Электропривод механизма передвижения

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: Vтел - линейная скорость механизма передвижения, м/мин :

44;

DK - диаметр колеса тележки, мм: 320;

Dц - диаметр цапфы, мм: 90;

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

G0 - вес пустой тележки, кН: 157;

Gmax - вес груза максимальный, кН: 147;

?max - усредненный КПД механизма: 0,8;

3600/Tц.=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).

Во 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 ,tn, - длительности включений механизма

передвижения;

t0 - суммарное время простоя механизма за рабочий цикл;

2.3.2 Определяем эквивалентный момент:

(4)

Где Mi - величина момента в некотором рабочем режиме;

Tц - время рабочего цикла;

ti - длительности действия соответствующих моментов на вал

приводного двигателя;

2.3.3 Находим расчетную мощность двигателя:

(5)

где kз =1,3 - коэффициент запаса, учитывающий неучтенные моменты в

редукторе;

Мс.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 Jдв.=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 Jдв. - паспортный осевой момент инерции приводного двигателя;

Jх.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;

Jм - момент инерции соединительной муфты (Jм=0,15(Jдв.);

Jш - момент инерции тормозного шкива (Jш=0,2(Jдв.);

2.3.7 Определяем динамические моменты для построения уточненной

нагрузочной диаграммы:

(10)

где J - (см. формулу 8);

(( - изменение угловой скорости;

(t - время разгона механизма;

Mд.х. и Mд.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 Iдл.- длительный ток;

Iпв - 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

персоналом[1], 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