Электропривод литейного конвейера

Электропривод литейного конвейера

Севастопольский национальный университет ядерной энергии и промышленности

Институт «Электротехники и энергосбережения»

Кафедра «Электрические системы электропотребления»

Расчётно-графическая работа

по учебной дисциплине «Потребители электроэнергии»

Тема: «Электропривод литейного конвейера»

Выполнил: студент группы ЭСЭ 24 В

Иванов Сергей Владимирович

Севастополь,

Содержание

1 Назначение литейного конвейера

.1 Особенности устройства и принцип действия

1.2 Кинематическая схема цепного тележечного конвейера и его электропривода

1.3 Выбор основных характеристик литейного конвейера

2 Режим работы литейного конвейера

.1 Продолжительность включения ЭД

.2 Требования, предъявляемые к конвейеру и его электроприводу

.3 Расчет мощности и выбор электродвигателя конвейера

.3.1 Выбор электродвигателя

2.3.2 Расчет пускового и максимального моментов и потери энергии во время пуска

.3.3 Расчет времени пуска, торможения и установившегося движения

.3.4 Расчет потерь за цикл при номинальной нагрузке

.3.5 Расчет допустимого числа включений двигателя в час

Литература

1 Назначение литейного конвейера

1.1 Особенности устройства и принцип действия

Литейное производство является одной из основных заготовительных баз машиностроения. Конвейер - одно из средств механизации литейного цеха. Он позволяет организовать одновременное выполнение трех основных операций: формовку, заливку и выбивку опок. В конвейерных литейных цехах формовочно-заливочная площадь (фактически её заменяют тележки конвейера) занимает намного меньше места, чем в литейных цехах без конвейеров. Конвейер позволяет в несколько раз повысить съем отливок с одного квадратного метра производственной площади. Возрастает производительность труда формовщиков, работающих на формовочных машинах, обслуживаемых конвейером. Литейные конвейеры имеют высокую эксплуатационную надёжность.

В работе представлен напольный стационарный тележечный конвейер с перемещением груза (металла, расплавленного до высокой температуры) в горизонтальной плоскости. Тележечный конвейер состоит из замкнутого контура тяговой цепи с постоянно прикрепленными к ней тележками, движущимся по направляющим путям[2]. На рисунке 2.1 показано расположение литейного конвейера относительно различных участков формовочного отделения

Рис.2.1- Напольный литейный тележечный конвейер

Тележки 1 непрерывно перемещаются по рельсам 2 при помощи тяговой горизонтально-замкнутой цепи, приводимой в движение электроприводом станции 11. Собранные формы 6 устанавливаются на тележки конвейера и транспортируются к заливочному участку. Расплав подается посредством литейного крана в ковше 4. Заливка форм производится с платформы 3. После заливки, формы конвейером транспортируются через вентиляционный кожух 10, из которого выделяемые формами газы отсасываются вентилятором.

Одновременно на этом же участке формы охлаждаются, после чего их выбивают на выбивной решетке 9. Выбитые отливки направляют в обрубно-очистное отделение; оборотная смесь проходит через выбивную решетку и транспортируется в смесеприготовительное отделение, а пустые опоки подаются к формовочным машинам по рольгангам 7 и 8. Скорость движения литейных конвейеров в зависимости от размеров форм и принятой организации производства колеблется от 1 до 7,5 м/мин

1.2 Кинематическая схема цепного тележечного конвейера и его электропривода

Кинематическая схема литейного конвейера представлена на рисунке 2.2.

Рис.2.2- Кинематическая схема литейного конвейера

Кинематическая схема электропривода литейного конвейера представлена на рисунке 2.3.

Рис. 2.3- Кинематическая схема привода

Согласно [20] привод литейного конвейера состоит из электродвигателя 1, упругих муфт 2 и 8 , редуктора 3 (редуктор служит для передачи вращения и изменяющегося крутящего момента от электродвигателя к исполнительному механизму) и звездочки 5. Звездочка входит в зацепление с шарнирной цепью, кулачки которой, упираясь в направляющий ролик тележки, приводят конвейер в действие.

.3 Выбор основных характеристик литейного конвейера

Рассмотрим конвейер (рис.2.4), основные характеристики работы которого представлены в таблице 2.1.

Рис.2.4. Схема заданного конвейера

Таблица 2.1-Выбор основных характеристик конвейера

2. Режим работы литейного конвейера

.1 Продолжительность включения ЭД

Электропривод литейного конвейера работает в повторно-кратковременном режиме, при котором периоды номинальной нагрузки чередуются периодами отключения электродвигателя. Повторно-кратковременный режим характеризуется продолжительностью включения электродвигателя - ПВ. Определяют ПВ из нагрузочной диаграммы, как отношение времени работы электродвигателя ко времени цикла (работы и паузы).

По известным времени работы и цикла рассчитаем продолжительность включения:

ПВ % = ( tр / tц) ∙ 100% (2.1)

ПВ % =(10 / 20) ∙ 100% = 50% или ε =0,5.

ГОСТ предусматривает номинальный повторно-кратковременный режим работы электродвигателя с ПВст=15, 25, 40, 60% , поэтому ПВ=50% приводится к каталожному ПВ=60% и расчетная мощность двигателя будет скорректирована на величину=

Необходимое число включений в час: h = 3600/ tц = 3600 / 20 =180

.2 Требования, предъявляемые к конвейеру и его электроприводу

Тележки конвейера должны двигаться в одном направлении с постоянной скоростью. Диапазон регулирования скорости не более 2 : 1.

Главная особенность в работе электропривода конвейера - это повышенный момент Мс при страгивании с места, особенно при страгивании груженого конвейера. Наличие механической связи между ЭД и грузонесущим органом требует от ЭД плавного пуска и торможения, что достигается установкой нескольких ЭД вдоль трассы или применением схем управления на тиристорах.

В конвейерах значительной протяженности ускорение ограничено до 0,2 - 0,3 м/сек2, а время пуска может достигать нескольких минут. При ограниченной величине ускорения необходимо сохранять движущий момент М в период пуска постоянным. Наиболее применимы АД с к.з. ротором. При этом регулирование скорости осуществляют изменением i редуктора или применением многоскоростных АД. Кроме того, для ограничения ускорения в цепь статора АД с к.з. ротором включают сопротивление (как правило, индуктивность).

Непрерывность работы в течении смены, с одной стороны является фактором, обеспечивающим высокую производительность механизма, а с другой требует простоты и высокой надежности как механической, так и электрической части транспортера.

2.3 Расчет мощности и выбор электродвигателя конвейера

.3.1 Выбор электродвигателя

Привод литейного конвейера состоит из электродвигателя, редуктора и зубчатой передачи, на ведомом валу которой установлена звездочка. Звездочка входит в зацепление с шарнирной цепью, кулачки которой, упираясь в направляющий ролик тележки, приводят конвейер в действие.

При движении конвейера приводной двигатель должен преодолевать статическую нагрузку, обусловленную силами трения во всех движущихся элементах. Силы трения возникают в подшипниках вращающих элементов, в местах контакта роликов и катков с опорой, в тяговом элементе при его изгибах и вследствие значительной протяженности конвейера и большого количества движущихся элементов для горизонтальных конвейеров определяют всю статическую нагрузку привода. Именно силы трения определяют необходимую мощность и количество приводных приводов. Силы сопротивления движению конвейера можно разделить на две категории: силы, не зависящие от натяжения тягового элемента, возникающие на прямолинейных горизонтальных участках и силы, распределенные по участку равномерно и возникающие на участках изгиба тягового элемента и сосредоточенные в рамках дуги этого участка. Результирующая сила сопротивления движению определяется как сумма сил всех участков. Эту силу должен преодолеть приводной элемент. При установившемся движении разность натяжений на нем уравновешивается силой сопротивления, а для расчета тягового усилия двигателя необходимо последовательно определить натяжения на всех участках [10]

Необходимая мощность электродвигателя определяется по формуле[21]:

Р =  (2.2)

где К1=1,2 - коэффициент запаса;

F - тяговое усилие привода;

Vmax - максимальная скорость конвейера;

η = ηч ∙ ηр ∙ ηк ∙ηзв - КПД.

Расчет осуществляется в несколько действий, представленных ниже и сведенных в таблицу 2.2.

1.       Определение развернутой длины конвейера l0 =2∙ l2 + 2π R (2.3)

где l2 - длина прямолинейного участка конвейера;- радиус поворота конвейера.

l0 =2∙ l2 + 2π R = 2∙70 +2∙3,14∙1,6 = 150 м

2.       Число тележек m = l0 / a (2.4)

где a - шаг тележки =1,26 по условию

m = l0 / a = 150 / 1,26 =119 шт

3.       Натяжение S1 в точке 1 (см. рис. 2.1).S1 = S0+ (G + G0) ∙∙ω (2.5)

где S0 - начальное натяжение в точке 0 , равное 100 кг по условию;

G - вес залитой формы, равный 70 кг по условию;

G0 - вес одной секции ходовой части длиной а, равной 322 кг по условию;

l1 - расстояние от точки 0 до точки 1, равное 1,5 м (см. рис. 2.1);

a - шаг тележки =1,26 по условию;

ω -коэффициент сопротивления для прямолинейного участка, равный 0,02 по условию.

S1=S0+(G + G0) ∙∙ω=

= 100+(70+322)∙∙0,02=100+392∙0,0238=109,33≈110 кг

4.       Натяжение S2 в точке 2 (рис. 2.1).S2 = К∙ S1+ (G + G0) ∙ ω ' (2.6)

где К - коэффициент сопротивления для криволинейного участка, равный 1,05 по условию.

ω ' - коэффициент сопротивления для криволинейного участка, равный 0,145 по условию.

S2=К∙ S1+ (G + G0) ∙ ω ' =1,05∙ 110+(70+322)∙0,145=115,5+56,84=

= 172,3 ≈172кг

5.       Натяжение S3 в точке 3 (рис. 2.1).S3 = S2+ (G + G0) ∙∙ω (2.7)

где l2 - расстояние от точки 4 до точки 1, равное 70м (см. рис. 2.1).

S3= S2+ (G + G0) ∙∙ω = 172+(70+322)∙ ∙0,02 =

=  172+435,56=607,56≈608кг

6.       Натяжение S4 в точке 4 (рис. 2.1) S4=К∙ S3+(G+G0+Gгр) ∙ ω ' (2.8)

где Gгр - вес груза, накладываемого при заливке, равный 50 кг по условию.

= 702,5≈703кг

7.       Натяжение S5 в точке 5 (рис. 2.1)S5=S4+(G+G0)∙∙ω (2.9)

где l3-расстояние от точки 4 до точки 5, равное 67,5м (рис.2.1).

S5= S4+ (G + G0) ∙∙ω = 703+(70+322)∙ ∙0,02=703+420=1123кг

8.       Тяговое усилие двигателя F = S5 - S0 (2.10)

F = S5 - S0 = 1123-100 = 1023кг

9.      
Средняя скорость конвейера Vср =, (2.11)

где z - производительность (количество форм в час, равное 180 по условию).

Vср ==  =3,78 м/мин

10.     Время охлаждения tохл = l0 / Vср (2.12)

охл = l0 / Vср =70 /3,78 = 18,5 мин

11.     Максимальная скорость конвейера Vmax = , (2.13)

где tp - время работы, равное 10 секунд по условию.

Vmax ===7,56 м/мин=7,56/60=0,126 м/сек

Согласно формулы 2.2, необходимая мощность двигателя Р =

Р ===  =

= 2,17 ≈ 2,2 кВт

Основные этапы расчета сведем в таблицу 2.2.

Таблица 2.2 - Алгоритм расчета мощности электродвигателя

Наивыгоднейшее передаточное число редуктора определяем по формуле: I=n ном / n зв , (2.14)

где n ном - номинальная частота вращения двигателя;

n зв =- частота вращения звездочки. (2.15)

I=n ном / ( ) = n ном / () = n ном /3

Выбираем двигатель с повышенным скольжением типа 4АС [6]. Ближайшая мощность двигателя по каталогу 2,5 кВт. Двигатели этой мощности и данного типа изготовляют на номинальные скорости 2865 об/мин, 1418 об/мин и 947 об/мин. На основании параметров двигателей (таблица 2.3) определяем передаточное число I и произведение GD²∙ I².

Таблица 2.3-Каталожные и вычисляемые параметры двигателей

Из таблицы видно, что величина GD²∙ I² является наименьшей для двигателя 4АС90L4У3.

Расчетную мощность двигателя с ПВ =50% приводим к стандартному ПВ=60%.

Рэ= Р∙= Р∙=2,2∙=2,2∙0,913=2 кВт

Так как Рэ = 2 кВт < Рном=2,2 кВт, то данный двигатель проходит по нагреву.

Таблица 2.4- Номинальные данные двигателя ЧАС90L4У3.

Потери мощности в установившийся период:∆ Р уст = (-1) ∙ Рном, (2.16)

Где ηном = 0,765 - КПД при номинальной нагрузке.

∆ Р уст = (-1) ∙ Рном = (-1) ∙2200=0,307∙2200=675 Вт

2.3.2 Расчет пускового и максимального моментов и потери энергии во время пуска

Номинальный момент двигателя: Мном=975∙ (2.17)

Мном=975∙= 975∙ =975 ∙0,001551=1,51кг∙м×9,8=14,8 Н∙м

Максимальный момент двигателя: М max=2,2∙ М ном (2.18)

М max=2,2∙ М ном = 2,2∙ 1,51=3,3 кг∙м×9,8=32,6 Н∙м

Пусковой момент двигателя: М пуск=2,0 ∙ М ном (2.19)

М пуск=2,0 ∙ М ном =2,0 ∙1,51=3 кг∙м×9,8=29,6 Н∙м

Момент сопротивления: Мс = М ном (2.20)

М с =1,51кг∙м×9,8=14,8 Н∙м

Средний момент двигателя при пуске Мпуск.ср= (2.21)

Мпуск.ср ===2,4 кг∙м×9,8=23,6 Н∙м

Синхронная угловая скорость: Ω0=  (2.22)

Ω0 =  =  =157 рад/с

Приведенный к валу двигателя маховый момент поступательно движущихся частей конвейера: GD²м =  (2.23)

GD²м=  =   0,189 кг∙м²

Маховый момент двигателя и муфты: GD²= GD²д+GD²муф (2.24)

GD²= GD²д+GD²муф=0,0224+0,027 =0,049 кг∙м²

Общий маховый момент всего механизма GD²общ= GD²м+ GD² (2.25)

GD²общ= GD²м+ GD² =0,189+0,049=0,238 кг∙м²

Момент инерции: J==0,238/(4∙9,8)=0,238/39,2=0,006 кг∙м∙с²

Так как двигатель с повышенным скольжением, то R2′ >> R1 и (1+R1/ R2′)→1. Потери энергии в период пуска определяют по формуле:

Апуск=9,81∙∙(1+R1/ R2′) ∙≈ 9,81∙∙ (2.26)

Апуск=9,81∙∙=9,81∙∙=9,81∙73,947∙2,6966=1956Дж

2.3.3 Расчет времени пуска, торможения и установившегося движения

Время пуска tпуск =  (2.27)

Где Ми = М пуск.ср - Мс = 2,4-1,51=0,89 кг∙м ×9,8=8,72 Н∙м

tпуск = =  =  =1,011сек

Время торможения tторм =  (2.28)

где GD²торм = GD²+ η∙GD²м=0,049+0,7∙0,189 =0,049+0,132=0,181 кг∙м²

tторм =  =  =  = 0,453 сек

Время установившегося движения: tу= tц∙ε - (tпуск+ tторм) (2.29)

tу = tц∙ε - (tпуск+ tторм)=20 ∙0,5-(1,011+0,453) =10-1,464=8,536 сек

2.3.4 Расчет потерь за цикл при номинальной нагрузке

Эквивалентные потери за цикл при номинальной нагрузке двигателя вычисляются по формуле:

∆Р ном.экв = (2.30)

Где β0=0,35 - коэффициент, учитывающий ухудшение условий охлаждения при остановке.

∆Рном.экв==

= ==592,6Вт

∆Рном.экв ≈ 593 Вт

литейный конвейер электропривод мощность

2.3.5 Расчет допустимого числа включений двигателя в час

Допустимое число включений в час:

h=3600∙∆Рном.э∙ (2.31)

где а = (∙∆Рном.э +∆Ру-∆Рном.э)∙(tпуск+tторм)= (∙592,6 +675-

592,6)∙( 1,011+0,453)=(400+675-592,6) ∙1,464=482,4∙1,464=706,2

h=3600∙592,6∙ = 2133360∙ = 180

Необходимое число включений в час: h = 3600/ tц = 3600 / 20 =180, следовательно данный двигатель можно использовать для конвейера.

Литература

1. Егоров М.Е. Основы проектирования машиностроительных заводов. Изд. 6-е переработанное. - М.: Высшая школа, 1969. - 480 с.

2. Мамаев В.С., Осипов Е.Г. Основы проектирования машиностроительных заводов. - М.: Машиностроение, 1974. - 295с.

3. Правила устройства электроустановок/Минэнерго СССР. - 6-е изд. перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 648 с.

4. Патрикеев Л.Я. Электроснабжение промышленных предприятий: Учебное пособие для выполнения электрической части курсовых и дипломных проектов. Севастополь: СНИЯЭиП, 2004. - 264с.

5. Мукосеев Ю.Л. Электроснабжение промышленных предприятий.- М.: Энергия, 1973. - 584 с.

6. Асинхронные двигатели серии 4А : Справочник /А.Е. Кравчик, М.М. Шлаф, В.И. Афонин, Е.А. Соболенская, - М.: Энергоиздат, 1982. - 504с.

7. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. Промышленные электрические сети / Под общей редакцией А.А.Федорова и Г.В. Сербиновского. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Энергия, 1980. - 575 с.

8. Справочник по проектированию электроснабжения / Под редакцией В.И. Круповича и др. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергия, 1980. - 456 с.

9. Кнорринг Г.М. Справочник для проектирования электрического освещения. 6-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергия, 1968. - 991 с.

10. Ключев В.И., Терехов В.М. Электропривод и автоматизация общепромышленных механизмов: Учебник для ВУЗов, - М.: Энергия,1980. -360с.

11. Кузнецов Б.В., Сацукевич М.Ф. Асинхронные электродвигатели и аппараты управления. - Минск: Белорусь, 1982. - 220с.

12. Указания по компенсации реактивной мощности в распределительных сетях. - М.: Энергия. - 1974.

13. Пособие к курсовому и дипломному проектированию для электроэнергетических специальностей / Под редакцией В.М. Блок. - М.: Высшая школа, 1981. - 304 с.

14. Бунич Я.М., Глазков А.Н., Кастовский К.А. Электрооборудование промышленных предприятий. Часть 2. - М.: Стройиздат, 1981. - 392 с.

15. Ермилов А.А. Основы электроснабжения промышленных предприятий. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергия, 1976. - 368 с.

16. ГОСТ 13109-87. Электрическая энергия. Требования к качеству электрической энергии в электрических сетях общего назначения. - М.: Издательство стандартов, 1989. - 20 с.

17. Электротехнический справочник. Т.1. Общие вопросы. Электротехнические материалы / Под ред. В.Г. Герасимова и др. - 7-е изд., испр. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 488 с.

18. Электротехнический справочник. Т.2. Электротехнические изделия и устройства./Под ред. В.Г. Герасимова и др. - М.:Энергоатомиздат,1986. - 712 с.

20. Аксенов П.Н., Орлов Г.М., Благонравов Б.П. Машины литейного производства. Атлас конструкций. - М.: Машиностроение, 1972. - 152с.

21. Есаков В.П., Торопов В.И. Сборник задач по теории электропривода под.ред. Е.В. Миллера. - М.: Высшая школа, 1969. - 264с.