курсовая работа 1. Электропривод механизма передвижения крана
 Скачать 2.11 Mb.
|
|
1.4 Противораскачивание груза Каждое движение крана с подвешенным грузом приводит к его колебаниям, поэтому оператор крана должен постоянно корректировать свои действия с учетом этого раскачивания. Опытный и внимательный оператор может достаточно быстро уменьшить колебания груза путем принятия соответствующих контрмер. Если же оператор не обладает большим опытом управления краном или оператор потерял внимание по причине утомления, то даже самые простые операции могут привести к огромной потере времени или к возникновению рисков коллизий и/или аварийных ситуаций. Системы уменьшения колебаний груза (системы противораскачивания), снимают с оператора задачи по уменьшению раскачивания груза, как следствие он может сосредоточиться на управлении краном, сконцентрироваться на подъеме груза, его перемещении, позиционировании и опускании в нужную точку. Системы противораскачивания служат для уменьшения колебаний груза, вызванных ускорениями механизмов в процессе эксплуатации крана. Успокоение достигается за счет точного воздействия на процессы разгона и торможения. Такие системы могут применяться как в составе систем управления для новых кранов, так и в качестве дополнения к уже существующим системам управления. Уменьшение колебаний позволяет снизить риск возникновения коллизий и аварийных ситуаций в сочетании с одновременной быстротой и точностью позиционирования груза. Система противораскачивания позволяет уменьшить колебания при перемещении моста, тележки и поворота крана одновременно. Существует два основных вида электронных систем противораскачивания: системы с прямой обратной связью, имеющие в своем составе камеру и рефлектор (отражатель), которые обеспечивают получение оперативной достоверной информации об отклонении груза, и системы, работающие на основе математической модели, описывающей колебания груза 16 при движении механизмов крана, то есть угол отклонения груза в той или иной плоскости вычисляется исходя из физических и математических законов [7]. В системах с обратной связью камера с высоким разрешением используется для измерения отклонения крюка или другого типа грузозахватного органа от своей оси. Для того, что бы сделать это возможным, на грузозахватный механизм устанавливается специальный отражатель. В самом простом случае отражатель представляет собой плоскость квадратной формы с расположенными на ней в шахматном порядке двумя белыми квадратами. Данный тип рефлектора называется пассивным. В случае, когда на него могут воздействовать чрезмерное освещение или тени, которые влияют на точность системы измерения, рекомендуется использовать активный рефлектор, снабженный LED-матрицей, а также обогревом, способствующим таянию снега, если кран используется на открытом воздухе. Самым лучшим же выходом в случае использования системы «камера-рефлектор» является применения инфракрасного рефлектора и оснащение камеры инфракрасным фильтром. Точность определения колебаний составляет 5 мм на расстоянии от камеры до рефлектора 10м, точность определения расстояния между камерой и рефлектором составляет 1%. Такие системы способны также исключать колебания груза при наличии сильного бокового ветра. Какой бы вид системы противораскачивания груза ни был установлен на кране, ее применение ведет к снижению времени выполнения операций, повышению точности позиционирования груза, уменьшению утомляемости операторов во время работы, а также снижает риск возникновения аварийных ситуаций. 1.5 Исходные данные и постановка задачи Исходными данными проектирования являются физические и геометрические параметры механизма подъема мостового крана. Исходные данные представлены в таблице 2. 