Расчет электропривода судового грузоподъемного механизма. Расчет электропривода грузоподъемного механизма


7. Методические указания расчета судового электропривода.

Производственный механизм должен работать с максимальной производительностью и удовлетворять условиям его работы, быть надёжным и экономичным.

Следующим условием технико-экономической целесообразности являются малые массогабаритные показатели, низкая стоимость, удобство эксплуатации электропривода.

В ходе проектирования необходимо решить следующие вопросы:

- изучить устройство судового механизма, условия его работы;

- выбрать род тока, тип и конструкцию электродвигателя;

- рассчитать мощность и выбрать электродвигатель;

- выбрать кабель (фидер), проверить его на падение и потерю напряжения, пусковую (регулировочную) аппаратуру.

Наиболее трудоёмкий этап проектирования электропривода – расчёт мощности, выбор электродвигателя. Основными критериями при этом являются запас по перегрузочной способности (по моменту) и нагрев двигателя в расчётном режиме работы.

Номинальная мощность двигателя – мощность, которую развивает двигатель в заданном режиме, при этом температура его нагрева не превышает допустимой.

Перегрузочная способность определяется зависимостью

,

где - максимальный момент, который может развивать двигатель;

- номинальный момент двигателя.

Для двигателей постоянного тока =2,53,0, для асинхронного двигателя=1,72,5, для синхронных двигателей=2,02,5. Двигатели, предназначенные для грузоподъёмных механизмов, могут иметь перегрузочную способность=34.

7.1. Расчет электропривода судового грузоподъемного механизма

Грузоподъемные механизмы (ГПМ) предназначены для погрузки оборудования, сырьевых ресурсов с пирса в люки трюмов и наоборот. Они подразделяются на грузовые, траловые, шлюпочные и другие лебёдки, а также крановые механизмы. Судовые краны являются автономными механизмами и в отличие от лебедок не требуют дополнительного такелажа.

Грузовые краны имеют три механизма: механизм подъема груза, механизм изменения вылета стрелы и механизм поворота. Кормовые краны имеют два механизма: механизм подъема и механизм передвижения. Грузовые краны более эффективны и маневренны, поэтому большинство сухогрузов и рефрижераторов снабжены кранами.

По механической части краны и лебедки могут иметь червячный или цилиндрический редуктор. Червячные редукторы имеют меньший КПД, чем цилиндрические.

Рассмотрим пример расчёта, проверки выбора электропривода грузоподъёмного механизма:

масса груза - =2500кг;

скорость подъёма – =50;

скорость опускания – =25;

высота подъёма – =25;

диаметр барабана – =0,42;

передаточное число редуктора – =36;

к.п.д. механизма – =0,85;

время паузы между – =110с;

напряжение сети – ;

длина кабеля – =60.

Предварительный выбор двигателя.

Момент на валу электродвигателя при подъёме номинального груза

.

Момент на валу электродвигателя при опускании номинального груза в режиме тормозного спуска

.

Скорость электродвигателя (на быстроходной обмотке), необходимая для обеспечения заданной скорости подъёма номинального груза

или частота вращения

Скорость электродвигателя, необходимая для обеспечения опускания груза

или частота вращения

Мощность электродвигателя при подъёме номинального груза на быстроходной обмотке

Мощность электродвигателя при опускании груза на обмотке средней скорости

В качестве электродвигателя выбираем судовой трёхскоростной асинхронный электродвигатель для якорно-швартовных механизмов серии МАП 622-4/8/16 ОМ1 с параметрами для работы на двух скоростях.

Число полюсов

4

8

Мощность

28

30

Частота вращения

1445

690

Угловая скорость

151,24

72,2

Номинальный ток

58

84

Пусковой ток

560

360

Максимальный момент

883

1226

Пусковой момент

785

1128

Коэффициент мощности

0,86

0,68

Момент инерции

без тормоза

1,375

с тормозом

1,625

Напряжение

380

380

Определяем номинальный момент двигателя на быстроходной обмотке

Определяем номинальный момент двигателя на тихоходной обмотке:

Таким образом, работая с идвигатель не перегружается.

Механическая характеристика электродвигателя строится по следующим точкам:

а) для быстроходной обмотки:

где - частота сети,- число пар полюсов;

где - кратность максимального момента,, причём критическое скольжениеопределяется по выражению:

Дополнительные точки определяются по формуле Клосса:

промежуточные точки при скольжении, равном и

характерные точки режима для быстроходной обмотки:

точка холостого хода

точка номинального режима

точка критического момента

точка пускового момента

промежуточная точка1

промежуточная точка2

б) для тихоходной обмотки:

,

где - кратность максимального момента,, причём критическое скольжениеопределяется по выражению:

  • точка пуска ,

где - кратность пускового момента.

Дополнительные точки определяются по формуле Клосса:

промежуточные точки при скольжении, равном и

характерные точки режима для тихоходной обмотки:

точка холостого хода

точка номинального режима

точка критического момента

точка пускового момента

промежуточная точка1

промежуточная точка2

На рисунке приведены механические характеристики АД Рис.7.1.

Построение нагрузочной диаграммы.

1) При подъёме номинального груза приведённый к валу двигателя момент инерции электропривода определяется:

где - опускаем из-за её малости.

Тогда для двигателя без тормоза

2) Время разгона двигателя на подъёме груза

3) Расчётный тормозной момент

4) Время торможения при подъёме груза и отключения двигателя

где ,- коэффициент запаса тормоза.

5) Время пуска двигателя на спуск груза

6) Время торможения при спуске груза

7) Пути, пройденные при разгоне и торможении двигателя во время подъёма:

8) Пути, пройденные при разгоне и торможении двигателя во время спуска:

9) Установившаяся скорость подъёма груза с учётом выбранного двигателя и время подъёма:

10) Установившаяся скорость опускания груза с учётом выбранного двигателя и время спуска:

11)На основе расчёта строим нагрузочную, скоростную и токовую диаграммы (рис.7.2).

