Пояснительная записка. докум. Подпись Дата Лист
 Скачать 0.57 Mb.
|
|
Изм Лист № докум. Подпись Дата Лист 4 КП 08.02.09 Разработал Левачков Е.А. Проверил Куксин А.А. Электрооборудование кран- балки гранитной мастерской Лит. Листов АКСЖКХ Мэ-31 Содержание Введение 5 1 Краткие сведения по технологии 7 2 Выбор режима работы кранового оборудования 9 3 Расчёт мощностей и выбор двигателя крана 11 4 Расчёт и выбор пускорегулировочных резисторов 17 5 Составление схемы управления 19 6 Расчёт и выбор элементов защиты 21 Заключение 22 Список использованных источников 23 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист КП 08.02.09 Введение Гранитная мастерская охватывает несколько процессов создания изделий из натурального камня, где мрамор, гранит, доломит, известняки многие другие его породы подвергаются обработке механическим или термическим методами. В проблеме осуществления научно-технического прогресса значительная роль отводится подъемно-транспортному машиностроению, перед которым поставлена задача широкого внедрения во всех областях народного хозяйства комплексной механизации и автоматизации производственных процессов, ликвидации ручных погрузочно-разгрузочных работ и исключения тяжелого ручного труда при выполнении основных и вспомогательных технологических операций. Подъемно- транспортное оборудование в настоящее время превратилось в один из основных решающих факторов, определяющих эффективность производства. Насыщенность производства средствами механизации трудоемкости и тяжелых работ, уровень механизации трудового процесса определяют собой степень совершенства технологического процесса. Механизация, электрификация и автоматизация - ключик интенсификации промышленной сферы. Важная роль в реализации планов электрификации и механизации промышленного производства отводится электроприводу - основному виду привода самых разнообразных машин и механизмов. Более 60% вырабатываемой в стране электроэнергии потребляется электроприводом и не исключение кран-балки и механизмы работающие на электричестве. Основные достоинства кран-балок: малый уровень шума при работе и отсутствие загрязнения окружающей среды, широкий диапазон мощностей и угловых скоростей вращения от долей оборота вала в минуту до нескольких сотен тысяч оборотов в минуту, доступность регулирования угловой скорости вращения, высокий КПД, легкость автоматизации и простота эксплуатации. Применение на производстве кран-балки и первостепенное значение для автоматизации производства имеют многодвигательный приводи средства электрического управления. Широко внедряются комплектные тиристорные Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист КП 08.02.09 преобразовательные устройства. Применение тиристорных преобразователей не только позволило создать высокоэкономичные регулируемые электроприводы постоянного тока, но и открыть большие возможности для использования частотного регулирования двигателей переменного тока, в первую очередь наиболее простых и надежных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. В современных условиях эксплуатация электрооборудования требует глубоких и разносторонних знаний, а задачи создания нового или модернизации существующего электрифицированного технологического агрегата, механизма или устройства решаются совместными усилиями технологов, механиков и электриков. В данной курсовой работе полностью охватывается работа электрооборудования кран-балки. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист КП 08.02.09 1 Краткие сведения по технологии Рисунок 1 - Схема устройства кран-балки Кран-балка предназначена для работы в гранитной мастерской. Она состоит из балки 1, передвигаемой вдоль мастерской, и тельфера 2, служащего для подъема, опускания и попеременного перемещения груза (рисунок 1). Привод механизма передвижения балки, подъема груза и передвижения тельфера осуществляется от отдельных электродвигателей через редукторы. Среднее число циклов в час равно 20 при средней длине перемещения тельфера и балки. Спуск груза производится в режиме сверхсинхронного торможения. Питание энергией двигателей производится от троллейных проводов. Пусковая и защитная аппаратура установлена на кран-балке. Требования к схеме автоматического управления 1. Управление привода кран-балки осуществляется вручную – дистанционно с места подъема груза. Двигатель тельфера включен только при нажатой кнопке управления. 