Расчет моментов статического сопротивления, выбор редуктора, двигателя, преобразователя частоты. Требования, предъявляемые к электроприводу. Расчет приведенных статических моментов и коэффициента жесткости. Проверка двигателя по производительности.
Аннотация к работе
Расчет параметров схем включения, обеспечивающих работу в заданных точкахВыбор электродвигателя произведем по каталогу двигателей краново-металлургической серии - они имеют некоторые преимущества: · усилены обмотки статора и ротора; Выбираем двигатель так, чтобы значение его мощности при ПВКАТ было равно или несколько больше мощности, которую мы рассчитали в предыдущем пункте. Из асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором выбираем двигатель МТКН112-6, так как его мощность при ПВ=25% равна 5,3 КВТ, что больше рассчитанной нами в предыдущем пункте. Передаточное число редуктора определим по известной номинальной скорости вращения выбранного электродвигателя и по основной скорости рабочего органа: (5.1) где - номинальная скорость вращения двигателя, ; Выберем редуктор, исходя из того, что передаточное число должно быть равным или несколько меньшим рассчитанного, при этом должны быть учтены условия работы механизма, номинальная мощность и скорость двигателя.После выбора электродвигателя и редуктора, а также после расчета моментов сопротивления можно привести статические моменты системы к валу двигателя, воспользовавшись формулой (6.1): (6.1) где - статический момент рабочей машины, Н•м; В тормозных режимах момент рассчитывается по формуле (6.3): (6.3) Это связано с тем, что энергия поступает с вала двигателя и, за вычетом потерь в передаче, поступает на двигатель. Расчет моменты холостого хода асинхронного привода очень сложен, поэтому данный момент мы не учитываем, принимая: . Суммарный приведенный момент инерции: (6.5) где - приведенный к валу двигателя момент инерции поступательно и вращательно движущихся частей системы, кг•м2;Целью предварительной проверки двигателя является уточнение нагрузочных диаграмм момента, а также диаграммы скорости с учетом момента инерции выбранного двигателя. Рассчитаем времена переходных процессов для каждого участка по формуле (7.1): (7.1) где J - приведенный момент инерции системы к валу двигателю, кг•м2; Время работы с установившейся скоростью: (7.3) где - угол поворота вала двигателя, соответствующий величине перемещения в данном режиме, рад; Угол поворота вала двигателя, соответствующий величине перемещения в данном режиме: (7.4) Приведем расчет для движения вперед.Управление двигателем будем осуществлять преобразователем частоты, то есть двигатель будет питаться не от цеховой сети, а от отдельного индивидуального преобразователя частоты (ПЧ). Питание может осуществляться как от преобразователя с непосредственной связью (НПЧ), так и от двухзвенного преобразователя с автономными инверторами (ПЧИ). При выходных частотах 50Гц и ниже используют преобразователи ПЧИ. Выбор преобразователя частоты осуществляется, исходя из условия: где - номинальное линейное напряжение и ток нагрузки преобразователя частоты; Согласно упомянутым требованиям, выбираем преобразователь частоты с автономным инвертором напряжения (ПЧИ).При расчете статических характеристик необходимо обеспечить задачи, поставленные выполнением технологии: · Рабочие скорости рабочего и обратного хода должны быть обеспечены с заданной степенною точности; · Ускорение электропривода не должно превышать допустимых значений. Для расчета естественной характеристики потребуются данные, которые сведены в таблицу 6. Так как сопротивление цепей статора и ротора неизвестны, воспользуемся приближенной формулой, для определения критического скольжения, в которой принимаемРасчет параметров схем включения двигателя, обеспечивающих работу двигателя в заданных точках В данном пункте необходимо рассчитать напряжение и частоту на выходе преобразователя частоты, которые обеспечат работу двигателя в заданной точке при движении вперед и назад. Так как двигатель питается от преобразователя частоты, то частота регулируется плавно. Так как обычно преобразователи частоты имеют внутренние обратные связи, то потери напряжения и мощности можем не учитывать, и напряжение и частоту на статоре двигателя будем считать независящими от нагрузки. Для каждого участка диаграммы скорости и моментов рассчитаем необходимое значение напряжения и частоты.В ходе курсового проектирования был спроектирован привод толкателя методической печи на основе заданных технологией параметров. Привод выполнен с применением асинхронного короткозамкнутого двигателя, питающегося от преобразователя частоты инверторного типа. На каждом участке работы привода рассчитаны необходимые параметры: заданные скорость и момент, скачек синхронной скорости для преодоления момента статического сопротивления, требуемое время переходного процесса, частота и напряжение на выходе преобразователя: 1) Толкание одной заготовки: Uзад=127 В; fзад=28.
