Телескопическое электрокормораздаточное устройство
КУРСОВАЯ РАБОТА «Телескопическое электрокормораздаточное устройство» Содержание Введение 1. Описание технологической схемы 2. Выбор частоты вращения и технических данных редуктора 3. Расчет и построение нагрузочной диаграммы и механической характеристики рабочей машины 4. Предварительный выбор двигателя по мощности и режиму нагрузки 5. Определение приведенного момента инерции системы двигатель - рабочая машина 6. Расчет и построение нагрузочной диаграммы двигателя за один цикл работы машины 7. Обоснование и описание принципиальной схемы управления 8. Выбор аппаратуры управления и защиты 9. Краткое описание устройства и места расположения электрооборудования 10. Подсчет стоимости выбранного комплекта электрооборудования 11. Определение устойчивости выбранной автоматической системы управления Спецификация Заключение Литература Введение Весьма трудоемкий процесс на животноводческих фермах - раздача кормов (на эту операцию приходится до 40% трудовых затрат по грузоперемещению на ферме). Целесообразность того или иного способа раздачи кормов следует решать в соответствии с технологией содержания и кормления животных, сообразуясь с планировкой животноводческих помещений. Так как на животноводческих фермах наибольшее распространение получили транспортерные и бункерные кормораздатчики, то им следует уделить особое внимание и в частности методике определения мощности. Характерной особенностью некоторых транспортеров является большой начальный статический момент сопротивления (момент трогания), который, как правило, превосходит номинальный вследствие различных причин: трения, покоя, застывания смазки в трущихся деталях и т.д. Транспортеры в большинстве своем механизмы тихоходные. Поэтому необходимо обратить внимание на выбор передаточного числа редуктора, а также согласование номинальных частот вращения машины и ЭД с целью уменьшения величины махового момента, приведенного к валу ЭД. При изучении различных типов подвесных кормораздатчиков следует обратить внимание на соответствующие схемы автоматики, их основные преимущества, недостатки и особенности монтажа средств управления и автоматизации. Поэтому основной целью курсового проекта является применение знаний для рационального выбора электропривода в сельском хозяйстве исходя из выше перечисленных критериев. 1. Описание технологической схемы Транспортер предназначен для раздачи комбинированного корма: смеси силоса и резаной соломы. Транспортер состоит из приводной станции 1, тягового троса 2, двух кормушек - нижней 3 и верхней 4 (рис. 1). Рис. 1-Схема установки телескопического кормораздаточного транспортера в коровнике Загрузку кормом производят в средней части транспортера. Перемещение кормушек транспортера по направляющим уголкам 7 осуществляют тяговым тросом. При первом ходе нижняя кормушка перемещается под верхнюю и механически сцепляется с ней. При втором (обратном) ходе перемещаются обе кормушки и верхняя загружается кормом. По достижении крайнего правого (или левого) положения кормушки останавливаются и расцепляются. На третьем ходе нижняя кормушка перемещается в обратном направлении и одновременно загружается кормом. По достижении крайнего левого (или правого) положения кормушка останавливается и процесс раздачи кормов заканчивается. 2. Выбор частоты вращения двигателя и технологических данных редуктора Так как частота вращения приводного вала работей мшины менее 600 об/мин, то экономически выгодно и технически целесообразно применение высокоскоростного двигателя с синхронной частотой вращения 1000…1500 об/мин в сочетании с редуктором. Такой двигатель имеют меньшую массу, стоимость, более высокий cos ? и КПД при одной и той же мощности. Для выбора редуктора определяем требуемое передаточное отношение: (1) где: ?