Модернизация электропривода привода поворота крана

  • Вид работы:
    Курсовая работа (т)
  • Предмет:
    Другое
  • Язык:
    Русский
    ,
    Формат файла:
    MS Word
    16 Кб
  • Опубликовано:
    2016-03-24
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!

Модернизация электропривода привода поворота крана

Содержание

Введение

. Технические данные привода поворота крана

. Расчет электрического привода поворота крана КПП-16

.1 Выбор типа электропривода

.2 Расчет механических и электромеханических характеристик

.3 Расчет механических нагрузок, приведенных к валу двигателя

.4 Расчет пусковых характеристик и построение механической характеристики при переключении скоростей при грузоподъёмности 16 тонн

. Модернизация электропривода

.1 Расчет пусковых характеристик и построение механической характеристики при переключении скоростей при грузоподъёмности 30т.

.2 Расчёт переходных характеристик при грузоподъёмности 30т

. Проверка двигателя на нагрев

Выводы

Список литературы

Введение

Целью курсового проекта является закрепление и углубление знаний полученных в процессе изучения дисциплины "Теория электропривода". А также приобретение практических навыков в работе с нормативными документами при расчете статических и динамических режимов работы электропривода для рационального выбора электрических аппаратов.

В курсовом проекте нужно провести модернизацию КПП, нужно изменить ящик сопротивлений для увеличения грузоподъемности с 16 до 30 тонн, обеспечив более плавный пуск. Также в курсовом проекте описан технологический процесс портального крана КПП-16 (20/30). Кран Кировец грузоподъемностью (г/п) 16 т в грейферном и 20 т в крюковом режимах соответственно был спроектирован и построен на заводе "ПТО им. Кирова" в Ленинграде в 1983 году. Наряду с кранами Сокол, Альбатрос, и Кондор грузоподъемные машины данного типа широко эксплуатируются в российских портах. Выполнен анализ существующей системы электропривода механизма поворота. Пуск и регулирование частоты вращения всех установленных электродвигателей с фазным ротором осуществляется с помощью резисторов в роторной цепи. Разгон двигателей происходит в функции времени посредством электромагнитных реле времени. На механизм поворота установлен открытый колодочный тормоз с тросовым приводом, который управляется педалью, установленной в кабине крановщика. Произведён выбор элементов электропривода, расчёт его характеристик. В данной работе объектом управления является портальный кран, рис.1.Особенностью этого механизма является его постоянная работа в переходных режимах, ввиду чего особенно важным является обеспечение необходимых благоприятных динамических характеристик. Рассмотрению подлежит электропривод поворота крана, на функционирование которого существенное влияние оказывают различные значения груза, приводящие к изменению момента инерции, статических и динамических нагрузок на валу двигателя. В приводе механизма поворота крана используется асинхронный двигатель с фазным ротором. Механизм поворота крана, рисунок 1, служит для перемещения подвешенного на крюк груза или грейфера в горизонтальном направлении. Груз, подвешенный на крюк или расположенный в грейфере, перемещается со скоростью примерно 1,1 об/мин.

1. Технические данные привода поворота крана

Рис. 1. Кран портальный КПП-16. Общий вид: 1- портал; 2- опорно-поворотное устройство; 3- кабина управления; 4- стрела; 5- оттяжка; 6- хобот; 7- крюковая подвеска; 8- грейфер; 9- противовес; 10- каркас; 11- машинная кабина; 12- платформа; 13- кабельный барабан; 14- механизм передвижения.

В данном курсовом проекте требуется произвести расчет и анализ электропривода поворота КПП-16. По функциональным возможностям - это перемещающийся и полноповоротный кран. Общий вид крана представлен на рисунке 1.

Технические данные крана КПП-16.

Масса груза - 16 т.

Масса груза при модернизации (т) - 30 т.

Масса подвески - 1,1 т.

Масса стрелы - 49 т.

Масса поворотной части - 180 т.

Масса крана - 240 т.

