Электропривод навозоуборочного транспортера ТСН

kursovaya-po-elektroprivodu.doc

Министерство сельского хозяйства РФ
Тюменская государственная сельскохозяйственная академия.
Расчётно – пояснительная записка
к курсовой работе по
На тему: «Электропривод навозоуборочного транспортера ТСН».
Понятие о рациональном электроприводе и условиях его работы.
В сельском хозяйстве используется большое количество рабочих машин с электроприводом. В связи с этим для каждой машины необходимо создать рациональный электропривод который обеспечивал бы высокую производительность машинного устройства и высокое качество продукции. Наименьшие капитальные затраты на устройство электропривода и эксплуатационные расходы на единицу продукции (автоматизированный сокращает расходы на обслуживающий персонал) текущий и капитальный ремонты расход энергии то есть на наименьшую себестоимость единицы продукции электропривода содержатся в приводных характеристиках рабочей машины: технологической кинематической механической инерционной нагрузочной и энергетической (1).
Расчети анализ приводных характеристик навозоуборочного транспортера.
1. Технологическая характеристика.
Скребковый навозоуборочный транспортер установлен в двухрядном коровнике (рис.2.1.) и убирает навоз от 130 коров. Он состоит из горизонтальной и наклонной части с раздельным приводом. Цепь горизонтального транспортера 1 длинной 150 м движется по каналу 3 и перемещает скрепками 2 навоз в сторону наклонного транспортера 4 с длиной цепи 13 м. Наклонный транспортер подает навоз в транспортную тележку 5. Период уборки заканчивается после того как цепь горизонтального транспортера совершит 105 оборотов и скребки отчистятся от навоза (2). Электропривод горизонтального 6 и наклонного 7 транспортера установлен в месте разгрузки. Сначала включается наклонный транспортер затем горизонтальный. Отключение осуществляется в обратном порядке.
Перед началом уборки навоз сбрасывается в канал и практически весь находится в канале. В качестве подстилки применяется резаная солома навоз убирается два раза в сутки. Наклонный транспортер установлен под углом 26о.
Анализ технологической схемы позволяет сделать следующие выводы:
-транспортер работает в помещении с агрессивной и влажной средой;
-электропривод нужен нерегулируемый;
-горизонтальный транспортер работает с переменной нагрузкой наклонный после заполнения желоба навозом – с постоянной;
-для привода транспортеров необходимо использовать асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором и химовлагостойкой изоляцией.
Рис.2.1. План двухрядного коровника с установкой навозоуборочного транспортера ТСН.
2. Кинематическая характеристика.
Кинематическая характеристика показывает последовательность передачи движения от двигателя к рабочим органам машины и изображается в виде схемы. Она дает сведения о характере движения (вращательное поступательное или сложное) величине передаточных отношений угловой и линейной скоростью позволяет рассчитать траектории движения и возникающие ускорения движущихся масс машины. Кинематическая характеристика позволяет выявить наличие зазоров и оценить их влияние на изменение момента сопротивления и инерции при пуске. Используется передаточные отношения определяют приведенный момент сопротивления и инерции.
Кинематическая характеристика транспортера заключается в следующем (рис.2.2)
Рис. 2.2. Кинематическая схема горизонтального (а) и наклонного (б) транспортеров: 1 – электродвигатель; 23 – многоручьевые шкивы; 4 – ремни; 5 – редуктор; 6 – приводная звездочка; 7 – соединительная муфта.
Ведущая звездочка горизонтального транспортера получает движение от электродвигателя с помощью редуктора и ременной передачи а наклонный с использованием только редуктора. Скорость движения цепи горизонтального транспортера 019 мс наклонного – 072 мс шаг цепи горизонтального и наклонного транспортера 012 м. Число зубьев звездочки горизонтального транспортера 13 наклонного – 6. Зацепление звездочки горизонтального транспортера осуществляется через зуб. Шаг скребков горизонтального транспортера 112 м наклонного – 065 м. Усредненная масса одного метра цепи со скребками 6 кг.
Анализ кинематической схемы показывает что рабочие органы совершают поступательное движение. В схеме присутствуют зазоры упругие элементы и ее можно представить в виде много массового звена (рис.2.3.). Зазоры и упругие элементы оказывают существенное влияние на изменение момента сопротивления и инерции в период теогония транспортера.
Учитывая небольшую частоту вращения приводных звездочек выбираем для горизонтального транспортера электродвигатель с синхронной частотой вращения 1000 обмин для наклонного – 1500 обмин.
Для определения передаточного отношения теменной передачи и редуктора определим угловую скорость ведущих звездочек.
Для горизонтального транспортера
гт= 2ПVцг = 2*3.14*0.19 = 1.66 радс (2.1)
где: Vцг=019 мс – скорость цепи горизонтального транспортера мс; t=012-шаг цепи транспортера м; zг-число зубьев ведущей звездочки учитывающих в зацеплении.
