Эл привод. 1. Назначение и принцип работы переездного шлагбаума с двигателем переменного тока паш1
![]()
|
Задание 1. Составить кинематическую схему электропривода и дать описание назначения и принципа его работы. Описать механизм замыкания (фиксации) главного исполнительного элемента . Произвести кинематический расчет электропривода . Определить коэффициент полезного действия электропривода Рассчитать номинальную мощность электродвигателя и номинальный ток электродвигателя . Произвести прочностной расчет одного из элементов кинематической схемы . Составить схему управления автошлагбаума ПАШ-I . Определить дальность установки электропривода Используемая литература Исходные данные
1. Назначение и принцип работы переездного шлагбаума с двигателем переменного тока ПАШ-1 электропривод замыкание кинематический автошлагбаум Переездной шлагбаум с двигателем переменного тока ПАШ-1 является составной частью комплекса устройств для ограждения железных дорог в местах их пересечения в одном уровне с автомобильными, пешеходными, а в некоторых случаях и городскими транспортными коммуникациями и предназначен для предупреждения въезда транспортных средств на железнодорожный путь. Область применения ПАШ-1 - в системе устройств ограждения железнодорожных переездов на станциях, перегонах, подъездных путях железных дорог общего пользования и промышленного железнодорожного транспорта. ПАШ-1 может выпускаться в трех вариантах исполнения по роду питания электродвигателей: вариант А - переменное трехфазное; вариант Б - переменное однофазное; вариант В-постоянным током. При отсутствии питания ПАШ-1 работает только на опускание заградительного бруса (ЗБ). ПАШ-1 может работать от однофазной и трехфазной сети переменного тока. Силовой механизм представляет собой электродвигатель и двухступенчатый редуктор. Первая ступень редуктора - червячный однозаходный самотормозящий механизм. Вторая ступень - цилиндрическая прямозубная передача со встроенной электромагнитной муфтой в зубчатом колесе. Червячный редуктор предназначен для создания необходимой частоты вращения главного вала и запирания заградительного бруса в крайних положениях. Кинематическая схема автошлагбаума типа ПАШ-1 показана на рисунке 1. Принцип работы: При вступлении поезда на участок приближения к переезду включается звонок и светофорная мигающая сигнализация. По истечении времени, необходимого для освобождения переезда от транспорта, схемой управления отключается питание электромагнитной муфты, главный вал оттормаживается, и под действием несбалансированности ЗБ главный вал поворачивается, а ЗБ опускается в горизонтальное положение. ![]() В аварийном режиме предусмотрена возможность опускания ЗБ вручную, при помощи курбельной рукоятки. При отклонении ЗБ от вертикального положения на угол 10-15о для гашения кинетической энергии ЗБ производится включение гидрогасителя. Амортизационное устройство обеспечивает плавную остановку ЗБ без качков в конце перевода. Для гашения кинетической энергии и демпфирования крайних положений ЗБ в шлагбауме предусмотрен гидрогаситель, механическая характеристика которого позволяет автоматически поддерживать равномерную скорость опускания заградительного бруса. После проследования поезда за пределы переезда в четном или нечетном направлении, на электромагнитную муфту и электродвигатель подается электропитание, вращаясь электродвигатель поднимает ЗБ в вертикальное положение. Вращение главного вала и отключение электропитания электродвигателя произойдет, когда ЗБ примет вертикальное положение, при этом электромагнитная муфта находится под током (напряжением) и удерживает ЗБ в этом положении. В момент возвращения ЗБ в вертикальное положение при отключении электродвигателя, отключаются световые и звуковые сигналы. 