Разработка привода механизма передвижения нормального мостового крана

Введение

Техническое совершенство производственного механизма и осуществляемого им технологического процесса в значительной мере определяется совершенством соответствующего электропривода и степенью его автоматизации. Автоматизированный представляет собой комплекс электрических машин, аппаратов и систем управления, в котором электродвигатели конструктивно связан с исполнительным механизмом. Параметры отдельных элементов электропривода должны быть выбраны таким образом, чтобы была обеспечена возможность выполнения требуемого производственного процесса.

Процесс развития автоматизации электроприводов может быть разбит на два основных этапа. К первому этапу относиться создание устройств, предназначенных для выполнения операций автоматического управления собственно электроприводом. Сюда включают операции пуска, торможения, реверса, изменения скорости и т.п.

Вторым этапом является внедрение устройств автоматического управления и регулирования, назначение которых заключается в обеспечении определенных условий протекания рабочего процесса. При этом следует отметить, что системы автоматического управления на начальном этапе в основном были контакторно-релейные. В настоящее время получают широкое распространение системы непрерывного управления, в которых широко используются полупроводниковая и другая бесконтактная аппаратура.

 

 

 

По заданию необходимо разработать привод механизма передвижения нормального мостового крана.

Характеристики механизмов мостового крана приведены в табл.1.

Таблица 1. Характеристики механизмов крана

Характеристика	Значение
Грузоподъемность,	кг
Ширина,	31,5 м
Скорость перемещения,	55м/мин (0,917м/с)
Радиус приведения,	м
Масса грузозахватного приспособления,	700 кг
Масса тележки,	15000 кг
Масса крана,	84000 кг
К.П.Д. механизма на холостом ходу,	0,8
К.П.Д. механизма под нагрузкой ходу,	0,84
Время пуска,	14,7с
Диаметр колеса крана,	0,8м
Диаметр оси крана,	0,15м
Коэффициенты трения	0,095
Коэффициент учитывающий трение реборд о рельсы,	1,5

Механизм передвижения крана работает в следующих режимах: передвижение с грузом на расстояние со скоростью , торможение, стоянка секунд, движение в том же направлении без груза со скоростью на расстояние , торможение, стоянка секунд, движение с грузом в обратном направлении на расстояние с номинальной скоростью, стоянка секунд.

Нагрузочная диаграмма строится в соответствии с заданием по данным, приведенным в табл. 2.

Таблица 2. Параметры работы мостового крана

1,0	1,2	0,9	12	0,9	4,0	8	0,6	1,2	4,2

Питающее напряжение: постоянный ток, напряжение 220В или 440В.

 

1. Построение тахограммы и нагрузочной  диаграммы привода

Перед началом расчетов необходимо рассчитать абсолютные значения нагрузок, расстояний и времен стоянок.

Рассчитаем нагрузку:

кг.

кг.

Рассчитаем абсолютные величины перемещений:

м;

м;

м;

Время пауз:

с;

с;

с.

Линейные скорости:

м/с;

м/с;

м/с.

1.1 Расчет тахограммы

Рассчитаем скорость вращения привода на различных участках:

рад/с;

рад/с;

рад/с.

Рассчитаем время движения на первом участке. Т.к. известно время пуска, примем время торможения равным времени пуска. Путь проходимый грузом за время пуска определяется выражением:

м.

Т.к. время торможения равно времени пуска следовательно путь проходимый грузом при торможении равен пути проходимому грузом при разгоне: м. Следовательно путь проходимый грузом с установившейся скоростью определяется выражением:

м.

Зная линейную, установившуюся скорость рассчитаем время движения с установившейся скоростью:

с

Аналогичным образом рассчитываем время работы с установившейся скоростью для остальных участков. Результаты расчетов сведены в табл.3.

Таблица 3. Расчет времени работы на различных участках

№		,м	,м	,м	,м	,с
1	0,825	6,064	6,064	25,672	37,78	31,118
2	0,825	6,064	6,064	113,873	126	138,027
3	0,917	6,737	6,737	24,325	37,8	26,536

 

1.2 Расчет статических нагрузок

Определим статическую нагрузку двигателя на всех участках.

Первый участок:

Второй участок:

Третий участок:

1.3. Выбор двигателя

Рассчитаем развиваемую мощность двигателя на каждом из участков. Мощность двигателя на первом участке определяется формулой:

Вт.

Расчет для остальных участков сведен в табл.4

Таблица 4. Расчет мощности двигателя

№ участка	1	2	3
	210,724	147,359	182,571
, рад/с	99,04	99,04	110,044
P, Вт

 

Частота вращения двигателя должна быть не менее: об/мин.