17 Таблица 2 - Исходные данные проектирования Наименование параметра Значение параметра Тип крана кран мостовой опорный Конструкция кранового моста двухбалочный мост, балки коробчатые Грузоподъемность крана, т 10 Кратность полиспаста, 3 Номинальная скорость подъема, м/с 0,1 Номинальная скорость движения тележки, м/с 0,63 Диаметр барабана лебедки , м 3 90 10 Напряжение в канате, тс/см 2 2 Модуль упругости каната, тс/см 2 1500 Наименование параметра Значение параметра Продолжительность включения крана, % 25 Высота пролетной балки, м 2,5 Целью данной работы является разработка системы управления частотно-регулируемых электроприводов для механизмов подъема и передвижений мостового крана, удовлетворяющую поставленным требованиям, а также необходимо разработать систему, позволяющую уменьшить раскачивание груза и увеличить быстродействие электропривода. 18 2 Выбор оборудования и расчет системы управления электропривода механизма передвижения 2.1 Расчет механизма передвижения Масса тележки с грузом: 3 тг т г 3000 10 000 13 10 кг. m m m (3.1) Вес тележки: 4 4 т т 9,81 0,3 10 2,94 10 Н, F gm (3.2) где 2 9,81 м/с g – ускорение свободного падения. Вес груза: 4 г г 9,81 10 Н. F gm (3.3) Вес тележки с грузом: 4 4 4 тг т г 2,94 10 9,81 10 12,8 10 Н. F F F (3.4) Максимальная статическая нагрузка на ходовое колесо хк тг , F F z (3.5) где z – количество ходовых колес. В нашем случае 4 z : 4 4 хк 12,8 10 4 3, 2 10 H. F Согласно [16], [17], [18] примем диаметр ходового колеса (рисунок 2) хк 250 мм D (таблица 3.1). Диаметр внутреннего отверстия подшипника 50 мм d (рисунок 2); коэффициент трения качения 0, 4 мм [19] – для стальных колес и рельсов с выпуклой головкой (таблица 3). Таблица 3 – Несущая способность ходовых колес 4 хк 10 , Н F от 3 до 5 свыше 5 до 10 свыше 10 до 20 свыше 20 до 25 свыше 25 до 32 свыше 32 до 50 свыше 50 до 80 свыше 80 до 100 свыше 100 хк , мм D 200 250 320 400 400 500 500 560 630 630 700 710 800 800 900 1000 900 1000 1000 19 Таблица 3 – Размеры ходовых колес хк ,мм D 200 250 320 400 500 560 630 710 800 900 1000 d 45 50 60 90 110 120 130 130 150 170 180 0,4 0,4 0,4 0,6 0,6 0,6 0,8 0,8 1,0 1,2 1,2 max D 230 290 360 450 550 600 680 770 880 980 1080 Движение однорельсовых тележек по подвесным путям характеризуется наличием основных сопротивлений от трения качения и трения в подшипниковых ходовых колес, дополнительными сопротивлениями при качении конических и бочкообразных колес по наклонным полкам рельса, а также сопротивлений при перекосе тележки и при ее передвижении по криволинейным участкам пути. Сила сопротивления передвижению тележки с грузом (при отсутствии уклона и ветра): c тг хк p (2 ) , F F fd D k (3.6) где f – коэффициент трения качения подшипника буксы (согласно [16]: 0,015 f для роликовых и шариковых подшипников); p k – коэффициент сопротивления реборды (согласно [16] p 2 2,5 k для крановых тележек при гибком и жестком токопроводе соответственно). Примем кабельный токопровод ( p 2 k ). По формуле (3.6) получим: 4 c 2 0, 4 0, 015 50 12,8 10 2 1587 H. 250 F 2.2 Выбор электродвигателя и расчет редуктора Мощность электродвигателя: c , F V P (3.7) где — предварительное значение КПД механизма передвижения. Примем 0,9. 20 Получим: 3 1587 0, 63 1,11 10 Вт. 0,9 P Из справочника [9] выбираем электродвигатель серии 5А. Технические данные электродвигателя приведены в таблице 4. Таблица 4– Параметры электродвигателя Типо- размер , ДВ Н P кВт , ном n об/мин ,% Н cos / п ном М М / п ном I I 2 , м кг J ДВ 5А80МВ4 1,5 1410 75 0,81 2,1 5,5 0,0036 21 Модель электропривода передвижения тележки мостового крана На рисунке представлена модель электропривода механизма передвижения тележки мостового крана в среде MATLAB SIMULINK. 