Разработка логической схемы управления двустворчатых ворот судоходного шлюза - Схемотехника - Скачать бесплатно
поворота створки: ( рисунок 19 ).
|Q; град |Мс(Q); Н*м 1 |Мс(Q); Н*м 2 |
| |режим |режим |
|0 |112028,8 |112028,8 |
|10 |128727,5 |95330,1 |
|20 |144918,8 |79138,8 |
|30 |160110,9 |63946,7 |
|40 |173841,9 |50015,7 |
|50 |598612,8 |298555,2 |
|60 |532227,4 |308169,8 |
|70 |539311,5 |315253,9 |
2.3.3. Предварительный выбор электродвигателя.
Необходимая мощность электродвигателя, намеченного к установке,
определяется из выражения ( в кВт ):
P' = Mс.max*wст.ср./(1000*h),
где Mс.max - максимальный момент сопротивления, определяется по графику
Мс(Q), Н*м;
wст.ср. = Qст/tc - средняя угловая скорость створки, ( с-1 );
Qст = 1,222 - полный угол поворота створки, ( рад ) wст.ср. = 1,222/80
= 0,015 ( с-1 );
P' = 539311,5*0,015/(1000*0,74) = 11 ( кВт );
Частота вращения электродвигателя определяется в соответствии с wст.ср.
по формуле ( в об.мин-1);
n = kw*30*aт*iз/(p*tc), где.
aт - полный угол поворота выходного вала передачи ( колеса ) при
перемещение створки от открытого до закрытого положения ( определяется по
кинематической схеме механизма ), рад;
kw = 1,3 - коэффициент, учитывающий работу двигателя в переходных
режимах и на пониженной частоте вращения при створении и при входе в
шкафную часть.
n = 1,3*30*2,6*2300/(3,14*80) = 928 (об/мин).
По величине P' и n по каталогу предварительно выбираем двигатель
кранового типа при ПВ = 95 % мощностью равной или ближайшей большей.
Выбираем электродвигатель MTF 311-6
Рн = 13 ( кВт ) n = 135 (об/мин) J = 0,3 (кг/м2)
2.3.4. Определение момента сопротивления приведенных к валу двигателя.
Величины моментов сопротивления, приведенных к валу двигателя ( M'с ),
необходимо определить во всем диапазоне перемещения створки для обоих
расчетных режимов.
Расчет M'с = f(Q) производим через 10o угла поворота створки. Для
определения M'с = f(Q) необходимо определить полное переда-
точное число:
i = f(Q); i = iз*iм, где iм = f(Q)
iм = ВО1/СО, где СО определяется из диаграммы перемещения. Приведения
осуществляются по формулам:
Мс' = Мс/(i*h) - двигательный режим;
Мс' = Мс*h/i - тормозной режим;
Результаты вычислений заносим в таблицу;
|Q; град |0 |10 |20 |30 |40 |50 |60 |70 |
|СО; м |0,64 |1,5 |1,79 |19,5 |1,99 |1,88 |1,59 |0,75 |
|iм; м |5,23 |2,23 |1,87 |1,72 |1,68 |1,78 |2,11 |4,47 |
|i; м |12029|5129 |4301 |3956 |3864 |4094 |4853 |10281|
|Мс'; Н*м|12,6 |33,9 |45,5 |54,7 |60,8 |172,5|148,2|70,9 |
| | | | | | | | | |
|двигат | | | | | | | | |
|Мс'; Н*м|6,9 |13,8 |13,6 |12 |9,6 |-54 |-47 |-22,7|
| | | | | | | | | |
|тормоз | | | | | | | | |
По результатам в таблице, строим график зависимости Мс'= f(Q). (
рисунок 20 ).
2.3.5. Проверка предварительно выбранного двигателя. Предварительно
выбранный двигатель в общем случае должен быть
проверен на нагрев, динамическую и перегрузочную способность. Однако, в
следствии того, что цикл шлюзования довольно значите-
лен ( 30 минут и более ), а длительность работы привода ворот в
цикле не выше ( порядка 3 - 4 минуты ), тепловой режим двигателя
достаточно легкий. Поэтому проверку предварительно выбранного двигателя в
этом случае можно на нагрев не производить, а ограничется проверками на
динамическую и перегрузочную способности.