Рис.7.2а. Нагрузочная диаграмма.

ω,рад/c

t,c

Рис 7.2б. Скоростная диаграмма.

I,А

t,c

Рис.7.2в. Токовая диаграмма.

Время цикла

Мощность электродвигателя соответствует пуску, торможению и установившемуся режиму. Однако на этих этапах необходимо убедиться в отсутствии перегрева электродвигателя путём оценки его эквивалентного (среднеквадратичного) тока в цикле.

Эквивалентный (по нагреву) ток нагрузки электродвигателя определяется с помощью:

где - интервала цикла.

Можно полагать, что на каждом этапе цикла ток электродвигателя постоянный.

Во время разгона двигатель работает в режиме пуска, следовательно

Во время подъёма груза с установившейся скоростью на быстроходной обмотке электродвигатель работает в режиме близком к номинальному

При опускании груза электродвигатель работает в тормозном режиме. Во время разгона двигатель работает в режиме пуска, на тихоходной обмотке

Во время спуска груза с установившейся скоростью на тихоходной обмотке электродвигатель работает в режиме близком к номинальному

Тогда эквивалентный ток двигателя

Фактическая продолжительность включения двигателя

или ПВ=34%.

Допустимое значение эквивалентного тока двигателя определяется соотношением

откуда

Следовательно, эквивалентный ток рабочего режима (50,2А) меньше допустимого (70,3А) при фактической продолжительности включения ПВ=34%, что доказывает возможность использования (по температурным условиям) выбранного двигателя.

Выбор кабеля от распределительного щита

до электродвигателя

При выборе питающего кабеля исходят из расчёта величины эквивалентного тока, вида прокладки, температуры окружающей среды и т.д.

Величина расчётного тока кабеля определяется по формуле

где - эквивалентный ток, определённый в п.7;- коэффициент, учитывающий уменьшение допустимой нагрузки кабеля находящегося в пучке; для однорядных пучков -,- коэффициент, учитывающий число часов работы в сутки,к2=1,41, определяемый как

где - суммарное время работы кабеля под нагрузкой за сутки, принято 12 часов работы в сутки грузоподъемного механизма.

Если , то принимаюти выбор кабеля производят по таблицам.

Ниже приведена таблица нормальной загрузки некоторых судовых кабелей.

Таблица 2

Сечение жилы, мм2

Допустимый ток, А

1-жильный

2-жильный

3-жильный

1

11

11

11

1,5

16

16

16

2,5

21

21

21

4

27

27

27

10

47

47

47

25

100

98

79

50

166

137

120

150

330

255

235

Выбираем 3-х жильный кабель сечением жилы 25 мм2 на ток 79 А.

В трёхфазной системе для вычисления потери напряжения определяют как

где - коэффициент мощности выбранного двигателя.

Ниже приведены величины активных и реактивных сопротивлений одной жилы кабеля при температуре 65оС и частоте сети 50 Гц, для 1000 метров кабеля.

Таблица 3

Сечение жилы, мм2

1

1,5

2,5

4

10

25

50

150

Активное сопротивление

21,6

14,4

8,65

5,4

2,16

0,865

0,432

0,144

Индуктивное сопротивление

0,147

0,139

0,134

0,126

1,115

0,106

0,093

0,092

Обычно потеря напряжения выражается в процентах от номинального напряжения

Допустимые потери для сетей освещения – 5%, сетевых потребителей – 7%, норма не превышена.

Выбор коммутационной аппаратуры

Автоматический выключатель (автомат) предназначен для автоматического размыкания электрических цепей при аварийной ситуации, а также для нечастых оперативных включений и отключений электрических цепей при нормальных режимах работы.

Автоматы снабжены расцепителями, контролирующими величину соответствующего параметра (в данном случае - тока).

Для включения и отключения электропривода выбираем автоматический выключатель А3114Р с комбинированным максимальным расцепителем на номинальный ток 100А.

Управление режимами электропривода

Регулирование скорости в электроприводах на переменном токе осуществляется за счёт использования многоскоростных асинхронных

электродвигателей и контроллеров управления (см. рис.7.3).

Статор асинхронного двигателя имеет две группы обмотки С2, и С3 комбинации которых обеспечивают изменение механической характеристики электродвигателя с синхронными скоростями вращения. Обмотки подключаются через общий автоматический выключатель АВ и контакты силового кулачкового контроллера 1-ХП согласно таблице 4.

В этой же цепи включены реле тепловой защиты от перегрузки РТ1, РТ2 и РГ. При превышении тока величины установки реле оно срабатывает и разрывает цепь контакторов грузовой защиты КГ1 и КГ2.

Цепи управления питаются через трансформатор Тр и выпрямитель Вп. В аварийных ситуациях, не допускающих остановки электродвигателя, несмотря на его перегрузку, тепловая защита шунтируется кнопкой К. При отключении автомата АВ, ротор двигателя заторможен дисковым тормозом Т, который растормаживается электромагнитом ТМ при включении АВ.

Работа электропривода в направлении выбирать (подъём груза) и травить (опускание груза) определяется только направлением вращения магнитного поля. Реверс осуществляется контактами IV и VI. При положении рукоятки в секторе «выбирать» замкнуты контакты II, III, V, (см. таблицу), а в положении «травить» - II, IV, VI.

При пуске двигателя катушка ТМ растормаживает дисковый тормоз. В первом положении рукоятки силового кулачкового контроллера получает питание обмотка С3, т.к. контакты грузового контактора КГ1 шунтируют фазы обмотки С2. Двигатель разгоняется по характеристике I до частоты первой ступени. Рукоятка переводится во второе положение, размыкаются контакты КГ1 и замыкаются контакты КГ2 и I,шунтируя обмотку С3 и включая звёздочкой обмотку С2. Двигатель переходит на характеристику 2 и разгоняется до частоты второй ступени. Но если нагрузка на двигатель возрастает выше допустимой, тогда срабатывает грузовое реле РГ и размыкает цепь катушек КГ1 и КГ2. Схема обеспечит переключение двигателя на характеристику 1, т.к. обмотка С2 будет отключена, а С3 включена.