2. Путь перемещения всех механизмов ограничивается конечными выключателями. 3. При отключении двигателей включаются с помощью электромагнитов механические тормоза. 1 2 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист КП 08.02.09 4. Все приводы должны иметь защиту от токов короткого замыкания и самопроизвольного пуска. Пролетное строение моста кран-балки представляет собой ездовой двутавр прокатные двутавровые балки, опирающийся концами на концевые балки, на которых установлены ходовые колеса. Колеса перемещаются по рельсам подкранового пути, закрепленным на балках опорных конструкций в верхней части цеха. Привод ходовых колес осуществляется от электродвигателя через редуктор и трансмиссионный вал. Механизм передвижения крана оборудован электромагнитным тормозом, установленным на быстроходном валу редуктора. Ездовые двутавры усилены верхним трапецеидальным шпренгелем, состоящим из двух сваренных по длине коробку прокатных швеллеров. Механизм передвижения кран-балки и электротали представляют собой четырехколесную тележку с электродвигателем и редуктором, приспособленную для передвижения по нижним полкам прокатных двутавровых балок. Тормоза механизм передвижения электротали не имеет. В механизме подъема груза вращение от электродвигателя и редуктор передается на грузовой барабан. На барабан лебедки наматывается подъемный канат с подвешенным к нему на блоке крюком для захвата груза. Груз удерживается навесу тормозом, затормаживаемым при выключении электродвигателя и растормаживаемым при включении. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист КП 08.02.09 2 Выбор режима работы кранового оборудования Нагрузка кранов, как правило, изменяется в широких пределах для механизмов подъема — от 0,12 до 1,0, а для механизмов передвижения — от 0,5 до 1,0 номинального значения. Характерно для кранов также то, что их механизмы работают в повторно-кратковременном режиме, когда относительно непродолжительные периоды работы, связанные с перемещением грузов, чередуются с небольшими паузами на загрузку или разгрузку и закрепление груза. Поскольку на кранах применяется многодвигательный приводи двигатели через передачи связаны смеха- низмами подъёма или передвижения, то они, как и другие элементы электрооборудования кранов, работают также в повторно-кратковременном режиме при большом числе включений в час. Согласно действующим стандартам все краны по режимам работы механического и электрического оборудования делятся на четыре категории, определяющие степень их использования, характер нагрузки и условия работы Л легкий режим работы, С — средний, Т — тяжелый и ВТ — весьма тяжелый. Основными показателями, по которым судят о режиме работы, являются продолжительность включения двигателя механизма ПВ. При вычислении ПВ время цикла tц=tр - о не должно превышать 10 мин. Лёгкому режиму работы соответствуют ПВ = 10 - 15% и h= 60 - 100 (стро- ительно-монтажные краны, среднему ПВ = 15 - 25% и h = 120 - 200 (краны механических и сборочных цехов машиностроительных заводов, тяжёлому ПВ = 25 - 40% и h =300 - 400 (краны производственных цехов и складов на заводах с крупносерийным производством, весьма тяжёлому — ПВ = 40 - 60% и h = О - О технологические краны металлургических заводов. Помимо тяжёлых условий работы при большом числе включений в час электрооборудование мостовых кранов обычно находится в условиях тряски, высокой влажности воздуха, резких колебаний температуры и запыленности помещений. В связи с этим на кранах применяется специальное электрооборудование приспособленное к условиям работы кранов и отличающееся повышенной надежностью. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист КП 08.02.09 Основное крановое электрооборудование электродвигатели, силовые, магнитные и командные контроллеры, пускорегулировочные резисторы, тормозные электромагниты, конечные выключатели и другие — в значительной степени стандартизовано. Поэтому различные по конструкции краны комплектуются обычно таким электрооборудованием по типовым схемам. Электрооборудование мостовых кранов выполняется и эксплуатируется в соответствии с Правилами устройства и безопасной эксплуатации грузоподъёмных кранов. Рабочее напряжение сети, питающей краны, на должно превышать 500 В. В соответствии с этим на кранах применяется электрооборудование на 220 или 380 В переменного тока и 220 или 440 В постоянного тока. Напряжение 440 В используется только в силовых цепях кранов большой грузоподъёмности. Для кран-балки гранитной мастерской характерен средний повторно- кратковременный режим работы. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист КП 08.02.09 3 Расчёт мощностей и выбор двигателя крана Расчёт и построение нагрузочной диаграммы и механической характеристики рабочей машины. Механизм передвижения кран-балки. Статическая мощность Рс навалу двигателя передвижения кран-балки в установившемся режиме Рс = 9,81 ∙ Км (м r+f)/(Rх.к. ∙ м, (1) где К - коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления движению из- за реборд ходовых колесо рельсы, Км- соответственно масса перемещаемого груза, захватывающего устройства и моста с тележкой (или только тележки, m=1000 кг, mo=10 кг, мкг м – скорость передвижения мостам мс Rх.к – радиус ходового колеса, Rх.к = 0,225 м коэффициент трения в опорах ходовых колес, = 0,015; r – радиус шейки оси ходового колесам- коэффициент трения качения ходовых колес по рельсам, f =0,0005; м - КПД механизма передвижения моста (тележки. Мс = (Рс ∙ Rх.к.) / (м ∙ р ), (2) где р – передаточное число редуктора механизма передвижения моста тележки р 31,5. Передвижение с грузом Рс=9,81∙2,5∙(5/6)∙(1000+10+3800)∙(0,015∙0,03+0,0005)/(0,225∙0,9)=461 Вт Мс = (461∙0,225)/((5/6)∙31,5)=3,95 Нм. Передвижение без груза Рс=9,81∙2,5∙(5/6)∙(10+3800)∙(0,015∙0,03+0,0005)/(0,225∙0,88)=373,6 Вт Мс = (373,6∙0,225)/((5/6)∙31,5)=3,2 Нм. Построим нагрузочную диаграмму механизма передвижения (рисунок 2). Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист КП 08.02.09 ц = 180 с Рисунок 2 – Нагрузочная диаграмма механизма передвижения По диаграмме определим продолжительность включения ПВ=(∑tp/tц) ∙100%=(120/180) ∙100%=66,6% Механизм передвижения тельфера Используя формулы (1) и (2), определим Рс и Мс. Передвижение с грузом Рс=9,81∙2,5∙(1/3)∙(1000+10+900)∙(0,015∙0,03+0,0003)/(0,1∙0,9)=130 Вт Мс = (130∙0,1)/((1/3)∙31,5)=1,24 Нм. Передвижение без груза Рс=9,81∙2,5∙(1/3)∙(10+900)∙(0,015∙0,03+0,0003)/(0,1∙0,85)=65,6 Вт Мс = (65,6∙0,1)/((1/3)∙31,5)=0,62 Нм. Строим нагрузочную диаграмму механизма передвижения тельфера (рисунок 3). Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист КП 08.02.09 Рисунок 3 – Нагрузочная диаграмма механизма передвижения тельфера По диаграмме определим продолжительность включения ПВ=(30/180) ∙100%=16,6%. Механизм подъема Статическая мощность Рс.п навалу двигателя в установившемся режиме при подъеме груза Рс = п ∙ (m+mo)/ , (3) где m, mo - соответственно масса поднимаемого груза, грузозахватывающего устройства, m=1000 кг, mo=10 кг п – скорость подъема груза, п = 1/6 мс - общий КПД механизма подъема. Рс=9,81∙(1/6)∙(1000+10)/0,85=1943 Вт. Статический момент Мс навалу двигателя подъема Мс = (Рс ∙ б) / (v ∙ р ∙ п ), (4) где v – скорость движения крюка, v = 1/6 мс б – радиус барабана, б м р – передаточное число редуктора механизма подъема р 98,57; Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист КП 08.02.09 п – передаточное число полиспаста п 2. Мс = (1943∙0,2)/((1/6)∙98,57∙2)=11,83 Нм. При подъеме пустого крюка Рс.по = 9,81 ∙ по) где о - КПД механизма при m=0. Рс.по=9,81∙(1/6)∙10/0,1=163,5 Вт. М с.по = (163,5∙0,2)/((1/6)∙98,57∙2)=1 Нм. Строим нагрузочную диаграмму механизма передвижения тельфера (рисунок 4) Рисунок 4 - Нагрузочная диаграмма механизма передвижения тельфера Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист КП 08.02.09 Спуск пустого крюка (силовой спуск Рс.с = 9,81 ∙ mo ∙ с ∙ ((1/) – 2), (6) где ос скорость спуска. Рс.с = 9,81∙10∙(1/6)∙((1/0,1) – 2) =130 Вт. М с.с = (130∙0,2)/((1/6)∙98,57∙2) = 0,79 Нм. Спуск груза (тормозной спуск Рс.с = 9,81 ∙(m+mo)∙ с ∙ (2 - (1/)), (7) где > 0,5 Рс.с = 9,81∙(1000+10)∙(1/6)∙(2 - (1/0,85)) = 1360 Вт. М с.с = (1360∙0,2)/((1/6)∙98,57∙2) = 8,3 Нм. По диаграмме определим продолжительность включения ПВ = (96/180) ∙100% = 53,3% Предварительный выбор двигателя по мощности и режиму нагрузки. Механизм передвижения кран-балки. При помощи нагрузочной диаграммы находим эквивалентную за суммарное время рабочих операций статическую мощность Рс.