Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 52
«Телескопическое электрокормораздаточное устройство» Содержание
Введение 1. Описание технологической схемы 2. Выбор частоты вращения и технических данных редуктора 3. Расчет и построение нагрузочной диаграммы и механической характеристики рабочей машины 4. Предварительный выбор двигателя по мощности и режиму нагрузки 5. Определение приведенного момента инерции системы двигатель – рабочая машина 6. Расчет и построение нагрузочной диаграммы двигателя за один цикл работы машины 7. Обоснование и описание принципиальной схемы управления 8. Выбор аппаратуры управления и защиты 9. Краткое описание устройства и места расположения электрооборудования 10. Подсчет стоимости выбранного комплекта электрооборудования 11. Определение устойчивости выбранной автоматической системы управления Спецификация Заключение Литература Введение
Весьма трудоемкий процесс на животноводческих фермах – раздача кормов (на эту операцию приходится до 40% трудовых затрат по грузоперемещению на ферме). Целесообразность того или иного способа раздачи кормов следует решать в соответствии с технологией содержания и кормления животных, сообразуясь с планировкой животноводческих помещений. Так как на животноводческих фермах наибольшее распространение получили транспортерные и бункерные кормораздатчики, то им следует уделить особое внимание и в частности методике определения мощности. Характерной особенностью некоторых транспортеров является большой начальный статический момент сопротивления (момент трогания), который, как правило, превосходит номинальный вследствие различных причин: трения, покоя, застывания смазки в трущихся деталях и т.д. Транспортеры в большинстве своем механизмы тихоходные. Поэтому необходимо обратить внимание на выбор передаточного числа редуктора, а также согласование номинальных частот вращения машины и ЭД с целью уменьшения величины махового момента, приведенного к валу ЭД. При изучении различных типов подвесных кормораздатчиков следует обратить внимание на соответствующие схемы автоматики, их основные преимущества, недостатки и особенности монтажа средств управления и автоматизации. Поэтому основной целью курсового проекта является применение знаний для рационального выбора электропривода в сельском хозяйстве исходя из выше перечисленных критериев. 1. Описание технологической схемы
Транспортер предназначен для раздачи комбинированного корма: смеси силоса и резаной соломы. Транспортер состоит из приводной станции 1
, тягового троса 2
, двух кормушек – нижней 3
и верхней 4
(рис. 1). Рис. 1-Схема установки телескопического кормораздаточного транспортера в коровнике Загрузку кормом производят в средней части транспортера. Перемещение кормушек транспортера по направляющим уголкам 7
осуществляют тяговым тросом. При первом ходе нижняя кормушка перемещается под верхнюю и механически сцепляется с ней. При втором (обратном) ходе перемещаются обе кормушки и верхняя загружается кормом. По достижении крайнего правого (или левого) положения кормушки останавливаются и расцепляются. На третьем ходе нижняя кормушка перемещается в обратном направлении и одновременно загружается кормом. По достижении крайнего левого (или правого) положения кормушка останавливается и процесс раздачи кормов заканчивается. 2. Выбор частоты вращения двигателя и технологических данных редуктора
Так как частота вращения приводного вала работей мшины менее 600 об/мин
, то экономически выгодно и технически целесообразно применение высокоскоростного двигателя с синхронной частотой вращения 1000…1500 об/мин
в сочетании с редуктором. Такой двигатель имеют меньшую массу, стоимость, более высокий cos
φ
и КПД при одной и той же мощности. Для выбора редуктора определяем требуемое передаточное отношение: где: ωдв
– угловая скорость вала двигателя, рад/с; ωб