Скорость подъема (номин.) - 0,92 (м/с)

Скорость подъема (миним.) - 0,3 (м/с)

Скорость опускания (миним.) - 0,07 (м/с)

Скорость поворота - 1,1 (об/мин)

Скорость изменения вылета стрелы - 50(м/мин)

Скорость передвижения крана - 0,55 (м/с)

Диаметр барабана механизма подъема - 1100 (мм)

Передаточное число (i) подъема редуктора - 37,2

Передаточное число (i) поворота редуктора - 29,5

Передаточное число (i)поворота открытой передачи - 17,6

Передаточное число (i) вылета стрелы - 48,7

Передаточное число (i) передвижения редуктора - 29,5

Передаточное число (i) открытой передачи - 1,71

Диаметр колеса передвижения - 550 (мм)

Вылет стрелы - 40 м

Рис.2. Электропривод поворота крана портальный КПП-16: 1-механизм вращения; 2- кольцевой токоприемник; 3- блоки электрооборудования; 4- грейферная лебедка с независимыми барабанами; 5- пульт управления.

2. Расчет электрического привода поворота крана КПП-16

.1 Выбор типа электропривода

Основными факторами, определяющими род тока, тип и конструктивное исполнение двигателя, являются:

· показатели регулирования скорости (диапазон, плавность, стабильность скорости и т. д.);

· режим работы производственного механизма;

· производительность и надежность установки;

· основные затраты и эксплуатационные расходы на электрооборудование.

В данной работе расчет электропривода производится с асинхронным двигателем с фазным ротором, без учета технико-экономических

показателей, на основании технического задания.

Для данного механизма по техническому заданию предложено в качестве приводного двигателя выбрать двигатель типа 4МТН 280М-10 У 1.

Поворот крана данным электродвигателем с фазным ротором через червячный редуктор с передаточным числом i=29,5 и открытую зубчатую передачу с передаточным числом i=17,6.

Номинальные параметры электродвигателя механизма поворота:

Номинальная мощность Р2=60 кВт.

Частота вращения ротора n2=570 об/мин

Максимальный момент на валу Ммакс = 2670 Н*м

Номинальный момент на валу Мном = 1005 Н*м

Номинальное напряжение статорной обмотки U1 = 380B

Номинальный ток статорной обмотки I1=143 A

Номинальный коэффициент мощности cosцH =0.76

Коэффициент полезного действия зн=90.3 %

Ток статорной обмотки на холостом ходу I0=70,6 A

Коэффициент мощности на холостом ходу cosц0 =0.06

Напряжение роторной обмотки U2 = 239В

Ток роторной обмотки I2=135 A

Активное сопротивление статора r1=0,062Ом

Индуктивное сопротивление статора x1=0,15 Ом

Активное сопротивление ротора r2=0,028 Ом

Коэффициент приведения ротора к статору k =2,1

Коэффициент магнитного рассеивания у = 1,06

Маховый момент ротора G=21 кг*мІ

.2 Расчет механических и электромеханических характеристик

двигатель электропривод нагрузка грузоподъемность

4MTH280М-10У 1

n = 570 об/мин; Р = 60 кВт; Iстатора=143 А; cosц = 0,76; з = 90,3 %;

Mмах= 21 ;

Mmax= 2670 Hм; Mном= 1005 Нм; Mп= 2136 Нм;

1.Расчет номинального и критического скольжения:






2.Формула расчет значений моментов для скольжений от 0 до Sкр:


.Формула для расчета моментов от Sкр до 1:


4.Расчет тока холостого хода двигателя I0 и токов статора по формулам:





Рассчитанные данные:

Таблица 1. Рассчитанные данные для естественной характеристике.

sM (Н*м)I (А)n (об/мин)0070,66000,01208,357175,003925940,02414,816786,81935880,03617,5386103,37245820,04814,7931122,53415760,051005,008143,00045700,061186,807164,00935640,071359,035185,09935580,081520,773205,97645520,091671,344226,44435460,11810,306246,36815400,111937,437265,65455340,122052,715284,23955280,132156,293302,08175220,142248,472319,15685160,152329,674335,45395100,162400,411350,97315040,172461,265365,72294980,182512,863379,71864920,192555,856392,98044860,22590,906405,53264800,212618,668417,40224740,222639,784428,61794680,232654,871439,20984620,242664,516449,20834560,252669,274458,6444500,262669,663467,5474440,272642,065473,83864380,282629,585481,22624320,292617,218488,43384260,32604,967495,47064200,312592,833502,34484140,322580,817509,06444080,332568,922515,63664020,342557,15522,06823960,352545,501528,36563900,362533,977534,53473840,372522,581540,58133780,382511,314546,51063720,392500,177552,32763660,42489,173558,03723600,412478,303563,6443540,422467,569569,1522348П 0,432456,973574,56593420,442446,517579,88923360,452436,202585,12583300,462426,03590,27943240,472416,003595,35333180,482406,123600,35113120,492396,391605,27593060,52386,81610,13083000,512377,381614,91882940,522368,106619,64292880,532358,987624,3062820,542350,026628,91062760,552341,224633,45962700,562332,584637,95552640,572324,107642,40072580,582315,795646,79792520,592307,649651,14932460,62299,672655,45732400,612291,865659,72422340,622284,23663,95222280,632276,768668,14352220,642269,483672,30022160,652262,374676,42432100,662255,444680,51812040,672248,694684,58331980,682242,127688,62211920,692235,743692,63631860,72229,544696,62771800,712223,532700,59841740,722217,709704,551680,732212,075708,48441620,742206,633712,40331560,752201,383716,30841500,762196,327720,20141440,772191,467724,0841380,782186,803727,95771320,792182,338731,82421260,82178,071735,68511200,812174,005739,54181140,822170,14743,39581080,832166,478747,24871020,842163,02751,1018960,852159,766754,9566900,862156,717758,8145840,872153,875762,6768780,882151,24766,5448720,892148,813770,4198660,92146,595774,3031600,912144,586778,1959540,922142,787782,0995480,932141,198786,0149420,942139,82789,9433360,952138,654793,8858300,962137,699797,8436240,972136,956801,8176180,982136,425805,8088120,992136,106809,8183612136813,8470

Управление направлением и скоростью вращения двигателя осуществляется с помощью контакторов и реле.

Сопротивление добавочных резисторов ротора по ступеням:

Р 1-Р 4 (Р 2-Р 5), (Р 3-Р 6) - 0,15 Ом;

Р 4-Р 7 (Р 5-Р 8), (Р 6-Р 9) - 0,20 Ом;

Р 7-Р 10 (Р 8-Р 11), (Р 9-Р 12) - 0,4 Ом;

Р 10-Р 13 (Р 11-Р 14), (Р 12-Р 15) - 1,2 Ом.

Таблица 2. Рассчитанные данные для электромеханических характеристик при различных сопротивлениях в цепи ротора

n (об/мин)1 ст. M(Н*м)2ст. M(Н*м)3 ст. М(Н*м)4 ст. М(Н*м)6000000582170140906054048039020015050479865032021048095078039028044412101004500350402155013006404403601880154077051031821981800902604282249620501000702240260423001120790198255025501260880162260024901398950120254024101504105078246023801650111042241023001780120002380225019001300

Рис. 3. Механические характеристики

Для расчета электромеханических характеристик асинхронного двигателя необходимо воспользоваться его математической моделью, которая в общем случае представляется различными схемами замещения. Наиболее простой и удобной для инженерных расчетов асинхронного двигателя является Т-образная схема замещения, рис. 4.

Рис. 4. Т-образная схема замещения АД

Основные уравнения асинхронного двигателя, соответствующие

принятой схеме замещения:


Векторная диаграмма токов, ЭДС и напряжений асинхронного двигателя, удовлетворяющая системе уравнений изображена на рис. 4.1.

Рис 4.1 Векторная диаграмма

Активное сопротивление ротора, приведенное к обмотке статора:

Ом

Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора, приведенное к обмотке статора:

Ом

Индуктивное сопротивление короткого замыкания:

Ом

Синхронная частота вращения n0для промышленной частоты сети 50 Гц равна n0=600 об/мин.