Таблица 4

Контакты

Травить

0

Выбирать

1

2

1

2

1

Х

Х

2

Х

Х

Х

Х

3

Х

Х

4

Х

Х

5

Х

Х

6

Х

Х

Рис.7.3. Принципиальная схема грузоподъемного механизма.

studfiles.net

Расчет электропривода судового грузоподъемного механизма — КиберПедия

Грузоподъемные механизмы (ГПМ) предназначены для погрузки оборудования, сырьевых ресурсов с пирса в люки трюмов и наоборот. Они подразделяются на грузовые, траловые, шлюпочные и другие лебёдки, а также крановые механизмы. Судовые краны являются автономными механизмами и в отличие от лебедок не требуют дополнительного такелажа.

Грузовые краны имеют три механизма: механизм подъема груза, механизм изменения вылета стрелы и механизм поворота. Кормовые краны имеют два механизма: механизм подъема и механизм передвижения. Грузовые краны более эффективны и маневренны, поэтому большинство сухогрузов и рефрижераторов снабжены кранами.

По механической части краны и лебедки могут иметь червячный или цилиндрический редуктор. Червячные редукторы имеют меньший КПД, чем цилиндрические.

Рассмотрим пример расчёта, проверки выбора электропривода грузоподъёмного механизма:

 

масса груза - =2500 кг;

скорость подъёма – =50 ;

скорость опускания – =25 ;

высота подъёма – =25 ;

диаметр барабана – =0,42 ;

передаточное число редуктора – =36;

к.п.д. механизма – =0,85;

время паузы между – =110с;

напряжение сети – ;

длина кабеля – =60 .

Предварительный выбор двигателя.

Момент на валу электродвигателя при подъёме номинального груза

.

Момент на валу электродвигателя при опускании номинального груза в режиме тормозного спуска

.

Скорость электродвигателя (на быстроходной обмотке), необходимая для обеспечения заданной скорости подъёма номинального груза

или частота вращения

Скорость электродвигателя, необходимая для обеспечения опускания груза

или частота вращения

Мощность электродвигателя при подъёме номинального груза на быстроходной обмотке

Мощность электродвигателя при опускании груза на обмотке средней скорости

В качестве электродвигателя выбираем судовой трёхскоростной асинхронный электродвигатель для якорно-швартовных механизмов серии МАП 622-4/8/16 ОМ1 с параметрами для работы на двух скоростях.

 

Определяем номинальный момент двигателя на быстроходной обмотке

Определяем номинальный момент двигателя на тихоходной обмотке:

Таким образом, работая с и двигатель не перегружается.

Механическая характеристика электродвигателя строится по следующим точкам:

а) для быстроходной обмотки:

· точка идеального холостого хода для быстроходной обмотки ,

где - частота сети, - число пар полюсов;

· точка номинального режима ;

· точка, соответствующая критическому моменту ,

где - кратность максимального момента, , причём критическое скольжение определяется по выражению:

· точка пуска - кратность пускового момента.

Дополнительные точки определяются по формуле Клосса:

промежуточные точки при скольжении, равном и

характерные точки режима для быстроходной обмотки:

точка холостого хода

точка номинального режима

точка критического момента

точка пускового момента

промежуточная точка1

промежуточная точка2

б) для тихоходной обмотки:

· точка идеального холостого хода для тихоходной обмотки:

,

· точка номинального режима ;

· точка, соответствующая критическому моменту ,

где - кратность максимального момента, , причём критическое скольжение определяется по выражению:

· точка пуска ,

где - кратность пускового момента.

Дополнительные точки определяются по формуле Клосса:

промежуточные точки при скольжении, равном и

характерные точки режима для тихоходной обмотки:

точка холостого хода

точка номинального режима

точка критического момента

точка пускового момента

промежуточная точка1

промежуточная точка2

На рисунке приведены механические характеристики АД Рис.7.1.

Построение нагрузочной диаграммы.

1) При подъёме номинального груза приведённый к валу двигателя момент инерции электропривода определяется:

где - опускаем из-за её малости.

Тогда для двигателя без тормоза

2) Время разгона двигателя на подъёме груза

3) Расчётный тормозной момент

4) Время торможения при подъёме груза и отключения двигателя

где , - коэффициент запаса тормоза .

5) Время пуска двигателя на спуск груза

6) Время торможения при спуске груза

7) Пути, пройденные при разгоне и торможении двигателя во время подъёма:

8) Пути, пройденные при разгоне и торможении двигателя во время спуска:

9) Установившаяся скорость подъёма груза с учётом выбранного двигателя и время подъёма:

10) Установившаяся скорость опускания груза с учётом выбранного двигателя и время спуска:

 

11) На основе расчёта строим нагрузочную, скоростную и токовую диаграммы (рис.7.2).

Рис.7.2а. Нагрузочная диаграмма.

 

ω,рад/c

t,c

Рис 7.2б. Скоростная диаграмма.

 

I,А

t,c

Рис.7.2в. Токовая диаграмма.

 

Время цикла

Мощность электродвигателя соответствует пуску, торможению и установившемуся режиму. Однако на этих этапах необходимо убедиться в отсутствии перегрева электродвигателя путём оценки его эквивалентного (среднеквадратичного) тока в цикле.

Эквивалентный (по нагреву) ток нагрузки электродвигателя определяется с помощью:

где - интервала цикла.

Можно полагать, что на каждом этапе цикла ток электродвигателя постоянный.

Во время разгона двигатель работает в режиме пуска , следовательно

Во время подъёма груза с установившейся скоростью на быстроходной обмотке электродвигатель работает в режиме близком к номинальному

При опускании груза электродвигатель работает в тормозном режиме. Во время разгона двигатель работает в режиме пуска , на тихоходной обмотке

Во время спуска груза с установившейся скоростью на тихоходной обмотке электродвигатель работает в режиме близком к номинальному

Тогда эквивалентный ток двигателя

Фактическая продолжительность включения двигателя

или ПВ=34%.