э.р, приведенную к ближайшей стандартной продолжительности включения ПВном , по формуле Рс.э.р = √ [(∑ (Рс.i ∙ tp) ∙ ПВрасч )/((∑ tpi) ∙ ПВном)] (8) Рс.э.р = √ [(( 4612 ∙ 60+373,62 ∙ 60) ∙ 66) / (120 ∙ 60)] = 440 Вт По справочнику выбираем двигатель по условию Рдв з ∙ Рс.э.р , (9) Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист КП 08.02.09 где з – коэффициент запаса, учитывающий дополнительную загрузку двигателя в периоды пуска и электрического торможения, з 1,4. Рдв 1,4 ∙ 440 = 616 Вт. Выбираем двигатель 4А80А6У3 Таблица 1 Характеристики двигателя 4А80А6У3 Р,Вт I,A мин cosφ η,% пуск Мпуск Ммакс Iдв 750 2,24 915 0,74 69 4 2 2,2 0,0031 Механизм передвижения тельфера При помощи нагрузочной диаграммы находим Рс.э.р = √ [(( 1302 ∙ 15+65,62 ∙ 15) ∙ 16,6) / ( 30 ∙ 25)] = 84 Вт Рдв 1,4 ∙ 84 = 118 Вт. Выбираем по справочнику двигатель 4А63А6У3 Таблица 2 Характеристики двигателя 4А63А6У3 Р,Вт I,A мин cosφ η,% пуск Мпуск Ммакс Iдв 180 0,78 915 0,62 56 3 2,2 2,2 0,0018 Механизм подъема При помощи нагрузочной диаграммы находим Рс.э.р=√[((19432 ∙24+163,52 ∙24+130 ∙24+1360 ∙24)∙53,3)/(30∙25)]=1122 Вт Рдв 1,4 ∙ 1122 = 1571 Вт. Выбираем по справочнику двигатель АУ Таблица 3 Характеристики двигателя АУ Р,Вт I,A мин cosφ η,% пуск Мпуск Ммакс Iдв 2200 5,02 1425 0,83 80 6 2,1 2,4 0,0056 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист КП 08.02.09 4 Расчёт и выбор пускорегулировочных резисторов При выборе магнитных пускателей учитываются следующие условия ном раб (10) Uап сети (11) кат = Uц.упр (12) Для всех электродвигателей выбираем реверсивные магнитные пускатели без тепловых реле типа ПМЕ. Используя литературу и учитывая условия 10-12 выбираем магнитные пускатели 1. Для двигателей механизмов передвижения кран-балки и тельфера ПМЕ–013 с н = 3 А 2. Для двигателя механизма подъема – ПМЕ-113 с н = 10 А. Номинальный ток тепловых элементов тепловых реле Iном.р выбирается по номинальному току защищаемого электродвигателя так, чтобы последний находился в зоне изменения настройки теплового реле Imin.p < Iном.дв < Imax.p , (13) где Imin.p ,Imax.p – предельные изменения уставки теплового реле, А. Номинальные токи тепловых элементов 1. Для двигателя передвижения кран-балки – уст = 2,5 А 2. Для двигателя передвижения тельфера – уст = 0,8 А 3. Для двигателя механизма подъема – уст = 5,0 А. В схеме управления кран-балкой применим следующий тип конечных выключателей ВКП-2000. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист КП 08.02.09 Эти выключатели предназначены для срабатывания в электрических цепях переменного тока напряжением 380 В, частотой 50-60 Гц под воздействием управляющего упора. Для управления двигателями механизмов кран-балки выбираем кнопки управления типа КЕ-021У3 с одним замыкающими одним размыкающим контактами. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист КП 08.02.09 5 Составление схемы управления Управление приводом кран-балки осуществляется вручную, дистанционно с места подъема груза. Двигатель включен только при нажатой кнопке управления. Путь перемещения всех механизмов ограничивается конечными выключателями. При отключении двигателя барабана, включается электромагнитный тормоз. Все приводы имеют защиту от токов короткого замыкания и самопроизвольного пуска. Работа схемы подготавливается включением автомата QF1. При нажатии кнопки SB2 получает питание КМ, замыкая свои контакты КМ, двигатель балки М включается, при отпускании SB2 двигатель останавливается, подводится питание к электромагнитному тормозу. При нажатой кнопке SB3 получает питание пускатель КМ, двигатель М вращается в обратную сторону. Конечный выключатель SQ1 служит для ограничения перемещения. Аналогичный принцип работы и для других двигателей. Управлением двигателем М механизма подъема осуществляется микроконтроллерным блоком. На двигателе М установлен тахогенератор, который выводными концами подключен к входу напряжения микроконтроллера, через транзистор VT1. Тахогенератор осуществляет обратную связь по скорости. При увеличении частоты вращения двигателя M3 становится больше, напряжение подается на микроконтроллер через VT1. Сопротивление которого, при увеличении напряжения увеличивается, а при снижении – уменьшается. Таким