Вместе с тем электродвигатель двустворчатых ворот требует специфической
проверки по аварийному режиму работы из условия "наезд на препятствие" (
внезапное столкновение ), выполнение которой целесообразно до основных
проверок.
а) Проверка по режиму внезапного стопорения
При внезапном стопорение створки кинематическая энергия, запасенная
ротором двигателя и вращающимися элементами передач, переходит в энергию
упругих колебаний и дополнительно нагружает механизм.
Проверка по режиму внезапного стопорения позволяет уточнить частоту
вращения электродвигателя, откоректировать передаточное число механизма и
жесткость упругих элементов.
При расчете режима внезапного стопорения не учитываются демпфирующие
способности двигателя и принимается, что продолжительность развития
нагрузки больше полупериода колебаний.
В этом случае величина момента при внезапном стопорении, приведенная к
валу двигателя, может быть определена из выражения:
Мвн = 0,7*Мmax+wд*?C'max*J1*sin(?(C'max/J1)*t)
где; 0,7*Мmax - примерное среднее значение момента, развиваемого
двигателем при "наезде на препятствие", ( Н*м );
Мmax - опрокидывающий ( максимальный ) момент предварительно выбранного
двигателя;
wд = wн = p*nн/30 - угловая частота вращения двигателя перед "наездом
на препятствие" ( с-1):
C'max - максимальная, приведенная к валу двигателя жесткость демпферных
пружин; ( Н*м )
J1 = 1,25*(Jр+Jм) - момент инерции вращающихся элементов привода; Jр,Jм
- моменты инерции ротора двигателя и муфты; (кг*м2); 1,25 - коэффициент
учитывающий приведенный к валу двигателя мо-
мент инерции всех остальных вращающихся частей привода.
C'max = C*(OA)2/iз2 =18*106*22/23002 = 13,6 ( Н*м )
где, ОА - из кинематической схемы;
J1 = 1,25*(0,3+0,225) = 0,66 (кг*м2)
Максимальная нагрузка будет в момент времени
t= p/2*?(J1/C'max); где
Мн = 9556*Рн/nн = 9556*19/935 = 132,9 (Н*м).
Условие, для проверки предварительно выбранного двигателя при внезапном
стопорении;
wн , M'доп-0,7*Mmax/?(C'max*J1); где
M'доп - допустимая нагрузка на тяговый орган, приведенный к валу
двигателя;
M'доп = Fдоп*ОА/(iз*h) =55*104*2/(2300*0,74) = 646,3 ( Н*м )
1,4*M'доп-2,2*Мном/?(C'max*J1) =
= 1,4*646,3-2,2*132,9/?(13,6*0,66) = 165,4 (рад/с)
97 < 165,4 условие выполняется
Коэффициент 1,4 в выражении учитывает податливость препятствия, на
которое произведен "наезд" створки.
б) Проверка на динамическую и перегрузочную способности. Проверка
предварительно выбранного двигателя на перегрузочную способность и
динамическую способности производится исходя из следующих соображений.
Поскольку электромеханические приводы двустворчатых ворот содержат упругое
звено ( демпферные пружины ), то при разгоне динамический момент в нем (
М12 ) имеет затухающий колебательный характер, причем максимальная
величина его должна ограничиваться коэффициентом динамичности, равным 1,4.