Добавочные сопротивления, вводимые в роторную цепь, возьмем в следующих соотношениях: 1с - 1,2 Ом, 2с-0,4 Ом, 3с -0,2 Ом, 4с -0,15 Ом. Приведенные активные сопротивления ротора рассчитываются по формуле


Для расчета электромеханических характеристик нам нужно произвести расчет следующим формулам.

Найдем эквивалентное активное сопротивление схемы замещения в зависимости от скольжения для каждой ступени сопротивления по формуле


Затем полное эквивалентное сопротивление от скольжения

,

где xкз - вышеуказанный параметр, не зависящий от скольжения.

Вычислим cosц для приведенной схемы


Вычислим приведенные активные и реактивные токи ротора

2

где

Вычислим активную и реактивную составляющую тока холостого хода

=70,6*0.06=4.236 A

=70,6*0.9964=70.47 A

Эти токи не зависят от величины скольжения и одинаковы на всех ступенях сопротивления.

Вычислим активную и реактивную составляющую тока статора.


Тогда ток статора рассчитаем по формуле



Рис.5. Расчеты для построения электромеханических характеристик в среде MathCad.

Рис.5.1. Расчеты для построения электромеханических характеристик в среде MathCad.

Электромеханические характеристики, рассчитанные и построенные в математической среде MathCAD трассировкой переводим в систему Excel.

Таблица 3. Рассчитанные данные электромеханических характеристик при различных сопротивлениях в цепи ротора.

nЕст. I(А)4 ст. I(А)3 ст. I(А)2 ст. I(А)1 ст. I(А)60070,670,670,670,670,6580221978977,9572570308,45121106847356137514512593,5745504441741481037654049720117011579530,4539226191,412782510,66042762331508850063030125416391490651323274,3317494480670347,629518898469,8685,21369,13314200,68102450,6708407349,52224109415737466406266124399746491430283131370,8759528468315143340770563504347158300780600544383175260787629578418194210793659612458216200794,68665618465220180796,5867463047922916079868264049223714080069064950524610080270466752826349,880571968555528430805724691564292108067286975743000807730,94700578304

Рис. 6. Искусственные электромеханические характеристики при грузоподъемности 16 т.

.3 Расчет механических нагрузок, приведенных к валу двигателя

Грузоподъемность 16 т

В случае если груз перемещается только в горизонтальном направлении

. Рассчитываем статическую нагрузку по формуле

(1.1)

вылет стрелы; -частота вращения крана; -масса груза; G- масса перемещаемых частей крана; - к.п.д. механизма с блоками.

кВт


кВт

2. Рассчитываем момент нагрузки по формуле

Н*м

Грузоподъемность 30 т

. Рассчитываем статическую нагрузку по формуле







2. Рассчитываем момент нагрузки по формуле

Н*м

.4 Расчет пусковых характеристик и построение механической характеристики при переключении скоростей при грузоподъёмности 16 тонн

Так как для асинхронных двигателей с фазным ротором пуск, реверс, торможение, регулирование скорости необходимо осуществлять

при наложенных на ток и момент ограничениях, то, как следует из анализа механических и электромеханических характеристик разгон двигателя до естественной характеристики следует производить через промежуточные пусковые характеристики.

Момент переключения рассчитаем по формуле

Мпер=(1,1-1,2)Мном

Мпер=1,2 * 1005=1206 Н*м.

Предельный пусковой момент рассчитаем по формуле

Мпред=(0,8-0,85)Мmax

Мпред=0,8 * 2670=2136 Н*м.

Результаты расчета и построения пусковых характеристик представлены на графике. Ниже на рисунке показана диаграмма переключения пусковых сопротивлений и их влияние на механические характеристики.

Рис.7. Диаграмма переключения пусковых сопротивлений при грузоподъёмности 16 т. и их влияние на механические характеристики.

Рис.8. Диаграмма переключения пусковых сопротивлений при грузоподъёмности 16 т. и их влияние на электромеханические характеристики.

3. Модернизация электропривода

Для более плавного разгона электропривода при увеличенной грузоподъёмности до 30 т, подберем другие сопротивления добавочных резисторов ротора по ступеням:

Р 1-Р 4 (Р 2-Р 5), (Р 3-Р 6) - 0,059 Ом;

Р 4-Р 7 (Р 5-Р 8), (Р 6-Р 9) - 0,116 Ом;

Р 7-Р 10 (Р 8-Р 11), (Р 9-Р 12) - 0,278 Ом;

Р 10-Р 13 (Р 11-Р 14), (Р 12-Р 15) - 0,38864 Ом.