Для наклонного транспортера
нт= 2ПVцг = 2*3.14*0.72 = 628 радс (2.2)
где: Vцн=072 мс – скорость цепи горизонтального транспортера мс; zг=6-число зубьев ведущей звездочки учитывающих в зацеплении.
Общее передаточное число для горизонтального транспортера
Iгт= дг = 104 = 626 (2.3)
где: гт = 2Пnдг = 2*314*1000 (2.4)
- синхронная угловая скорость двигателя горизонтального транспортера радс.
Передаточное число редуктора наклонного транспортера
Iнт= дн = 157 = 25 (2.5)
где: нт = 2Пnдн = 2*314*1500 =157 (2.6)
- синхронная угловая скорость двигателя наклонного транспортера радс
Учитывая что для машин с длинным тяговым или рабочим органом не рекомендуются червячные редукторы выбираем для горизонтального и наклонного транспортеров цилиндрические редукторы. Их окончательный выбор будет осуществлен после подсчета передаваемой мощности на быстроходном и тихоходном валу.
3.Механическая характеристика.
Механическая характеристика представляет собой зависимость момента сопротивления или усилия от скорости рабочей машины. Она необходима для анализа переходных процессов определения возможности
пуска и устойчивой работы электропривода построение нагрузочной диаграммы привода при пуске и обоснование способа регулирования скорости приводного двигателя.
Механическая характеристика описывается известным выражением (3).
Мс=Мсо+(Мсн+Мсо) ( н)х Нм (2.7)
где: Мсо – момент сопротивления не зависящий от скорости Н.м; Мсн – момент сопротивления при нормальной скорости Н.м; н – соответственно текущее и номинальное значение скорости; х – показатель степени характеризующей зависимость Мс от .
Для скребковых транспортеров значение х рекомендуется принимать равным нулю.
Тогда для навозоуборочных транспортеров Мс=Мсн момент строгания Мтр рекомендуется применять равным (11 12)Мсн.
Значение Мс определяем исходя из анализа действующих усилий Fс при движении транспортера:
где: пер- КПД передачи.
Fсr=Fхх+Fнав= 4415+9046=13461 - максимальное усилие сопротивления в начале сборки Н. (2.9)
где: Fхх=981mудLцгfцж=981*6*150*05=4415 – усилие сопротивления перемещения цепи на холостом ходу Н; (2.10)
mуд=6 - масса одного метра цепи со скребками кгм;
Lцг=140 - длина цепи горизонтального транспортера м;
fцж=05 – коэффициент трения цепи о дно и стенку канала;
Fнав=F1+ F2=7036+2010=9046 - усилие перемещения навоза Н; (2.11)
F1=9.81mнг.15fн=981*495*15*096=7036 - усилие сопротивления от трения навоза о дно и стенки канала Н; (2.12)
fн=096 – коэффициент трения навоза о дно и стенки навозного канала;
mнг= пж(qн+qп) = 130*(30+3) =(2.13)
количество навоза приходящееся на одну уборку кг;
nж=30 – количество животных;
qн=30 суточный выход навоза от одного животного кг (4);
qп=3- количество подстилки приходящееся на одно животное кг;
nуб=2- число уборок в сутки;
F2=F3nск=15*134=2010 – усилие сопротивления от заклинивания навоза между скребками перемещающими навоз и стенкой канала. Н; (2.14)
F3=15 – усилие от заклинивания навоза приходящееся на один скребок Н;
nск= Lуц =150 =134 (2.15)
Количество скребков перемещающих навоз на горизонтальном транспортере в начале уборки.
Момент сопротивления при перемещении горизонтального транспортера на холостом ходу.
Мхг= FххVцг = 4415*019 = 88 Нм (2.16)
Максимальный момент сопротивления в начале уборки
Мсmaх= FсгVцг = 13461*019 = 27 Нм (2.16)
Усилие при движении наклонного транспортера с навозом
Fсн=Fхн+Fнн=191+240=431 Нм (2.17)
где: Fхн=981. mуд . Lцн . fцж . cosa=981 * 6 * 13 * 03 * 09=191 Н – усилие от трения при перемещении транспортера на холостом ходу; (2.18)
a=260 – угол установки наклонного транспортера;
Lцн=13 – длина цепи наклонного транспортера м;
fцж=03 – коэффициент трения цепи о желоб;
Fнн=F1н+ F2н+ F3н=68+22+150=240 (2.19)
усилие от трения связанное с перемещением навоза Н;
F1н=9.81mнн.15fнж. сosa=981*57*15*09=68 (2.20)
усилие от трения навоза о дно и стенки желоба Н;
fнж=09 – коэффициент трения навоза о дно и стенки желоба Н;
mнн= mнгVцгLцн = 495*019*13 = 57 (2.21)
масса навоза находящаяся на наклонном транспортере кг;
F2н=9.81mнн. sina=9.81. 57. 040=22 (2.22)
усилие связанное с подъемом навоза по наклонной части Н;
F3н=F3*nскн= 15*10=150 – усилие вызываемое заклиниванием навоза между скребками и желобом Н; (2.23)
Определим количество скребков наклонного транспортера одновременно перемещающих навоз по формуле 2.15.