План
СОДЕРЖАНИЕ
1. Введение
2. Описание рабочей машины и ее технологического процесса
3. Расчет моментов статических сопротивлений
4. Требования, предъявляемые к электроприводу
5. Выбор электродвигателя
5.1 Выбор двигателя
5.2 Выбор редуктора
6. Расчет приведенных статических моментов и коэффициента жесткости
6.1 Расчет приведенных статических моментов
6.2 Расчет приведенных моментов инерции
7. Предварительная проверка двигателя по производительности и нагреву
В ходе курсового проектирования был спроектирован привод толкателя методической печи на основе заданных технологией параметров.
Привод выполнен с применением асинхронного короткозамкнутого двигателя, питающегося от преобразователя частоты инверторного типа.
Был выбран двигатель MTF 211- 6, Рн=4.5 КВТ; nн=930 об/мин; Ін=12,7А методом эквивалентного момента.
Выбран преобразователь частоты по номинальному току и напряжению ТТПТ-16-380-50-1-УХЛ4.
По передаточному числу 45 выбран двухступенчатого редуктора ЦД2-65Б, выдерживающего максимальную нагрузку, создаваемую толкателем: Н•м .
На каждом участке работы привода рассчитаны необходимые параметры: заданные скорость и момент, скачек синхронной скорости для преодоления момента статического сопротивления, требуемое время переходного процесса, частота и напряжение на выходе преобразователя: 1) Толкание одной заготовки: Uзад=127 В; fзад=28.5Гц;
2) Возврат на холостом ходу: Uзад=189,2 В; fзад=43 Гц;
Исследованы переходные процессы пуска и торможения с учетом и без учета инерционностей в механической и электромагнитной системах, результаты сведены в таблицу 9.
Проверено выполнение приводом требований технологии по производительности и заданному допустимому ускорению: рад; тц=16с.
Выполнена проверка выбранного электродвигателя по нагреву методом эквивалентного тока: Іэкв=12.78 А при Ідоп=13.3 А, мы не создали больших запасов по нагреву,и обеспечили критический момент, следовательно двигатель работает в нормальных условиях и не возникает его недоиспользования.
По результатам проделанного проекта можно заключить, что спроектированной привод выполняет необходимые условия, следовательно он работоспособен.
Список литературы
.
Введение
Расчетно - пояснительная записка к курсовому проекту на тему «Проектирование электропривода толкателя методической печи» содержит 87 страниц текста, 22 рисунка. Записка включает в себя следующие разделы: ОПИСАНИЕ РАБОЧЕЙ МАШИНЫ И ЕЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА, РАСЧЕТ МОМЕНТОВ СТАТИЧЕСКИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ И ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ, ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ТОКА И ТИПА ЭЛЕКТРОПРИВОДА, ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ, ВЫБОР РЕДУКТОРА, РАСЧЕТ ПРИВЕДЕННЫХ СТАТИЧЕСКИХ МОМЕНТОВ, ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ДВИГАТЕЛЯ ПО НАГРЕВУ, ВЫБОР ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ, СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ЭЛЕКТРОПРИВОДА, СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, РАСЧЕТ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ, ПРОВЕРКА ПО ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И НАГРЕВУ, ЭНЕРГЕТИКА.
В ходе проекта описывается синтез привода, работающего в пуско - тормозном режиме. Приводится расчет моментов статического сопротивления, выбор редуктора, двигателя, преобразователя частоты. Приведены кривые статических характеристик, кривые переходных процессов. Произведена оценка влияния на переходные процессы инерционностей механической и электромагнитной систем. Описан и применен один из методов проверки двигателя на нагрев - метод эквивалентного тока.
2. Описание машины и ее технологического процесса
Схема электропривода толкателя методической печи приведена на рисунке 1.
Толкатель методической печи предназначен для подачи заготовки 5, поступающей по подающему рольгангу 3, в методическую печь, где происходит разогрев заготовок. Толкатель представляет собой механизм, движущийся возвратно-поступательно. Поступательное движение обеспечивается применением реечной шестерни, которая через муфту соединена с редуктором. На другом валу редуктора расположен электродвигатель, приводящий в движение толкатель.
После того, как заготовка поступает к толкателю по рольгангу, толкатель включается и производит перемещение заготовки на ширину рольганга, подавая ее в печь. После соприкосновения с другими заготовками толкатель должен переместить все заготовки, находящиеся в печи, на расстояние, равное ширине одной заготовки. После этого толкатель реверсируется и перемещается в исходное состояние с заданной скоростью.
Все параметры данного привода сведены в таблицу 1.