образом, при увеличении оборотов двигателя М напряжение, подающееся на микроконтроллер (В) уменьшается. Ключи S1 и S2 осуществляют запуски реверсирование двигателя. В микроконтроллере осуществляется импульсная модуляция напряжения. Модулирование шкалы подаются на драйвер IR2233J, который осуществляет переключение силовых ключей Q1 … Q6, выполненных на ICBT транзисторах. Трехфазное напряжение, подаваемое на силовые ключи, выпрямляется диодным Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист КП 08.02.09 мостом VD1 … VD6 и стабилизируется. Переключение силовых ключей Q1 … Q6 в режиме заданном микроконтроллером вызывает появление на их выходах напряжение с требуемой частотой. Защита двигателя осуществляется блоком защиты микроконтроллера, при помощи терморезистора RT задается температура отключения. Контролер дает возможность программного управления двигателем. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист КП 08.02.09 6 Расчёт и выбор элементов защиты Автоматические выключатели выбираются из условий ном раб (14) ном раб (15) Ток уставки электромагнитного расцепителя для группы асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором выбирается исходя из Iуст.эм 1,5 ∙[ n i Iном.дв + (Iпуск.дв – Iном.дв)] , (16) где n i Iном.дв – сумма номинальных токов двигателей (Iпуск.дв – Iном.дв) – разность пускового и номинального токов наиболее мощного двигателя. Произведем расчет Iуст.эм для автомата QF1: Iуст.эм 1,5 ∙ [(2,24 + 0,78 + 5,02) + (30,12 – 5,02) = 49,71 А Произведем расчет Iуст.эм для автомата QF2: Iуст.эм 1,5 ∙ [(0,78 + 5,02) + (30,12 – 5,02) = 46,35 А Учитывая условия (14), (15) и рассчитанные токи Iуст.эм , выбираем автомат типа ВА51Г31-321110Р- 20УХЛ3 стоком расцепителя р = 50 А. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист КП 08.02.09 Заключение Основная задачей ставилось изучение принципа работы кран-балки, электропривода состоящие в том чтобы наиболее правильно сочетать свойства всех его элементов со свойствами рабочей машины и технологического процесса, выполняемого машинным устройством. Первостепенное значение для автоматизации производства имеют многодвигательный приводи средства электрического управления. Развитие электропривода идет по пути упрощения механических передачи приближение электродвигателей к рабочим органам машин и механизмов, а также возрастающего применения электрического регулирования скорости приводов. Широко внедряются комплектные тиристорные преобразовательные устройства. Применение тиристорных преобразователей не только позволило создать высокоэкономичные регулируемые электроприводы постоянного тока, но и открыть большие возможности для использования частотного регулирования двигателей переменного тока, в первую очередь наиболее простых и надежных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором Свойства технологического процесса и рабочей машины, знание которых необходимо для проектирования электропривода, описываются приводными характеристиками машины. К этим характеристикам относятся технологическая, кинематическая, энергетическая, механическая, нагрузочная. После внимательного изучения технологической, кинематической характеристик машины и требований к схеме автоматического управления была составлена принципиальная схема автоматического управления. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист КП 08.02.09 Список использованных источников 1. Грундулис АО. Защита электродвигателей в сельском хозяйстве- е изд, перераб. и доп- М Агропромиздат, 1988. - с. 2. Кисаримов Р.А. Справочник электрика- е изд, перераб. И доп- М ИП РадиоСофт, 2004. - с. 3. Контрольно-измерительные приборы и средства автоматизации каталог продукции фирмы ОВЕН. - М СинФазИн, 2003. – с. 4. Кондратьева Н.П. Выбор аппаратуры управления электрических установок. Учебное пособие - ИжГСХА, Ижевск, 1995 – с. 5. Правила устройства электроустановок.7-е изд. Доп. с исправлениями- М.:ЗАО «Энергосервис»,2003.-608с. 6. Межотраслевые правила по охране труда при эксплуатации электроустановок- М Изд-во НЦЭНАС, с. 7. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей.-М.: Изд-во «Энергосервис»,2001-287с. 8. Фоменков А.П. Электропривод сельскохозяйственных машин, агрегатов и поточных линий. - е изд, перераб. и доп- М Колосс |