Электропривод механизма передвижения - Технология - Скачать бесплатно
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 электроустановка, должны иметь группу по
электробезопасности не ниже IV в установках напряжением выше 1000 В и III
в установках напряжением до 1000 В.
Б2.1.4. Оперативный персонал должен работать по графику,
утвержденному лицом, ответственным за электрохозяйство предприятия или
структурного подразделения.
В случае необходимости с разрешения лица, утверждавшего график,
допускается замена одного дежурного другим.
Б2.1.7. Приемка и сдача смены во время ликвидации аварии,
производства переключении или операций по включению и отключению
оборудования запрещается.
При длительном времени ликвидации аварии сдача смены осуществляется
с разрешения администрации.
Б2.1.8. Приемка и сдача смены при загрязненном оборудовании.
неубранном рабочем месте и обслуживаемом участке запрещается.
Приемка смены при неисправном оборудовании или ненормальном режиме
его работы допускается только с разрешения лица, ответственного за данную
электроустановку, или вышестоящего лица, о чем делается отметка в
оперативном журнале.
Б2.1.9. Лицо из оперативного персонала во время своего дежурства
является ответственным за правильное обслуживание и безаварийную работу
всего оборудования на порученном ему участке.
Б2.1.12. При нарушении режима работы, повреждении или аварии с
электрооборудованием оперативный персонал обязан самостоятельно и
немедленно с помощью подчиненного ему персонала принять меры к
восстановлению нормального режима работы и сообщить о происшедшем
непосредственно старшему по смене или лицу, ответственному за
электрохозяйство.
В случае неправильных действий оперативного персонала при
ликвидации аварии вышестоящее лицо обязано вмешаться вплоть до
отстранения дежурного и принять на себя руководство и ответственность за
дальнейший ход ликвидации аварии.
Б2.1.13. Оперативный персонал обязан проводить обходы и осмотры
оборудования и производственных помещений на закрепленном за ним участке.
Осмотр электроустановок могут выполнять единолично:
а) лицо из административно-технического персонала с группой по
электробезопасности V в установках напряжением выше 1000 В и с группой IV
в установках напряжением до 1000 В;
б) лицо из оперативного персонала, обслуживающего данную
электроустановку, с группой по электробезопасности не ниже III.
Список лиц из административно-технического персонала, которым
разрешается единоличный осмотр, устанавливается распоряжением лица,
ответственного за электрохозяйство.
Б2.1.14. При осмотре распределительных устройств (РУ), щитов,
шинопроводов, сборок напряжением до 1000 В запрещается снимать
предупреждающие плакаты и ограждения, проникать за них, касаться
токоведущих частей и обтирать или чистить их, устранять обнаруженные
неисправности.
Б2.1.17. Осмотры, выявление и ликвидация неисправностей в
электроустановках без постоянного дежурного персонала производятся
централизованно выездным персоналом, осуществляющим надзор и работы по
объекту (или группе объектов), периодичность которых устанавливается
ответственным за электрохозяйство в зависимости от местных условий.
Результаты осмотров фиксируются в оперативном журнале.
Б2.1.18. Лица, не обслуживающие данную электроустановку,
допускаются к осмотру с разрешения лица, ответственного за
электрохозяйство предприятия, цеха, участка.
Б2.1.19. Двери помещений электроустановок (щитов, сборок и т. п.)
должны быть постоянно заперты.
Для каждого помещения электроустановки должно быть не менее двух
комплектов ключей, один из которых является запасным. Ключи от помещений
РУ не должны подходить к дверям ячеек и камер.
Б2.1.20. Ключи должны находиться на учете у оперативного
персонала. В электроустановках без постоянного оперативного персонала
ключи должны находиться на пункте управления у старшего по смене лица из
оперативного персонала. Ключи должны выдаваться под расписку:
а) на время осмотра лицам, которым разрешен единоличный осмотр, и
лицам из оперативно-ремонтного персонала, в том числе и не находящимся в
смене, при выполнении ими работ в электропомещениях;
б) на время производства работ по наряду или по распоряжению
ответственному руководителю работ, производителю работ или наблюдающему.
Ключи выдаются при оформлении допуска и подлежат возврату ежедневно
по окончании работы вместе с нарядом.
При производстве работ в электроустановках без постоянного
оперативного персонала ключи подлежат возвращению не позднее следующего
дня после полного окончания работ.
3.2 Производство работ.
Б2.1.27. При работе в электроустановках напряжением до 1000 В без
снятия напряжения на токоведущих частях и вблизи них необходимо:
оградить расположенные вблизи рабочего места другие токоведущие
части, находящиеся под напряжением, к которым возможно случайное
прикосновение;
работать в диэлектрических галошах или стоя на изолирующей
подставке либо на диэлектрическом ковре;
применять инструмент с изолирующими рукоятками (у отверток, кроме
того, должен быть изолирован стержень); при отсутствии такого инструмента
пользоваться диэлектрическими перчатками.
Б2.1.28. При производстве работ без снятия напряжения на
токоведущих частях с помощью изолирующих средств защиты необходимо:
держать изолирующие части средств защиты за рукоятки до
ограничительного кольца;
располагать изолирующие части средств защиты так, чтобы не возникла
опасность перекрытия по поверхности изоляции между токоведущими частями
двух фаз или замыкания на землю;
пользоваться только сухими и чистыми изолирующими частями
|
