Міністерство сільського господарства і продовольства
Республіки Білорусь
Білоруський Державний Аграрний
Технічний Університет
Кафедра ЕСХП
Розрахунково-пояснювальна записка до
КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ
з дисципліни «Електропривод» на тему:
«Електропривод транспортера кормів ВРХ-15»
Виконав: студент 4 курсу
14ен групи
Піньковський С.А.
Керівник: Гурін В.В.
Мінськ - 2005
1 Проектування електродвигунні пристрої
Технологічна характеристика робочої машини:
Призначення.
Транспортер призначений для транспортування, групового дозування та розподілу кормової маси по фронту годівлі. Його застосовують у приміщеннях ферм і комплексів для утримання молодняку ВРХ в зонах з розвиненим молочним та м'ясомолочним скотарством. Кормораздатчиком можна транспортувати всі види подрібнених стебельчастих кормів (силос, сінаж, сіно, зелену масу), а також їх суміші з додаванням концентратів і корнеклубнеплодов. Транспортерах забезпечується задана норма-24 ... 36 кг на 1 м довжини годівниці. Рівномірність розподілу корму при цьому становить ± 10% і досягається як при односторонньому, так і при двосторонньому підході тварин до кормороздавальник. Максимальне число тварин, яке можна обслужити за допомогою скребкового кормораздатчика, становить 180 голів.
Технологічна схема.
Транспортер ВРХ-15 працює так. Корм з бункера самопливом або в ручну подається рівномірним потоком на кормороздавальник (ближче до електродвигуна), захоплюється шкребками і направляється за транспортеру. За один оборот робочого органу весь простір між шкребками заповнюється кормом. Час заповнення транспортера близько 10 хв. До кормороздавальник направляються тварини і починають поїдати корм. При прив'язному утриманні тварин кормороздавальник доцільно розташовувати в кормовому проході.
Роботою керує оператор з пульта, встановленого в кормовому проході або з центрального пункту. Вмикають машину натисканням на кнопку пуск, зупиняють натисканням на кнопку стоп.
Опис робочих органів.
Кормороздавальник ВРХ-15 складається з ланцюга зі шкребками, приводу, механізму натягу з огорожею. Основний робочий орган виконаний з пластинчастої ланцюга з кроком 125мм і металевих скребків, шарнірно з'єднаних з ланками за допомогою скоб. Шкребки виготовлені з листової сталі. Ланцюг зі шкребками рухається зі швидкістю 0,19 м / с. Обидві гілки ланцюга робочі, скребки переміщуються вкруговую по бетонованому днища годівниці. Ланцюговий контур надітий на дві зірочки, одна з яких належить приводу, інша-натяжна станції.
Привід призначений для пересування ланцюга і встановлений на фундаменті на початку годівниці. У нього входять електродвигун, редуктор і ведуча зірочка. Електродвигун працює від мережі змінного струму і має частоту обертання 1000мін -1
яка за допомогою редуктора на провідній зірочці знижується до 60 хв -1. Для захисту від перевантаження і струмів короткого замикання на загальному пульті управління встановлені теплової та електромагнітний розчіплювачі.
Додаткові вихідні дані.
Продуктивність ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 10 т / год
Питома витрата електроенергії ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 0,6 кВтг / т
Довжина контуру ланцюга зі шкребками ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 77,4 м
Крок скребків ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 625мм
Габаритні розміри ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 40000 * 1350 * 1540мм
Маса ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 1540кг
Визначення потужності робочої машини при номінальному режимі роботи і при холостому ході.
При переміщенні вантажів скребковим транспортером потужність витрачається на подолання тертя вантажу об дно і стінки жолоба, переміщення вантажу і тягового робочого органу в горизонтальному напрямку, тертя в елементах робочого органу, зірочках, підшипниках.
