Курсовая работа
Расчет электропривода механизма передвижения мостового крана

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовой работе по электроприводу

Задание на курсовую работу по курсу «Электропривод»
Студенту
Тема проекта: расчет электропривода механизма передвижения мостового крана
Исходные данные: Диаметр колеса Дкол= 0,35м, диаметр цапфы Дц = 0,15м скорость движения V = 2,7м/с, масса тележки m0 = 2700кг, масса груза
mГ =27000кг, интервалы времени Δt1= 130с, Δt2 = 70с, Δt3 = 130с, Δt4= 300с.

Рис. 1. Кинематическая схема электропривода

Рис. 2. Нагрузочная диаграмма
Рекомендуемая литература: 1. В.В.Москаленко. Электрический привод.- М.: 2000.
2. Справочник по автоматизированному электроприводу/ под. ред. В.А.Елисеева, А.В.Шинянского.- М.: Энергоатомиздат, 1983.
Графическая часть на __________________________ листах
Дата выдачи задания «___» _____________________ 200__ г.

Календарный план выполнения курсовой работы
Месяцы и недели
январь февраль март апрель
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
1. Определение мощности нагрузки на валу двигателя
2. Выбор двигателя
3. Расчет сопротивления пускового реостата
4. Построение пусковой диаграммы
5. Расчет и построение переходных процессов
6. Оформление пояснительной записки

План выполнен. Руководитель проекта__________________ «____» ___________ 20 г.

Введение

Крановое электрооборудование является одним из основных средств комплексной механизации всех отраслей народного хозяйства. Подавляющее большинство грузоподъемных машин изготовляемых отечественной промышленностью, имеет привод основных рабочих механизмов, и поэтому действия этих машин в значительной степени зависит от качественных показателей используемого кранового оборудования. Перемещение грузов, связанное с грузоподъемными операциями, во всех отраслях народного хозяйства, на транспорте и в строительстве осуществляется разнообразными грузоподъемными машинами.
Грузоподъемные машины с электрическими приводами имеют чрезвычайно широкий диапазон использования, что характеризуется интервалом мощностей приводов от сотен ватт до 1000кВт. В перспективе мощности крановых механизмов может дойти до 1500 –2500 кВт.
Мостовые краны в зависимости от назначения и характера выполняемой работы снабжают различными грузозахватными приспособлениями: крюками, грейферами, специальными захватами и т.п. Мостовой кран весьма удобен для использования, так как благодаря перемещению по крановым путям, располагаемым в верхней части цеха, он не занимает полезной площади.
Электропривод большинства грузоподъёмных машин характеризуется повторно – кратковременном режимом работы при большей частоте включения, широком диапазоне регулирования скорости и постоянно возникающих значительных перегрузках при разгоне и торможении механизмов. Особые условия использования электропривода в грузоподъёмных машинах явились основой для создания специальных серий электрических двигателей и аппаратов кранового исполнения. В настоящее время крановое электрооборудование имеет в своём составе серии крановых электродвигателей переменного и постоянного тока, серии силовых и магнитных контроллеров, командоконтроллеров, кнопочных постов, конечных выключателей, тормозных электромагнитов и электрогидравлических толкателей, пускотормозных резисторов и ряд других аппаратов, комплектующих разные крановые электроприводы.
В крановом электроприводе начали довольно широко применять различные системы тиристорного регулирования и дистанционного управления по радиоканалу или одному проводу.
В настоящее время грузоподъемные машины выпускаются большим числом заводов. Эти машины используются во многих отраслях народного хозяйства в металлургии, строительстве, при добыче полезных ископаемых, машиностроении, транспорте, и в других отраслях.
Развитие машиностроения, занимающегося производством грузоподъемных машин, является важным направлением развития народного хозяйства страны.