Используя данные табл.4 и требуемую скорость вращения выбираем двигатель марки ДП-41. Паспортные данные двигателя сведены в табл.5.

Табл.5 Паспортные данные двигателя ДП-41

Параметр	Значение
Номинальная мощность	24 кВт
Номинальное напряжение	220 В
Номинальная частота вращения	1100 об/мин
Номинальный ток двигателя	124А
Номинальный ток возбуждения	2,2А
Сопротивление обмотки возбуждения	70 Ом
Сопротивление якорной цепи	0,072 Ом
Число витков обмотки возбуждения	1448
Число витков якоря	310
Момент инерции двигателя	0,8

 

1.4. Расчет динамических нагрузок  на валу двигателя

Для расчета динамических нагрузок на валу двигателя рассчитаем величины приведенных моментов инерции к валу двигателя:

Динамический момент при разгоне на первом участке:

Динамический момент при торможении на первом участке:

Динамический момент при разгоне на втором участке:

Динамический момент при торможении на втором участке:

Динамический момент при разгоне на третьем участке:

Динамический момент при торможении на третьем участке:

По полученным данным строим тахограмму и нагрузочную диаграмму привода, вид тахограммы показан на рис.1.

Рис.1. Тахограмма и нагрузочная диаграмма привода

2. Расчет статических характеристик

2.1 Расчет рабочих статических характеристик  на всех участках работы

Определим постоянную двигателя:

.

Скорость холостого хода определяется выражением:

рад/с

Номинальный момент двигателя:

Естественная характеристика двигателя описывается выражением:

Для расчета рабочей характеристики необходимо рассчитать добавочное сопротивление якорной цепи (суммарное сопротивление цепи ротора и добавочного сопротивления). Для этого подставим в уравнение описывающее статическую характеристику значения требуемой скорости и статического момента и выразим сопротивление якорной цепи:

 откуда:

Ом

Величина добавочного сопротивления определяется как:

Ом.

Уравнение, описывающее данную характеристику, имеет вид:

Данную характеристику можно построить по двум точкам: момент равен 0 и момент равен 10

Расчет остальных рабочих характеристик аналогичен расчету первой характеристики и они сведены в таблицу 6.

Таблица 6. Расчет статических характеристик

№	,рад/с
1	99,04	210,724	0,429	0,357	131,148	129,624
2	99,04	147,359	0,613	0,541	131,148	128,969
3	110,044	182,571	0,325	0,253	131,148	132,304

Вид статических характеристик показан на рис.2

Рис.2. Статические характеристики двигателя

2.2 Расчет пусковых характеристик на первом участке

Расчет пусковых характеристик будем производить, для упрощения расчетов в относительных единицах. За базовое значение сопротивления примем номинальное сопротивление двигателя. Номинальное сопротивление двигателя определяется по формуле:

Ом

За базовую величину скорости примем скорость холостого хода двигателя, за базовый момент примем номинальный момент двигателя. Переведем рассчитанный ранее статический момент на первом участке в относительные единицы:

Динамический момент разгона на первом участке:

Суммарное сопротивление якорной цепи:

Конечная скорость в относительных единицах:

Для расчета пусковых характеристик зададимся пусковым моментом:

.

Примем количество ступеней пуска равным 5 (m=5), и определим отношение моментов:

.

Исходя из этого рассчитаем переключающий момент:

Зная отношение моментов рассчитаем величины суммарного сопротивления якорной цепи на каждой ступени:

,

где i - номер ступени.

Следовательно для первой ступени

Расчет для остальных ступеней сведен в таблицу 7

Таблица 7. Расчет пусковых сопротивлений

	1	2	3	4	5
	0,552	0,468	0,397	0,336	0,285

Пусковые характеристики описываются выражением:

,

где   - номер ступени;

- суммарное сопротивление якорной  цепи на i-ой ступени

Рабочая характеристика строится по той же формуле, только в место в качестве сопротивления используется величина суммарного сопротивления двигателя на данном участке.

Данные характеристики представляют собой линейную зависимость, для её построения достаточно знать две точки прямой. Расчет точек прямой сведены в таблицу 8. Вид полученных зависимостей показан на рис.3

Таблица 8. Расчет пусковых характеристик

№ ступени	1	2	3	4	5	Раб.
	1	1	1	1	1	1
	0,448	0,532	0,603	0,664	0,715	0,758

 

Рис.3. Пусковые характеристики на первом участке

 

2.3 Расчет пусковых характеристик на втором участке

Расчет производится аналогично расчету пусковых характеристик на первом участке. Сначала переводим требуемые значения из абсолютных единиц в относительные: