Реферат
Курсовойпроект на тему «Электропривод пневматического транспортера кормов ТПК-15»выполнен в объеме: расчетно-пояснительная записка на ____ листах, таблиц ____,рисунков ____; графическая часть на листах формата А4.
Ключевыеслова: электропривод, мощность, момент.
Впроекте разработан электропривод пневматического транспортера кормов ТПК-15.
Введение
Комплекснаямеханизация, электрификация и автоматизация технологических процессов являетсягенеральным направлением развития современного сельского хозяйства. Основнаятенденция развития современного сельского хозяйства – его интенсификация ииндустриализация на базе достижений науки, техники и передового опыта. Всёболее важное значение приобретает автоматизация производственных процессов,которая становится одним из решающих факторов роста производительности труда,увеличение количества получаемой продукции, повышение её качества, снижениесебестоимости, улучшение условий труда. Уровень автоматизации иэлектромеханизации сельскохозяйственных предприятий чрезвычайно высок. Еслиговорить в самом общем виде, то средства автоматики принимаются здесь дляподачи, распределения воды и мойки, приготовления и раздачи кормов,регулирования микроклимата, уборки и утилизации отходов.
Комплекснаямеханизация предусматривает применение системы машин с высокимитехнико-экономическими показателями для выполнения всех производственныхпроцессов в каждой поточной линии. Современная система электроприводовпредполагает, что они не только максимально удовлетворяют требованиям машин,работающих в различных режимах, но и достигнута максимальная типизация и унификацияэлементов, более широко применены специальные, встроенные электроприводы, а ихисполнение соответствует требованиям окружающей среды.
Содержание
Ведомостькомплекта проектной документации
Заданиена проектирование
Введение
1.Технологические характеристики рабочей машины
1.1Назначение
1.2Описание конструкции рабочей машины
1.3Описание рабочих органов и их параметров
1.4Технологическая схема использования рабочей машины
1.5Требования к управлению рабочей машиной
2. Выборэлектродвигателя для привода рабочей машины
2.1 Расчети построение механических характеристик рабочей машины под нагрузкой и нахолостом ходу
2.2 Расчети построение нагрузочной диаграммы рабочей машины
2.3 Выборпредполагаемого электродвигателя по роду тока, напряжению, числу фаз, типу,модификации, частоте вращения
2.4 Выборкинематической принципиальной схемы электропривода
2.5 Приведениемощности, момента и скорости рабочей машины к валу электродвигателя иобоснование режима его работы
2.6 Окончательныйвыбор электродвигателя по мощности с учетом режима работы
2.7 Проверкавыбранного электродвигателя по условиям пуска, перегрузочной способности и надопустимое число включений в час
2.8 Проверкавыбранного электродвигателя на нагревание за цикл нагрузочной диаграммы
2.9 Построениемеханической и электромеханической характеристик электродвигателя
3. Выборэлементов кинематической принципиальной схемы
3.1Выбор монтажного исполнения электродвигателя
4. Расчетпереходных процессов в электроприводе
4.1Обоснование способа пуска и торможения электропривода
5. Разработкапринципиальной электрической схемы управления электроприводом
5.1 Требованияк управлению машиной и пути их реализации
5.2 Описаниеразработанной схемы управления электроприводом
5.3 Выбораппаратов защиты электрических цепей и аппарата защиты электродвигателя ваварийных состояниях по критерию эффективности
5.4 Выбораппаратов управления электроприводом
6. Определениепоказателей разработанного электропривода
6.1 Расчетпоказателей надежности разработанного электропривода
6.2 Определениеудельных и энергетических показателей разработанного электропривода
7. Разработкаящика управления электроприводом
7.1 Определениесуммарной площади монтажных зон аппаратов и типа ящика управления
7.2 Поясненияо размещении аппаратов в ящике управления и составлению схемы соединений ящикауправления
7.3 Выборпроводов для схемы соединения ящика управления и кабелей для схемы внешнихсоединений
Исходные данные
ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ТРАНСПОРТЕР КОРМОВ ТПК-15
Таблица 1. Исходные данныеПОКАЗАТЕЛИ ВАРИАНТ 33
Длина транспортёра, м
Рабочее давление воздуха в системе, кПа
Средняя скорость транспортировки, м/с.
Масса, кг
170
30
10
12000
Питающий механизм:
/>, />
1. Технологические характеристикирабочей машины
1.1 Назначение
Транспортёр-загрузчик предназначен дляподачи сенажной массы в башни, оборудованные трубопроводом, и другиекормохранилища высотой до 24м. Наибольшая производительность достигается привлажности растительной массы в пределах 40...65% и плотности 100…200 />. Использованиетранспортёра облегчает решение одной из важнейших задач кормозаготовки — заполнение сенажных башен типа БС-9,15 вместимостью 800...900 т за 4...5 дней.
1.2 Описание конструкции рабочей машины
Транспортёр-загрузчик ЗБ-50 включает всебя раму 6 с колёсным ходом, вентилятор-швырялку 4, приёмную камеру 8, привод13 вентилятора, привод 11 дисков приёмной камеры и шкаф управления I.
1.3 Описание рабочих органов и ихпараметров
Рама является основанием, на которомсмонтированы остальные сборочные единицы машины. Она размещена на оси с двумя легкосъёмнымиопорными колесами 12. При установке в рабочее положение их снимают с помощьюдомкрата. На конце рамы прикреплена серьга 5, за которую машину можнотранспортировать со скоростью до 10 />. К раме присоединены два опорныхвинтовых домкрата 7, cпомощью которых машину устанавливают горизонтально.