Таблица 1 - Технические данные толкателя
Обозначение Наименование показателя размерность величина
Масса штанги с рейкойт3
Диаметр реечной шестерни и опорного роликам0.3
Диаметр цапфы опорного роликамм120
Коэффициент трения скольжения в подшипниках-0.03
Коэффициент трения скольжения заготовки по поду печи-0.22
Коэффициент трения качения опорныхмм1.5
Крутильная жесткость рабочего вала 1.3
Масса одной заготовкит0.4
Длина перемещения одной заготовким2
Число заготовок в печи-30
Ширина одной заготовкимм200
Скорость рабочего хода 0.3
Скорость возвратного движения 0.45
Допустимое ускорение 0.2
Число циклов в час-45
Суммарное время работы, не болеес20
3. Расчет моментов статических сопротивлений и предварительный расчет мощности электродвигателя
В данном пункте нам необходимо предварительно оценить мощность двигателя. Для расчета этой мощности необходимо посчитать нагрузку (статические моменты).
Для определения статических моментов необходимо выделить участки, в которых создается сопротивление движению системы. В нашем случае это: - подшипники (момент сил трения в подшипниках);
- опорные ролики (момент сил трения качения);
- заготовка, скользящая по поду печи (момент сил трения скольжения тела по горизонтальной плоскости).
Момент сил трения в подшипниках:
(3.1) где - масса деталей и узлов, опирающихся на подшипники, кг;
- диаметр шейки вала или оси, м;
- коэффициент трения скольжения в подшипниках;
- ускорение силы тяжести.
Момент сил трения скольжения тела по горизонтальной плоскости:
(3.2) где - масса движущегося тела, кг;
- коэффициент трения скольжения тела по плоскости;
- диаметр барабана (звездочки), находящегося на выходном валу редуктора и преобразующего вращение в поступательное движение тела, м.
Момент сил трения качения:
(3.3) где - масса деталей, опирающихся на узел качения, кг;
- коэффициент трения качения, м.
В данном механизме на подшипники опирается сам толкатель, чья масса составляет 6000 кг.
В соответствии с формулой (3.1) имеем: .
В соответствии с формулой (3.2) для этапа толкания одной заготовки по рольгангу имеем: ;
Для толкания всех заготовок по поду печи: .
В соответствии с формулой (3.3) момент сил трения качения: .
Суммарный статический момент при движении заготовки поперек рольганга: .
Суммарный статический момент при толкании всего количества заготовок по поду печи: .
Суммарный статический момент при реверсировании толкателя: .
Рассчитаем и построим зависимость скорости рабочей машины от времени, основываясь на данных допустимых скоростей и ускорений на отдельных участках.
Время пуска до заданной скорости движения толкателя при движении вперед:
(3.4) где - заданная скорость движения, ;
- допустимое ускорение, .
При движении вперед: .
При движении назад: .
Путь, проходимый рабочей машиной за время пуска:
(3.5)
При движении вперед:
При движении назад: .
Время установившегося режима движения со скоростью :
(3.6) где - весь путь, проходимый рабочим органом, м.
В соответствии с формулой (3.6) для движения вперед: .
Для движения назад: .
На основании полученных временных интервалов построим зависимость скорости рабочей машины от времени на рисунке 2.
Рисунок 2- Зависимость скорости и момента рабочей машины от времени
Для определения динамических моментов рабочей машины рассчитывается момент инерции рабочей машины:
(3.9) где - массы поступательно движущихся частей (штанга и заготовка соответственно), кг;
- диаметр шестерни, находящейся на выходном валу редуктора и преобразующей вращение в поступательное движение, м.
В соответствии с формулой (3.9) для движения вперед: ;
При толкании заготовок по поду печи:
;
При реверсировании толкателя: .
Зная моменты инерции, можно определить динамические моменты, так как известно допустимое ускорение при разгоне и торможении:
(3.10)
Разгон привода с заготовкой: Н•м;
Торможение при толкании тридцати заготовок по поду печи: Н•м;
Разгон и торможение при возврате в начальное положение: Н•м.
Полный момент рабочей машины находится по формуле (3.11):
(3.11)
На рисунке 3 изобразим диаграммы моментов (статического и полного) в зависимости от времени, а в таблице 2 для каждого участка запишем величины моментов, скоростей, ускорений, моментов инерции и пройденного пути.
Рисунок 3 - Диаграммы моментов и скорости в зависимости от времени
Участок движения Движение с грузом Движение назад
Пуск Уст. Режим Mc1 Уст. Режим Mc2 Торможение Пуск Уст. режим Mc3 Торможение
,с1,55.160,671,52.252.632.25
,м0,2251,550,2250,511,50,51
, м/с---0,30,3-------0,45---
,Н•м228.7228.739823982-97.2-97.2-97.2
, кг•м276.576.5337.5337.567.567.567.5
, Н•м1020045090090
, Н•м330.7228.739823532-187.2-97.27.2
, Н•м5,535,5396,396,3-2,35-2,35-2,35
, Н•м5,765,76100,3100,3-2,45-2,45-2,45
, Н•м5,765,76100,3100,3-2,45-2,45-2,45
, рад/с---82,6882,68-------124,02---
, кг•м20,0450,0450,1970,1970,040,040,04
, кг•м20,4350,4350,5870,5870,410,410,41
, Н•м23,980032,3622,60-22,6
, Н•м29,740067,94-25,05020,15
, Н•м29,745,76100,367,94-25,05-2,4520,15
,с1,55,11,52,252,062,52
,рад65421,265139,5255,4156,3
Таблица 2 - Предварительный расчет нагрузочных диаграмм: По рассчитанным значениям моментов на каждом участке можно найти среднеквадратичное значение момента:
(3.12) где - момент на K-м участке, Н•м;
- длительность K-го участка, с
Получаем значение момента: Н•м.
