обслуживание.

Б2.1.1.² Оперативное обслуживание электроустановок может осуществляться как местным оперативным или оперативно-ремонтным персоналом¹, за которым закреплена данная электроустановка, так и вы­ездным, за которым закреплена группа электроустановок.

Лицам из оперативно-ремонтного персонала, обслуживающим электроустановки, эксплуатируемые без местного оперативного персонала, при осмотре электроустановок, оперативных переключениях, подготовке рабочих мест и допуске бригад к работе и т. п. в соответствии с насто­ящими Правилами и «ПТЭ электроустановок потребителей» предостав­ляются все права и обязанности оперативного персонала.

Вид оперативного обслуживания, число лиц из оперативного персо­нала в смену или на электроустановке определяются лицом, ответствен­ным за электрохозяйство, по согласованию с администрацией предпри­ятия (организации) и указываются в местных инструкциях.

Б2.1.2. К оперативному обслуживанию электроустановок допуска­ются лица, знающие оперативные схемы, должностные и эксплуатацион­ные инструкции, особенности оборудования и прошедшие обучение и проверку знаний в соответствии с указаниями настоящих Правил.

Б2.1.3. Лица из оперативного персонала, обслуживающие электроустановки единолично, и старшие в смене или бригаде, за которыми закреплена данная электроустановка, должны иметь группу по электробезопасности не ниже IV в