Вентилятор-швырялка служит для созданиявоздушного потока, транспортирующего массу по трубопроводу в башню, и состоитиз ротора с шестью лопастями и корпуса. Лопасти отклонены назад от радиальногоположения на 15°, для прохождения массы через вентилятор. Металлический корпусзаканчивается выходной горловиной 2, на которую надет соединительный патрубок З.Соединение осуществляют двумя замками-хомутами. В верхней части корпуса ввернутштуцер подводящий воду, для мойки вентилятора.
В нижней части корпуса имеется отверстиедля слива воды. Ротор вентилятора-швырялки изготовлен разборным с целью заменылопастей при поломке или износе. Ротор приводится в действие отэлектродвигателя 14 через клиноремённую передачу.
Приёмная камера с питающим механизмомпредназначена для подачи корма в корпус вентилятора-швырялки. Она представляетсобой два патрубка, которые входят в корпус вентилятора с обеих сторон черезокна размером 1000х650 мм. Внутри патрубков расположены два центробежных диска9, на которых установлено по четыре лопатки. При вращении дисков создаётсявоздушный поток, способствующий направленному движению кормов в вентилятор.Привод дисков осуществляется от электродвигателя.
1.4 Технологическая схема использованиярабочей машины
Выполнение работ. Перед началом работподготавливают площадки, очищают от мусора и расставляют оборудование.
В состав оборудования технологическойлинии по загрузке башен входят: кормораздатчик КТУ-20.000,транспортёр-загрузчик ЗБ-50, трубопровод башни и распределитель массы в башнеРМБ-9,15. Сенажная масса загружается погрузчиком в кормораздатчик,отрегулированный на нормальную подачу.
Через выгрузное окно кормораздатчикапоперечным транспортёром масса подаётся непрерывным потоком с нужнойравномерностью на вращающиеся диски питающего механизма загрузчика башен. Приэтом кормораздатчик устанавливают так, чтобы поток массы из окнакормораздатчика разделялся дисками питающего механизма на два потока примерноодинаковой интенсивности. Вращаясь в разные стороны, диски направляют обапотока по патрубкам в кожух вентилятора-швырялки. При вращении ротора возникаетвоздушный поток, засасывающий массу корма в кожух вентилятора. Кроме того,лопатки центробежных дисков питающего механизма создают дополнительныевоздушные потоки вдоль стенок патрубков, которые удерживают корм во взвешенномсостоянии, уменьшая трение о стенки. В кожухе вентилятора корм поступает налопасти ротора, скользит по ним, попадает в выходной патрубок и затемразбрасывается в трубопровод. Воздушным потоком корм транспортируется потрубопроводу башни под её купол к распределителю массы РМБ-9,15. Приперемещении тяжелого продукта (сенажной массы повышенной влажности,свежескошенной зелёной массы) заслонки в боковинах кожуха вентилятора должныбыть полностью закрыты. При загрузке лёгким продуктом (сенажной массыпониженной влажности) заслонки открываются полностью для дополнительного заборавоздуха.
1.5 Требования к управлению рабочеймашиной
Шкаф управления с пускозащитнойаппаратурой и кабелями для подключения монтируют на машине в наиболее безопасномдля обслуживающего персонала месте. Здесь же находится рабочее место оператора.В шкафу смонтированы предохранители для защиты электродвигателей от токовкороткого замыкания. Защита от перегрузок осуществляется тепловыми реле.
2. Выбор электродвигателя для приводарабочей машины
2.1. Расчет и построение механическиххарактеристик рабочей машины под нагрузкой и на холостом ходу
Номинальная угловая скорость wCHрабочей машины и номинальный момент /> определяютсяпо формулам:
wCH=0,1045nн,; (1)
wCH=0,1045((no(l-SH))=0,1045((1500(l-0,06))=303рад/с.
/>
/>(2)
Чтобы построить характеристику необходимовоспользоваться обобщенной формулой:
/> , (1.3)
ГдеМСО – момент сопротивления механизма, не зависящий от скорости, Н×м;
МС– момент сопротивления механизма при скорости w, Н×м;
w– текущая (задаваемая) угловая скорость, рад/с;
a – показатель степени, характеризующий изменениемомента сопротивления от скорости.
Для построения графика необходимо определитьМсо ,a и Мтрог. руководствуясь таблицей1.1., [1],
Показатель степени принимается a= 2, [1, с.11]. Для перевода в именованные единицы пользуемся формулами:
/>
Для построения механической характеристикирабочей машины на холостом ходу определим Мснхх:
Мснхх=Рсхх//> (6)
Мснхх=0 Нм;
Находим их истинные значения:
/>
По данным расчёта строим графикмеханической характеристики, (лист №1 графической части).
2.2 Расчет и построение нагрузочнойдиаграммы рабочей машины
Для построения нагрузочной диаграммы произведёманализ работы установки. Начало движения производится с минимальной загрузкой, мощностьмашины при этом также минимальная, но затем навоз загружается и к концу мощностьстановится равной номинальной.
Минимальная мощность машины равна:Рх.х.=0 кВт,. Время за которое нагрузка увеличивается с Рм.мин до Рм.ном — 40 минут.
Нагрузочная диаграмма представлена налисте 1 графической части.
2.3 Выбор предполагаемогоэлектродвигателя породу тока, напряжению, числу фаз, типу, модификации, частотевращения
Животноводческие комплексы РБ в основномподключены к общей энергосистеме на переменное напряжение трехфазногосинусоидального тока, поэтому выбираем двигатель асинхронный с короткозамкнутымротором с частотой вращения 3000 об/мин, (по экономическим соображениям), U=380/220В., типа АИР, в которых лаковое покрытие обмотки боле стойкое к агрессивнойсреде животноводческого помещения. Климатическое исполнение УХЛ и категорияразмещения- 2, т.к. установка находится внутри помещения.