22 Имитационная модель электропривода передвижения тележки мостового крана 23 Проверка имитационной модели системы ПЧ-АД с IR- компенсацией Проведенные исследования: 1. Пуск двигателя при 50 Гц с нагрузкой М с =6,3 Нм: Переходные характеристики скорости ротора ω(t), электромагнитного момента M эм (t) и тока статора ( ) i t при частоте 50 Гц В момент времени t=1,3 с был произведен наброс нагрузки М с =6,3 Нм. 2. Пуск двигателя при 5 Гц, 1н 4 22 U В с нагрузкой М с =6,3 Нм: Переходные характеристики скорости вращения ротора ω(t) и электромагнитного момента M эм (t) при частоте 5 Гц Из рисунка 19 видно, что при работе на частоте 5 Гц электродвигатель не справился с нагрузкой М с =6,3 Нм, которая была подана 24 в момент времени t=1,3 с. Поэтому было принято решение увеличить напряжение 1н 4 U до 32 . В 2. Пуск двигателя при 5 Гц, 1н 4 32 , U В K КМ =0 с нагрузкой М с =6,3 Нм: Переходные характеристики скорости вращения ротора ω(t) и электромагнитного момента M эм (t) при частоте 5 Гц и 1н 4 32 U В Из графиков, представленных на рисунках 18 и 20 вычислим диапазон регулирования скорости: 1 2 151,5 13, 6. 11,1 уст уст D Диапазон регулирования соответствует требованиям, заявленным в техническом задании. 25 ЗАДАНИЕ ДЛЯ РАЗДЕЛА «ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ» Студенту: Группа ФИО З-5Г10 Гуменному Ефиму Васильевичу Институт ИнЭО Кафедра ЭПЭО Уровень образования Бакалавриат Направление/специальность Электроэнергетика и электротехника Исходные данные к разделу «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение»: 1. Стоимость ресурсов проектных работ 2. Нормы и нормативы расходования ресурсов 3. Используемая система социальных отчислений Перечень вопросов, подлежащих исследованию, проектированию и разработке: 1. Оценка коммерческого потенциала и перспективности выполнения технического проекта; 2. Планирование проектно-конструкторских работ; 3. Планирование сметы технического проекта; 4.Определение ресурсной ( ресурсосберегающей ), и экономической эффективности исследования. Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей) 1. График выполнения работ исполнителями ТП ( диаграмма Ганта ) 2. Матрица SWOT Дата выдачи задания для раздела по линейному графику 11.04.2016г. Задание выдал консультант: Должность ФИО Ученая степень, звание Подпись Дата Доцент кафедры менеджмента Мелик-Гайказян Мария Вигеновна к.э. н., доцент Задание принял к исполнению студент: Группа ФИО Подпись Дата З-5Г10 Гуменный Ефим Васильевич 26 3. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение Введение В настоящее время перспективность технического проектирования устанавливается не столько масштабом проекта, оценить который на первых этапах жизненного цикла высокотехнологического и ресурсоэффективного продукта бывает достаточно трудно, сколько коммерческой значимостью разработки. Оценка коммерческой значимости разработки является незаменимым условием при поиске основ финансирования для осуществления технологического проекта и коммерциализации его итогов.Это важно для разработчиков, которые должны представлять состояние и направление будущего проекта. Таким образом, целью раздела является решение ряда задач при проектировании технического проекта, которая отвечает новейшим требованиям в области ресурсоэффективности и ресурсосбережения. Достижение цели обеспечивается решением задач: оценка коммерческого потенциала и перспективности выполнения технического проекта; планирование технико-конструкторских работ; определение ресурсной (ресурсосберегающей), и экономической эффективности разработки. 3.1 SWOT-анализ электропривода механизма передвижения крана SWOT - анализ является механизмом стратегического менеджмента. Представляет собой единое исследование технического проекта. SWOT-анализ применяют для исследования внешней и внутренней среды проекта . 