В общем случае, динамический момент в упругом звене определяется по
выражению:
М12 =Мс'+(Мнп-Мс')*J'2/(J1+J'2)*(1-coswt);
где Мнп - начальный пусковой момент двигателя;
J'2 - приведенный к валу двигателя момент инерции створки и
присоединенной массы воды;
w - частота собственных колебаний системы
Максимальное значение динамического момента будет при coswt = -1;
Учитывая, что этот максимальный момент не должен превышать больше чем
на 40 %, момент сопротивления Мс', т. е. М12 =1,4*Мс', величина
начального пускового момента при пуске из любого положения определяется
по формуле:
Мнп(Q) = Мс'(Q)*(1+0,2*J1+J'2(Q)/J'2); где
J'2(Q) = Jст+Jв(Q)/i2(Q) - приведенный к валу двигателя момент инерции
створки и присоединенной массы воды.
Jст = G*l2/38 - момент инерции створки;
Jст = 2676137,5 (кг*м2)
Jвт(Q) - момент инерции присоединенной массы воды при hкт = 18м и hк =
4м
Пересчет для Jв(Q) производится по формуле:
Jв(Q) = Jвт(Q)*h/hк*(hк/hкт)4 = 1,25*Jвт(Q)
Результат вычислений заносим в таблицу.
|Q; град |0 |10 |20 |30 |40 |50 |60 |70 |
|Jвт107 |4,2 |2,2 |1,85 |1,75 |1,8 |2 |2,6 |4,2 |
|кг*м2 | | | | | | | | |
|Jв107 |5,25 |2,75 |2,3 |2,2 |2,25 |2,5 |3,25 |5,25 |
|кг*м2 | | | | | | | | |
|J'2 |0,38 |1,15 |1,39 |1,58 |1,69 |1,65 |1,49 |0,52 |
|кг*м2 | | | | | | | | |
|Мнп |19,5 |44,6 |58,9 |70,2 |77,7 |220,8|191 |130,1|
|Н*м | | | | | | | | |
Вычисляем Мнп только для двигательного режима, т. к. соответствующая
Мс' для тормозного режима меньше, чем для двигательного. По данным таблицы
строим график Мнп= f(Q) ( рис. 21) из таблицы находим Мнп max = 220,8 (
Н*м ).
Выполняет проверку по условию:
Мнп мах , 0,8*Mmax, где
0,8 - коэффициент, учитывающий допустимое снижение напряжения сети:
2,5*132,9 = 332,25 . 220,8 следовательно, Мнп max , 2,5*Мном, условие
выполнено.
2.3.6.Выбор электрических аппаратов для управления механическими
тормозами.
На всех механизмах шлюза для удержания его в застопаренном состоянии в
период бездействия или для замедления движения механизма перед его
остановкой используются механические тормоза.Они выполняются
непосредственно с электроприводом. В качестве электроприводов (аппаратов)
для управления механическими тормозами используются электрогидравлические
толкатели и электромагниты переменного и постоянного тока.
Выбор механического тормоза,а следовательно,и его электропривода
производится по необходимому тормозному режиму:
Мт = 2*М'max
Для нахождения М'max необходимо из графика M'с = f(Q) при перепаде и
,сопутствующих движению выбрать наибольшее значение момента по абсолютной
величине
М'max = 172,5 ( Н*м )
Мт = 2*172,5 = 345 (Н*м)
Выбираем длинноходовой тормозной электромагнит переменного тока КМТЗА.
Тяговое условие-350(Н).
Эти электромагниты применяются в беспружинных тормозах с высокой
степенью надежности торможения,но для механизмов с небольшим числом
включений в час.
Длинноходовые электромагниты переменного тока имеют прямоходовую
конструкцию с Ш-образным шлихтованным магнитопроводом на котором
расположены три катушки, включенные в "звезду" или "треугольником".
Электромагниты этого типа выпускаются серии КМТ четырех типов размеров
на напряжение 220380В и 500В.
2.3.7.Расчет резисторов пускового реостата и выбор ящиков
сопротивлений.
Величины сопротивления, введенных в цепь ротора двигателя в
определенном масштабе могут быть получены из пусковой диаграммы(рис.22)
Принято:Ip = 51(А)
Iпер = 54(А)
Iп = 102(А)
Из диаграммы истекает:двигатель имеет 3 степени разгона.
