Механизмы горизонтального перемещения

Министерство образования Республики Беларусь

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра "Автоматизации производственных процессов

и электротехники"

А.С. Сурмак

УЧЕБНО–МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

К курсовому проектированию по автоматизированному

Электроприводу отрасли

Минск 2003

Оглавление

1.      ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ.

ТРЕБОВАНИЯ К ПРОЕКТУ..............................................................4

2. ТЕХНООГИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ МЕХАНИЗМА.

ТРЕБОВАНИЯ К ЭЛЕКТРОПРИВОДУ...........................................6

3. РАСЧЕТ СТАТИЧЕСКИХ НАГРУЗОК............................................7

3.1.Общепромышленные механизмы.................................................7

3.2.Механизмы деревообрабатывающих

и целлюлозно-бумажных производств......................................18

3.3.Механизмы химической промышленности...............................24

4. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ВЫБОР МОЩНОСТИ

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ И ПРИВЕДЕНИЕ МОМЕНТОВ

И СИЛ К ВАЛУ ДВИГАТЕЛЯ.........................................................35

4.1.Предварительный выбор мощности двигателя.........................35

4.2.Передаточное число.....................................................................40

4.3.Допустимые ускорения механизмов..........................................41

4.4.Приведение моментов сопротивления, сил,

моментов инерции и масс к валу двигателя..............................42

5. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ УПРОЩЕННОЙ

НАГРУЗОЧНОЙ ДИАГРАММЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА..............45

6. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ И СТАТИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОПРИВОДА.....................................53

6.1.Расчет параметров электродвигателей

постоянного тока..........................................................................53

6.2.Расчет параметров АД с фазным ротором.................................55

6.3.Расчет параметров АД с короткозамкнутым ротором............ 58

6.4.Расчет статических характеристик ДПТ НВ.............................61

6.5.Расчет статических характеристик ДПТ ПВ.............................64

6.6.Расчет статических характеристик АД с ФР.............................67

6.7.Расчет статических характеристик АД с КзР............................70

6.8.Расчет статических характеристик АД

при частотном управлении.........................................................71

6.9.Расчет статических характеристик

электропривода с импульсным регулированием

сопротивления в цепи ротора...................................................74

6.10.Расчет статических характеристик асинхронного

электропривода по системе "регулятор

напряжения - двигатель"...........................................................76

7. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ХАРАКТЕРИСТИК

ДЛЯ ТОЧНОЙ ОСТАНОВКИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА....................78

8. ОКОНЧАТЕЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ВЫБРАННОГО

ДВИГАТЕЛЯ......................................................................................82

9. ЭЛЕМЕНТЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА.................................................84

9.1.Расчет силовой части...................................................................84

9.2.Датчики скорости.........................................................................89

9.3.Датчики тока и напряжения........................................................91

9.4.Датчики положения.....................................................................91

9.5.Импульсные датчики скорости...................................................92

ПРИЛОЖЕНИЕ......................................................................................93

ЛИТЕРАТУРА......................................................................................127

1. ЗАДАНИЕ НА КУСОВОЙ ПРОЕКТ.

ТРЕБОВАНИЯ К ПРОЕКТУ

     Задание на курсовой проект выдается руководителем на стандартном бланке и утверждается заведующим кафедрой. Оно включает в себя тему проекта, исходные данные, содержание расчетно-пояснительной записки, перечень графического материала, рекомендуемую литературу, а также даты выдачи и сдачи законченного проекта.

     Содержание расчетно-пояснительной записки в общем случае имеет следующие разделы:

1. Описание технологических особенностей механизма (установки), его техническая характеристика и кинематическая схема. Формирование требований к электроприводу. Предварительный выбор системы электропривода.

2. Расчет статических нагрузок и построение нагрузочной диаграммы механизма. Предварительный выбор электродвигателя.

3. Расчет скоростной диаграммы, динамических моментов и построение упрощенной нагрузочной диаграммы электропривода.