Рис.9. Искусственные механические характеристики при грузоподъёмности 30 т.

Для построения электромеханических характеристик, найдем эквивалентное активное сопротивление схемы замещения в зависимости от скольжения для каждой ступени сопротивления по формуле

Затем полное эквивалентное сопротивление от скольжения

,

где xкз - вышеуказанный параметр, не зависящий от скольжения.

Вычислим cosц для приведенной схемы


Вычислим приведенные активные и реактивные токи ротора

2

где


Вычислим активную и реактивную составляющую тока холостого хода

=70,6*0.06=4.236 A

=70,6*0.9964=70.47 A

Эти токи не зависят от величины скольжения и одинаковы на всех ступенях сопротивления.

Вычислим активную и реактивную составляющую тока статора.



Тогда ток статора рассчитаем по формуле



Рис.10. Расчеты для построения электромеханической характеристики в среде MathCad для 30 тонн.

Рис.10.1. Расчеты для построения электромеханических характеристик в среде MathCad для 30 тонн.

Электромеханические характеристики, рассчитанные и построенные в математической среде MathCAD трассировкой переводим в систему Excel.

Таблица 4. Рассчитанные данные электромеханических характеристик при различных сопротивлениях в цепи ротора при грузоподъёмности 30т.

n (об/мин)Ест. I(А)4 ст. I(А)3 ст. I(А)2 ст. I(А)1 ст. I(А)60070,670,670,670,670,659012991817473580216133104827857030817813494865603832261661089555044327119712310554049731422914111853054135126215712852057638828817314251060442231919015350063045134620816649065047937122317846069754843627021644071858447530224040074563653935728837076066657739432134077068960742935330078071264147039127078572566149841824078973767852244220079474969755247216079875871157749913080076472159551910080276972960953670804773737623551308057787456395710807781750651584

Рис.11. Искусственные механические характеристики при грузоподъёмности 30 т.

.1 Расчет пусковых характеристик и построение механической характеристики при переключении скоростей при грузоподъёмности 30т.

Момент переключения возьмём равным Мпер=1206 Н*м.

Предельный пусковой момент Мпред =2136 Н*м

Результаты расчета и построения пусковых характеристик представлены на графике. Ниже на рисунке показана диаграмма переключения пусковых сопротивлений и их влияние на механические характеристики.

Рис.12. Диаграмма переключения пусковых сопротивлений при грузоподъёмности 30 т. и их влияние на механические характеристики.

Рис.13. Диаграмма переключения пусковых сопротивлений при грузоподъёмности 30т. и их влияние на электромеханические характеристики.

3.2 Расчёт переходных характеристик при грузоподъёмности 30т

Формула для расчета Дt:


где

кг/

Рассчитаем переходной процесс графоаналитическим способом. Сущность этого метода заключается в замене бесконечно малых приращений скорости dn и времени dt в уравнении движения электропривода малыми конечными приращениями - ∆n и ∆t.

По графикам механической и электромеханической характеристики определим значения токов и моментов, соответствующие конечной угловой скорости ni каждого участка.

Построим график динамического момента как M(n)-Mc1

Рис.14. График динамического момента, определение ∆ Мдин и ∆ n при грузоподъёмности 30т.

Кривую динамического момента заменим ступенчатой с участками


определим время переходного процесса, которое требуется для достижения скорости

ni = nначi+ ∆ni

на каждом участке


Полученные на отдельных участках элементарные промежутки времени суммируются для определения полного времени переходного процесса:


Таблица 5. Расчетные данные переходного процесса при грузоподъёмности 30т.