– угловая скорость барабана, рад/с. (2) где: Vк
– линейная скорость движения кормушек, м/с; r – радиус барабана, м. (3) Таким образом, передаточное число редуктора будет равно: По справочнику выбираем редуктор [1] РМ –259: i=63, ηред
=0,98, межосевое расстояние 100/150, цилиндрический, горизонтальный, двухступенчатый. 3. Расчет и построение нагрузочной диаграммы и механической характеристики рабочей машины
Анализируя технологическую и кинематическую схему работы машины, подобно описанному выше, следует рассчитать и построить нагрузочную диаграмму рабочей машины за период одного цикла. Построим нагрузочную диаграмму пользуясь данными задания, учитывая ее характер для данной установки. Рисунок 2 – Нагрузочная диаграмма рабочей машины. Определение момента сопротивления в различных точках нагрузочной диаграммы на холостом ходу (режим работы 1) При вращательном и поступательном движении можно записать следующее выражение равенства мощностей: (4) Отсюда можно определить момент сопротивления рабочей машины: (5) Значение усилий F для холостого хода: Fхх
=F1
+F2
+F3
+F4
(6) где: F1
– сила трения кормушки об уголки, Н; F2
– сила трения троса о желоб, Н; F3
– сила трения в цапфах, Н; F4
– сила тяжести, Н. (7) где: mк
– масса кормушки, кг, где: l
к
– длина одной кормушки транспортера, l
к
=38 м; gк
– масса одного погонного метра кормушки: gк
=40 кг; g – ускорение свободного падения, м2
/с; f1
=0,15 – коэффициент сопротивления движению кормушки по уголкам. m
н
=38*40=1520 кг
F
1=
1
520
*9.81*0.15=
2236,6Н
(8) где: mтр
– масса троса, кг, l
к
– длина троса, l
тр
=76 м; gк
– масса одного погонного метра троса, gтр
=0.5 кг. f2
– обобщенный коэффициент трения нижней части троса о направляющий желоб, f2
=0,55; Fтр
– усилие предварительного натяжения тягового троса, Fтр
=2000 Н. F2=
((
38
+
1520
)*9.81+2000)*0.55=
9497,62Н
(9) где: mб
– масса приводного барабана троса, mб
=40 кг f3
– обобщенный коэффициент трения в цапфах барабанов, направляющих блоках, f3
=0,04. F3
=((2*40+1520)*9.81+2000)*0.04=707,8Н (10) F4=
(1
520
+
38
+2*40)*9.81=
16068,78
Н Определяем полное усилие при холостом ходе: Fxx
=2236,6+9497,62+707,8+16068,78=28510,8
Н Отсюда, момент сопротивления при холостом ходе равен: Определение усилий загруженного транспортера (режим работы 2) В данном случае перемещаются две кормушки, одна из них наполняется кормом. Исходя из того, что при надое 10 – 12 кг. молока на корову норма кормления составляет 30 кг., а кормление производится 4 раза в сутки, поэтому масса корма в 1 кормушке будет: (11) Усилия для груженого кормораздатчика определяем аналогично формулам (6 – 10). (12) (13) (14) (15) Полное усилие для груженого кормораздатчика: Таким образом, момент сопротивления груженого механизма: Но в начале второго цикла кормушки начинают движение пустыми, значит момент сопротивления будет изменяться в ходе наполнения кормушек, то есть нам необходимо определить начальный момент сопротивления при втором цикле работы. (16) (17) (18) (19) Определение усилий загруженного транспортера (режим работы 3) В данном случае двигается только одна наполненная кормушка. (20) (21) (22) (23) В этом случае начальный момент сопротивления будет равен моменту при холостом ходе. Определяем эквивалентные моменты для каждого режима работы (29) где: М1
, М2
, Мn
– эквивалентные моменты за циклы работы, t1
, t2
, tn
, – время работы машины при соответствующем эквивалентном моменте. Эквивалентный момент при первом режиме работы будет равен статическому моменту, так как в данном случае нагрузка постоянна. М1
=46,3 Эквивалентный момент при втором режиме работы: (30) Эквивалентный момент при третьем режиме работы: (31) Но так как мощьность в третьем цикле равна нулю, то Для машины принимаем момент сопротивления постоянным, т.е. не зависящим от скорости х=0
.