Споживана потужність електродвигуна приводу шайбовая транспортера визначається за наступною формулою:
де L с - відстань між центрами валом приводних і натяжних зірочок, м;
w с - узагальнений коефіцієнт опору переміщенню скребка,
w = 0,8 ... 0.9;
q з - маса одного метра робочого органу залежить від виду ланцюга, вибираємо ланцюг по ГОСТ 588-81 кг, q з = 2,8 кг / м;
h п - ККД передавального механізму, h п = 0.7 .. 0.85;
k п - коефіцієнт, що враховує опір від перегинів ланцюга і тертя в підшипниках, k п = 1.15;
k з - коефіцієнт запасу потужності, k з = 1.1 .. 1.3.
У підсумку, маємо:
Розрахунок і побудова механічної характеристики і навантажувальної діаграми робочої машини.
Наведений момент опору машини при номінальній частоті обертання визначається за наступною формулою:
(1.2)
Підставляючи числові значення у формулу (1 .2) отримуємо:
Для побудови механічної характеристики скористаємося загальною формулою:
(1,3)
де M с - момент опору механізму при будь-якій частоті обертання, Н. м;
M з - початковий момент опору, Н. М;
x - показник ступеня, що характеризує зміну моменту при зміні частоти обертання;
y - кутова швидкість обертання, виражена у відносних одиницях,
y = w / w н;
Показник ступеня x для транспортерів x = 0, отже:
Механічна характеристика Mc = f (w) буде мати наступний вигляд:
Малюнок 1. Механічна характеристика робочої машини.
Графік навантаження машини буде спадати так як транспортер поступово звільняється від корму.
Р у, кВт
2,5
2
1,5
1 tp
0 5 10 15 20 25 t, хв
Малюнок 2: Графік навантаження машини.
Попереднє визначення режиму роботи електропривода.
Постійна часу нагріву визначається за наступною формулою:
(1.4)
де m - маса двигуна, кг;
v н - усталена номінальна температура перегріву (80-100К);
h н - ККД у відносних одиницях;
P н - номінальна потужність, кВт.
Одержуємо:
Далі вибираємо режим роботи електродвигуна.
п ріблізітельное час роботи двигуна становить 10 хвилин (з опису технологічного процесу), з запасом будемо вважати, що, t р = 15хв.
t р <4 T і t п> 4Т охол.
про беспечівается умови короткочасного режиму роботи - S 2:
Постановка завдання енерго та ресурсозбереження, підвищення надійності, продуктивності.
У технологічному процесі годування можна виділити кілька напрямків енергозбереження:
-Дотримання технологічного процесу, не перевантажувати, і не допускати роботи на холостому ходу
-Застосування автоматичних засобів управління
Обоснаваніе вибору електродвигуна за родом струму, типу, модифікації, за частотою обертання по кліматичному виконанню і категорії розміщення.
Тваринницькі комплекси РБ в основному підключені до загальної енергосистеми на змінну напругу синусоїдального струму, з цього вибираємо двигун асинхронний з короткозамкненим ротором з частотою обертання 1000об/мін, типу АІР112МВ6.Кліматіческое виконання УХЛ2 тому установка знаходиться всередині.
Вибір електродвигуна з урахуванням режиму роботи.
Остаточно вибираємо асинхронний електродвигун з частотою обертання 1500 об / хв. Тип АІР80ВЧУ1 IP 54.
Технічні дані електродвигуна зводимо в табліцу1
Таблиця1 Технічні дані електродвигуна серії АІР80ВЧУ1.
P н, КВт | h, %. | cos j, о.е. | S н, % | m, кг | k п | k max | k min | k I | I, кг. м 2 |
1,5 | 0,78 | 0.83 | 0,07 | 12,1 | 2,2 | 2,2 | 1,6 | 55 | 0,0033 |
Перевірка вибронного електродвигуна в умовах пуску і перевантажувальної здатності.
Висновок про правильність вибору електродвигуна робимо з урахуванням теплових і механічних перехідних режимів, коливань напруги в мережі.
Максимальна температура двигуна не перевищує допустимої для даного класу ізоляції.
Електродвигун забезпечує розгін агрегату за час менше 10 с.
1) Перевірка за умовами пуску:
Номінальний момент електродвигуна в умовах пуску:
Умова виконується - 22,59 Н ∙ м> 19,65 Н ∙ м.