Момент сопротивления при перемещении наклонного транспортера на холостом ходу.
Мхн= FхнVцн = 191*072 = 09 Нм (2.24)
При перемещении навоза момент сопротивления
Мсн= FснVцн = 431*072 = 21 Нм (2.25)
Принимая допущения что вся цепь и навоз находящийся в канале или желобе трогаются одновременно определяют момент сопротивления при трогании транспортеров на холостом ходу:
Мтр хг=12Мхг=12* 88=11 Нм (2.26)
Мтр хн=12Мхн=12* 09=11 Нм (2.27)
Мтр нг=12Мсmax=1.2* 27=324 Нм (2.28)
Мтрн=12Мсн=12* 21=25 Нм (2.29)
Механические характеристики горизонтального и наклонного транспортера представлены на рис.2.3. Из него видно что наибольший момент сопротивления будет при строгании транспортеров.
40 80 100 радс 40 80 120 160 радс
Рис. 2.3. Механические характеристики горизонтального (а) и наклонного (б) транспортеров; 1- на холостом ходу; 2- под нагрузкой.
4. Инерционная характеристика.
Инерционная характеристика представляет собой зависимость момента инерции от времени угловой скорости или линейного пути. Величина момента инерции влияет на время переходных процессов и величину динамических моментов.
Момент инерции транспортеров состоит из следующих составляющих:
J=Jд+Jпер+Jц+Jнав кг м2 (2.30)
где: Jд- момент инерции двигателя кгм2;
Jпер=02Jд – момент инерции передаточного устройства кгм2;
Jц= mудLцV2ц кгм2 (2.31)
Момент инерции навоза кгм2
Jнав= mнV2ц кгм2 (2.32)
Для горизонтального транспортера по формуле 2.31 и 2.32 определим момент инерции цепи и навоза:
Jцг= 6*150*0192 = 0003 кг м2
Jнавг= 495*0192 = 0002 кг м2
Для наклонного транспортера по формуле 2.31 и 2.32 определим момент инерции цепи и навоза:
Jцн= 6*13*0722 = 0002 кг м2
Jнавн= 57*0722 = 00001 кг м2
Анализ составляющих моментов инерции транспортеров позволяет
сделать вывод о том что без учета периода пуска они обладают небольшим
и практически постоянным приведенным к валу двигателя моментом инерции.
Окончательно моменты инерции определяют после выбора двигателей и редукторов.
5. Нагрузочная характеристика.
Нагрузочная характеристика или диаграмма представляет собой зависимость сопротивления усилия или мощности рабочей машины от времени угловой или линейного пути. Она необходима для определения режима работы двигателя выбора его мощности проверки на перегрузочную способность и нагрев.
Для построения нагрузочной диаграммы горизонтального транспортера определим время его работы:
tрг= 105Lцг = 105*150 = 8289 с = 138 мин. (2.33)
В период включения весь навоз находится в канале поэтому момент сопротивления в начале уборки будет максимальным. По мере разгрузки навоза Мс уменьшается и в конце уборки Мс=Мхг. При строгании транспортера Мс нарастает по мере выбора зазоров удлинения от упругих деформаций и формирования тел волочения навоза перед скребками. Момент сопротивления достигает своего максимального значения за время перемещения цепи на 05 06 расстояний между скрепками то есть
tрг= 0.6hсг = 06*112 = 35 с. (2.34)
где: hсг =112 – шаг скребков горизонтального транспортера м.
Нагрузочная диаграмма транспортера представлена на рис. 2.4 и 2.5.
Рис.2.4. Нагрузочная диаграмма горизонтального транспортера.
Рис. 2.5. Нагрузочная характеристика наклонного транспортера.
Время работы наклонного транспортера на 4 5 минут больше чем горизонтального. Поскольку он включается первым то сначала работает на холостом ходу. По мере заполнения желоба навозом нагрузка возрастает до максимального значения и до полной очистки канала горизонтального транспортера остается практически постоянной. По мере очистки она уменьшается до момента сопротивления холостого хода.
Время нарастания Мс от холостого хода до максимального значения определим из выражения.
tн = Lцн = 13 = 9 с (2.35)
Поскольку навоз убирается два раза в сутки между включениями транспортера проходит более десяти часов. Учитывая время работы и паузы между включениями делаем заключение что электродвигатели будут работать в кратковременном режиме причем двигатель горизонтального транспортера работает с переменной нагрузкой наклонный – с постоянной нагрузкой.
6. Энергетическая характеристика.
Энергетическая характеристика показывает распределение энергии потребляемой как отдельными рабочими узлами так и всей машиной на холостом ходу и под нагрузкой.
Для горизонтального транспортера потребляемая мощность на холостом ходу.
Рхг=Мхгдг=88х104=915 Вт (2.36)
При максимальной нагрузке:
Рмахг=Мсмахдг=27х104=2808 Вт (2.37)
Отношение потребной мощности на холостом ходу и под нагрузкой:
Рхг100% = 915х100 = 326% (2.38)
При максимальной нагрузке мощности холостого хода составляет 12 % от максимальной на перемещение навоза – 82 %.
