Проектирование электропривода механизма подъема мостового крана

Время работы определится:

Длительность цикла:

Определим ПВ%:

Ближайшее стандартное  значение ПВ: 25%, что соответствует режиму работы двигателя S3 (повторно-кратковременный).

 

3.2 Статические нагрузки электродвигателя механизма подъема и предварительный выбор двигателя

а) Подъем груза

Рассчитываем статическую мощность, приведённую к валу двигателя [1, с. 20, ф. 1.5]:

,

где G – сила тяжести полезного груза, Н;

      - сила тяжести грузозахватного устройства, Н;

      v – скорость подъема, м/с;

       - КПД подъемного механизма, учитывающий потери на трение в редукторе, барабане, подшипниках, блоках и т.д., определяется по [1, с. 21, рис.1] в соответствии со значением .

Произведем расчет. Значения массы грузозахватывающего устройства и грузоподъемности крана m возьмем из технологического задания:

Для механизма подъема 

. В соответствии с [1, с. 21, рис.1] .

Таким образом, .

б) Подъем пустого грузозахватного  устройства

Мощность, необходимая  для подъема пустого грузозахватного  устройства [1, с. 21, ф.1.8]:

, где  - КПД ЭП при подъеме пустого грузозахватного устройства, в соответствии с [1, с. 21, рис.1]

 

в) Спуск груза

Момент сил трения при спуске груза определим по формуле [1, с. 22, ф.1.14]:

, где - диаметр барабана (см. технологическое задание), i – полное передаточное число промежуточных передач от вала ЭД до грузозахватного устройства.

Статический момент при силовом спуске груза [1, с. 22, ф.1.12]:

. Т.к. расчет предварительный  и i нам не неизвестно, рассчитаем символически:

Т.к. <0, то спуск не силовой, а тормозной. При тормозном спуске мощность определяется по формуле [1, с. 22, ф.1.15] (КПД кранового механизма при спуске принимают приближенно равным КПД при подъеме , скорость спуска равна скорости подъема):

 

г) Спуск пустого грузозахватного устройства

Для определения статического момента при спуске пустого грузозахватного  устройства воспользуемся формулами [1, с. 22, ф.1.14] и [1, с. 22, ф.1.12], в которых примем G=0.

 КПД спуска  равен КПД подъема пустого груза :

Т.к. расчет предварительный  и i нам не неизвестно, рассчитаем символически:

Так как  >0, то спуск силовой.

Для расчета нам потребуется  значение мощности : [1, с. 22, ф.1.13]:

Мощность при силовом  спуске грузозахватного устройства:

Мощности, приведенные к стандартному значению ПВ:

;

Расчетная эквивалентная  мощность:

, где  - время подъема.

Номинальная мощность двигателя  должна удовлетворять условию:

Р_Н ³ 1,15×Р_ЭКВ = 1,15×35,3 = 40,595 кВт

Исходя из условий  мощности предварительно выбираем двигатель Д810 с последовательным возбуждением [3, с.102-103, табл. 3.4, 3.10, 3.12]:

номинальная мощность Р_Н (при ПВ% = 25%) …..…………………….....49 кВт;

номинальное напряжение U_Н ……………………………………………....220 В;

номинальный ток якоря I_Н ………………………………….……………...255 А;

номинальная частота вращения n_Н ………………………………....520 об/мин;

максимальный вращающий момент……………………………………4210 Н×м;

момент инерции якоря J_Я ………………………………………………..3,6 кг×м²;

сопротивление обмотки  якоря при 20 ⁰С …………………………….0,0232 Ом;

сопротивление обмотки  возбуждения при 20 ⁰С …….……………...0,0160 Ом;

сопротивление обмотки  добавочных полюсов при 20 ⁰С…………...0,0122 Ом.

Универсальные характеристики двигателя Д-810 приведены на рисунке 5.

 

 

Рисунок 4. Универсальные характеристики двигателя типа Д810 с последовательным возбуждением.

 

На основании универсальных  характеристик построим ЭМХ и МХ двигателя.

кВт; об/мин; А.

; ;

 

Характеристики двигателя типа Д810 с последовательным возбуждением.

Составим таблицу:

I*	0,375	0,5	0,75	1	1,25	1,5	1,75	2	2,25	2,5	2,75	3
n*	1,5	1,3	1,15	1	0,95	0,9	0,8	0,75	0,7	0,65	0,6	0,55
M*	0,25	0,4	0,6	1	1,2	1,6	2	2,3	2,6	2,9	3,25
I, A	95,63	128	191,3	255	318,8	383	446,3	510	573,8	638	701,3	765
n, об/мин	780	676	598	520	494	468	416	390	364	338	312	286
M, Н*м	225	360	539,9	900	1080	1440	1800	2070	2340	2610	2925	0

Рисунок 5. Естественная ЭМХ двигателя Д-810

 

Рисунок 6. Естественная МХ двигателя Д-810

 

По полученным значениям  мощностей и величинам времени  рабочих операций строим нагрузочную диаграмму мощности:

Рисунок 7. Нагрузочная диаграмма электродвигателя

4. Проверка двигателя  по скорости, выбор редуктора,  приведение маховых моментов  к оси двигателя.

 

4.1 Выбор редуктора

Определим требуемое передаточное число редуктора:

. Так как относительно к редукторам режим ПВ=25% считается легким, то мощность редуктора должна удовлетворять условию [9, с.62] . Из [9, с. 66, табл. III.56] выберем редуктор типа Ц2-650.