Содержание
1. Определение мощности нагрузки на валу двигателя Р2 . . . . . . . . . . . . . . . 8
2. Выбор электродвигателя и расчет передаточного отношения . . . . . . . . . . 10
3. Расчет сопротивлений ступеней пускового реостата . . . . . . . . . . . . . . . . . .12
4. Построение пусковой диаграммы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13
5. Построение зависимости при разгоне двигателя с грузом . . . . 13
6. Построение зависимости М=f(t) при разгоне двигателя с грузом. . . . . . . . 20
7. Расчет переходных процессов при динамическом торможении. . . . . . . . .21
8. Схема автоматического управления пуском и динамическим
торможением. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
9. Список литературы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

1. Определение мощности нагрузки на валу двигателя Р2

1.1. Определяем кпд редуктора

1.2. Угловая скорость вращения колеса
рад/с
1.3. Момент сопротивление трения качения при движении с грузом:
Нм
Момент сопротивление трения качения при движении без груза:
Нм
1.4. Момент сопротивления трения скольжения при движении с грузом:
Нм
Момент сопротивления трения скольжения при движении без груза:
Нм
1.5. Суммарный момент трения при движении с грузом:
Нм
Суммарный момент трения при движении без груза:
Нм
1.6. Мощность нагрузки при движении с грузом:
Вт
Мощность нагрузки при движении без груза:
Вт

1.7. Механическая мощность на валу двигателя при движении с грузом:
Вт
Механическая мощность на валу двигателя при движении без груза:
Вт
1.8. Время работы двигателя в цикле:
с
1.9. Время цикла
с
Продолжительность включения
%
1.10 Эквивалентная мощность:
Вт
1.11. Номинальная мощность двигателя:
Вт
где ПВном = 40% – номинальная продолжительность включения для двигателей серии Д

2. Выбор электродвигателя и расчет передаточного отношения

2.1. По номинальной мощности Рном из табл. п. 1 [4] выбираем двигатель, номинальная мощность которого ненамного превышает расчетную Рном: двигатель Д22.
Основные данные двигателя:
– номинальное напряжение Uн = 220 В;
– номинальная мощность Рном = 6 кВт;
– номинальный ток якоря Iн = 33 А;
– номинальная скорость nном = 1070 об/мин;
– момент инерции якоря JЯ = 0,125 кгм2
2.2. Передаточное отношение редуктора:
,
где рад/с
2.3. Номинальный момент двигателя:
Нм
Статический момент на валу двигателя при движении с грузом:
Нм
Статический момент на валу двигателя при движении без груза:
Нм
В соответствии с полученными значениями и , а также с заданными значениями Δt1= 130с, Δt2 = 70с, Δt3 = 130с, Δt4= 300с строим график нагрузки ( рис. 1).

2.4. К.п.д. двигателя:

Сопротивление якоря:
Ом
Величина КФн:
Вс/рад
2.5. Приведенный момент инерции при движении с грузом:
кгм2
Приведенный момент инерции при движении без груза:
кгм2

3. Расчет сопротивлений ступеней пускового реостата

3.1. Отношение λ:
,
где – относительное значение допустимого момента двигателя.
3.2. Величины сопротивлений цепи якоря на различных ступенях пуска:
Ом
Ом
Ом
3.3. Величины сопротивлений пускового реостата:
Ом
Ом
Ом

4. Построение пусковой диаграммы

4.1. Максимальный момент:
Нм
4.2. Момент переключения ступеней пускового реостата
Нм
4.3. Частота идеального холостого хода
рад/с
Пусковая диаграмма представлена на рис. 2.