Допустимое значение эквивалентного тока двигателя определяется соотношением

откуда

Следовательно, эквивалентный ток рабочего режима (50,2А) меньше допустимого (70,3А) при фактической продолжительности включения ПВ=34%, что доказывает возможность использования (по температурным условиям) выбранного двигателя.

Выбор кабеля от распределительного щита

до электродвигателя

При выборе питающего кабеля исходят из расчёта величины эквивалентного тока, вида прокладки, температуры окружающей среды и т.д.

Величина расчётного тока кабеля определяется по формуле

где - эквивалентный ток, определённый в п.7; - коэффициент, учитывающий уменьшение допустимой нагрузки кабеля находящегося в пучке; для однорядных пучков - , - коэффициент, учитывающий число часов работы в сутки, к2=1,41, определяемый как

где - суммарное время работы кабеля под нагрузкой за сутки, принято 12 часов работы в сутки грузоподъемного механизма.

Если , то принимают и выбор кабеля производят по таблицам.

Ниже приведена таблица нормальной загрузки некоторых судовых кабелей.

Таблица 2

Сечение жилы, мм2 Допустимый ток, А
1-жильный 2-жильный 3-жильный
1,5
2,5

 

Выбираем 3-х жильный кабель сечением жилы 25 мм2 на ток 79 А.

В трёхфазной системе для вычисления потери напряжения определяют как

где - коэффициент мощности выбранного двигателя.

Ниже приведены величины активных и реактивных сопротивлений одной жилы кабеля при температуре 65оС и частоте сети 50 Гц, для 1000 метров кабеля.

Таблица 3

Сечение жилы, мм2     1,5   2,5          
Активное сопротивление   21,6   14,4   8,65   5,4   2,16   0,865   0,432   0,144
Индуктивное сопротивление   0,147   0,139   0,134   0,126   1,115   0,106   0,093   0,092

 

Обычно потеря напряжения выражается в процентах от номинального напряжения

Допустимые потери для сетей освещения – 5%, сетевых потребителей – 7%, норма не превышена.

Выбор коммутационной аппаратуры

Автоматический выключатель (автомат) предназначен для автоматического размыкания электрических цепей при аварийной ситуации, а также для нечастых оперативных включений и отключений электрических цепей при нормальных режимах работы.

Автоматы снабжены расцепителями, контролирующими величину соответствующего параметра (в данном случае - тока).

Для включения и отключения электропривода выбираем автоматический выключатель А3114Р с комбинированным максимальным расцепителем на номинальный ток 100А.

Управление режимами электропривода

Регулирование скорости в электроприводах на переменном токе осуществляется за счёт использования многоскоростных асинхронных

электродвигателей и контроллеров управления (см. рис.7.3).

Статор асинхронного двигателя имеет две группы обмотки С2, и С3 комбинации которых обеспечивают изменение механической характеристики электродвигателя с синхронными скоростями вращения. Обмотки подключаются через общий автоматический выключатель АВ и контакты силового кулачкового контроллера 1-ХП согласно таблице 4.

В этой же цепи включены реле тепловой защиты от перегрузки РТ1, РТ2 и РГ. При превышении тока величины установки реле оно срабатывает и разрывает цепь контакторов грузовой защиты КГ1 и КГ2.

Цепи управления питаются через трансформатор Тр и выпрямитель Вп. В аварийных ситуациях, не допускающих остановки электродвигателя, несмотря на его перегрузку, тепловая защита шунтируется кнопкой К. При отключении автомата АВ, ротор двигателя заторможен дисковым тормозом Т, который растормаживается электромагнитом ТМ при включении АВ.

Работа электропривода в направлении выбирать (подъём груза) и травить (опускание груза) определяется только направлением вращения магнитного поля. Реверс осуществляется контактами IV и VI. При положении рукоятки в секторе «выбирать» замкнуты контакты II, III, V, (см. таблицу), а в положении «травить» - II, IV, VI.

При пуске двигателя катушка ТМ растормаживает дисковый тормоз. В первом положении рукоятки силового кулачкового контроллера получает питание обмотка С3, т.к. контакты грузового контактора КГ1 шунтируют фазы обмотки С2. Двигатель разгоняется по характеристике I до частоты первой ступени. Рукоятка переводится во второе положение, размыкаются контакты КГ1 и замыкаются контакты КГ2 и I,шунтируя обмотку С3 и включая звёздочкой обмотку С2. Двигатель переходит на характеристику 2 и разгоняется до частоты второй ступени. Но если нагрузка на двигатель возрастает выше допустимой, тогда срабатывает грузовое реле РГ и размыкает цепь катушек КГ1 и КГ2. Схема обеспечит переключение двигателя на характеристику 1, т.к. обмотка С2 будет отключена, а С3 включена.

Таблица 4

Контакты Травить Выбирать
  Х     Х
Х Х   Х Х
      Х Х
Х Х      
      Х Х
Х Х      

 

 

 

Рис.7.3. Принципиальная схема грузоподъемного механизма.

 

cyberpedia.su

Расчет электропривода механизма подъема крана

Департамент водного транспорта РФ

Новосибирская государственная академия водного транспорта

Электромеханический факультет

Кафедра ЭО и А

Курсовая работа

«Расчет электропривода механизма подъема крана»

Выполнил:

Студент IV курса ЭМФ

группы М-41

Янин А.И.

Проверил:

Романов М.Н.