4. Проверка выбранного электродвигателя по нагреву, пусковой и перегрузочной способности.

5. Расчет недостающих параметров электродвигателя. Построение механической характеристики двигателя в четырех квадрантах.

6. Проектирование функциональной схемы электропривода, а также структурной схемы САУ. Синтез регуляторов САУ. Построение статических характеристик системы.

7. Проектирование силовой схемы электропривода. Расчет и выбор основных элементов электропривода.

8. Расчет переходных процессов электропривода.

9. Построение уточненной нагрузочной диаграммы электропривода. Окончательная проверка выбранного двигателя по нагреву.

10. Заключение.

Расчетно-пояснительная записка оформляется на стандартных листах писчей бумаги, заполняемых с одной стороны. Листы записки нумеруются и сшиваются. На последнем листе приводится список использованной литературы.

Разделы записки должны иметь четкое изложение материала, включая используемые методики расчета, основные допущения и обоснования. При использовании формул, графиков, численных коэффициентов и методик необходимо приводить ссылки на соответствующие литературные источники.

Результаты повторяющихся расчетов следует сводить в таблицы, предварительно показав ход вычислений. В случае использования ЭВМ необходимо в записке привести программу расчета (структуру модели) и название стандартной программы (если используется). Таблицы должны иметь наименования и нумерацию. Под буквенными обозначениями соответствующих величин необходимо указывать размерность.

Записка обязательно должна иллюстрироваться схемами, графиками и т.д., которые отражают результаты отдельных этапов проектирования. Записка должна содержать все необходимые графики, схемы, рисунки независимо от того, вынесены они на чертежные листы или нет.

Чертежи к проекту выполняются на листах формата А1 и предназначаются для иллюстрации доклада при защите проекта. Обычно на чертежах приводятся: кинематическая схема механизма, скоростная и приближенная нагрузочная диаграмма электропривода, графики переходных процессов за цикл работы, механические характеристики электропривода, электрическая схема электропривода. Перечень графического материала, выносимого на листы согласовывается с руководителем проекта.

Готовый курсовой проект студент сдает к установленному сроку руководителю для проверки. Если имеются замечания руководителя о качестве и полноте выполненной работы, студент дорабатывает проект.

Студент защищает проект перед комиссией из преподавателей кафедры.

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ МЕХАНИЗМА.

ТРЕБОВАНИЯ К ЭЛЕКТРОПРИВОДУ

Исходя из литературных источников описываются технологический процесс и сам механизм, приводятся его технические характеристики и кинематическая схема. На основании технической характеристики механизма (установки) и исходных данных к проекту, формируются основные требования к электроприводу:

1. цикл работы;

2. режим работы;

3. необходимость получения пониженной скорости;

4. диапазон регулирования скорости;

5. плавность регулирования скорости;

6. допустимые ускорения в переходных процессах;

7. точность регулирования координат в установившемся режиме (требуемая жесткость механических характеристик).

Требования к электроприводу являются основанием для выбора системы электропривода, типа электродвигателя, его исполнения.

3. РАСЧЕТ СТАТИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

Статические нагрузки (статические мощность, момент, усилие) рассчитываются для каждого механизма по своим формулам. Статические нагрузки при переменной нагрузке рассчитыаются для каждого участка циклограммы работы механизма. Рассмотрим основные типы механизмов.

Общепромышленные механизмы

Механизм подъема крана

Для механизма подъема характерен активный статический момент, который направлен против движения при подъеме груза и совпадает с ним по направлению при спуске. Кроме того, в реальных механизмах всегда присутствуют силы трения, создающие реактивный момент, который возрастает при увеличении нагрузки механизма.

Статическая мощность на валу двигателя в установившемся режиме при подъеме затрачивается на перемещение груза и на преодоление потерь на трение, кВт:

,                             (3.1)

где  – номинальная грузоподъемность крана, Н;

 – вес крюка, Н;

 – номинальная линейная скорость подъема, м/с;

 – номинальный КПД передачи механизма, равный произведению КПД барабана, полиспаста и редуктора.