2) Перевірка на стійкість роботи електродвигуна виконується за перевантажувальної здібності:
а) за умовою статичної стійкості:
,
де Р макс - максимальна потужність робочої машини, кВт;
u - відносне робоча напруга, u = 0,8.
Умова виконується - 1,5 кВт> 1,3 кВт.
б) за умовою динамічної стійкості:
де М макс - максимальний момент робочої машини (з її механічної характеристики), Н ∙ м.
Умова виконується - 8,7 Н ∙ м> 8Н ∙ м.
Так як всі умови дотримуються, то можна вважати, що даний електродвигун підібраний правильно.
Розрахунок за визначенням температури електродвигуна за цикл навантажувальної діаграми.
Коли навантаження змінюється повільно (t ц> 10хв) методи визначення потужності з середньоквадратичної величині не точні. У цьому випадку треба визначити підвищення температури електродвигуна над навколишнім середовищем, користуючись рівнянням нагріву електродвигуна:
(1.5)
де υ вуст = D P / А - усталене перевищення температури електродвигуна;
T = C / A - постійна часу нагрівання електродвигуна;
t - час від початку ділянки;
υ поч - перевищення температури на початку ділянки;
A - питома тепловіддача електродвигуна:
(1.6)
Δ Р - втрати потужності при неномінальний навантаженні.
Приймаються υ ун = 70 ° С;
,
де α = 0.5.
D P н - втрати потужності при номінальному завантаженні:
(1.7)
С - питома теплоємність електродвигуна масою m:
(1.8)
Підставивши числові значення у формули, одержуємо:
. На початку роботи υ поч = 0, а υ вуст = 58,43 ˚ С. При відключенні двигуна υ вуст = 0, а
υ поч = 58,43 ˚ С.
Це описується залежностями:
,
.
При побудові кривої охолодження, слід врахувати, що для самовентіліруюемого електродвигуна Т охол = 2Т через погіршення тепловіддачі.
Для побудови графіків нагріву електродвигуна треба задатися проміжними значеннями часу. Розрахунки зводимо в таблиці 2 і 3.
Таблиця 2 Графік нагріву електродвигуна.
t, з | 0 | 400 | 800 | 1200 | 1600 | 2000 | 2600 | 3200 | 4000 | 5000 |
υ, ° С | 0 | 25,1 | 31,1 | 36 | 41,2 | 45,8, | 49,6 | 53,4 | 56 | 57,8 |
Таблиця 3 Графік охолодження електродвигуна.
t, з | 0 | 400 | 800 | 1200 | 1600 | 2000 | 2600 | 3200 | 4000 | 5000 |
υ, ° С | 58,1 | 51,1 | 42,3 | 34 | 26 | 18 | 12 | 6,2 | 3,2 | 1,5 |
Рис.3. Графіки нагріву (ряд1) і охолодження (Ряд2) електродвигуна.
Так як наша установка працює тільки 10 хв, то можна об'єднати ці графіки в один.
2 Проектування передавального пристрою
Вибір та обгрунтування кінематичної схеми електропривода.
При виборі електродвигуна і способу регулювання для виробничих машин, що вимагають електричного регулювання швидкості, доводиться враховувати ряд механічних вимог.
Передачу для регулювання електродвигунів вибирають так, щоб при номінальній частоті обертання електродвигуна був основний робочий режим.
Передачу клиноременную передбачають при передавальних числах менше 5 в регульованих електроприводах потужністю до 50 кВт.
Редуктори чи мотори редукторів передбачають при великих передавальних числах або за конструктивними і технічними умовами.
Розрахунок (вибір) елементів передачі або редуктора.
В якості передавального механізму в приводі будемо використовувати конічної-циліндричний редуктор і клиноременную передачу.
Параметри редуктора: передавальні числа конічної передачі i = 3, циліндричної передачі i = 3.
Параметри клиноремінною передачі: передавальне число i = 1,5, d 1 = 100мм, d 2 = 160мм, по ГОСТ 20893-75 число ременів в комплекті z = 1 шт. за ГОСТ 1284,1-80.