Новосибирск, 2010

СОДЕРЖАНИЕ

Задание........................................................................................................................................... 3

Введение......................................................................................................................................... 4

Общая часть.................................................................................................................................... 5

1 Требования, предъявляемые к механизмам подъема крана............................................. 5

2 Расчет нагрузок механизма подъема.................................................................................. 7

3 Расчет и построение циклограммы.................................................................................... 7

3.1 Расчет линейных и угловых перемещений груза.................................................... 7

3.2 Определение длительности разгона механизмов.................................................... 8

3.3 Определение длительности торможения механизмов............................................ 8

3.4 Определение длительности установившихся режимов работы............................. 9

3.5 Определение длительности цикла............................................................................. 9

3.6 Построение циклограммы.......................................................................................... 9

3.7 Определение относительной продолжительности включения............................ 10

4 Расчет мощности, выбор и проверка электродвигателей.............................................. 10

4.1 Предварительный выбор электродвигателя........................................................... 11

4.2 Проверка электродвигателя на перегрузочную способность............................... 11

4.3 Проверка двигателя на нагрев................................................................................. 12

4.3.1 Расчет моментов сопротивления на валу электродвигателя....................... 12

4.3.2 Расчет начального пускового момента электродвигателя........................... 13

4.3.3 Определение токов исполнительного электродвигателя............................ 14

4.3.4 Среднее квадратичное значение тока статора электродвигателя при пуске 14

5 Выбор пусковых резисторов электродвигателя, аппаратов управления магнитного контролера 16

6 Разработка схемы электропривода................................................................................... 18

Заключение.................................................................................................................................. 23

Список использованных источников и литературы............................................................... 24

ЗАДАНИЕ

По исходным данным рассчитать электропривод механизма подъема крана.

Исходные данные, вариант 32:

1) Производительность крана Q=150 тс/час;

2) Номинальная грузоподъемность G=6 тс;

3) Вес грузозахватного приспособления Gc =900 кГс;

4) Радиус грузового барабана Rб =0,48 м;

5) Скорость подъема номинального груза

=1,1 м/с;

6) Максимальная высота подъема груза Hмах =25м;

7) КПД механизма при подъеме номинального груза η=0,8;

8) Режим работы ВТ.

Введение

Курсовая работа посвящена расчету и проектированию механизма подъема крана.

Краны являются одним из видов грузоподъемных устройств, циклического действия. Они бывают мостовыми, козловыми, башенными, портальными, плавучими и т.д. Уровень механизации механических работ в портах постоянно увеличивается за счет поступления кранов отечественного и импортного производства. В настоящие время на 100 метров причалов приходится в среднем 3 крана. Дальнейшее увеличение портов крановой техникой не дает положительного эффекта вследствие увеличения времени на переработку грузов из-за возможности задевание одним краном другого.

Повышение производительности перегрузочной техники может быть достигнуто совмещением технологических операций по переработке грузов, а так же за счет перехода на статические преобразователи.

Курсовая работа ставит своей целью закрепить, систематизировать и углубить теоретические знания студентов, научить их применять эти знания при решении производственно-технических задач, привить навыки к самостоятельной работе с учебной и справочной литературой.

Общая часть

1 Требования, предъявляемые к электроприводам механизма подъема крана

1.1 Исполнение кранового электрооборудования должно соответствовать категориям У1 и У2 ГОСТ 15150-69.

1.2 Системы управления электроприводом должны быть унифицированы. Электроприводы механизмов одного функционального назначения должны иметь единые схемные решения, независимо от грузоподъемности кранов.

1.3 Все электроприводы должны быть оборудованы устройствами, обеспечивающими их автоматическое отключение от сети при электрических перегрузках, коротких замыканиях, снижении или исчезновении напряжения сети, превышение грузоподъемности, достижение механизмом конечных положений.

1.4 Системы управления должны иметь нулевую блокировку и минимальную защиту, исключающие возможность самопроизвольного запуска электроприводов после недопустимого снижения или полного исчезновения напряжения питающей сети.

1.5 Механизмы подъема должны быть оборудованы механическими тормозами закрытого типа.

1.6 При исчезновении напряжения питающей сети механизмы подъема должны автоматически затормаживаться.

1.7 В системах управления должна быть предусмотрена возможность контроля и проверки работы элементов электропривода при отключенных силовых цепях и заторможенных механизмах.

1.8 Системы управления должны быть стойкими к воздействию внешних помех, искажению формы кривой тока и изменения напряжении питающей сети.

1.9 Управление электродвигателями всех механизмов должно выполняться двумя комбинированными командоаппаратами, причем один из них предназначен для выполнения операций поворота и изменения вылета стрелы, а другой подъема и спуска грузов, а так же для закрытия или раскрытия грейфера.

1.10 Системы управления электроприводами грузовых лебедок должны обеспечивать кратковременный перевод электроприводов в режим электрического торможения при установки рукоятки в соответствующих командоаппаратов в нулевое положение, с последующим наложением механических тормозов.

1.11 Системы управления электроприводами грузовых лебёдок должны гарантировать получение устойчивых пониженных скоростей движения номинального груза в пределах: при подъёме – 0,3…0,5 м/с, при спуске – 0,15…0,25 м/с.

1.12 При пусках и электрических торможениях электроприводов грузовых лебедок средние ускорения движения не должны превышать значений:для кранов грузоподъемностью 3…5 т: 0,7…1,0 м/с2 ;для кранов грузоподъемностью 10 т и выше: 0,4…0,6 м/с2

1.13 Расчет мощности электродвигателя механизма подъема должен производится на относительную продолжительность включения 60%.

1.14 Место установки путевых выключателей должно выбираться с учетом обеспечения безопасного выбега механизма l (м). Для механизма подъема l=(0,5…0,7)

2 , где - максимальная скорость м/с.

1.15 Механизм подъема должен иметь ограничитель грузоподъемности срабатывающий при 110 % номинального груза, при этом должны быть исключены возможные ложные срабатывания, вызываемые кратковременными динамическими нагрузками.

1.16 Для предотвращения схода канатов с ручьев барабанов грузовых лебедок механизм подъема должен быть оборудован устройством, автоматически отключающим электродвигатели при ослаблении канатов.

1.17 При выборе рода тока магнитного контроллера и коммутационных аппаратов следует ориентироваться на режим работы проектируемого привода.