Если отсутствуют составляющие КПД передачи, то предварительно можно принимать:

 – для механизмов подъема с цилиндрическими зубчатыми колесами;

 – для механизмов подъема с червячной передачей.

Грузоподъемность крана, Н

,                                (3.2)

,                                    (3.3)

где  – номинальная масса поднимаемого груза, кг;

 – масса крюка, кг;

g – ускорение свободного падения, м/с².

Статический момент на валу двигателя при подъеме номинального груза, Нм

,                            (3.4)

где  – передаточное число жесткой передачи;

 ί – кратность полиспаста;

 – радиус барабана, м.

Статическая мощность при подъеме крюка, кВт

,                               (3.5)

где  – КПД передачи, определяемый частичной загрузкой механизма

,                                  (3.6)

который определяется по кривым  – /9,10/. При отсутствии таких кривых КПД можно рассчитать по формуле

,                                (3.7)

где α – коэффициент, который можно принять равным 0,07÷0,1.

Статический момент на валу двигателя при подъеме крюка, Нм

,                               (3.8).

В установившемся режиме спуска статическая мощность на валу двигателя равна разности мощностей, обусловленных действием силы тяжести опускаемого груза Ргр, кВт, и сил трения в механизме Ртр,кВт:

,                         (3.9)

,             (3.10)

где  – номинальная скорость спуска крюка или груза.

     Различают силовой и тормозной спуск. Силовой спуск имеет место при опускании пустого крюка или легкого груза, сила тяжести которых не способна преодолеть силы трения в механизме. В этих случаях Ргр≤Ртр и опускание груза производится двигателем, который создает движущий момент.

Мощность, развиваемая двигателем при силовом спуске, кВт:

,            (3.11)

где η≤0,5.

Тормозной спуск применяется при опускании средних и тяжелых грузов, когда Ргр>Ртр. Энергия направляется от вала механизма к двигателю, который создает тормозной момент, предотвращая свободное падение груза и ограничивая скорость спуска.

Мощность двигателя в этом режиме, кВт:

.         (3.12)

Статический момент на валу двигателя при опускании номинального груза, Нм

.            (3.13)

Статические мощность и момент на валу двигателя при спуске крюка

,                          (3.14)

,                         (3.15)

Механизмы горизонтального перемещения

Для механизмов горизонтального перемещения с приводными колесами (тележки и мосты мостовых кранов и т.д.) сила статического сопротивления передвижению по рельсовому пути

,                           (3.16)

где

,                   (3.17)

,                       (3.18)

,                             (3.19)

 – сила сопротивления от трения качения колеса по рельсу и трения скольжения в опорах колеса, Н;

 – коэффициент, учитывающий сопротивление от трения реборд о рельсы и трения о троллеи;

 и  – номинальный вес груза и вес механизма без груза соответственно, Н;

μ – коэффициент трения скольжения в подшипниках колес (обычно μ=0,008 – 0,015 – для подшипников качения, μ=0,06 – 0,12 – для подшипников скольжения);

 и  – радиусы ходового колеса и его цапфы, м;

 – коэффициент трения качения ходовых колес (обычно  м);

 – сила сопротивления передвижению от уклона пути от угла α, Н;

 – сила ветровой нагрузки, определяемая удельной ветровой нагрузкой , воздействующей на расчетную площадь , на которую действует давление ветра под углом 90º, Н.

     Перед  знак "+" берется при движении на подъем, знак "–" – при спуске под уклон, а перед  знак "+" – при движении против ветра, знак "–" – при движении по ветру.

     Масса механизма  (моста и тележки мостового крана) связана с номинальной грузоподъемностью  зависимостями

,

.

     Статический момент, приведеный к валу двигателя, определяется по формулам:

     для двигательного режима

;                               (3.20)

     для тормозного режима

,                            (3.21)

где j – передаточное число передачи;

ηп – КПД передаточного механизма, определяемый в соответствии с коэффициентом загрузки kз

,                          (3.22)

m – перемещаемая масса.