дв - угловая скорость вала двигателя, рад/с; ?б - угловая скорость барабана, рад/с. где: Vк - линейная скорость движения кормушек, м/с; r - радиус барабана, м. Таким образом, передаточное число редуктора будет равно: По справочнику выбираем редуктор [1] РМ -259: i=63, ?ред=0,98, межосевое расстояние 100/150, цилиндрический, горизонтальный, двухступенчатый. 3. Расчет и построение нагрузочной диаграммы и механической характеристики рабочей машины Анализируя технологическую и кинематическую схему работы машины, подобно описанному выше, следует рассчитать и построить нагрузочную диаграмму рабочей машины за период одного цикла. Построим нагрузочную диаграмму пользуясь данными задания, учитывая ее характер для данной установки. Рисунок 2 - Нагрузочная диаграмма рабочей машины. Определение момента сопротивления в различных точках нагрузочной диаграммы на холостом ходу (режим работы 1) При вращательном и поступательном движении можно записать следующее выражение равенства мощностей: Отсюда можно определить момент сопротивления рабочей машины: Значение усилий F для холостого хода: где: F1 - сила трения кормушки об уголки, Н; F2 - сила трения троса о желоб, Н; F3 - сила трения в цапфах, Н; F4 - сила тяжести, Н. где: mк - масса кормушки, кг, , где: lк - длина одной кормушки транспортера, lк=38 м; gк - масса одного погонного метра кормушки: gк=40 кг; g - ускорение свободного падения, м2/с; f1 =0,15 - коэффициент сопротивления движению кормушки по уголкам. mн =38*40=1520 кг F1= 1520*9.81*0.15=2236,6Н где: mтр - масса троса, кг, , lк - длина троса, lтр=76 м; gк - масса одного погонного метра троса, gтр=0.5 кг. f2 - обобщенный коэффициент трения нижней части троса о направляющий желоб, f2=0,55; Fтр - усилие предварительного натяжения тягового троса, Fтр=2000 Н. F2= ((38+1520)*9.81+2000)*0.55=9497,62Н где: mб - масса приводного барабана троса, mб=40 кг f3 - обобщенный коэффициент трения в цапфах барабанов, направляющих блоках, f3=0,04. F3 =((2*40+1520)*9.81+2000)*0.04=707,8Н F4= (1520+38+2*40)*9.81=16068,78Н Определяем полное усилие при холостом ходе: Fxx =2236,6+9497,62+707,8+16068,78=28510,8Н Отсюда, момент сопротивления при холостом ходе равен: Определение усилий загруженного транспортера (режим работы 2) В данном случае перемещаются две кормушки, одна из них наполняется кормом. Исходя из того, что при надое 10 - 12 кг. молока на корову норма кормления составляет 30 кг., а кормление производится 4 раза в сутки, поэтому масса корма в 1 кормушке будет: кг Усилия для груженого кормораздатчика определяем аналогично формулам (6 - 10). Н Н Н Н Полное усилие для груженого кормораздатчика: Н Таким образом, момент сопротивления груженого механизма: Н*м Но в начале второго цикла кормушки начинают движение пустыми, значит момент сопротивления будет изменяться в ходе наполнения кормушек, то есть нам необходимо определить начальный момент сопротивления при втором цикле работы. Н Н Н Н Н Определение усилий загруженного транспортера (режим работы 3) В данном случае двигается только одна наполненная кормушка. Н Н В этом случае начальный момент сопротивления будет равен моменту при холостом ходе. Определяем эквивалентные моменты для каждого режима работы где: М1, М2, Мn - эквивалентные моменты за циклы работы, ; t1, t2, tn, - время работы машины при соответствующем эквивалентном моменте. Эквивалентный момент при первом режиме работы будет равен статическому моменту, так как в данном случае нагрузка постоянна. М1=46,3 Эквивалентный момент при втором режиме работы: Эквивалентный момент при третьем режиме работы: Но так как мощьность в третьем цикле равна нулю, то Для машины принимаем момент сопротивления постоянным, т.