Для наклонного транспортера мощность на холостом ходу:
Рхн=Мхндн=09х157=1433 Вт (2.39)
Рнн=Мсндн=21х157=3297 Вт (2.40)
Потеря мощности на холостом ходу составляет:
Рхн100%=1433х100= 43% (2.41)
На перемещение навоза 73%.
Используя данные энергетической характеристики выбираем необходимые редукторы.
Для горизонтального транспортера выбираем цилиндрический редуктор РИ500 с передаточным числом 315 и передаваемой мощности на быстроходном валу 72 кВ. С учетом этого ременная передача:
iобщ = 626 = 199 (2.42)
Для наклонного транспортера выбираем цилиндрический редуктор РМ250 с передаточным числом 2334 (h=098) и мощностью на быстроходном валу 18 кВ.
Поскольку действительное передаточное отношение редуктора Iрд отличается от расчетного уточним скорость движения цепи и величину действующих в нем усилий:
Vцдн=Vцнiн = 072х25 = 077 мс (2.43)
Количество навоза на транспортере по формуле 2.21:
mннд= 495х019х13 = 53 кг
С учетом этого определим действующие усилие в цепи по формуле 2.202.22:
F1н=981х53х15х09=70 Н
Fсн=191+70+21+150=260 Н
Момент сопротивления при перемещении транспортера на холостом ходу и перемещение навоза по формулам 2.24 и 2.25:
Мхн=191х077 = 096 Нм
Мнн= 260х077 = 13 Нм
Полученные показатели показывают что нагрузочная диаграмма транспортера остается практически неизменной.
7.Заключение по приводных характеристикам.
Результаты расчетов и анализа приводных характеристик позволяют сделать следующий вывод:
Транспортеры работают во влажной и агрессивной среде;
Привод нужен нерегулируемый асинхронный;
В кинематической схеме имеются упругие элементы и зазоры которые будут оказывать существенное влияние на начальном участке нагрузочной диаграммы;
Транспортеры обладают постоянным и небольшим приведенным к валу двигателя моментом инерции;
Режим работы электроприводов транспортеров кратковременный причем горизонтальный транспортер работает с переменной нагрузкой наклонный – с постоянной.
Выбор электродвигателя.
1. Выбор электродвигателя для горизонтального транспортера
Известно что предварительно мощность электродвигателя работающего в кратковременном режиме можно выбрать по нагреву Пуску или перегрузочной способности. Нагрузочная диаграмма транспортера показывает что пуск электродвигателя начинается при небольшом моменте сопротивления который возрастает по мере увеличения углового пути проходимого валом электродвигателя. За счет выбора зазоров провисания и удлинения от упругих деформаций двигатель разгоняется раньше чем начинается перемещение навоза [5]. В связи с этим предварительно мощность электродвигателя выбираем по перегрузочной способности:
Рид ≥ Мсмахд=27х104=1418 Вт = 14 кВт (3.1)
где: mтах=22 - кратность максимального момента предполагаемого габарита электродвигателя; α =09 - коэффициент учитывающий возможное отклонение напряжения на зажимах электродвигателя.
По результатам расчета выбираем электродвигатель 4АМ1121МА6 предназначенный для работы в кратковременном режиме [6] Исполнение двигателя по режиму работы Kpl.
Рд = 4 кВт tK = 37 мин = 78% cos = 078 mпус = 20 mтах = 22
Для окончательной проверки электродвигателя на перегрузочную способность определяем скорость соответствующую мощности 4 кВт:
д = о (1 - S) = 104*(1 - 005) = 988 радс . (3.2)
Момент двигателя при заданной скорости
Мд = 4000988=405 Нм. (3.3)
Выбранный электродвигатель будет удовлетворять перегрузочной способности.
Далее проверим тепловой режим электродвигателя с учетом периода пуска.
Для построения пусковой диаграммы двигателя необходимо знать механическую характеристику транспортера двигателя и приведенный момент инерции системы двигатель - транспортер.
Как указано в [2] для построения пусковой диаграммы необходимо использовать механическую характеристику транспортера на холостом ходу (см.рис.2.4 а). Так как в каталожных данных нет информации о минимальном моменте электродвигателя его механическую характеристику строим по четырем контрольным точкам [1]:
)Мд = Мпус = 0; Мпус = Мн mпус = 405*2 = 81 - пусковой момент двигателя Нм; (3.4)
)Мд =Ммах = Мнmmах= 405 * 22 = 891- максимальный момент двигателя Нм; (3.5)
д = кр = 0(1-Sкр) = 104*(1-0238) = 792 - угловая скорость соответствующая максимальному моменту радс; (3.6)
Sк=Sн[mмах+ m2мах+2Sн(m-1)-1] = 0.05[22+ (22)2+2*005*(22-1)-1] =0238
-2 Sн(m-1) 1-2*0.05*(2.2-1)
- критическое скольжение соответствующее максимальному моменту; (3.7)
) д =988радсМд = 405 Нм;
) Мд =0 д = 0 = 104 - синхронная угловая скорость двигателя радс. Приведенный момент инерции подсчитаем используя ранее полученные результаты и каталожные данные двигателя:
J = Jд + Jпер Jцг = 0017 + 02*0017+0003 = 0024 кгм2 (3.8)
где: Jд = 0017 - момент инерции двигателя кгм2 .