Активное сопротивление фазы ротора:
rp = Uн.р.*S/(?3*Iр.н.) = 172*0,065/(?3*51) = 0,127 ( Ом )
где: Uн.р. = 172 (В), Iр.н. = 51 (А); S = no-n/no = 0,065
Маштаб сопротивлений: m = rp/аб = 0,127/7 = 0,018 (Ом/мм)
Сопротивления ступеней;
R1 = m*де = 0,018*46 = 0,828 (Ом)
R2 = m*д2 = 0,018*25 = 0,45 (Ом)
R3 = m*2в = 0,018*14 = 0,252 (Ом)
Rневыкл = m*вб = 0,018*8 = 0,144 (Ом)
|Наимено-|Обозн-|Расчетное|Технические |Кол-во |Факти-|
| | | |данные |сопрот-| |
|вание |ачение|сопротив-| | |ческое|
|ступени | | | |ивлений| |
| | |ление | | |сопро-|
| | |( Ом ) | | | |
| | | | | |тивле-|
| | | | | | |
| | | | | |ние |
| | | | | |( Ом )|
| | | |сопроти-|Длитель-| | |
| | | | | | | |
| | | |вление |ный доп-| | |
| | | |эл-та | | | |
| | | |( Ом ) |устимый | | |
| | | | |ток (А) | | |
|1 |R1 |0,828 |0,4 |64 |2 |0,8 |
|2 |R2 |0,45 |0,156 |82 |3 |0,468 |
|3 |R3 |0,252 |0,079 |114 |3 |0,237 |
|не |Rневык|0,144 |0,089 |114 |2 |0,158 |
|выключ |л | | | | | |
Схема соединения резисторов для одной фазы ротора двигателя на (
рисунке 13 )
Пускорегулировачные резисторы серии НФ представляют собой ящики
открытого исполнения. В этих элементах применяются сопротивления на
фехралевой ленте, намотанной на ребро. Внешние зажимы ящиков сопротивления
не маркированы. Расположение ящиков должно исключать возможность
случайного прикосновения к ним и обеспечить защиту от атмосферных осадков.
3. ОПИСАНИЕ СУЩЕСТВУЮЩИХ СХЕМ УПРАВЛЕНИЯ
Привод двустворчатых ворот. Наибольшее распространение на шлюзах нашей
страны получили плоские, двустворчатые ворота. Основное технологическое
требование здесь сводится к правильному и безударному створению полотнищ.
Для привода двустворчатых ворот на правом и левом устоях камеры
устанавливают по механизму, приводимому во вращение сворим
электродвигателем.
Привод с асинхронными двигателями без регулирования скорости движения.
В нем могут быть использованы асинхронные двигатели ка с фазным, так и с
короткозамкнутым ротором. Структурная схема такого привода дана на
(рисунке 23), а. Система отличается простотой и высокой надежностью.
Однако она обладает таким серьезным недостатком, как тяжелое протекание
переходных процессов и невозможность управления частотой вращения
двигателей при створении ворот и входе их полотнищ в ниши.
Привод с асинхронными фазными двигателями с регулированием скорости
движения изменением сопротивления цепи ротора.Этот широко применяемый на
шлюзах приводах двустворчатых ворот отличается от предыдущего возможностью
регулирования частоты вращения двигателей при маневрировании воротами и
управлением в процессе разгона при пуске двигателей в ход. Структурная
схема системы привода показана на (рисунке 23).
Такая система,используется в большинстве случаев в сочетании с
кривошипно-шатунным механизмом, имеет очень тяжелую динамику при пуске из
промежуточных положений, необходимость которого нередко
возникает,например, из-за недостаточной согласованности скоростей движения
створок ворот, различия продолжительности разгона двигателей при
реостатном пуске и т. п. В случае применения других типов тяговых органов
( например, тросовых ) положение усугубляется еще тем, что в конце
операций получаются недопустимо большие скорости движения створок и для
исключения ударов возникает потребность в искусственном снижении частоты
вращения двигателей.