Двигун з редуктором з'єднуються за допомогою фланцевої муфти ГОСТ 20761-75.
Шківи з валами редуктора і шнека з'єднуються за допомогою шпоночно з'єднання ГОСТ 23360-78.
Обгрунтування і вибір монтажного виконання двигуна.
Вивчивши машину, приходимо до висновку що менш матеріало-і металомістких буде конструкція машини при використанні електродвигуна на лапах, також при використанні такого двигуна його обслуговування буде більш зручним у порівнянні з іншими типами двигунів.
Складання розрахункової вихідної і одномасової наведеної схеми механічної частини електроприводу
Для обчислення приведеного моменту інерції енергетичного машинного пристрою необхідно знати момент інерції ротора електродвигуна I рот, момент інерції машини I м, момент інерції редуктора або передачі I пер.
Момент інерції робочої машини приблизно можна визначити за такою формулою:
(2.1)
де m - маса зірочки, кг, m = 6кг;
R сер - середній радіус зірочки, R = 0.2м.
Одержуємо:
Наведений момент інерції енергетичного машинного пристрою визначається наступним чином:
(2.2)
де J рот = 0.0033кг. м 2 (паспортні дані двигуна);
w н - номінальна кутова швидкість вала двигуна, w н = 99,75 рад / с;
w нм - номінальна кутова швидкість вала приводної зірочки, w нм = 6,3 рад / с.
m - маса троса з шайбами (m = 2,8 ∙ 80 = 306 кг
J пер = 0.2. J рот = 0.2 × 0.0033 = 0.00066кг. М 2;
У підсумку маємо:
3 Перехідні процеси в електроприводі
Визначення електромеханічної сталої часу при робочому та критичному ковзанні.
Електромеханічна постійна часу перехідних процесів приводу з асинхронним електродвигуном обчислюється за формулою:
(3.1)
де w 0 - кутова швидкість машинного пристрої, w 0 = 105рад / с;
S к - критичної ковзання електродвигуна. Визначається за такою формулою:
, (3.3)
де S н і M н - відповідно номінальні ковзання і момент електродвигуна;
M к - критичний момент електродвигуна.
Номінальний і критичний моменти електродвигуна визначаються за наступними формулами:
. (3.4)
Маємо:
,
.
Підставляючи отримані значення у формули (3.3) і (3.4) отримуємо:
.
Обгрунтування способу пуску і гальмування електропривода
Для початку визначимо тривалість розбігу і зупинки електродвигуна.
Час пуску, t п визначається таким чином:
(3.5)
де J - приведений момент інерції;
w н - номінальна кутова швидкість;
M пі - обертаючий момент електродвигуна при пуску;
M с - середній приведений момент опору робочої машини при пуску;
Одержуємо:
Час зупинки, t т визначається наступним чином:
(3.6)
У підсумку маємо:
.
Визначення часу пуску і гальмування, максимального прискорення графо-аналітичним методом.
Побудувавши механічні характеристики двигуна і робочої машини, будуємо криву надлишкового моменту.
Механічну характеристику електродвигуна будуємо по п'яти точках і наступним величинам моментів і швидкостей обертання. Результати розрахунків заносимо в таблицю 4.
Таблиця 4. Побудова механічної характеристики АД.
Точка | Момент | Швидкість |
1 | M 1 = 0 | w 1 = w 0 = 157рад / с |
2 | M 2 = M н = 10,27 Н. М | w 2 = w н = 146,01 рад / с |
3 | M 3 = M к = 22,59 Н. М | w 3 = w к = 108,6 рад / с |
4 | M 4 = M min = 16,43 Н. М | w 4 = w min = 23рад / с |
5 | M 5 = M п = 22,59 Н. М | w 5 = w п = 0рад / с |
Криву надлишкового моменту замінюють ступінчастим графіком. У межах кожного ступеня надлишковий момент не змінюється і час розгону на i-тій ділянці t i дорівнюватиме:
(3.7)
Таким чином, для першої ділянки отримуємо:
. (3.8)
Аналогічно розраховуємо для інших ділянок. Результати розрахунків заносимо в таблицю 7.2.