Пусковую диаграмму двигателя строим используя графоаналитический метод (рис. 3.1).
Рис. 3.1 Нагрузочная диаграмма двигателя 4АМ112МА6 горизонтального
транспортёра в период пуска
Время разгона двигателя от = 0 до 1
Dt1=J 1Мдин1=0024*1070=0003 с (3.9)
где: Мдин1 = 70 - средний динамический момент на первом участке Нм. Аналогично от 1 до 2:
Dt2=J (2- 1)Мдин2=0024*(78-10)76=0021 с
Dt3=J (3- 2)Мдин3=0024*(90-76)74=0004 с
Dt4=J (4- 3)Мдин4=0024*(102-90)36=0008 с
Суммарное время разгона электродвигателя
Σt = Δt + Δt2 + Δt3 + Δt4 = 0003 + 0021 + 0004 + 0008 = 0036 с. (3.10)
Учитывая что двигатель разгоняется за 0036с условия пуска не скажутся на его нагреве. С учётом Σt и редких пусков двигателя его проверку на нагрев осуществляем по нагрузочной диаграмме транспортёра. Для этого подсчитываем эквивалентный момент сопротивления за время одной уборки.
М2хг+МхгМсмах+М2смах
Мэк= 3 [ Δtг+( tрг- Δtг)]
= 8.82+8.8*70+70 2 = 43.0 Нм (3.11)
Поскольку время работы двигателя отличается от каталожного tK его проверку по нагреву осуществляем по формуле:
Мдопtр=Мдtк (1+a) - a = (3.12)
5 (1+05) - 05 = 573 Нм
Тн=60mдtдопhпер = 60*54*90*078 = 258 мин (3.13)
Рн(1-hном) 4000*(1-078)
Результаты расчета показывают что электродвигатель в тепловом отношении будет недогружен.
Таким образом для привода горизонтального транспортеру выбираем электродвигатель 4АМШМА6; климатическое исполнение и категория размещения СУ2 по способу защиты от окружающей среды IP54 а монтажа IM30.
2. Выбор электродвигателя для наклонного транспортера
Учитывая небольшую длину цепи наклонного транспортера предварительно мощность двигателя для его привода выбираем исходя из условия пуска под нагрузкой:
Рн12Мснд = 1.2*21*157 = 220 Вт (3.14)
где: mпуск = 20 - кратность пускового момента предполагаемого габарита электродвигателя.
Поскольку в каталоге двигателей кратковременного режима отсутствует нужный габарит выбираем двигатель из серии для продолжительного режима [8] АИР71А4:
Рн = 055 кВт nн = 1350 об мин IН = 1.61 А = 75% Кi = 5.0
mпус = 23mmax =22ДД =00013 кг-м2 mд =83 кг cosH =073.
Для проверки выбранного электродвигателя по нагреву построим его нагрузочную диаграмму с учетом периода пуска. Для этого подсчитаем суммарный приведенный к валу двигателя момент инерции:
J = Jд +Jnep +Jцн+Jнн=00013 +02 +0002 + 00006 =
Для построения пусковой диаграммы двигателя используем механическую характеристику транспортера под нагрузкой (рис. 2.3 б) на случай его остановки во время уборки.
Механическую характеристику строим по пяти контрольным точкам:
)Мд = Мпус = mпус Мн = 23 * 39 = 897 Нм (3.15)
где: Мн= Рнн = 5501413 = 39 - номинальный момент двигателя Нм; (3.16)
н=2pnн60=2*314*135060=1413- номинальная угловая скорость двигателя радс; д = 0; (3.17)
)Мд=Ммах= mmах Мн =22*39 = 858 Нм;
д=кр= 0(1-Sкр) = 157*(1-055) = 707 радс
где: Sкр = Sн[mмах + m2мах +2Sн(m-1)] = 01[22+ (22)2+2*01(22-1)-1] =055
-2Sн(mмах-1) 1-2*01(22-1)
- критическое скольжение двигателя; (3.18)
SH= (о- н) о= (157-1413)157=01
– номинальное скольжения двигателя; (3.19)
)Мд = Мн= 39 Н м; д = н = 1413 радс
)М д = 0; д = 0= 157 радс.
Электромеханическую характеристику строим по четырем контрольным точкам:
) Iд=Iпус=к д =0 (3.20)
) Iд =071пус =07 -805 =56 А; д = кр = 7037 радс. (3.21)
) Iд =Iн=161А; д = н = 1413 радс.
)Iд=Iхх=Iн(Sinj - Cosj3mмах)=161(067-0732*222)=081 А (3.22)
д = н = 157 радс; sinφ = 1-Cos2j = 1-0732 = 067. (3.23)
Пусковую диаграмму двигателя строим графоаналитическим методом (рис.3.2).