2.4 Выбор кинематической принципиальнойсхемы электропривода
Определим общее передаточное число:
/> (9)
где, />-номинальная угловая скорость ротора двигателя, рад/с,
/> — номинальнаяугловая скорость вращения выходного вала редуктора, рад/с,
/> (10)
где, /> -линейная скорость рабочего органа, м/с;
/>–радиусприводного барабана, м;
/>
/>.
Ориентировочная мощностьэлектродвигателя Р'нда и приведенная к валуэлектродвигателя мощность Р'сн определяется по формуле:
/> (11)
где, Рсн — мощность на валурабочей машины при номинальной нагрузке, кВт;
/> - общее КПД передач, о.е.
/>;
/>=7,5 кВт.
2.5 Приведение мощности, момента искорости рабочей машины к валу электродвигателя и обоснование режима его работы
Приведение мощности рабочей машины квалу электродвигателя выполнялось по формуле (11), из которой следует, чтоприведенная мощность Р'сн незначительно большемощности Рсн на валу рабочей машины и зависит от КПД передачи.
Приведенный к валу электродвигателямомент сопротивления рабочей машины вычисляется по формуле:
/> ; (12)
/>Нм;
следует, что приведенный к валуэлектродвигателя момент Mc’может значительно отличаться от момента Мс рабочей машины при большом передаточномчисле.
Приведение номинальной угловой скорости />СНрабочей машины к валу электродвигателя выполняется по формуле: />СН=0,1045((no(l-SH));
/>СН =0,1045((3000(1-0,035))=303рад/с, (13)
Режим работы электропривода определяетсяпо нагрузочной диаграмме с учетом постоянной времени нагрева электродвигателя,времени его работы или времени цикла.
Поскольку электродвигатель окончательноне выбран, то ориентируемся приближенно на мощность Рндв. По этоймощности ориентировочно выбираем постоянную времени нагрева Тн изприложения К,[1]:
Тн=22,95 мин.
Время работы электродвигателя составляет20 минут (до ЗТН) и после отключения пауза длится более 6Тд,а после отключения может остыть до окружающей температуры, то режим работы S2- кратковременный.
2.6 Окончательный выбор электродвигателяпо мощности с учетом режима работы
Если режим работы S2,то выбираем электродвигатель продолжительного режима для кратковременнойработы, кратковременно/>перегружая его.Для учета допустимой перегрузки определим коэффициент термический
кт/>и/>механический/>км/>перегрузки:
/> ; (14)
/> (15)
где tР– время работы электродвигателя по нагрузочной диаграмме, мин;
a – отношение постоянных потерь вдвигателе к переменным; aНвзять по данным приложений Р или С для электродвигателя, мощность которого РНближайшая меньшая к РЭ., (/>=0,64; приложение С [1]);
ТН – постоянная временинагревания выбранного электродвигателя, мин. (приложение К).
/>;
/>.
Электродвигатель выбираем по условию:
Рн>Р/Км; (16)
Ph>7000/1,16=6034 Bt;
Рн= 7,5 кВт.
Окончательновыбираем электродвигатель АИР112М2. Данные о выборе электродвигателя заносим втаблицу 2.6.1
Таблица2.6.1Тип эл.дв.
РH, кВт
/>%
cos/>
/>
/>
/>
/> I J m, кг АИР112М2 7,5 87,5 0,88 3,5 2 2,2 1,6 7,5 0,01 41
Для привода рабочей машины применяеммотор-редуктор 7МЧ-М-150-150-Л1//3,0/4-200Л-К1, червячный, одноступенчатый.
- крутящиймомент на выходном валу, М=1289 Нм;
- коэффициентэксплуатации F.S.=0,9.
2.7 Проверка выбранного электродвигателяпо условиям пуска, перегрузочной способности и на допустимое число включений вчас
Проверка по условиям пуска:
/> (17)
(18)
(19)
где, Мп, Ммин — пусковой и минимальныймоменты электродвигателя, Нм;
Мсо, Мсм — момент, требуемый длявращения рабочей машины при скорости /> =0, /> =/>МИН;
/>и /> — время пуска электродвигателя поднагрузкой и допустимое время пуска, с;
/>; где, V-скоростьроста температуры при пуске, °С/с;
/>; (21)
/>;(22)
/>; (23)
/>; (24)
/>; (25)
/>=0,1045-((3000(1-0,035))=303рад/с.
/>=7000/303=23,1 /> ;
/>=2,0/>23,1=46,2 />;
/>=1,6/>23,1=36,96 />;
/>=2,2/>23,1=50,82/>;
/>;
где J–моментинерции ротора электродвигателя, />;
/>с.
/>с.
46,2 />0,9/>1,3/>23,1; 37,42/>30,03;
36,96/>0,9/>0;
5,26/>0,13.
Проверка электродвигателя на преодолениемаксимальной нагрузки:
/>;
/>;
/> рад/с;
/>;
10081/>9750 .
Вывод: по проверяемым условиям электродвигательвыбран правильно
2.8 Проверка выбранного электродвигателяна нагрев за цикл нагрузочной диаграммы
Расчет кривой нагрева и охлажденияпроводим по формуле:
/> (29)
где />-установившаяся температура,/>(для каждой ступени нагрузки определяетсяотдельно);
/> (30)
где /> — потеримощности в электродвигатели при нагрузке на валу />, Вт;
АН– номинальная теплоотдача электродвигателя, Вт//>; определяется по формуле 2.9 (см.параграф 2.9).
t – время, мин (от начала действияданной ступени нагрузки);
ТН — постоянная времени нагревания, мин (одно значение для всех ступенейнагрузки);
/>; (31)
/> — начальнаятемпература превышения, /> (для каждой ступени нагрузкиразная величина. Например, для второй ступени нагрузки начальная температурапревышения равна конечной температуре на первом участке).