2. Кинематический расчет электропривода Выберем электродвигатель АИР 56В4Б переменного тока на напряжение 220В, мощностью 0,18 кВт, 1350 оборотов в минуту. Определим количество оборотов главного вала за одну операцию: ![]() Определим частоту вращения главного вала: ![]() ![]() Определим передаточное число редуктора: ![]() Автошлагбаум ПАШ-1 имеет двухступенчатый редуктор. Передаточное число червячного редуктора - 90. Определим передаточное число цилиндрической прямозубной передачи: ![]() Уточненное значение редуктора: ![]() Определим фактическое время поднятия бруса: ![]() 3. Определение коэффициента полезного действия электропривода номинальной мощности и номинального тока электродвигателя а) Определим мощность на главном валу: ![]() б) Найдем дополнительные потери мощности электропривода. Эти потери составляют 2% от полезной мощности на главном валу: Рдоп=0,55 Вт С учетом этих потерь Р4 составит: Р4=0,55+27,5=28 Вт в) Определим потери мощности в редукторе: Так как ![]() ![]() ![]() n - количество пар редукторов. ![]() Определим мощность, переданную на вход редуктора из формулы: ![]() ![]() Определим потери мощности в редукторе: Рред=Р3 - Р4= 37,3 - 28 =9,3 Вт г) Определим потери мощности в подшипниках (качения): Рп= Р2 - Р3= 41,9 - 37,3=4,6 Вт Полезная мощность на валу электродвигателя: ![]() где п - КПД подшипниковых опор п= 6пк=0,986=0,89 пк = 0,98 - КПД опор подшипников качения. д) Определим мощность, потребляемую электродвигателем из сети: ![]() Определим потери мощности в электродвигателе: Рд= Р1 - Р2= 63,5 - 41,9=21,6 Вт Энергетическая диаграмма потребляемой мощности из сети Р1 с учетом различных потерь представлена на рисунке 2. ![]() е) Определим КПД электропривода и номинальный ток электродвигателя: ![]() Мощность, потребляемая трехфазным электродвигателем переменного тока, работающим от однофазной сети: ![]() Откуда номинальный ток электродвигателя: ![]() 4. Прочностной расчет элемента кинематической схемы Определение размеров шпонки крепления бруса на элементе 9. Для крепления бруса на элементе 9 применяется призматическая шпонка. Необходимо определить размеры шпонки при диаметре вала ( ![]() Призматические шпонки выполняют прямоугольного сечения с отношением высоты к ширине сечения 1:1. Призматические шпонки изготавливают из чистотянутой стали. Ширину шпонки (b) выбирают равной ![]() Определим ширину шпонки: ![]() Зная ширину шпонки можно определить высоту шпонки по стандартным размерам сечений призматических шпонок. ![]() Определим напряжение среза шпонки на элементе 9. ![]() При максимальном усилии поднятия бруса: ![]() Так как, согласно [1] допустимое напряжение на срез 40 МПа, то напряжение среза шпонки на элементе 9 при номинальном и максимальном моменте удовлетворяет норме. 5. Схема управления шлагбаумом ПАШ-I Схема выполнена для открытого состояния переезда. Брус шлагбаума поднят, светофоры переездной сигнализации выключены. Электромагнитная муфта каждого шлагбаума находится под током и обеспечивает сцепление бруса с редуктором. Электродвигатель шлагбаума М трехфазный, фаза С2-С5 изолирована, а фаза С3-С6 с последовательно включенными конденсаторами подключена параллельно фазе С1-С4. Блок-контакты БК обеспечивают отключение двигателя после подъема бруса шлагбаума. В1, В2 - контакты автопереключателя, контролирующие соответственно опущенное и поднятое положение бруса шлагбаума. Реле схемы имеют следующее назначение: ВМ - обеспечивает выдержку времени на опускание бруса шлагбаума после включения красных мигающих огней на переездном светофоре (13 с); ВЭМ - реле выключения электромагнитной муфты; ОША, ОШБ - реле открытия (включения подъема бруса) шлагбаума; ВЭД - реле выдержки времени 15-20 с для выключения двигателя при работе на фрикцию; У1, У2, У3 - реле контроля поднятого состояния брусьев шлагбаумов; ЗУ - реле контроля опущенного (закрытого положения) брусьев шлагбаумов; ВДА, ВДБ - реле, контролирующие промежуточное положение брусьев шлагбаумов; АО1, АО2, БО1, БО2 - огневые реле, контролирующие целостность нитей ламп переездных светофоров; УБ1, УБ2 - реле повторители кнопки поддержания бруса шлагбаума; ПВ1, ПВ2 - реле, включающие переездную сигнализацию. С целью повышения надежности горения огней светофорной сигнализации лампы огней переездных светофоров получают питание от двух различных источников питания. Нормально, при отсутствии поездов, брус шлагбаума