е. не зависящим от скорости х=0. Рисунок 3-Механическая характеристика рабочей машины 4. Предварительный выбор электродвигателя по мощности и режиму нагрузки Определение мощности двигателя, сконструированного для режима S1, но работающего в режиме S2По нагрузочной диаграмме (рис. 2) определяем Рэкв. (32)По Рэкв выбираем двигатель, мощность которого должна быть:Записываем его каталожные данные.|
Тип двигателя | Рн, кВт | КПД, % | сов ? | Sн, % | Мп / Мн | Мmах / Мн | Mmin/Мн | Iп/Iн | Момент инерции, кг·м2 | Масса, кг | | АИР132S4 | 7,50 | 87,5 | 0,86 | 4,0 | 2,0 | 2,5 | 1,6 | 7,5 | 0,028 | 58 | | |
Определяем постоянную времени нагрева по формуле: (33) где m - масса двигателя, кг;Рном - номинальная мощность двигателя, Вт;?ном - номинальное превышение температуры обмоткистатора двигателя, измеренное методомсопротивления, 0С (справочная величина) для АДсерии 4А.|
Класс изоляции | А | Е | В | F | Н | | ?ном, 0С | 60 | 75 | 80 | 100 | 125 | | |
Следовательно:Определяем коэффициенты термической и механической перегрузок по формулам:для коэффициента термической перегрузки: (34)для коэффициента механической перегрузки: (35)где - коэффициент, равны й 0,5…0,7 - для асинхронных двигателей;Следовательно:1. Определяем мощность двигателя, сконструированного для режима S1, но работающего в режиме S2: (36)2. Осуществляем проверки выбранного электродвигателяа) по пусковому моменту: (37)где - коэффициент, учитывающий снижение напряжения (до 30%) на зажимах пускаемого двигателя; - пусковой момент двигателя;?пуск и Мном берем из каталога.Для нашего случая ?1 = 0,7, следовательно:Необходимо помнить, что номинальный момент двигателя определяется следующим образом: (38) н - номинальная частота вращения электродвигателя (каталог), если в каталоге вместо н приводится синхронная о, то номинальную частоту вращения, рад/с, определяют как: (39)где Sн - номинальное скольжение (каталог), обычно оно изменяется в пределах 0,06…0,07.При этом связь между синхронной скоростью вращения, об/мин, и синхронной частотой вращения, рад/с имеет вид:
Мтр.р.м. - момент трогания рабочей машины (берется из нагрузочной диаграммы рабочей машины для нулевого значения ее скорости).Для нашего случая, рассмотренного в данном примере, получим:ВЫВОД: Условие выполняется.б) по перегрузочной способности: (41)где - коэффициент, учитывающий снижениенапряжения на зажимах работающего двигателя на10% при включении в сеть мощного ЭД;- максимальный момент, развиваемый двигателем; при этом ?макс(кр) - кратность максимального (критического) момента, берем из каталога. (42)=91Н*мПодставив все значения получим:ВЫВОД: Условие выполняется. Двигатель выбран правильно.5 Определение приведенного момента инерции системы двигатель - рабочая машинаИнерционная характеристика машины представляет собой данные о величине момента инерции машины и законов его изменения от различных факторов.Определим приведенный момент инерции кормораздатчика при холостом ходе (режим 1):Приведенный момент инерции в режиме 2: Приведенный момент инерции в режиме 3:При этом моменте инерции кинетические энергии, запасенные в виртуальном маховике, установленном на электродвигателе и на движущихся частях системы «Рабочая машина» равны.