IA 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 006 012 018 024 tc
Рис.3.2. Нагрузочная диаграмма двигателя АИР71А4 наклонного транспортера
Δt1=J(1Мдин1)=00042(30315)=0042 с. (3.24)
Δt2=J([2- 1]Мдин2)=00042([70-30]315)=0053 с. (3.24)
Δt3=J([3- 2]Мдин3)=00042([105-70]315)=0046 с. (3.24)
Δt4=J([4- 3]Мдин4)=00042([133-105]315)=0090 с. (3.24)
Σt = Δt1 + Δt2 + Δt3 + Δt4 =0042+ 0053+ 0046+ 0090 = 0231с. (3.26)
Учитывая небольшое время пуска изменение тока от времени в этот период принимаем линейным. Величину тока соответствующего нагрузке определяем используя механическую и электромеханическую характеристику двигателя (рис.3.2). Для определения тока соответствующего моменту сопротивления Мсн откладываем его величину на оси момента и продолжаем до пересечения с механической характеристикой двигателя. Зная скорость при которой работает двигатель (133 радс) определяем соответствующей ей ток (21 А). Ток при перемещении транспортера на холостом ходу (Iхх) определяется аналогично (Iхх =0.9 А). Нагрузочная диаграмма двигателя представлена на рис.3.3.
Для проверки двигателя по нагреву подсчитываем эквивалентный ток за время одной уборки. Учитывая то что двигатель в зимнее время работает на 3 4 минуты больше горизонтального транспортера время уборки принимаем равным 20 минут.
I2n+InIxx+I2xx tn + I2сн+IснIхх+I2хх (t1+t3)+I2снt2
(0.85)2+8.05х0.9+(0.9)2 0.23 + (2.1)2+2.1х0.9+(0.9)2 25+(2.1)2х1175
Поскольку выбранный электродвигатель предназначен для работы в продолжительном режиме а используется в кратковременном его проверку по нагреву осуществляем по формуле:
Iн = 161 Iэк = 21 =148 А (3.28)
где: Тн=60mдtдопhн = 60х88х90х075 = 259 мин (3.13)
Рн(1-hном) 550(1-075)
Как показывают результаты расчета двигатель в тепловом отношении перегружен не будет.
Таким образом окончательно выбираем двигатель АИР71А4 климатического исполнения и категории размещения СУ2 по способу защиты от окружающей среды IP44 а монтажа IM300 1 .
Обоснование и описание принципиальной схемы управления электроприводом навозоуборочного транспортера
Технологический процесс навозоудаления предъявляет следующие требования к схеме управления:
)привод горизонтального транспортера может быть включен только при работе наклонного транспортера;
)управление приводом осуществляется вручную дистанционно;
)перед включением двигателя должен быть подан предупредительный звуковой сигнал;
)привод горизонтального транспортера должен иметь возможность кратковременно реверсироваться;
)остановка привода может быть произведена с пульта управления и с двух мест производственного помещения;
)схема должна предусматривать защиту от коротких замыканий обрыва фаз сети от самопроизвольного пуска и тепловую защиту;
)для предотвращения примерзания цепи наклонного транспортера необходимо предусмотреть его отключение в зимнее время через 3 5 мин после остановки горизонтального.
1. Принципиальная схема управления
Представленная на рис.2.9 принципиальная схема предусматривает защиту электродвигателей и схемы управления от токов короткого замыкания с помощью автоматических выключателей и предохранителей с плавкой; вставкой. Защита электродвигателей от длительных перегрузок неполно фазных режимов нарушения изоляции не запуска двигателя или заклинивания ротора выполнена с помощью универсальной защиты ФУЗ.
Схема предусматривает световую сигнализацию о наличии напряжения на схеме управления и работе двигателей транспортеров. Работа схемы управления заключается в следующем.
При подаче напряжения на схему управления с помощью однополюсного рубильника SA1 загорается сигнальная лампа HL1. Для пуска транспортеров нажимается кнопка SB2 получает питание катушка реле времени КТ1и своим контактом КТ1:1 шунтирует SB2. При этом начинает звенеть звонок НА. При замыкании с выдержкой времени контакта КТ1;2 получает питание катушка электромагнитного пускателя КМ1 который своими контактами КМ1:1 включает электродвигатель наклонного транспортера отключает реле времени КТ1 и звуковую сигнализацию контактами КМ 1:3. Шунтирует кнопку пуск и замыкает свой контакт в цепи КМ2 и КТ2 а контакт КМ1:5 включает световую сигнализацию (HL2). Для запуска электродвигателя горизонтального транспортера нажимается кнопка SB8. При этом получает питание катушка КМ2 электромагнитного пускателя который своими замыкающими контактами КМ2:1 включает двигатель М2 контактами КМ2:2 шунтирует SB8 а КМ2:3 включает световую сигнализацию HL3. Для кратковременного реверса электродвигателя нажимается SB9. В зимнее время замыкается тумблер SA3 в цепи КТ2. При нажатии SB7 отключается КМ2 и получает питание КТ2. Реле времени получив питание шунтирует замыкающий контакт кнопки SB7 и с выдержкой времени необходимой для очистки транспортера отключает КМ1 контактом КТ2:2. В другое время года отключение транспортеров осуществляется стоповыми кнопками SB5 и SB7.