С — удельнаятеплоемкость электродвигателя массой m;
/>;
/>Р — потери мощности при неноминальнойнагрузке.
Принимаем /> = 70°С;
/>
где/>=0,5
/>РН — потери мощностипри номинальной загрузке:
/> ;
Подставив числовые значения в формулы получим :
/>
/>
/>
/>
/>
/>
В начале работы />=0 />, а />=165,27 />.При отключении двигателя/>=165,27 />, а />=0 />,.Это описывается зависимостями:
/> />
При построении кривой охлаждения,следует учесть, что для самовентилируемого электродвигателя Тохл =2Т из-за ухудшения теплоотдачи.
Для построения графиков нагрева электродвигателянадо задаться промежуточными значениями времени. Расчеты сводим в таблицы2.8.1. и 2.8.2.
Таблица 2.8.1. График нагреваэлектродвигателя.t,c 50 100 200 300 400 600
/>, °С 11,5 23,1 46,14 69,2 92,3 138,42
Таблица 2.8.2. График охлаждения электродвигателя.
t,c 0 200 600 1000 2000 3000 5000 6000
/> 165,27 143,72 108,7 82,23 40,91 20,36 5,04 2,51 /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
Графически зависимости представлены вграфической части проекта (чертеж №3).
Вывод: температура нагрева выбранногоэлектродвигателя не превышает допустимую для данного класса изоляции.
2.9 Построение механической иэлектромеханической характеристик/>электродвигателя
Построениемеханической характеристики электродвигателя при Uномпроводимпо пяти характерным точкам:
1.Мп=46,2 Нм; /> =0;
2.Мmin=36,96 Нм; /> =59,136 рад/c;
3.Мк=50,82Нм; />=111,804рад/c;
4.Мн=23,1 Нм; />=292,3рад/c;
5.М=0, />=315рад/c;(38) (39) (40)
Построение механической характеристикиэлектродвигателя при 0,9UНОМ осуществляется путем корректировкипускового, номинального и максимального вращающих моментов электродвигателя:
/>
/>
/>
Электромеханическуюхарактеристику электродвигателя строим по четырем точкам.
1./> приIн;
2./> приIо;
3./> приIк;
4./> приIп;
Токхолостого хода определим по формуле:
/>;
Токпри максимальном скольжении:
/>о.е.;
Номинальныйток в о.е. равен 1. Пусковой ток в о.е. указывается в каталогах, поэтомупроизводим перерасчет тока в именованные единицы по формулам:
Io=io*Iн;
Iк=iк*Iн;
Iп=iп*Iн;
/>
/>
/>;
I0=0,25*14,56=3,64 А;
Iк=3,61*14,56=52,56А;
Iп=7,5*14,56=109,2А;
ПриIo,S=0;
Iн,S=Sн=0,035;
Iк,S=Sк=0,22;
Iп, S=1;
Графикимеханической и электромеханической характеристик представлены в графическойчасти.
3 Выбор элементов принципиальнойкинематической схемы
3.1 Выбор монтажного исполнения электродвигателя
При применении мотор-редуктораиспользуем электродвигатель с фланцевым креплением исполнения IM3001без лап, с фланцем большого диаметра, доступным с обратной стороны, с крепящимиотверстиями без резьбы, с одним цилиндрическим концом вала, расположенным горизонтально.
4 Расчет переходных процессов вэлектроприводе
4.1 Обоснование способа пуска иторможения электропривода
Запуск двигателя производим прямымпуском без нагрузки и с предварительным разгоном его на холостом ходу. Способторможения в данном технологическом процессе — массой движущихся частей инебольшой инерционностью редуктора. Принудительное торможение не применяем, т.к. в этом нет необходимости.
5. Разработка принципиальнойэлектрической схемы управления электроприводом
5.1 Требования к управлению машиной ипути их реализации
В пункте 1.5. были предъявленытребования к управлению рабочей машиной, в данном пункте представим пути ихреализации.
Для обеспечения световой сигнализацииприменяем сигнальную лампу без добавочного резистора. Для обеспечения ручногодистанционного управления применяем электромагнитный пускатель и кнопочнуюстанцию.
Применяемые аппараты управления и защитыэлектродвигателя будут рассчитаны в последующих пунктах.
По заданию необходимо увязать работу поперечногои продольных транспортеров, предусмотреть ручной и автоматический режимы.Согласно технологического процесса вначале должен включаться поперечный, азатем продольный транспортеры. Для этого необходимо предусмотреть в схеме релевремени.
5.2 Описание разработанной схемыуправления электроприводом
Привключении автоматического выключателя подается напряжение в цепи управления ина силовые контакты магнитных пускателей. При нажатии кнопки SB2замыкается цепь магнитного пускателя КМ1 и запускается электродвигатель транспортераMl поперечного конвейера. О работе электродвигателя сигнализирует лампа HL1.Выключение электродвигателя производится нажатием кнопки SB1.
Для включения продольного транспортераоператор нажимает кнопку SB3.