1.18 Конструкция и размещение устройств управления на кранах, должны обеспечивать защиту обслуживающего персонала от случайных прикосновений к токоведущим частям, защиту установленного оборудования от попадания на них атмосферных осадков; удобство обслуживания, а так же легкое обнаружение неисправностей и быстрою замену вышедших из строя элементов. Для обеспечения безопасной работы электроприводы крановых механизмов должны иметь степень защиты 1Р44 по ГОСТ 14254 – 80.

2 Расчет нагрузок механизма подъема

Предварительное расчетное значение мощности электродвигателя, соответствующие нагрузке привода (или суммарной мощности двигателей для грейферного крана), находится из выражения:

,кВт, (2.1)

где Gн – номинальная грузоподъемность крана, если кран грейферный, то дополнительно следует учитывать вес грузозахватного устройства – G0, H;

- скорость подъема номинального груза м/с; ηн – номинальный к.п.д. механизма (в расчетах можно принять 0,75 – 0,87). кВт.

3 Расчет и построение циклограммы

Циклограммы отражают последовательность и длительность операций, входящих в цикл работы крана. Они представляют собой графики изменения скорости перемещения груза во времени, которые строят в произвольном масштабе для каждого механизма крана, и имеют вид трапеций.

По данным циклограмм определяют длительность цикла и относительные продолжительности включения электродвигателей каждого механизма крана. Циклорамы рассчитывают и строят для наиболее тяжелого варианта погрузо-разгрузочных работ.

3.1 Расчет линейных и угловых перемещений груза

В соответствии с заданием и из опыта эксплуатации аналогичных машин задают значения линейных и угловых перемещений груза для каждой операции и принимают, что скорость груза в процессе разгона и торможения изменяется линейно.

mirznanii.com

Курсовой проект по дисциплине «Электромеханические системы»

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«КАЛИНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра электрооборудования судов и электроэнергетики

Курсовой проект Курсовой проект защищен

допущен к защите с оценкой

руководитель_____________ руководитель______________

(звание, степень) (звание, степень)

____________________________________ ____________________________________

(фамилия, инициалы) (фамилия, инициалы)

______________________________________ ___________________________________

(подпись, дата) (подпись, дата)

Курсовой проект по дисциплине

«Электромеханические системы»^

Пояснительная записка

Вариант №13

Проект выполнил:

студент группы гр. 06-АП

Путро Алексей Геннадьевич

Калининград

2009 г.

Содержание:

  1. Исходные данные для расчётов……………………………………………3
  2. Построение упрощённой нагрузочной диаграммы механизма
и предварительный выбор мощности двигателя………………………….4
    1. 2.1 Построение упрощённой нагрузочной диаграммы двигателя…………...4
2.2 Расчёт статической мощности на выходном валу механизма…………....5

2.3 Расчёт статической мощности на валу двигателя………………………...5

2.4 Построение упрощённой нагрузочной диаграммы двигателя…………...6

2.5 Расчёт требуемой мощности двигателя по упрощённой нагрузочной

диаграмме…………………………………………………………………....6

3. Построение механической и электромеханической характеристики…….10

3.1 Расчёт и построение механической характеристики…………………….10

3.2 Расчёт и построение электромеханической характеристики……………11

4. Построение нагрузочной диаграммы……………………………………....13

4.1 Подъём номинального груза………………………………………………13

4.2 Тормозной спуск груза…………………………………………………….14

4.3 Подъём холостого гака…………………………………………………….15

4.4 Силовой спуск силового гака……………………………………………...16

5. Проверка выбранного двигателя на обеспечение заданной

производительности лебёдки………………………………………………...19

6. Проверка выбранного двигателя на нагрев………………………………...20

7. Силовая схема преобразователя частоты с инвертором напряжения…….21

8. Список используемой литературы………………………………………….22

1. Исходные данные для расчётов

Род тока

Грузоподъёмность

Gгркг

Высота подъёма

груза

lп ,м

Высота спуска

груза

lс ,м

Переменный

1,6.103 11 6

Продолжение таблицы 1

Вес

грузозахватывающего

устройства Gх.г ,кг

Диаметр

грузового

барабана D,м

Время пауз нагрузочной

диаграммы ti ,с

tп1 tп2 tп3 tп4
70 0,35 18 8 14 16

Продолжение таблицы 1

КПД механизма

лебёдки

η

Скорость подъёма

спуска груза

υп, м/с

Скорость подъёма

спуска грузозахватывающего

устройства υп.х.г, м/с

0,8 1 2

Продолжение таблицы 1

Посадочная скорость

груза

υ`с, м/с

Наименование

исполнительного

механизма

Система

управления

Род тока
0,2 Асинхронный

двигатель

Преобразователь

частоты с

инвертором напряжения

Сеть

переменного

тока 380В

Таблица -1- Исходные данные для расчётов^

и предварительный выбор мощности двигателя

2.1 Построение упрощённой нагрузочной диаграммы двигателяПродолжительность включения рассчитываем по формуле:

(1)где (2)

(3)

Время работы двигателя при подъёме груза:

(4)

Время работы двигателя при спуске груза:

(5)

Время работы двигателя при подъёме холостого гака:

(6)

Время работы двигателя при спуске холостого гака:

Здесь скорость спуска холостого гака равна скорости подъёма холостого гака

(7)

С (8)уммарное время включённого состояния двигателя:

Суммарное время выключенного состояния двигателя:

(9)

Определяем продолжительность включения двигателя:

(10)

2.2 Расчёт статической мощности на выходном валу механизма.Статическая мощность на выходном валу при подъёме груза:(11)

Статическая мощность на выходном валу при спуске груза:(12)

Статическая мощность на выходном валу при посадке груза:(13)

Статическая мощность на выходном валу при подъёме холостого гака:(14)

Статическая мощность на выходном валу при спуске холостого гака:(15)

2.3 Расчёт статической мощности на валу двигателя.Статическая мощность на валу двигателя при подъёме груза:(16)

Статическая мощность на валу двигателя при спуске груза:

(17)

Статическая мощность на валу двигателя при посадке груза:

(18)

Статическая мощность на валу двигателя при подъёме холостого гака:

Здесь ηх.г =0,2(19)

Статическая мощность на валу двигателя при спуске холостого гака:

(20)

2.4 Построение упрощённой нагрузочной диаграммы двигателя.