находится в поднятом состоянии. Реле ОША, ОШБ, ВЭД, ВДА, ВДБ и ЗУ находятся в обесточенном состоянии. Под током находятся реле У1, У2, У3, ВМ и ВЭМ, электромагнитная муфта. При вступлении поезда на участок приближения, в соответствии с известными схемами типовых решений, обесточиваются реле ПВ1 и ПВ2 (извещение о приближении) и размыкают цепь питания реле У1 и У2, а последние цепь питания реле ВМ. Включаются реле М1 и М2, срабатывает реле КМК и огни переездных светофоров начинают сигнализировать в сторону автотранспорта красными мигающими огнями. Через некоторое время, необходимое для проследования ранее двигавшегося под шлагбаумом автотранспорта, отпускает якорь реле ВМ и выключает реле ВЭМ, а последнее размыкает цепь питания электромагнитной муфты. Брус шлагбаума начинает опускаться под действием собственного веса. После того как брус шлагбаума займет горизонтальное положение замкнуться контакты В1 автопереключателя и встает под ток реле ЗУ, сигнализирующее о закрытом положении шлагбаума. При вступлении поезда на участок приближения через тыловые контакты У1, У1, ПВ1, ПВ2 получит питание и притянет якорь реле ВЭД, параллельно которому подключен конденсатор большой емкости. Реле ВЭД подготовит цепь включения реле открытия шлагбаумов ОША и ОШБ. После того как поезд проследует переезд и притянут якорь реле ПВ1 и ПВ2 замкнется цепь питания реле ВЭМ, ОША и ОШБ. Реле ВЭМ включит электромагнитную муфту, а реле ОША и ОШБ замкнут цепь питания электродвигателей привода брусьев автошлагбаумов и последние начнут подниматься в вертикальное положение. После того как оба бруса займут вертикальное положение (80о-90о), замкнутся контакты автопереключателей В2 и создадут цепь питания реле У1, У2 и их повторителей, а последние разомкнут питание реле ОША и ОШБ и схема перейдет в исходное состояние. Если по какой-либо причине, например, при заклинивании один из брусьев шлагбаумов, например шлагбаума Б, остановится в среднем положении, то после того как брус шлагбаума А достигнет вертикального положения, притянет якорь реле ВДА и разомкнет цепь питания реле ОША, которое в свою очередь разомкнет цепь питания двигателя. Реле ОШБ будет оставаться под током и двигатель привода шлагбаума Б будет работать на фрикцию до тех пор пока не закончится разряд конденсатора К3, подключенного параллельно катушке реле ВЭД и последнее не отпустит свой якорь. В случае выключения питания переменного тока брусья шлагбаумов останутся в поднятом положении до приближения к переезду первого поезда, после чего брусья опустятся автоматически, а подъем брусьев после проследования поезда будет осуществляться вручную. Выключение красных мигающих огней переездных светофоров осуществляется только после полного подъема брусьев обоих шлагбаумов контактами реле У1 и У2. Схема управления шлагбаумом ПАШ-I показана на рисунке 3. ![]() 6. Определение дальности установки электропривода Определить длину кабеля без дублирования жил: ![]() где L - длина кабеля, без дублирования жил; Un - напряжение источника питания; Uд - напряжения на зажимах двигателя; r1 - сопротивление медной жилы кабеля диаметром 1 мм. Согласно [3], дублирование жил для управления двигателем до расстояния 100 м не требуется. Рассчитаем емкость пускового конденсатора: ![]() где Iф - номинальный фазный ток; Uф- номинальное фазное напряжение; f= 50 Гц - частота; ![]() Учитывая, что работа двигателя происходит под нагрузкой, необходимо увеличить рабочую емкость. Электродвигатель шлагбаума работает 10-12 с при мощности, превосходящей расчетную на 35%. Поэтому рабочую емкость следует увеличить на 50-70%. Тогда: ![]() Используемая литература 1. Задание на контрольную работу с методическими указаниями для студентов VI курса. Москва 2005 год. . Переездной шлагбаум ПАШ-I. Технология обслуживания, ремонта и проверки в условиях дистанций сигнализации и связи железных дорог. Москва 1998 год. . Методические указания по проектированию устройств автоматики, телемеханики и связи на ж.д. транспорте И-234-95 «Переездной шлагбаум с двигателем переменного тока». Санкт-Петербург 1995 год. |