В схеме также предусмотренавтоматический режим. В автоматическом режиме программное реле времени КТ1 всоответствии с заданной программой, замыкает свои контакты, на времядостаточное для работы продольного транспортера. При замыкании контактов КТ1включается реле времени КТ2, которое своими контактами включает магнитныйпускатель поперечного конвейера КМ1 и подготавливает цепь для включения КМ2.КМ1 своими контактами включает продольный транспортер, когда время работыистечет — разомкнутся контакты программного реле КТ1, обесточится катушка релеКТ2, которое своими контактами отключит продольный транспортер и поперечныйчерез некоторое время, достаточное для освобождения его от навоза.
Аппараты защиты защищаютэлектродвигатель от перегрузки и токов короткого замыкания.
5.3 Выбор аппаратов защиты электрическихцепей и аппарата защиты электродвигателя в аварийных состояниях по критериюэффективности
Выбор аппаратов защиты электрическихцепей.
Автоматический выключатель выбираем пономинальному напряжению, номинальному току автомата, номинальному току расцепителей.
Номинальное напряжение автомата должносоответствовать номинальному напряжению сети, В:
/> (47)
Номинальный ток автомата долженсоответствовать длительному току электроприемника, А:
/> (48)
Номинальныйток расцепителя должен соответствовать длительному току электроприемника, А:
/>
Выборавтоматического выключателя:
380=380 B
Uн=380В,
Iдл=14,56А,
Iн=16 А,
Выбираем автоматический выключатель AE2026.
Выбор типа защитного аппаратаэлектропривода транспортера приводим по критерию эффективности:
/>;
где /> — вероятностьотказа данного электродвигателя i-гомеханизма по y причине;
/> — вероятностьсрабатывания к-го устройства защиты при основных аварийных режимах АД на i– м механизме.
Таблица 5.3.1. Значение вероятностиотказа транспортеров по различным причинам.Неполнофазный режим Заторможенный режим Перегрузки Увлажненная изоляция Нарушение охлаждения 0,23 0,41 0,26 0,1
Таблица 5.3.2. Значение вероятностей срабатываниязащиты по различным причинамТип аппарата защиты Неполнофазный режим Заторможенный режим Перегрузка Усложнённая изоляция Нарушение охлаждения Тепловое реле РТЛ и РТТ 0,6 0,45 0,75 Реле контроля напряжения неполнофазного режима, типаЕЛ-8...13 0,8 Реле защиты по току при неполнофазном режиме плюс защита от токов перегрузки, типа РЗД-ЗМ, БСЗД-1 0,8/0,8 0,9/0,9 0,7/0,65 Устройство температурной защиты УВТЗ-5 j 0,8 0,67 0,95 0,9 Устройство защиты электродвигателя при неполнофазном режиме, при перегрузке по току, при перегрузке по температуре и при снижении сопротивления изоляции, типа УЗ 0,8 0,9 0,8 0,5 0,9 УЗО 0,6 0,67 0,95 0,9
Эффективность проверяют для всех защит:
1. Тепловоереле:
Э= 0,23-0,6+0,41-0,45=0,14+0,18=0,32;
2.ЕЛ:
Э= 0,23-0,8=0,18;
3. РЗД-3М/БСЗД-1:
Э= 0,23-0,8+0,41-0,9=0,18+0,37=0,55;
4.УВТЗ
Э= 0,23 -0,8+0,41 *0,67+0,1 *0,9=0,18+0,27+0,09=0,54.
5.УЗ:
Э=0,23*0,8+0,41*0,9+0,26*0,5+0,1*0,9=0,18+0,37+0,09=0,64.
6.УЗО: Э =0,23*0,6+0,41*0,67+0,1*0,9=0,14+0,27+0,09=0,5.
Таблица 5.3.3. Результаты расчётакритерия эффективностиТип аппарата защиты Тепловое реле РТЛ ЕЛ РЗД/БСЗ Д УВТЗ УЗ УЗО 0,32 0,18 0,55 0,54 0,64 0,50
Как показал расчет наиболее подходящей защитойявляется типа УЗ-устройство защиты электродвигателя при неполнофазном режиме,при перегрузке по току, при перегрузке по температуре и при снижении сопротивленияизоляции. Принимаем УЗ-10-44УЗ.
5.4 Выбор аппаратов управленияэлектроприводом
Для дистанционного управленияэлектроприводом выбираем электромагнитный пускатель.
Магнитный пускатель выбирается пономинальному току и номинальному напряжению:
/> (51)
/> (52)
Выбираем магнитный пускатель ПМЛ — 212002 по условиям:
380=380 В;
25>14,56 А;
Uh=380 B,1н=25 А.
Для управления схемой выбираем поступравления кнопочный типа ПКЕ-122-2У2. Кнопки имеют электрически не связанныезамыкающие и размыкающие контакты с двойным разрывом. Номинальное напряжение500В, 50-60 Гц переменного и до 220В постоянного тока. Номинальный ток контактов15 А.
В качестве сигнальной арматуры выбираемАЛС-12У2 на напряжение 220 В.
6. Определение показателейразработанного электропривода
6.1 Расчет показателей надежностиразработанного электропривода
Под показателями надежности понимаютколичественные характеристики одного или нескольких свойств, составляющиенадежность устройства. Показатели надежности восстанавливаемых иневосстанавливаемых устройств различны.
Основными показателями безотказностиэлементов невосстанавливаемых систем являются: вероятность безотказной работы;интенсивности отказов; средняя наработка на отказ.
Вероятность безотказной работы R(Тэ) представляет собой вероятность того, что в пределах заданной наработки Т — отказа устройства не возникает. Статистическая оценка R(Тэ) определяемся отношением числа устройств, безотказно проработавших домомента времени Тэ к числу устройств, работоспособных в начальный моментвремени. Нижнее R (Тэ) придоверительной вероятности R*=0,8должно выбираться в пределах 0,99…0,75.
Интенсивность отказов A(t)- вероятность отказа невосстанавливаемого устройства, в единицу времени.Интенсивность отказов – плотность условной вероятности возникновения отказаневосстанавливаемого устройства, определяемая для рассматриваемого моментавремени при условии, что для этого момента отказ не возник. Интенсивностьпотока отказов />–среднееколичество отказов для рассматриваемого момента времени. Верхнее значенией(1)при R*= 0,8 для устройстваможет по ГОСТу находиться в пределах от 0,8-10/>до50-/>1/ч.
Средняя наработка до отказа Тср — математическое определение наработки устройства до первого отказа.
Для восстанавливаемых устройствпоказателями безотказности являются: 1 — вероятность наработки между отказами R(Тэ); 2-параметр потока отказов />;3 — наработка на отказ tH.
Вероятность наработки между отказами R(Tэ)представляет собой вероятность того, что наработка между отказами большезаданного значения Тэ.
Параметр потока отказов /> естьплотность вероятности возникновения отказа, восстанавливаемого устройства,определяемая для рассматриваемого момента времени. Статистически параметрпотока отказов оценивается средним числом отказов в единицу времени, отнесенныхк числу наблюдаемых устройств.
Отношение наработки Т(восстанавливаемого устройства к математическому ожиданию mчисла его отказов в течение этой наработки) называют наработкой на отказ tH=T/m.
В установившемся режиме работы параметрпотока отказов является постоянной величиной />,анаработка на отказ tH=l//>,
Показателями ремонтопригодности длявосстанавливаемых устройств являются /> восстановленияв заданное время тэ и среднее время тв/>восстановления,представляющее собой математическое ожидание времени восстановленияработоспособности.
К комплексным показателям надежностиотносятся коэффициент готовности
Кг = tH(tH+tB),(53)
и коэффициент технического использования
Kеи= tH/(tH-tB+tобс)
где tобс-время планового технического обслуживания за период Т, ч.
Электроприводы, представляя, собойкомплекс совместно действующих элементов, как правило, являются ремонтируемыми.После отказа они подвергаются ремонту и продолжают работать дальше. В этихусловиях срок службы (технический ресурс), электропривода определяется нефизическим износом, старением и разрегулировкой отдельных элементов, аснижением эффективности всей системы в целом и нецелесообразностью ее дальнейшейэксплуатации. Обычно он выбирается равным амортизационному сроку службыуправляемого объекта.
Главной особенностью электроприводовявляется то, что оценка качества их функционирования производится поэкономическому критерию. При этом показатели надежности выбираются из условияполучения наибольшего экономического эффекта от их применения. В качествеосновного показателя безотказности электропривода принимается вероятность — R(Тэ) наработки между отказами больше заданного значения Тэ,а в качестве основного показателя ремонтопригодности — вероятность /> восстановленияв заданное время.
Вбольшинстве случаев можно использовать в качестве модели распределений временибезотказности работы элементов систем управления электроприводамиэкспоненциальное распределение. Полной и удобной характеристикой этогораспределения является интенсивность отказов, имеющая постоянное значение.Параметр потока отказов системы с основным соединением элементов равен суммеинтенсивностей отказов элементов:
/> (54)
Показательбезотказности системы — вероятность R (Тэ) наработки между отказами больше Тэ:
/> (55)
Восстановление систем управленияэлектроприводами обычно включает риск неисправностей и последующий ремонт. Вэтом случае подходящей моделью распределения времени восстановления являетсяраспределение Эрланга. Среднее время восстановления системы определяется черезсредние времена восстановлений />, входящих в нееэлементов с учетом вероятностей отказов:
Показатели надежности системыустанавливаются в техническом задании. Обычно это – R(T3), /> Еслиони не достигаются, то
принимаются следующие меры повышения надежности(в порядке предпочтительности):
1 -снижение электрических нагрузок на элементы схемы; (разгрузка);
2 -использование элементов с более высокими показателями надежности (замена); 3 — облегчение температурных условий работы, элементов: 4 — резервированиеэлементов; 5 — резервирование узлов.
В графу 3 элементы вписываются изпринципиальной электрической схемы, а в графы 2 и 4 — из таблицы спецификации ксхеме.
В таблице не рекомендуется вписыватьсигнальную арматуру, добавочные резисторы сигнальной арматуры, розетки, лампыосвещения, звонки, кнопки контроля исправности сигнальных ламп и др. элементы,отказы которых не влияют на работоспособность схемы, а лишь затрудняют ееэксплуатацию.
В графу 5 вписать номинальныекоэффициенты ненадежности. Если коэффициенты ненадежности взятысреднестатистические, в графы 9,11,12 следует сразу же проставить />.
По результатам проведенного анализаэлектрических и температурных режимов работы элементов определяют фактическиерабочие параметры, коэффициенты электрических нагрузок и температуру в местахустановки элементов. Эти данные вписываются в графы 6...8.
В графы 9… 11 вписываются поправочныекоэффициенты–/>учитывающиережимы работы и условия эксплуатации.
Коэффициент /> характеризует зависимость отнагрузки, — /> оттемпературы окружающей среды и нагрузки; а2 — от условий окружающейсреды. Для пускателей реле находят отдельно коэффициенты /> длякатушек и контактов.