Величину момента инерции используем для графического определения времени пуска электропривода6. Расчет и построение нагрузочной диаграммы двигателя за один цикл работы машиныМеханическую характеристику двигателя построим по пяти точкам:1 точка: М=0;,2 точка:,,3 точка:, (46), (47)(48)где -номинальное скольжение;-кратность критического момента;4 точка:, (49)т. к. возникают гармоники кратные 7 при запуске двигателя на частоте, соответствующей , то:, (50)5 точка: , (51)1. Строим механическую характеристику электродвигателя и рабочей машины.2. Находим момент динамический Мдин=Мдв-Мс3. Заменяем Мдин ломанной линией.4. Откладываем отрезок [ОА]<Мдин. мин.5. На оси ординат откладываем значения избыточных моментов и полученные точки соединяем с точкой А.6. Из т. 0 до пересечения с горизонталью ?? проводим линию, параллельную отрезку [0-A].7. Аналогично определяем остальные точки и строим зависимости Мдв=f(t) и ?=f(t).8. Масштаб времени определяется из соотношения:7. Обоснование и описание принципиальной схемы управления установкой1. Управление приводом осуществляется вручную - дистанционно.2. Перед включением двигателей должен быть подан предупредительный звуковой сигнал.3. Привод транспортера должен иметь возможность кратковременно реверсироваться.4. Остановка привода может быть произведена с пульта управления и двух мест производственного помещения.5. Схема должна предусматривать защиту от коротких замыканий, тепловую, обрыва фаз сети и самопроизвольного пуска.6. Реверсирование двигателя осуществляется конечными выключателями и производится без торможения противовключением.Работа схемы управленияЗащита силовой части схемы от коротких замыканий и прегрузки осуществляется посредством автоматического выключателя QF1 и SF1 для цепи управления. Для запуска электродвигателя применяется специальное устройство плавного пуска.При нажатии на кнопку SB4 подается питание на звонок звуковую сигнализацию предупреждения о включении.При нажатии на SB5 питание подается на катушку магнитного пускателя КМ1, его контакт КМ1:2 шунтирует кнопку, а главные контакты подают питание на двигатель кормушек. Двигатель включается.При достижении верхней кормушки крайнего положения срабатывает конечный выключатель SQ2 и подает питание на катушку реле времени КТ1, контакт КТ1:2 которого запитывает катушку пускателя КМ2 (происходит реверс двигателяПри достижении крайнего положения срабатывает SQ1 катушка КМ2 обесточивается и процесс раздачи останавливается.Остановка схемы производится с щита управления и двух мест производственного помещения.8. Выбор аппаратуры управления и защитыДля того чтобы произвести расчет пусковой и защитной аппаратуры необходимо знать номинальные данные двигателей, используемых в схеме: |
Тип двигателя | Рн, кВт | КПД, % | сов ? | Sн, % | Мп / Мн | Мmах / Мн | Mmin/Мн | Iп/Iн | Момент инерции, кг·м2 | Масса, кг | | АИР132S4 | 7,50 | 87,5 | 0,86 | 4,0 | 2,0 | 2,5 | 1,6 | 7,5 | 0,028 | 58 | | |
Номинальный ток электродвигателя(53)Расчет автоматических выключателей:Автомат выбираем из условий:Таким образом, автоматический выключатель должен соответствовать следующим условиям:Выбираем АЕ2040 с =660В, =63А,Магнитные пускатели выбираем из условий: Таким образом, пускатели должны соответствовать следующим требованиям:КМ1: ПМЛ263103-У3КМ2: ПМЛ263103-У3Расчет теплового реле.Выбираем по току уставки (56)Выбираем реле РТЛ 1021Остальную аппаратуру выбираем исходя из потребности схемы.Кнопки: КМЕ 5101 У3.Реле времени: РВ-4-1.Конечные выключатели: ВПК-2111Звонки: ЗВП-220 9. Краткое описание расположения аппаратуры управленияПульт и шкаф управления располагаются на одной площадке с приводной станцией. Они находятся в основном стойловом помещении, на видном месте, чтобы оператор мог следить за процессом и вовремя отключить транспортер.Внутри шкафа устанавливаются: автоматические выключатели, магнитные пускатели, тепловые реле, электрический звонок.На дверце шкафа устанавливаются кнопки управления.Выключение транспортера возможно с трех мест помещения: с пульта управления и с двух концов здания.10. Подсчет стоимости выбранного комплекта оборудованияСтоимость оборудования сводим в таблицу 1.Таблица 1 - Стоимость оборудования|