5. Построение зависимости при разгоне двигателя с грузом

5.1. Из пусковой диаграммы определяем значения угловых скоростей при переключениях ступеней пускового реостата:
ω1 = 45 рад/c; ω2 = 74 рад/c; ω3 = 92 рад/c.
Приращение скорости:
– на первой ступени пуска: Δω1 = ω1 – 0 = 45 рад/c;
– на второй ступени пуска: Δω2 = ω2 – ω1 = 74 – 45 = 29 рад/c;
– на третьей ступени пуска: Δω3 = ω3 – ω2 = 92 – 74 = 18 рад/c

Определяем время разгона на первой ступени пуска по формуле:
с
– для второй ступени пуска:
с
– для третьей ступени пуска:
с.
Время разгона на четвертой ступени пуска теоретически равно бесконечности, т.к. кривая асимптотически приближается к установившемуся значению ω4 при . Поэтому за полное время пуска tп принимают время, в течение которого скорость ω достигает значения 0,95ω4. Время tп определяется графически по кривой .
5.2. Определим начальную скорость на каждой ступени пуска:
– на первой ступени: ωнач1 = 0;
– на второй ступени: ωнач2 = ω1 = 45 рад/с;
– на третьей ступени: ωнач3 = ω2 = 74 рад/с;
– на четвертой ступени: ωнач4 = ω3 = 92 рад/с.
Определим конечную скорость для каждой ступени пуска (скорость, которая была бы достигнута при , если бы не было переключения на следующую ступень):
– для первой ступени:
рад/с,
где Мп1 – пусковой момент на первой ступени:
Нм
– для второй ступени:
рад/с,
где Мп2 – пусковой момент на второй ступени:
Нм

– для третьей ступени:
рад/с,
где Мп3 – пусковой момент на второй ступени:
Нм
– для четвертой ступени:
рад/с,
где Мп4 – пусковой момент на второй ступени:
Нм
Определим постоянные времени для каждой ступени пуска:
– для первой ступени:
с
– для второй ступени:
с
– для третьей ступени:
с
– для четвертой ступени:
с
Определим закон изменения для первой ступени пуска:

Результаты расчета для первой ступени пуска приведены в табл. 1.
Время t задается в пределах от 0 до t1.
Таблица 1. Результаты расчета для первой ступени пуска.
t, с 0 5 10 15 20,9
ω, рад/с 0 18,4 30,5 38,6 45

Определим закон изменения для второй ступени пуска:
,
где – время, отсчитываемое от начала второй ступени пуска. изменяется в пределах от 0 до t2. Время от начала пуска .
Результаты расчета для второй ступени пуска приведены в табл. 2.
Таблица 2. Результаты расчета для второй ступени пуска.
, с 0 5 10 13,5
t, с 20,9 25,9 30,9 34,4
ω, рад/с 45 61,2 69,7 74

Определим закон изменения для третьей ступени пуска:
,
где – время, отсчитываемое от начала третьей ступени пуска. изменяется в пределах от 0 до t3. Время от начала пуска .
Результаты расчета для третьей ступени пуска приведены в табл. 3.
Таблица 3. Результаты расчета для третьей ступени пуска.
, с 0 3 6 8,4
t, с 34,4 37,4 40,4 42,8
ω, рад/с 74 83,5 88,7 92
Определим закон изменения для четвертой ступени пуска:
,
где – время, отсчитываемое от начала четвертой ступени пуска. Время от начала пуска .
Результаты расчета для четвертой ступени приведены в табл. 4.
Таблица 4. Результаты расчета для четвертой ступени пуска.
, с 0 1 3 5
t, с 42,8 43,8 45,8 47,8
ω, рад/с 92 95,5 100 102,3
По данным таблиц 1…4 строим кривую (рис. 3).
По кривой определяем полное время пуска как время, в течение которого угловая скорость ω достигает величины 95% от установившегося значения ωк4: рад/с.