Электропривод с тормозными генераторами. Привод двустворчатых ворот,
рассмотренный выше, в операции закрытия работает на смягченных
характеристиках и в результате колебаний скорости движения не обеспечивает
правильного створения ворот при различных изменениях нагрузки на левую и
правую створки от ветра и волн. Кроме того, из-за сравнительно высокой
скорости движения створок в конце операции закрытия при наложении тормозов
раньше времени в воротах остается большая щель, а при наложении с
опозданием получается удар створок.
Устранение отмеченных недостатков возможно при работе привода в течении
большей части операции на жестких механических характеристиках,
обеспечивающих сохранение скорости движении створок при колебаниях
нагрузки, и со значительным уменьшении скорости движения в конце операции
перед наложением тормозов. Такие характеристики можно получить в системе с
тормозным генераторами, включаемыми в конце операции для получении малой
скорости движения . Тормозной генератор может быть отдельной электрической
машиной постоянного или переменного тока, навешанной на вал приводного
двигателя и являющейся для него дополнительной нагрузкой.
Механическая характеристика системы с включенным генератором
представляет собой кривую, полученную при различных частотах вращения
сложения моментов приводного двигателя и тормозного генератора.
Структурная схема такого привода дана на . На схеме показаны приводные
двигатели М1, М2, резисторы роторных цепей R1,R2 и тормозные генераторы
ТГ1 и ТГ2. Изменением сопротивления цепи ротора асинхронного двигателя или
тока возбуждения тормозного генератора получают различные по жесткости и
по граничной частоте вращения характеристики системы.
Электропривод двустворчатых ворот с тормозным генератором на шлюзах
пока применяют ограниченно из-за большого числа машин, а значит,
увеличенных габаритов и массы установки.
Электропривод с гидравлической передачей.Для привода двустворчатых
ворот гидропередачи стали применять в последнее десятилетие.
Электрогидроприводы располагают на устоях камеры шлюза. Они представляют
собой два самостоятельных агрегата, связанных с помощью системы
управления. Структурная схема электрогидропривода двустворчатых ворот
приведена на рисунке 7, г. К основным его элементам относятся: насосы Н1 и
Н2 с приводными двигателями М1 и М2, золотниковые блоки управления З1, З2
и силовые гидроцилиндры Ц1, Ц2, шторки которых соединены со створками
ворот. Регулирование скорости движения здесь также гидростатическое, с
перепуском части рабочей жидкости в сливной бак Б1 или Б2 минуя
гидроцилиндры. Электрогидроприводы двустворчатых ворот зарекомендовали
себя хорошо, однако необходимо решить еще целый ряд вопросов по улучшению
регулирования скорости движения, динамики и защиты системы.
Электропривод с тиристорным управлением. Структурная схема такой
системы приведена на рисунке 7, д. Она подобна рассмотренной выше схеме
привода подъемно-опускных ворот.
Потенциальные возможности этой системы привода для двустворчатых ворот
также еще предстоит раскрывать и доводить до совершенства высокими
требованиями, предъявляемыми к электроприводам шлюзов.
3.1. Привод с асинхронными двигателями без регулирования скорости
движения. На (рисунке 23) показана принципиальная схема главного тока, а
на (рисунке 24) - схема цепей управления двустворчатых ворот.
В данном примере для привода левой и правой створки ворот использованы
асинхронные двигатели с фазным ротором М1 и М2, причем их пуск
осуществляется в функции времени путем выведения резисторов из цепи ротора
двигателя ( цепи катушек реле времени на схеме не изображены).
Управление воротами производится как с центрального,так с местного
пультов управления.
Для упрощения схемы (смотрите рисунок 24) показаны по две общих кнопки
открытия SO и закрытия SZ , хотя с местных пультов можно управлять каждой
створкой в отдельности.
При рассмотрении схеме следует иметь в виду, что SQ1 - контакт путевого
выключателя, блокирующий цепь управления двустворчатых ворот с верхними
воротами, и при закрытых верхних воротах он закрыт; SQ2 и SQ4 - контакты
предельных
|