Наименование | Кол - во | Цена, руб. | | Электродвигатель АИР 132 S4 | 1 | 22000 | | Магнитный пускатель ПМЛ 263103-У3 | 2 | 3033,26 | | Тепловое реле РТЛ 1021 | 1 | - | | Звонок электрический ЗВП-220 | 3 | 250 | | Кнопка управления КМЕ 5101-У3 | 6 | 250 | | Выключатель автоматический АЕ 2040 | 1 | 341,21 | | Предохранитель ПР2 | 1 | 70 | | Реле времени РВ-4-1 | 1 | 225 | | Конечный выключатель ВПК-2111 | 2 | 100 | | Щит управления Я5115-3474-У325А IP31 | 1 | 1270,26 | | Итого | 19 | 27589,51 | | |
11. Определение устойчивости системыРисунок 4 - Схема автоматического управленияУправляющим устройством является двигатель, передаточная функция которого имеет вид W1=. Он оказывает воздействие на редуктор (исполнительный механизм с передаточной функцией вида W2=k). Дополнительно к этому, транспортерам присуще запаздывание: W3=е-р?.В данных функциях:Т - постоянная времени, с; примем Т = J•?0/Mкр=0,28•151/122,4=0,3 с;? - время запаздывания, с; ? = 5 с.;k - коэффициент усиления исполнительного механизма, k = 0.86.к1=1-коэфициент усиления датчикаОбщая передаточная функция всей системы будет иметь вид:Подставив имеющиеся значения, получаем: Устойчивость системы определим по критерию Михайлова. Для этого знаменатель полученного выражения представляем в виде характеристического уравнения, заменяя значение «p» на «j?».M(p)=0,3•е5р+е5р+0,86M(j?)=0.3•ej?+ej?+0.86=0.3+0.005j?+1+0.087j?+0.86=2,16+0,092j?Re(?)=2,16Im(?)=0,092?Таким образом, годограф Михайлова будет иметь следующий вид:Рисунок 5 - Годограф МихайловаКак видно из рисунка 4, годограф Михайлова начинается на положительной вещественной полуоси и проходит число квадрантов, соответствующее порядку характеристического уравнения, следовательно, система устойчива.Определяем устойчивость системы по критерию Найквиста:Замкнутая САУ будет устойчивой, если АФЧХ разомкнутой САУ не охватывает точку с координатами (-1; j0).Для этого у передаточной функции замкнутой САУ размыкаем обратную связь и находим общую передаточную функцию разомкнутой САУ. Строим данную передаточную функцию. ; (58);M(p)=0,3•е5р+е5рЗаменяем р на , получим;Построим АФЧХ разомкнутой САУ:Рисунок 6 - АФЧХ разомкнутой САУ.Так как АФЧХ разомкнутой САУ не охватывает точку с координатами(-1; j0), то замкнутая САУ устойчива. Запас устойчивости С=2,3. Список литературы1. Коломиец А.П., Кондратьева Н.П., Владыкин И.Р., Юран С.И. - Электропривод и электрооборудование. - М.: КолосС, 20062. Кондратьева Н.П. выбор электродвигателей, аппаратуры и защиты электрических установок. - Ижевск: ИжГСХА, - 2002, - 150 с.3. Коломиец А.П., Ерошенко Г.П., Кондратьева Н.П., Владыкин И.Р., Юран С.И. и др. Устройство, ремонт и обслуживание электрооборудования в сельскохозяйственном производстве. / Учебник. - М.: Издательский центр «Академия», 2003. - 368 с. 4. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей. - М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2003. - 208 с. 5. Правила устройств электроустановок (ПУЭ), издание седьмое, раздел 1 (главы 1.1; 1.2; 1.7; 1.9), раздел 7 (главы 7.5; 7.6; 7.10) - М.: Изд во НЦ ЭНАС, 2003. - 176 с. 6. Правила устройств электроустановок (ПУЭ), издание седьмое, раздел 6, раздел 7 (главы 7.1; 7.2). - М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2002, - 80 с.
|
|
|