В графу проставляется коэффициент (графа13):
/> (57)
Для реле пускателей и контактов,характеризующихся отдельно коэффициентами надежности катушек и контактныхгрупп, коэффициент ненадежности для заданных условий эксплуатации определяетсяследующей формулой:
/> (58)
где, Kjи кю — соответственно коэффициенты ненадежности обмотки и одной группыконтактов находятся из табл.5.1. а3 — поправочный коэффициент, учитывающийуровень электрической нагрузки контактов; /> -поправочныйкоэффициент, учитывающий долю времени нахождения обмотки под напряжением втечение одного цикла работы. />–фактическое иноминальное число включений аппарата в час; /> =10, именно для 10 включений в час даны коэффициенты />
Для пускателей и контакторов следуетвыделять силовые контакты, рассчитанные на номинальный ток, и блок-контакты(обычно рассчитанные на ток 4 А). Для каждого контакта или группы контактовопределяется своя нагрузка. Отношение />длявсех контактов одинаковое.
В графу 14 вписывают коэффициентыиспользования элементов по времени, определяемые формулой:
/> (59)
где />иty — соответственно время(активной) работы элемента и узла (установки). Время устанавливают при анализесхемы. Например, диоды в цепи динамического торможения двигателя работают 10 с.в течение 1 цикла, длящегося 1 минуту. В этом случае коэффициент ихиспользования
/>
В графу 15 записывается результирующий коэффициентненадежности элемента
/>
Для элементов ненадежность /> вграфу 15 проставляется коэффициент kjиз графы 13.
В графу 16 вписывается количествооднотипных элементов работающих в одних и тех же электрических режимах приодинаковых внешних условиях и коэффициенте использования; если хотя бы одно изэтих условий не выполняется, элементы должны быть отнесены к разным группам.
В графу 17 записывают результатыпроизведения N, Kj.
В графу 19 записывают времявосстановления элементов
Суммируются данные по графе 17, врезультате получают сумму />
Вычисляют отношение данных каждой строкиграфы (столбца) 17 к сумме />и записываютрезультат в графу 18.
Данные графы 13 умножают на данные графы19 построчно, и результаты заносят в графу 20.
Вычисляют сумму данных по графе 20. Этасумма есть среднее восстановление системы />.
В графе «Примечание» указывают(уточняют) параметры элементов, место установки, если элемент устанавливают нев ящике управления, степень защиты, класс изоляции обмоток, сколько контактовиспользуется и т.п.
Вычисляем параметры надёжности:
Параметр потока отказов
/>
/> - интенсивностьотказа базового элемента системы (/>=0,03)/> (56)
/>Показательбезотказности системы — вероятность К(Т3)наработки между отказамибольше Т3
/>
где Т3 — время эксплуатации вгоду, ч.
Наработка на отказ, ч:
/>
Среднее времявосстановления системы:
/>.
Вероятность восстановления системы взаданное время.
/>
где, /> - минимальное время заданное техническими условиямидля восстановления системы, чтобы не нарушить технологический процесс.
Коэффициент готовности:
/>
Таким образом, получили:
/>;
/>;
/>;
/>;
/>
6.2 Определение удельных иэнергетических показателей разработанного электропривода
— Удельная энергоемкость электропривода
а=Р1ср/Q;
гдеР1ср– средняя подводимая мощность по нагрузочной диаграмме, кВт;
Q – производительность установки,т/ч;
а=0,55кВт/ч;
— Средний коэффициент загрузки:
Кнср=Р2ср/Рн;
ГдеР2 ср– средняя мощность на валу, кВт;
Кн.ср=/>/7,5=0,93
— Средний коэффициент мощности:
/>;
гдеUср – среднеелинейное напряжение, В;
/>
— Потребляемая мощность из сети электропривода:
/>
— Потребляемая энергия в год:
/> кВт;
гдек – коэффициент, учитывающий ручной режим.
7. Разработка ящика управленияэлектроприводом
7.1 Определение суммарной площади монтажныхзон аппаратов и типа ящика управления
На листе графической части №5 показана возможнаяустановка элементов схемы с учётом монтажных зон, которые определяются по требованиямТМЗ-3-141-90; ТМЗ-155-90; ТМЗ-19-90; ТМЗ-13-90.
Таблица 7.1.1. Монтажные зоны аппаратов.Тип аппарата
Размеры зоны, мм2 Вариант крепления Н HI Н2 В Пускатель магнитный ПМЛ 250 150 50 80 3 Сигнальная арматура 100 75 60 1
Выключатель
автоматический
BA61F29 200 150 25 75 3 Устройство УЗ 200 100 50 120 3 Пост кнопочный ПКЕ-112 150 100 50 80 3 Реле времени ВЛ69 200 150 25 75 3
Пакетный
переключатель
ПКУЗ-12 200 150 25 120 3
После компоновки приборов внутри щитаприборов, определяем тип и размеры щита с учётом монтажных зон аппаратов.
Щиты (ящики) являются связующим звеноммежду объектом управления и оператором. На них располагают средства контроля,управления технологическим процессом, а также мнемосхемы, накладные надписи.
Выбор ящиков производят согласно монтажнымзонам аппаратов, которые будут располагаться в нем. Найдём требуемую площадьмонтажной панели щита и двери:
/> (66)
/> (67)
где, Н и В- монтажные зоны аппаратов,устанавливаемых в щите (ящике) или на двери.
/>=250*80*2+200*75+200*120*2+200*120+200*75*2=157000мм2.
/>=150*80*4+100*60*2=60000мм2.
Принимаем ящик управления типа ЯУЭ-0643.