Рисунок 3-Механическая характеристика рабочей машины 4. Предварительный выбор электродвигателя
по мощности и режиму нагрузки
По нагрузочной диаграмме (рис. 2) определяем Рэкв
. По Рэкв
выбираем двигатель, мощность которого должна быть: Записываем его каталожные данные. Тип двигателя Рн, кВт КПД, % сов φ Sн, % Мп / Мн Мmах / Мн Mmin/Мн Iп/Iн Момент инерции, кг·м2 Масса, кг АИР132S4
7,50
87,5
0,86
4,0
2,0
2,5
1,6
7,5
0,028
58
Определяем постоянную времени нагрева по формуле: где m
– масса двигателя, кг; Рном
– номинальная мощность двигателя, Вт; τном
– номинальное превышение температуры обмотки статора двигателя, измеренное методом сопротивления, 0
С (справочная величина) для АД серии 4А. Класс изоляции А Е В F Н τном, 0С 60 75 80 100 125 Следовательно: Определяем коэффициенты термической и механической перегрузок по формулам: для коэффициента термической перегрузки: для коэффициента механической перегрузки: где Следовательно: 1. Определяем мощность двигателя, сконструированного для режима S
1
, но работающего в режиме S
2
: 2. Осуществляем проверки выбранного электродвигателя а) по пусковому моменту
:
где μпуск
и Мном
берем из каталога. Для нашего случая α1
= 0,7
, следовательно: Необходимо помнить, что номинальный момент двигателя определяется следующим образом: w
н
– номинальная частота вращения электродвигателя (каталог), если в каталоге вместо w
н
приводится синхронная w
о
, то номинальную частоту вращения, рад/с, определяют как: где S
н
– номинальное скольжение (каталог), обычно оно изменяется в пределах 0,06…0,07. При этом связь между синхронной скоростью вращения, об/мин, и синхронной частотой вращения, рад/с имеет вид: Для нашего случая, рассмотренного в данном примере, получим: ВЫВОД
: Условие выполняется. б) по перегрузочной способности
:
где напряжения на зажимах работающего двигателя на 10% при включении в сеть мощного ЭД; ВЫВОД:
Условие выполняется. Двигатель выбран правильно. 5 Определение приведенного момента инерции системы двигатель – рабочая машина
Инерционная характеристика машины представляет собой данные о величине момента инерции машины и законов его изменения от различных факторов. Определим приведенный момент инерции кормораздатчика при холостом ходе (режим 1): (43) Приведенный момент инерции в режиме 2: (44) Приведенный момент инерции в режиме 3: (45) При этом моменте инерции кинетические энергии, запасенные в виртуальном маховике, установленном на электродвигателе и на движущихся частях системы «Рабочая машина» равны. Величину момента инерции используем для графического определения времени пуска электропривода 6. Расчет и построение нагрузочной диаграммы двигателя за один цикл работы машины
Механическую характеристику двигателя построим по пяти точкам: 1 точка
: М=0; 2 точка:
3 точка:
где 4 точка:
т. к. возникают гармоники кратные 7 при запуске двигателя на частоте, соответствующей 5 точка:
1. Строим механическую характеристику электродвигателя и рабочей машины. 2. Находим момент динамический Мдин
=Мдв
-Мс
3. Заменяем Мдин
ломанной линией. 4. Откладываем отрезок [ОА]<Мдин. мин.
5. На оси ординат откладываем значения избыточных моментов и полученные точки соединяем с точкой А. 6. Из т. 0 до пересечения с горизонталью ∆ω проводим линию, параллельную отрезку [0-A].7. Аналогично определяем остальные точки и строим зависимости Мдв
=f(t) и ω=f(t). 8. Масштаб времени определяется из соотношения: (52) 7. Обоснование и описание принципиальной схемы управления установкой
1. Управление приводом осуществляется вручную – дистанционно. 2. Перед включением двигателей должен быть подан предупредительный звуковой сигнал. 3. Привод транспортера должен иметь возможность кратковременно реверсироваться. 4. Остановка привода может быть произведена с пульта управления и двух мест производственного помещения. 5. Схема должна предусматривать защиту от коротких замыканий, тепловую, обрыва фаз сети и самопроизвольного пуска. 6. Реверсирование двигателя осуществляется конечными выключателями и производится без торможения противовключением. Работа схемы управления
Защита силовой части схемы от коротких замыканий и прегрузки осуществляется посредством автоматического выключателя QF1 и SF1 для цепи управления. Для запуска электродвигателя применяется специальное устройство плавного пуска. При нажатии на кнопку SB4 подается питание на звонок звуковую сигнализацию предупреждения о включении. При нажатии на SB5 питание подается на катушку магнитного пускателя КМ1, его контакт КМ1:2 шунтирует кнопку, а главные контакты подают питание на двигатель кормушек. Двигатель включается. При достижении верхней кормушки крайнего положения срабатывает конечный выключатель SQ2 и подает питание на катушку реле времени КТ1, контакт КТ1:2 которого запитывает катушку пускателя КМ2 (происходит реверс двигателя При достижении крайнего положения срабатывает SQ1 катушка КМ2 обесточивается и процесс раздачи останавливается. Остановка схемы производится с щита управления и двух мест производственного помещения. 8. Выбор аппаратуры управления и защиты
Для того чтобы произвести расчет пусковой и защитной аппаратуры необходимо знать номинальные данные двигателей, используемых в схеме: Тип двигателя Рн, кВт КПД, % сов φ Sн, % Мп / Мн Мmах / Мн Mmin/Мн Iп/Iн Момент инерции, кг·м2 Масса, кг АИР132S4
7,50
87,5
0,86
4,0
2,0
2,5
1,6
7,5
0,028
58
Номинальный ток электродвигателя Расчет автоматических выключателей:
Автомат выбираем из условий: (54) Таким образом, автоматический выключатель должен соответствовать следующим условиям: Выбираем АЕ2040 с Магнитные пускатели
выбираем из условий: (55) Таким образом, пускатели должны соответствовать следующим требованиям: КМ1, КМ2 Расчет теплового реле.
Выбираем по току уставки Выбираем реле РТЛ 1021 Остальную аппаратуру выбираем исходя из потребности схемы. Кнопки:
КМЕ 5101 У3. Реле времени
: РВ-4–1. Конечные выключатели
: ВПК-2111 Звонки
: ЗВП-220 9. Краткое описание расположения аппаратуры управления
Пульт и шкаф управления располагаются на одной площадке с приводной станцией. Они находятся в основном стойловом помещении, на видном месте, чтобы оператор мог следить за процессом и вовремя отключить транспортер. Внутри шкафа устанавливаются: автоматические выключатели, магнитные пускатели, тепловые реле, электрический звонок. На дверце шкафа устанавливаются кнопки управления. Выключение транспортера возможно с трех мест помещения: с пульта управления и с двух концов здания. 10.
Подсчет стоимости выбранного комплекта оборудования
Стоимость оборудования сводим в таблицу 1. Таблица 1 – Стоимость оборудования Цена, руб.
Электродвигатель АИР 132 S4 1 22000 Магнитный пускатель ПМЛ 263103-У3 2 3033,26 Тепловое реле РТЛ 1021 1 - Звонок электрический ЗВП-220 3 250 Кнопка управления КМЕ 5101-У3 6 250 Выключатель автоматический АЕ 2040 1 341,21 Предохранитель ПР2 1 70 Реле времени РВ-4–1 1 225 Конечный выключатель ВПК-2111 2 100 Щит управления Я5115–3474-У325А IP31 1 1270,26 Итого 19 27589,51 11. Определение устойчивости системы
Рисунок 4 – Схема автоматического управления Управляющим устройством является двигатель, передаточная функция которого имеет вид W1
= В данных функциях: Т – постоянная времени, с; примем Т = J∙ώ0
/Mкр
=0,28∙151/122,4=0,3 с; τ – время запаздывания, с; τ = 5 с.; k – коэффициент усиления исполнительного механизма, k = 0.86. к1
=1-коэфициент усиления датчика Общая передаточная функция всей системы будет иметь вид: (57) Подставив имеющиеся значения, получаем: Устойчивость системы определим по критерию Михайлова. Для этого знаменатель полученного выражения представляем в виде характеристического уравнения, заменяя значение «p» на «jω». M(p)=0,3∙е5р
+е5р
+0,86 M(jώ)=0.3∙ejώ
+ejώ
+0.86=0.3+0.005jώ+1+0.087jώ+0.86=2,16+0,092jώ Re(ώ)=2,16 Im(ώ)=0,092ώ Таким образом, годограф Михайлова будет иметь следующий вид: Рисунок 5 – Годограф Михайлова Как видно из рисунка 4, годограф Михайлова начинается на положительной вещественной полуоси и проходит число квадрантов, соответствующее порядку характеристического уравнения, следовательно, система устойчива. Определяем устойчивость системы по критерию Найквиста: Замкнутая САУ будет устойчивой, если АФЧХ разомкнутой САУ не охватывает точку с координатами (-1; j0). Для этого у передаточной функции замкнутой САУ размыкаем обратную связь и находим общую передаточную функцию разомкнутой САУ. Строим данную передаточную функцию. M(p)=0,3∙е5р
+е5р
Заменяем р на Построим АФЧХ разомкнутой САУ: Рисунок 6 – АФЧХ разомкнутой САУ. Так как АФЧХ разомкнутой САУ не охватывает точку с координатами (-1; j0), то замкнутая САУ устойчива. Запас устойчивости С=2,3. Список литературы
1. Коломиец А.П., Кондратьева Н.П., Владыкин И.Р., Юран С.И. - Электропривод и электрооборудование. - М.: КолосС, 2006 2. Кондратьева Н.П. выбор электродвигателей, аппаратуры и защиты электрических установок. – Ижевск: ИжГСХА, – 2002, – 150 с. 3. Коломиец А.П., Ерошенко Г.П., Кондратьева Н.П., Владыкин И.Р., Юран С.И. и др. Устройство, ремонт и обслуживание электрооборудования в сельскохозяйственном производстве. / Учебник. – М.: Издательский центр «Академия», 2003. – 368 с. 4. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей. – М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2003. – 208 с. 5. Правила устройств электроустановок (ПУЭ), издание седьмое, раздел 1 (главы 1.1; 1.2; 1.7; 1.9), раздел 7 (главы 7.5; 7.6; 7.10) – М.: Изд во НЦ ЭНАС, 2003. – 176 с.
|