Рисунок 1 – Упрощённая нагрузочная диаграмма двигателя

2.5 Расчёт требуемой мощности двигателя по упрощённой нагрузочной диаграмме

Средне квадратичную мощность рассчитываем по формуле:(21)где βi- коэффициент, учитывающий ухудшение теплоотдачи и рассчитывается для всех рабочих участков по формуле:

(22)Здесь β0- коэффициент, учитывающий ухудшение теплоотдачи при неподвижном роторе

Для двигателей открытого и защищённого исполнения β0=0,25÷0,35

Для двигателей закрытого обдуваемого исполнения β0=0,3÷0,55

Для двигателей закрытых без обдува β0=0,7÷0,78

Для двигателей с принудительной вентиляцией β0=1Принимаем β0=0,4 и υном= 1 м/сПри подъёме груза: (23)При спуске груза до одного метра: (24)При посадке груза: (25)При подъёме холостого гака: (26)

При спуске холостого гака:(27)

Таблица 2 – Сводная таблица данных для расчёта среднеквадратичной

мощности

Участок Рс

кВт

tр ,с υ, м/с υн

м/с

β
1 20,466 11 1 1 1
2 13,098 10 1 1 1
2

посадочный

3,257 10 0,2 1 0,52
3 6,863 5,5 2 1 1,6
4 0,257 3 2 1 1,6

Запишем выражение для расчёта среднеквадратичной мощности двигателя:

(28)

Номинальную мощность двигателя находим по формуле:

(29)где kз=1,2 – коэффициент запаса

ПВном=40% - номинальная продолжительность включения

По справочнику выбираем двигатель марки MTKF 411-6, который имеет следующие характеристики:Номинальная мощность: кВт

Частота вращения: об/мин

Номинальный ток статора: А

Номинальный коэффициент мощности:

Максимальный момент: Н∙м

Пусковой момент: Н∙мМомент инерции: кг·м2

Число пар полюсов:

об/мин (30)

Номинальное скольжение: (31)

3. Построение механической и электромеханической характеристики. 3.1 Расчёт и построение механической характеристики.

Номинальная угловая скорость вращения:

с-1 (32)

Номинальный момент:

Н∙м (33)

Критический момент:

Н∙м (34)

Перегрузочная способность:

(35)

Определяем критическое скольжение для двигательного режима:

(36)Запишем выражение для угловой скорости:

(37)где с-1

Запишем уравнение Клосса для нахождения моментов:

(38)

Используя формулы 34, 35 составим расчётную таблицу.

Таблица 3 – Данные для построения механической характеристики.

S 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.42 0.442
ω, с-1 104.72 99.48 94.25 89.01 83.78 78.54 73.3 68.07 62.83 60.7 58.43
М, Н·м 0 174 335 475 586 669 725 759 776 779 780

3.2 Расчёт и построение электромеханической характеристики.Ток холостого хода:

(39)где

(40)А

Ток, значение которого обусловлено параметрами скольжения и момента на валу:

(41) Используя формулы 34, 35, 38 составим расчётную таблицу.Таблица 4 – Данные для построения электромеханической характеристики.

S 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.48
ω, с-1 104.72 99.48 94.25 89.01 83.78 78.54 73.3 68.07 62.83 60.7 58.43
I, A 0 43 72 101 128 152 190 206 211 216 275

Рис. 2 – Механическая характеристика асинхронного двигателя.

Рис. 3 – Электромеханическая характеристика асинхронного двигателя.

4. Построение нагрузочной диаграммы 4.1 Подъём номинального груза.Приведенный к валу двигателя момент инерции электропривода:

кг∙м2 (42)Передаточное число:

(43)Момент на валу электродвигателя:Н∙м (44)

Время разгона:

с (45)где угловая скорость ω1 определена по механической характеристике двигателя и соответствует моменту М1ст.

Примем момент от дискового тормоза данного двигателя, равным двум номинальным моментам:

Н∙м (46)

КПД двигателя про номинальной нагрузке:

Постоянные потери в электродвигателе:

кВт (47)

Тормозной момент, обусловленный постоянными потерями в электродвигателе:

Н∙м (48)

Суммарный тормозной момент:

Н∙м (49)

Время остановки поднимаемого груза при отключении двигателя:

с (50)

Установившаяся скорость подъёма номинального груза:

м/с (51)

Путь, пройденный грузом при разгоне и торможении:

м (52)

Время подъёма груза при установившемся режиме:

с (53)Ток, потребляемый двигателем, в пределах допустимых нагрузок пропорционален моменту на валу и может быть найден по формуле:

A (54)

4.2 Тормозной спуск груза.Момент на валу электродвигателя при опускании номинального груза: Н∙м (55)

Поскольку в пределах допустимых нагрузок механическую характеристику для генераторного и двигательного режимов можно представить одной линией, скорость рекуперативного торможения определяется по формуле:

c-1 (56)где угловая скорость ω2 определена по механической характеристике двигателя и соответствует моменту М2ст.Если ток тормозного режима I2 принять равным току двигателя, работающего с моментом М2ст, то:

A (57)

Время разгона при опускании груза с включённым двигателем:

c (58)Тормозной момент при отключении двигателя от сети: Н∙м (59)Время остановки опускаемого груза:

c (60)

Скорость опускания груза:

м/с (61)Путь, пройденный грузом при разгоне и торможении:

м (62)Время опускания груза при установившемся режиме:

с (63)

    1. Подъём холостого гака.