Рис.4.1. Схема электрическая принципиальная навозоуборочного транспортера ТСН.
Для аварийной остановки транспортеров предусмотрены кнопки SB3 и SB4. Одна из них установлена в центре коровника другая т. в противоположном от места расположения электродвигателей торце коровника. Схема также предусматривает произвольное включение транспортеров при замыкании SA2. При срабатывании защиты (ФУ31 иди ФУ32) размыкаются соответствующие контакты в цепи: КМ1 .или КМ2.
2. Выбор аппаратуры управления и зашиты
Согласно требованиям технологического процесса уборки навоза необходимо обеспечить пуск реверсирование и отключение электродвигателей при коротком замыкании недопустимых перегрузках неполно-фазных режимах и снижении напряжения ниже допустимого.
Для отключения электродвигателей при коротких замыканиях используют автоматические выключатели которые выбираются из условия
Uна ≥Uнс ;Iна ≥ Iнагрузки
где: Uна Iна - соответственно номинальное напряжение и ток автоматического выключателя; Uнс Iнаг - номинальное напряжение сети и ток нагрузки.
Кроме этого автоматические выключатели выбирают по числу полюсов допустимому току отключения наличию расцепителей дополнительных контактов по исполнению и категории размещения [9].
Так как двигатели работают с перегрузкой а нагрузка является переменной использование тепловых расцепителей не обеспечит их надежную защиту. В связи с этим выбираем автоматические выключатели только с электромагнитным расцепителем из условия
где Iнр Iд - соответственно номинальный ток расцепителя автоматического
выключателя и двигателя.
Ток электродвигателя горизонтального транспортера рассчитываем по формуле
Iд= Рд = 4000 = 10 А (4.1)
Uн Cosj h 3 х 380х078х078
С учетом полученного результата выбираем автоматический выключатель серии ВА-51Г-25-32 с 1на=25 А. Учитывая перегрузку двигателя в начале уборки (Мcmax=70 Нм) выбираем Iнр =16 А. Чтобы автоматический выключатель не отключался при пуске двигателя должно соблюдаться условие
где Iуэ = кэIнр = 14х16 = 224 - ток уставки электромагнитного расцепителя А; кэ =14 - кратность тока срабатывания электромагнитного расцепителя автоматического выключателя данной серии; кэ =12 - коэффициент надежности срабатывания расцепителей для данной серии;
Iпус =кiIн =6х10 = 60 - пусковой ток двигателя А.
Итак 224 А ≥72 А - условие выполняется.
Для двигателя наклонного транспортера с Iнаг=21 А и IH=161 A автоматический выключатель выбираем аналогично: ВА-51Г25-32 с ближайшим номинальным током расцепителя 5 А. Проверяем выполнение условия Iуз≥кнIпус; Iуэ =14х5≥кнкiIнд=12х5х16 = 97А. - условие выполняется.
Аппаратуру управления и защиты предполагается разместить в герметичном шкафу установленном в тамбуре коровника. В связи с этим выбираем аппаратуру исполнения IP00 климатического исполнения УХЛ размещения 2 [10].
Для дистанционного пуска реверсирования и отключения электродвигателей используем электромагнитные пускатели. Они также отключают электродвигатели при снижении напряжения сети более 20% от номинального и предотвращают самопроизвольный их запуск при восстановлении напряжения в сети после кратковременного отключения. При наличии тепловых реле электромагнитные пускатели защищают электродвигатели от небольших длительных перегрузок и неполно фазных режимов.
Магнитные пускатели выбираются по величине номинального тока напряжению пускателя и катушки количеству силовых и блокировочных контактов наличию тепловых реле реверсивности или не реверсивности по исполнению категории размещения и климатического исполнения. Учитывая что тепловые реле не обеспечат защиту двигателей от перегрузок по причине указанной ранее выбираем пускатели без реле. Для горизонтального транспортера выбираем реверсивный пускатель серии ПМЛ с Iнп=25А и напряжением катушки 220В ПМЛ-2500УХЛ2 [11]. Для увеличения дополнительных контактов используем приставку ПКЛ-2204.
Для двигателя наклонного транспортера выбираем нереверсивный пускатель ПМЛ-1101УХЛ2 с 1Н=10 А и контактной приставкой ПКЛ-4004.
Для быстрого отключения электродвигателя при неполно фазном режиме перегрузке не запуске или заклинивании вала и уменьшении сопротивления изоляции используем ФУЗ. Для двигателя горизонтального транспортера выбираем ФУЗ-М4 (диапазон рабочих токов 8 16А) а для наклонного - ФУЗ-М2 с диапазоном рабочих токов 2 4 А [12].