7.2 Пояснения о размещении аппаратов вящике управления и составлению схемы соединений ящика управления
В ящике управления устанавливаем автоматическийвыключатель, магнитный пускатель, УЗ, кнопочную станцию. Для подключениявнешних проводок устанавливаем клемную колодку. На дверцах ящика установленасигнальная лампочка HL. Все аппараты вящике крепятся па рейках. Компоновка аппаратуры внутри щитов должна выполнятьсяс учетом конструктивных особенностей этих изделий и обеспечения монтажа иэксплуатации, а так же с учетом допустимых полей монтажа. Размеры допустимыхполей монтажа учитывают установку инфицированных элементов для внутрищитовогомонтажа электрических и пневматических аппаратов, а также прокладку проводов внутрищитов.
Аппараты внутри щитов нужно группироватьпо принадлежности и системам управления, измерениям и сигнализации, а внутриэтих групп — по роду тока, значению напряжения, типам аппаратов. Для удобствамонтажа и обслуживания двери малогабаритных щитов и поворотная рама открываютсяслева направо. Электрические проводки, как правило, должны размещаться в левойчасти с монтажной стороны щита. Прежде, чем определить геометрические размерыщита, необходимо предварительно уточнить вид, количество аппаратов и ихмонтажные зоны, см. таблицу 7.1.1.
Схему соединений выполняем на основанииразработанной принципиальной схемы и чертежа общего вида щита управления всоответствии с требованиями ГОСТ 2.702-75 «Правила выполнения схем».
Схему выполняем без масштаба. При этомаппараты (включая ряды зажимов) показываем в соответствии с их действительнымрасположением.
Аппараты изображаем в виде монтажныхсимволов, представляющих собой схемы внутренних соединений отдельных аппаратов,приборов. Символ аппарата обводится тонкой сплошной линией, на чертежеразмещаем свободно с учетом места для размещения их нумерации, а также с учетоммаркировки отходящих от аппаратов проводов. Каждому аппарату присваивается номер,номера проставляем слева направо, сверху вниз по порядку, начиная с 1, сначаладля одной сборочной единицы, затем для другой. Нумерация проставляются вкружочках. При этом над чертой записываются порядковый номер аппарата, а подчертой — позиционное обозначение этого аппарата в принципиальной схеме.
7.3 Выбор проводов для схемы соединенияящика управления и кабелей для схемы внешних соединений
В силовой цепи используем медныеодножильные провода типа ПВ1 сечением более 1 мм2, а в цепяхуправления — многожильные медные провода типа ПВЗ, сечением до 1 мм2.Сечение проводников определяем по допустимому току, таблица 6.5, [1]:
I*доп=Iдоп*0,7; (68)
Iдоп=16,1А;
I*доп=0,7*16,1=11,27А.
Принимаем сечение проводникапрокладываемого в шкафу – 1 мм2, в силовой цепи — 2,5 мм2.
8. Заключение по проекту
Таблица 8.1. Результаты работы надпроектом.
/>№ Требования задания. Полученные результаты. 21 2 3 11
Мощность на валу рабочей машины –7/>кВт., при частоте вращения — 3000 об/мин.
Мощность на валу электродвигателя -Рсн=7,5 кВт., при частоте вращения пНД=3000 об/мин. 22 Характеристика помещения, где установлен электродвигатель-особо сырое, IР44. Выбран мотор-редуктор 7МЧ-М-150-150-Л1//3.0/4-200Л-К1; Рн=3.0 кВт., п=1400 об/мин., степень защиты IP44. 3 Температура превышения при нагреве обмотки за цикл работы менее допустимой рабочей для класса изоляции.
Действительная температура обмотки за цикл нагрузочной диаграммы составляет />класс изоляции — H/>допустимая рабочая температура 140 C 4 Максимальный приведенный момент в цикле нагрузочной диаграммы, Ммакс=50.82Нм Максимальный момент электродвигателя с учетом 10% снижения напряжения, Ммакс= 41.16 Нм. 15 Минимальный приведенный момент сопротивления рабочей машины при пуске, Ммин=36.92Нм. Минимальный момент электродвигателя при пуске с учетом 10% снижения напряжения, Ммин=29.93Нм 6 Приведенный момент сопротивления трогания рабочей машины, 46.2Нм Пусковой момент электродвигателя с учетом 10 % снижения напряжения, Мп=37.4 Нм 7 Минимум передач. Для обеспечения минимума передач применяем мотор-редуктор соединенный с рабочей машиной соединительной муфтой.
Используются передачи: мотор-редуктор,
1общ=0,094 кг-м2 8 Пуск, обеспечивающий малое падение напряжения в линии. Пуск прямой, время пуска-0,08с. 9 Управление по заданию следующее: увязать работу поперечного и продольного транспортеров предусмотреть автоматический режим. В проекте управления следующее: принципиальная электрическая схема составлена таким образом, что она позволяет управлять поперечным и продольным транспортерами, для обеспечения автоматического режима применяем реле времени. 10 Аппарат защиты электродвигателя должен иметь наибольшую эффективность . В проекте принят аппарат защиты электродвигателя типа УЗ, его показатель эффективности Э=0,64. 11 Показатели надежности наилучшие.
В проекте достигнуты следующие показатели надежности:
/>;
/>;
/>;
/>;
/> 12 Показатели разработанного электропривода наилучшие.
Достигнуты удельные показатели
а=0,55 кВт/ч;
Кн ср=0,93
/>
/>
/> 13
Ящик управления соответствующий/>степени и наименьших габаритов Использован тип ящика ЯУЭ-0643, размер 600*400*350, степень защиты IP21. 14 Применить в проекте ресурсо или энергосберегающее решение, или повысить производительность труда оператора
Для реализации энергосберегающего решения выделим несколько направлений:
–строгое соблюдение технологического процесса ;
–не перегружать рабочую машину