6. Построение зависимости М=f(t) при разгоне двигателя с грузом
– для первой ступени пуска:

Результаты расчета для первой ступени пуска приведены в табл. 5.
Таблица 5. Результаты расчета для первой ступени пуска
t, с 0 5 10 15 20,9
М, Нм 177 151 133 122 113
– для второй ступени пуска:

Результаты расчета для второй ступени пуска приведены в табл. 6.
Таблица 6. Результаты расчета для второй ступени пуска
, с 0 5 10 13,5
t, с 20,9 25,9 30,9 34,4
М, Нм 177 140 120 113
– для третьей ступени пуска:

Результаты расчета для третьей ступени пуска приведены в табл. 7.
Таблица 7. Результаты расчета для третьей ступени пуска
, с 0 3 6 8,4
t, с 34,4 37,4 40,4 42,8
М, Нм 177 141 122 113
– для четвертой ступени пуска:

Результаты расчета для четвертой ступени приведены в табл. 8.
Таблица 8. Результаты расчета для четвертой ступени пуска
, с 0 1 3 5
t, с 42,8 43,8 45,8 47,8
М, Нм 177 156 129 115
По данным таблиц 5…8 строим кривую (рис. 3).

7. Расчет переходных процессов при динамическом торможении

7.1. Сопротивление при динамическом торможении (из условия, что бросок тока якоря при подключении сопротивления не превышает 2Iаном):
Ом
7.2. Постоянная времени при динамическом торможении с грузом:
с.
Зависимость при динамическом торможении с грузом:

Результаты расчета при динамическом торможении с грузом приведены в табл. 9.
Постоянная времени при динамическом торможении без груза:
с
Таблица 9. Результаты расчета при динамическом торможении с грузом
t, с 0 5 10 20 30 40 50
ω, рад/с 112 85,1 64,6 37,3 21,5 12,4 7,18

Зависимость при динамическом торможении без груза:

Результаты расчета при динамическом торможении без груза приведены в табл. 10.

Таблица 10. Результаты расчета при динамическом торможении без груза
t, с 0 1 2 3 5
ω, рад/с 112 64,2 36,9 21,2 6,96
Время торможения tт по графикам определяется как время снижения угловой скорости до величины 0,1ωном (рис.4).
По рис.4 определяем:
– время торможения с грузом:
с;
– время торможения без груза:
с.

7.3. Зависимость М=f(t) при торможении с грузом:

Результаты расчета при динамическом торможении с грузом приведены в табл. 11.
Таблица 11. Результаты расчета при динамическом торможении с грузом
t, с 0 5 10 20 30 40 50
М, Нм 107,2 81,5 61,8 35,7 20,6 11,9 6,9
Зависимость М=f(t) при торможении без груза:

Результаты расчета при динамическом торможении без груза приведены в табл. 12.
Таблица 12. Результаты расчета при динамическом торможении без груза
t, с 0 1 2 3 5
М, Нм 107,2 78 59,2 34,2 19,7
Кривые приведены на рис.5.