Учитывая необходимое число различных контактов и диапазон выдержки времени в качестве реле времени КТ1 и КТ2 выбираем два пневматических реле типа РВП-22 второго габарита. Данные реле имеют четыре контакта два из которых срабатывают с задержкой времени от 04 до 180 с [13]. Напряжение катушки 220 В а длительный ток контактов25А.
В качестве SA1 выбираем переключатель ГПСУ2-11-001УЗ [14] на номинальный ток 10 А для SA2 и SA3 используем тумблер ТП1-2. Для пуска и отключения электродвигателей (SBI SB2 SB5 SB6) выбираем две кнопки ПКЕ-622-1У2 в качестве аварийных «стоп» SB3 и SB4 -ПКЕ-222-1У2 а для SB7 SB8 и 8В°КЕ-011УЗ в количестве трех штук. В качестве световой сигнализации HL1>;HL2 и HL3 выбираем АСД-11У2 с лампой СТЛЗ-3-2 а звуковой НА выбираем звонок громкого боя МЗГ1 на напряжение 220 В который устанавливаем посредине коровника. Учитывая что потребляемая одновременно мощность схемы управления (ркм1 + ркм2 + ркт ΣрHL+15 + 20 + 20 + 15 = 70Вт) не более 100 Вт для ее защиты при коротком замыкании выбираем предохранитель ПР-2-15 с плавкой вставкой на 6 А.
СПЕЦИФИКАЦИЯ НА ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ
Условное обозначение
Электродвигатель 4АМ112МА6
Р=4 кВт 1=10 А п=1000 обмин
Электродвигатель АИР71А4
Р=0.55 кВт 1=1.61 А п=1500 обмин
Автоматический выключатель
Автоматический выключатель ВА51Г-25-32
Электромагнитный пускатель ПМЛ-1101
Электромагнитный пускатель ПМЛ-2500
Фазочувствительное устройство защиты ФУЗ-М2
Фазочувствительное устройство защиты ФУЗ-М4
Реле времени пневматическое РВП-22
Звонок громкого боя МЗ-1
Световая сигнальная аппаратура АСЛ- 11
Предохранитель ПР-2- 15
Басов A.M. Шаповалов А.Т. Кожевников С.А. Основы электропривода и автоматическое управление электроприводом в сельском хозяйстве. М.: Колос 1972.- 344 с.
Кондратенков Н.И. Антони В.И. Зеленова Л.Н. Методические указания и задания к курсовой работе по электроприводу. Варианты задач. Челябинск 1994 .-91с.
Фоменков А.П. Электропривод сельскохозяйственных машин агрегатов и поточных линий. М.: Колос 1984.- 288 с.
Мельников С.В. Технологическое оборудование животноводческих ферм и комплексов. Л.: Агропромиздат 1985.- 440 с.
Кондратенков Н.И. Приводные характеристики и классификация рабочих машин II Электротехнические методы и установки: Науч.тр. ЧИМЭСХ. Челябинск 1989.
Электродвигатели для кратковременных режимов работы с высотой оси вращения 112 132 мм. Каталог 01.40.56-84. М.: Информэлектро 1985.- Зс.
Ключев В.И. Теория электропривода. М.: Энергоиздат 1985.- 560 с.
Двигателя переменного тока мощностью от 006 до 100 кВт единых серииСводный отраслевой каталог Информэлектро. М.: Информэлектро 1993.- 68 с.
Кожевников С.А. Кондратенков Н.И. Методические указания к курсовому и дипломному проектированию. Выбор машин электроприводов пусковой и защитной аппаратуры. Челябинск 1990.- 31с.
Сырых Н.Н. Эксплуатация сельских электроустановок. М.: Агропромиздат 1986.-255 с.
Пускатели электромагнитные серии ПМЛ. Каталог 07.14.01-86.М.: Информэлектро 1986.-23 с.
Савченко П.Н. Гаврелюк И.А. Земляной И.Н. Практикум по электроприводу в сельском хозяйстве. М.: Колос 1996.- 224 с.
Рапутов Б.Н. Кабалов Т.Х. Аппаратура управления и защиты сельскохозяйственных электроприводов. Владикавказ 1995.-246 с.
.14. Переключатели пакетные серии ПКУ2. Каталог 07.02.26-89. М.: Информэлектро 1989.-42 с.
Понятие о рациональном электроприводе 2
Расчет и анализ приводных характеристик навозоуборочного транспортера 2
1.Технологическая характеристика .3
2.Кинематическая характеристика ..4
3.Механическая характеристика ..7
4.Инерционная характеристика 11
5.Нагрузочная характеристика .12
6.Энергетическая характеристика 15
7.Заключение по приводным характеристикам ..16
Выбор электродвигателя .18
1.Выбор электродвигателя для горизонтального транспортера 18
2.Выбор электродвигателя для наклонного транспортера .22
Обоснование и описание принципиальной схемы управления электроприводом навозоуборочного транспортера 28
1.Принципиальная схема управления 28
2.Выбор аппаратуры управления и защиты .31
Спецификация на электрооборудование .35