27 Согласно проекту по разработке электропривода механизма передвижения крана,SWOT-анализ даст возможность оценить сильные и слабые стороны проекта, а также его возможности и угрозы. Для проведения SWOT-анализа составляется матрица SWOT, в которую записываются слабые и сильные стороны проекта, а также возможности и угрозы. При составлении матрицы SWOT удобно использовать следующие обозначения: С – сильные стороны проекта; Сл – слабые стороны проекта; В – возможности; У – угрозы. Матрица SWOT приведена в таблице 7. На основе матрицы SWOT строятся интерактивные матрицы возможностей и угроз, позволяющие оценить эффективность проекта. При построении интерактивных матриц используются следующие обозначения: «+» – сильное соответствие ; «-» – слабое соответствие. Анализ интерактивных матриц, приведен в таблицах 8 и 9. 28 Таблица 7 - Матрица SWOT Сильные стороны проекта: С1.Плавность пуска и торможения механизмов. С2. Высокое энергосбережение. С3Высококвалифицированный персонал. С4. Повышение безопасности производства С5. Малые затраты на ремонт оборудования. Слабые стороны проекта: Сл1. Высокий уровень вибрации при работе. Сл2. Высокая себестоимость оборудования. Сл3.Задержка поставки материалов и комплектующих Возможности: В1. Экономия мощности энергоблоков В2. Уменьшение себестоимости путем усовершенствование новых технологий. В3. Добавочное питание электропривода. В4. Увеличение стоимости конкурентоспособных систем. В1С1С2С3С4; В2С1С2С4С5; В3С1С4С5; В4С1С2С5. В1Сл2; В2Сл1; В4Сл2. Угрозы: Исчезновение энергии электропривода. У2. Критические изменения в отношениях с поставщиками . У3. Ввод специальных государственных правил к стандартизации и сертификации изделий У4. Нехватка финансового обеспечения со стороны государства У1С1С3; У2С5; У3С1; У4С3. У1Сл3; У2Сл2; У4Сл2.. Таблица 8 – Интерактивная матрица возможностей Возможности Сильные стороны проекта С1 С2 С3 С4 С5 В1 + + + + - В2 + + - + + В3 + - - + + В4 + + - - + Слабые стороны проекта Сл1 Сл2 Сл3 В1 - + - В2 + - - В3 - - - В4 - + - 29 Таблица 9 – Интерактивная матрица угроз Угрозы Сильные стороны проекта С1 С2 С3 С4 С5 У1 + - + - - У2 - - - - + У3 + - - - - У4 - - + - - Слабые стороны проекта Сл1 Сл2 Сл3 У1 - - + У2 - + - У3 - - - У4 - + - Анализ интерактивных матриц, приведенных в таблицах 12.2 и 12.3, показывает, что сильных сторон у проекта значительно больше, чем слабых. Сильной стороной проекта являются надежность, плавность пуска и торможения механизмов, а также повышение безопасности производства, так как исчезновение энергии электропривода может повлечь за собой угрозу для жизни людей, а также аварии сложного технологического процесса. Кроме того, большая экономия потребляемой электрической энергии и добавочное питание электропривода представляют перспективность проекта в целом. Угрозы имеют низкие вероятности, что говорит о высокой надежности проекта. 3.2 Разработка графика исполнения работ технического проекта Важной частью данного раздела является составление графика проведения ТП, который предназначен для распределения обязанностей по выполнению работ, между исполнителями, и определения временных рамок производимой работы. 3.2.1 Определение трудоемкости выполнения работ Трудовые затраты образуют основную часть стоимости разработки, поэтому важным моментом является определение трудоемкости работ каждого из участников выполнения проекта. 30 Трудоемкость выполнения технического проекта оценивается экспертным путем в человеко-днях и носит вероятностный характер, так как зависит от множества трудно учитываемых факторов. Для определения ожидаемого (среднего) значения трудоемкости i t ож используется следующая формула: 5 2 3 max min ожi i i t t t , где, жi t о – ожидаемая трудоемкость выполнения i-ой работы чел.-дн.; i t min – минимально возможная трудоемкость выполнения заданной i- ой работы (оптимистическая оценка: в предположении наиболее благоприятного стечения обстоятельств), чел.-дн.; i t max – максимально возможная трудоемкость выполнения заданной i- ой работы (пессимистическая оценка: в предположении наиболее неблагоприятного стечения обстоятельств), чел.-дн. |