8. Схема автоматического управления пуском и динамическим торможением

Рис.6. Схема автоматического управления пуском и динамическим торможением

На рис. 6 приведена схема управления двигателем независимого возбуждения, предусматривающая возможность пуска, регулирования угловой скорости и динамического торможения двигателя. Управление производится с помощью команды контролера КК, имеющего исходное (нулевое) и три рабочих положения. Ускорение двигателя осуществляется в функции времени, а торможение в функции ЭДС.
В силовую цепь двигателя включены: выключатели В 1, максреле РМ 1 и РМ 2, пусковые тормозные резисторы, контакты линейного контактора КЛ, контакторы ускорения КУ 1, КУ 2, КУ 3 и контакторы торможения КДТ, а также катушки реле управления РУ 2, РУ 3,РП и РДТ.
Обмотка возбуждения подключается к сети через выключатель В 2, который является одновременно и выключателем цепи управления.
В цепь обмотки возбуждения включен резистор R$ которым регулируется угловая скорость двигателя. Кроме того, для контроля наличия тока возбуждения в цепи обмотки возбуждения включена катушка реле РОП. Разрядный резистор Rp подключен к обмотке возбуждения через диод V.
В защитную цепь включены контакт катушка реле напряжения РН, а также контакты максреле РМ 1, РМ 2 и реле ослабления поля РОП. В исходном положении командоконтролера реле РН включается и замыкает свой контакт. При переключении командоконтролера в рабочее положение питающие цепи управления контролируются контактом РН. Этот контакт включается при снижении напряжения до значения примерно 0,8Ином, или при обрыве цепи обмотки возбуждения, или при повышении тока в силовой цепи двигателя свыше 200%.
Перед пуском двигателя включается автоматические выключатели В 1 и В 2, тогда обмотка возбуждения двигателя ОВМ окажется присоединенной к сети через полное сопротивление резистора К^.Ток возбуждения при этом может оказаться недостаточным для срабатывания реле РОП, и поэтому его контакт в цепи катушки РН шунтируется замыкающим контактором реле РУ 1, которое в исходном положении командоконтролера КК окажется под напряжением. При переводе рукоятки командоконтролера в крайнее положение включается контактор КЛ. кроме того, через размыкающий контакт КДТ присоединен к сети «экономический» контакт КЭ и контактор усиления магнитного потока КУП на обмотку возбуждения ОВМ будет подано напряжение полное, а на обмотку якоря двигателя вводится полностью пусковой резистор – начинается пуск двигателя с полным потоком. При этом включается реле ускорения РУ 2, РУ 3 и реле РОП. Через некоторое время закроется размыкающий контакт реле РУ 1 и срабатывает контактор КУ 1, зашунтировав первую ступень резистора и катушку реле РУ 2.замыкание катушки реле РУ 2 накоротко приводит к отключению с выдержкой времени контактора РУ 2, включается контактор КУ 2, который шунтирует вторую ступень резистора.
Точно также произойдет шунтирование третьей ступени пуск резистора контактором КУЗ. В процессе пуска до основной угловой скорости, пока контактор КУЗ разомкнут, размыкающий контакт РКУ замкнут и контактор КУП включен. При шунтировании последней пусковой ступени включается КУЗ, и контакт РКУ размыкается. Если при этом пусковой ток еще значителен, то КУП окажется включенным через контакты КУЗ и РП. По мере пуска двигателя ток якоря спадает, и реле РП отпускает свои замыкающие контакты, КУП теряет питание, а в цепь обмотки возбуждения часть резистора R, определяет положение двигателя, которым задается требуемое значение угловой скорости двигателя выше номинальной. Дается импульс на ослабление поля двигателя, который ускоряется до угловой скорости.
Хотя индуктивность обмотки возбуждения замедляет падение потока и таким образом смягчает импульсы тока в обмотке якоря, но она не уничтожает их полностью. Ограничение толчков тока при ослаблении поля осуществляется при помощи реле РП, которое включается замыкающим контактом или отключается контактор КУП, управляя, таким образом, процессом ослабления поля в зависимости от тока в обмотке якоря.
Благодаря вибрационному режиму работы реле РП и контактора КУП ток в обмотке якоря в течение переходного процесса ослабленного поля не выходит за пределы допустимого значения.
Торможение двигателя осуществляется автоматически перестановкой рукоятки командоконтролера в нулевое положение. В этом случае выключается контактор КЛ, обмотка якоря отключается от сети. Контактор динамического торможения КДТ включается через контакты реле торможения РДТ. Вследствие этого обмотка якоря двигателя оказывается включенной на тормозной резистор, а двигатель в режиме динамического торможения. Следует отметить, что пока динамическое торможение (пока включен контактор КДТ) происходит при полном магнитном потоке двигателя.

Список литературы
1. М.Г. Чиликин, А.С. Сандлер «Общий курс электропровода». – М.:
Энергоиздат, 1981.
2. В.В. Москаленко «Автоматизированный электропривод». – М.:
Энергоатомиздат, 1986.
3. В.А. Елисеев, А.В. Шинянский «Справочник по автоматизированному
электроприводу». -М.: Энергоатомиздат, 1983.
4. Пособие к курсовой работе «Расчет электропривода механизма передвижения мостового крана» ЧитГУ, Чита, 2004.