Момент на валу электродвигателя при подъёме холостого гака:

Н∙м (64)Моменту М3ст = 54.65 Н·м соответствует, согласно механической характеристике, скорость двигателя ω3 = 102 c-1

Ток, потребляемый двигателем:

A (65)Приведенный к валу двигателя момент инерции электропривода:

кг∙м2 (66)Время разгона при подъёме холостого гака:

c (67)Тормозной момент при отключении двигателя в конце подъёма гака:

Н∙м (68)Время остановки поднимаемого гака:

с (69)

Скорость подъёма холостого гака:

м/с (70)Путь, пройденный гаком при разгоне и торможении:

м (71)

Время установившегося движения при подъёме холостого гака:

с (72)

    1. Силовой спуск силового гака.

Момент на валу электродвигателя при опускании холостого гака:

Н∙м (73)

Моменту М4ст = 32.79 Нм соответствует скорость двигателя ω = 104 рад/с

и потребляемый ток:

A (74)Время разгона при опускании холостого гака:

c (75)Тормозной момент при отключении двигателя:

Н∙м (76)Время остановки опускаемого гака:

с (77)Скорость опускания холостого гака:

м/с (78)

Путь, пройденный гаком при разгоне и торможении:

м (79)Время установившегося движения при опускании холостого гака:

с (80)Расчётные данные работы двигателя сводим в таблицу 5

Таблица 5 – Расчётные данные работы двигателя.

Режим работы Ток, А Время, с

Подъём номинального груза:

разгон…………………………………………

установившийся режим………………………

торможение……………………………………

Горизонтальное перемещение груза…………….

Тормозной спуск груза:

разгон…………………………………………

установившийся режим………………………

торможение……………………………………

Расстроповка груза………………………………..

Подъём холостого гака:

разгон…………………………………………

установившийся режим………………………

торможение……………………………………

Горизонтальное перемещение гака……………...

Силовой спуск холостого гака:

разгон…………………………………………

установившийся режим………………………

торможение……………………………………

Застроповка груза…………………………………

Iпуск = 275 А

I1= 47 А

—Iпуск = 275 А

I2 = 28 А

—Iпуск = 275 А

I3= 8 А

—Iпуск = 275 А

I4 = 5 А

t1п = 0.13с

t1у = 11.59 с

t1т = 0.1 с

t01 = 18 с t2п = 0.09 с

t2у = 5.15 c

t2т = 0.24 c

t02 = 8 сt3п = 0.12 c

t3у = 10.4 c

t3т = 0.18 c

t03 = 14 сt4п = 0.13 c

t4у = 5.48 c

t4т = 0.2 c

t04 = 16 с

5. Проверка выбранного двигателя на обеспечение

заданной производительности лебёдки.

Полная продолжительность цикла:

c (81)

Число циклов в час:

,

6. Проверка выбранного двигателя на нагрев.Расчётная продолжительность включения:

Эквивалентный ток при повторно-кратковременном режиме, соответствующий расчётной ПВ% (полагая ток плавно спадающим от пускового до рабочего, берём для расчёта его среднее значение, тем более что время переходного процесса ничтожно мало):

A (82)

Эквивалентный ток при повторно-кратковременном режиме, пересчитанный на стандартную ПВ% выбранного двигателя, по уравнению:

A (83)Таким образом, Iεном = 34 А н = 51 А, т. е. в заданном режиме работы выбранный двигатель перегреваться не будет.

^ Преобразователь с инвертором напряжения включает следующие основные силовые узлы (рисунок 3): управляемый выпрямитель УВ с LC-фильтром; инвертор напряжения – АИ с группами вентилей прямого ПТ и обратного ОТ тока, отсекающими диодами и коммутирующими конденсаторами; ведомый инвертор ВИ с LC-фильтром. Обмотки дросселя фильтров УВ и ВИ выполнены на общем сердечнике и включены в плечи вентильных мостов, выполняя при этом также функции токоограничения. В преобразователе осуществляется амплитудный метод регулирования выходного напряжения посредством УВ, а АИ выполнен по схеме с одноступенчатой междуфазовой коммутацией и устройством подзаряда конденсаторов от отдельного источника (на схеме не показано). Ведомый инвертор ВИ обеспечивает режим рекуперативного торможения электропривода. При построении преобразователя принято совместное управление УВ и ВИ. Поэтому с целью ограничения уравнительных токов система регулирования должна обеспечить более высокое напряжение постоянного тока ВИ, чем у УВ. Кроме того, система регулирования должна обеспечить заданный закон управления напряжением и частотой преобразователя.

Поясним формирование кривой выходного напряжения. Если первоначально в проводящем состоянии были тиристоры 1 и 2, то при открывании тиристора 3 заряд кондесатора прикладывается к тиристору 1, и онзакрывается. Проводящими оказываются тиристоры 3 и 2. Под действием ЭДС самоиндекции и фазы А открываются диоды 11 и 16, так как разность потенциалов между началами фаз А и В оказывается наибольшей. Если продолжительность включения обратных диодов, определяемая самоиндукцией фазы нагрузки, меньше длительности рабочего интервала, диоды 11 и 16 закрываются.

В звено постоянного тока параллельно инвертору включается конденсатор, ограничивающий пульсации напряжения, возникающие при переключении тиристоров инвертора. В результате звено постоянного обладает сопротивлением для переменной составляющей тока, и напряжение входа и выхода инвертора при постоянных параметрах нагрузки связаны постоянным коэффициентом.

Плечи инвертора обладают двухсторонней проводимостью. Для обеспечения этого в плечах инвертора используются тиристоры, зашунтированные встречно включёнными диодами. 8. Список используемой литературы.

  1. Чекунов К. А. “Судовые электроприводы электродвижение судов”. – Л.:
Судостроение, 1976.- 376с.2. Теория электропривода. методические указания к курсовой работе для

студентов дневных и заочных факультетов высших учебных заведений по

специальности 1809 “Электрооборудование и автоматика судов”.-

Калининград 1990г. 3. Чиликин М. Г. “Общий курс электропривода”.- М.: Энергия 1981г.

userdocs.ru


Смотрите также