delta n(об/мин)Mdin (Н*м)delta t(с)t (с)n(об/мин)M(Н*м)I (А)6360,1099483,102018564118631562090,0189382,99207558135938463700,0106982,973132552152044365210,0075972,962434546167144566600,0059972,9548375401810497237870,0192792,948845341937541098602,9295651121366043560,035342,929565111206422123700,0213952,894224981520450135210,016462,872825486167149086600,0079962,856364473181052087870,0067062,8483684651937540098602,841662448213645825560,2945032,8416624501206460252090,078912,547164251359490253700,0445732,468254001520540255210,0316552,4236773751671590256600,0249882,3920223501810590257870,0209562,3670343251937618159020,010972,3460783002052650098602,335108285213658053360,9712042,3351082851186495522090,1641321,3639032321359530523700,0927131,1997711801520561375210,0468491,107059127,51671591063001,06020990178061010800,0232451,039876901550520401500,0456540,998745801300540402300,0343450,963435401350560

Графики переходных процессов скорости n=f(t), момента M=f(t) и тока статора I1=f(t) построенные по точкам:

Рис.15.График переходного процесса скорости электропривода при грузоподъёмности 30т.



Рис.17.График переходного процесса тока электропривода при грузоподъёмности 30т.

4. Проверка двигателя на нагрев

Циклограмма работы крана.

1.Подъем груза на максимальную высоту с грузом (t1= 40с).

2.Подъем стрелы до минимального вылета (t1-t2= 30c).

.Поворот башни 1800 с грузом (t2-t3= 27c).

.Опускание груза на берег (t3-t4= 40c).

.Расстраповка (t4-t5 = 40c).

.Подъем пустого гака (t5-t6 = 40c).

.Поворот башни 1800 (t6-t7= 27c) .

.Опускание стрелы - максимальный вылет (t7-t8= 30c).

.Опускание пустого гака (t8-t9= 30c).

.Страповка груза (t9-t10= 40c).

Рисунок 16. Нагрузочная диаграмма

Проверка двигателя на нагрев

Средние потери двигателя за цикл нагрузочной диаграммы:


Где ДPi потери на i-ом участке нагрузочной диаграммы

Вт

Вт

Pi - мощность развиваема двигателем на i-ом участке

Вт

Вт

зi - КПД на i-ом участке нагрузочной диаграммы




Где bi расчетная величина на i-ом участке:




Где Xi степень загрузки двигателя на i-ом участке:




Где Q коэффициент соотношения постоянных и переменных потерь в номинальном режиме Q = 1

Определяем номинальные потери двигателя:


Двигатель не будет перегреваться по данной выше нагрузочной диаграмме, если: ДPн ≥ ДРср

Из расчетов получили: ДPн = 6666,66 Вт; ДРср = 998,14 Вт;

Следовательно неравенство выполняется

Двигатель не будет перегреваться по данной нагрузочной диаграмме.

Проверка двигателя на перегрузочную способность

л=Мmax/Мн = 1150/1005 = 1,144

где Mmax - наибольший момент, определенный из нагрузочной диаграммы электропривода.

Мном - номинальный момент двигателя.

kmax = Mmax/Mн = 2670/1005 = 2,6567

где kmax - перегрузочная способность двигателя.

Двигатель не будет перегружен, если 0.7*kmax ≥ л

.8597 ≥ 1.144

Соотношение верно.

Следовательно, наибольшие кратковременно действующие значения моментов меньше максимально допустимого для данного двигателя момента.

Выводы

При модернизации были улучшены пусковые характеристики, пуск стал более плавным и без рывков с постоянством пускового момента и небольшими токами, возможность повысить грузоподъёмность крана до 30 тонн в номинальном режиме двигателя. Реле времени шунтирующие пусковые сопротивления, при грузоподъемности в 30 т. нужно настроить на время срабатывания 1,06с; 2,3351с; 2,8416с; 2,92с; общее время переходного процесса длится 3,10 с.

Список литературы

. Качин С.И., Чернышев О.С. "Автоматизированный электропривод: учебно-методическое пособие" - Национальный исследовательский Томский политехнический университет, 2014 - 162 с.

. Рабинович А.А. "Крановое электрооборудование", Москва "Энергия" 2009. - 239 с.

Похожие работы на - Модернизация электропривода привода поворота крана

 

Не нашли материал для своей работы?
Поможем написать уникальную работу
Без плагиата!