Таблиця 5. Побудова кривої розбігу.
w, рад / с | 20 | 40 | 60 | 80 | 90 | 105 |
М, Н × м | 23 | 28 | 35 | 38 | 34 | 0 |
D t, з | 0,1 | 0,16 | 0,197 | 0,242 | 0,3 | 0,4 |
Розрахунки за визначенням перевищення температури електродвигуна за час пуску.
Підвищення температури обмоток асинхронного електродвигуна з короткозамкненим ротором під час пуску можна визначити спрощеним методом, вважаючи, що всі втрати йдуть на нагрівання:
(3.9)
де D W - втрати енергії під час пуску, Дж;
C 1 - теплоємність обмоток.
,
де з 1 - питома теплоємність міді, з 1 = 385Дж/кг × К;
т 1 - маса обмоток, приймемо т 1 = 2,1 кг.
Маємо:
4 Висновок про правильність попереднього обраного електродвигуна за всіма критеріями
Висновок про правильність вибору електродвигуна робимо з урахуванням теплових і механічних перехідних режимів, коливань напруги в мережі.
Максимальна температура двигуна не перевищує допустимої для даного класу ізоляції.
Електродвигун забезпечує розгін агрегату за час менше 10 с.
1) Перевірка за умовами пуску:
Номінальний момент електродвигуна в умовах пуску:
Умова виконується - 10,96 Н ∙ м> 8,7 Н ∙ м.
2) Перевірка на стійкість роботи електродвигуна виконується за перевантажувальної здібності:
а) за умовою статичної стійкості:
,
де Р макс - максимальна потужність робочої машини, кВт;
u - відносне робоча напруга, u = 0.9.
Умова виконується - 1,5 кВт> 1,03 кВт.
б) за умовою динамічної стійкості:
,
де М макс - максимальний момент робочої машини (з її механічної характеристики), Н ∙ м.
Умова виконується - 8,7 Н ∙ м> 6,3 Н ∙ м.
Так як всі умови дотримуються, то можна вважати, що даний електродвигун підібраний правильно.
5 Розробка принципової електричної схеми управління
Пояснення щодо складання схеми.
Принципова схема повинна повністю відповідати вимогам ГОСТу і підтримувати необхідний технологічний процес. Схема також повинна працювати в ручному і автоматичному режимі мати захисну апаратуру, яка забезпечує від к.з. , Навантаження і т.д..
5.2.Вибор апаратів захисту електричних ланцюгів і апаратів захисту електродвигуна за критерієм ефективності.
Критерій ефективності спрацьовування захистів розраховується за формулою:
, (5.1)
де Р ij - ймовірність відмови установки по i-тої причини,
q ki - ймовірність спрацьовування k-того захисту по i-тої причини.
Таблиця 6 Значення ймовірностей відмови транспортерів з різних причин.
Неповнофазних режим | Загальмований ротор | Перевантаження | Зволожена ізоляція | Порушення охолодження |
0,23 | 0,71 | 0 | 0,06 | 0 |
Таблиця 7 Значення ймовірностей спрацьовування захистів з різних причин.
Тип апарата захисту | Неполнофаз-ного режиму | Загальмованого ротора | Перевантаження | Зволожена ізоляція | Порушення охолодження |
Автоматичний вимикач з тепловим розщіплювачем | 0,5 | 0,4 | 0,7 | 0 | 0 |
УВТЗ-1М | 0,76 | 0,67 | 0,91 | 0 | 0,91 |
ФУЗ-М | 0,95 | 0,85 | 0,66 | 0 | 0 |
ЕЛ-8, ЕЛ-10 і т.п. | 0,7 | 0 | 0 | 0 | 0 |
РУД-05, ЗОУП-25 і т.п. | - | - | - | 0,95 | - |
Таблиця 8 Результати розрахунку критерію ефективності.
Тип апарата захисту | Автоматичний вимикач з тепловим розщіплювачем | УВТЗ-1М | ФУЗ-М |