Параметры редуктора  Ц2-650:

скорость вращения быстроходного  вала……………………………..600 об/мин

передаточное число редуктора………………………………………………19.88

мощность при тяжелом режиме работы………………………………..103,5 кВт

 

При данном значении передаточного  числа редуктора применение полиспаста не требуется.

 

4.2 Расчет статических моментов

а) Статический момент при подъеме номинального груза [1, с. 20, ф.1.6]:

 

 

б) Статический момент при подъеме пустого грузозахватного  устройства [1, с. 21, ф.1.9]:

 

в) Статический момент при тормозном спуске номинального груза [1, с. 22, ф.1.16]:

 

г) Статический момент при силовом спуске грузозахватного устройства. Используем формулу [1, с. 21, ф.1.12], принимая G = 0:

 

д) Номинальный момент электродвигателя:

Статические моменты  в долях:

4.3 Проверка  двигателя по скорости

Согласно естественной МХ двигателя Д810 (рисунок 5) значению соответствует значение скорости 490 об/мин. Скорость подъема будет составлять . Разница между фактической и требуемой скоростью подъема составляет 1,5%<10%, следовательно, двигатель по скорости проходит.

 

4.4 Приведение моментов инерции, моментов сопротивления и жесткости каната к валу двигателя

 

Общий момент инерции механизма и груза, приведенный к валу двигателя:

,

где - момент инерции якоря двигателя (см. технические данные двигателя Д-810 выше);

- момент инерции поступательно  движущихся груза и грузозахватного  устройства;

 

- момент инерции тормозного  шкива и муфты. Обычно  меньше остальных слагаемых на порядок, поэтому он не рассчитывается, а учитывается в коэффициенте, равном 1.25.

Момент инерции поступательно  движущейся массы грузозахватного  устройства:

Общий момент инерции грузозахватного устройства с грузом:

Момент инерции грузозахватного устройства:

Найдем радиус приведения поступательно  движущихся масс:

Найдем приведенное значение момента  сопротивления:

Приведенный момент потерь:

Приведенная жесткость каната между грузом и барабаном:

, где  - жесткость одного метра подъемного каната; - радиус приведения; - высота подъема груза. Отсюда:

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Определение  возможности неучета упругих  связей

 

Составим расчетную схему механической части ЭП с учетом того, что имеется только одна упругая связь с конечной жесткостью (связь, представленная канатом между барабаном и грузозахватным устройством):

Рисунок 8. Расчетная схема механической части ЭП

 

В данной схеме  ,

где - момент инерции якоря ЭД,

      - момент инерции муфты,

      - суммарный момент инерции колес редуктора,

       - приведенный момент инерции барабана.

Примем 

 

Для данной расчетной  схемы на основании основного  уравнения движения электропривода можно записать:

На основании данной системы составим структурную схему:

Рисунок 9. Структурная схема упругой двухмассовой системы

 

Исследуем данную схему  как объект управления. Для этого  примем возмущающие воздействия и равными 0 и преобразуем схему следующим образом:

Рисунок 10. Преобразованная структурная схема упругой двухмассовой системы

 

В соответствии с правилами  преобразования структурных схем перенесем воздействие с входа звена на его выход:

Рисунок 11. Окончательная структурная схема упругой двухмассовой системы

 

Передаточная функция  цепи ООС:

С учетом ПФ цепи ООС определим  следующие передаточные функции:

ПФ по :

Введем следующие обозначения:

- соотношение моментов инерции  маховых масс;

- резонансная частота двухмассовой  упругой системы;

- резонансная частота второй маховой массы при (такое допущение оправдано, т.к. , , т.е. ).

С учетом введенных в  рассмотрение величин ПФ по примет вид:

Для анализа свойств  системы построим совместно ее асимптотическую ЛАХ и ЛФХ:

 

Рисунок 12. Асимптотическая ЛАХ и ЛФХ системы

 

Частоты сопряжения на асимптотической  ЛАХ равны резонансным частотам для первой и второй маховых масс.

Найдем соотношение  частот сопряжения:

. Видно, что частоты сопряжения отличаются гораздо меньше, чем на 2 октавы, следовательно, асимтотические ЛАХ можно складывать алгебраически.

С учетом , т.е с учетом , упругой связью можно пренебречь. При синтезе ЭП механическая часть ЭП может быть представлена абсолютно жестким звеном, а движение ЭП определяется 1й маховой массой.

Рисунок 13. Структурная схема механической части ЭП с абсолютно жесткими связями

 

В этой схеме: ;

ЛАХ и ЛФХ для такой  системы выглядят следующим образом:

Рисунок 14. Асимптотическая ЛАХ и ЛФХ системы с абсолютно жесткими связями

 

 

6. Расчет сопротивлений  и механических характеристик

 

На рисунке 16 показаны механические характеристики  электропривода с магнитным контроллером серии ПС [4, с. 151, рис. 2-61]. Каждая характеристика соответствует одному положению рукоятки командоконтроллера. Развертки схемы контроллера ПС для различных положений рукояти командоконтроллера показаны на рисунке 15 [4, с. 153, рис. 2-62].

 

Рисунок 15. Развертка схемы магнитного контроллера серии ПС для различных положений рукоятки командоконтроллера

 

Рисунок 16. Механические характеристики электродвигателя при управлении магнитным контроллером серии ПС.