Тогда мощность двигателя определяется по формуле:
(3.13) где =1.3…1.5 - коэффициент, учитывающий динамические нагрузки, обусловленные вращающимися элементами электропривода, то есть двигателем, редуктором, а также потери в редукторе;
D - диаметр шестерни выходного вала редуктора, м;
- основная скорость движения, м/с;
- фактическое значение относительной продолжительности включения проектируемого привода;
- ближайшее к ПВФ каталожное значение относительной продолжительности включения для электродвигателей выбранной серии.
Фактическое значение ПВ рассчитаем, зная длительность времени работы TK на всех участках движения и заданному времени цикла:
(3.14) где z=45 - число циклов работы машины в час. с.
(3.15)
В соответствии с формулой (3.15): .
Для двигателей краново-металлургической серии ряд ПВ: 25, 40, 60, 100%. Выбираем ближайшее большее ПВ, то есть ПВКАТ=25.
Тогда мощность двигателя (в соответствии с формулой (3.13)): Вт.
4. Требования, предъявляемые к электроприводу и обоснование выбора тока и преобразователя
При выборе системы электропривода необходимо учитывать совокупность требований, предъявляемых к электроприводу.
Основными требованиями, которые должны быть безусловно выполнены при проектировании электропривода, являются требования технологические: - должна бать обеспечена заданная производительность механизма; никогда снижение производительности не окупается снижением стоимости оборудования;
перемещение рабочего органа должно выполняться в пределах заданного времени;
ускорение рабочей машины не должно превышать заданного (допустимого) значения;
- отклонение скорости установившего режима не должно превышать заданного значения (заданного статизма); по требованию рабочей машины электропривод должен обеспечивать реверс.
К требованиям, обеспечивающим надежную и экономичную работу электропривода в течение срока эксплуатации оборудования, относятся: - величина эквивалентного тока (момента) должна быть в пределах 0,85...1 ее допустимого значения;
- тиристорный преобразователь и двигатель должны выдерживать возникающие кратковременные перегрузки;
- величины сопротивлений пуско-тормозных резисторов не должны отличаться от расчетных значений более чем на 5 %;
- величина эквивалентного по нагреву тока резисторов должна быть в пределах 0,7-1 длительного тока резистора наиболее нагруженной ступени;
- экономичность системы электропривода должна быть максимальной, обеспечивающей минимум капитальных затрат и минимум потерь энергии.
При разработке требований к электроприводу необходимо учитывать условия электроснабжения рабочей машины (возможные колебания напряжения от 10 % до -15% от номинального напряжения питающей сети), а также возможные изменения технологического процесса (разброс масс перемещающихся грузов вызывает изменение статического момента от 10% до -10% от номинального момента двигателя).
Обоснуем выбор асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором и преобразователь частоты как средство управления им.
Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором имеет ряд преимуществ перед машиной постоянного тока: · Изза отсутствия коллектора и какого-либо подвижного контакта между ротором и сетью сводит к минимуму уход за двигателем, а также резко уменьшает его стоимость;
· Питание от сети переменного тока убирает необходимость дополнительного преобразователя;
· Двигатель отличается равномерным распределением обмоток статора и ротора
Рассмотрим преимущества преобразователя частоты: · Преобразователи частоты обеспечивают плавный пуск двигателя, что позволяет избежать резких бросков тока, вредящих двигателю;
· Наличие задатчика интенсивности позволяет задавать время пуска и торможения двигателя;
· Преобразователи частоты достаточно компактны в сравнении со станциями управления;
· Преобразователь обеспечивает высокий диапазон регулирования;
· Наличие двухзвенной структуры преобразования энергии (преобразователь со звеном постоянного тока) обеспечивает большую точность выходных параметров;
5. Выбор электродвигателя: определение передаточного числа и выбор редуктора1)Теория электропривода. Учебное пособие к курсовому проектированию. -Челябинск, 1998, 158 стр
2) Двигателя асинхронные трехфазные краново- металлургической серии MTF,MTKF, MTKH: НК 01,30,01 - 82. -М. Информэлектро. 1985г