Электропривод сдвоенного конвейера
ВВЕДЕНИЕ
Сдвоенный конвейер представляет собой
транспортирующее устройство непрерывного действия, рабочим органом которого
служат две подвижные бесконечные ленты, огибающие две пары концевых барабанов -
2 приводных и 2 натяжных. Такие конвейеры предназначены для непрерывного
перемещения в горизонтальном или наклонном (под углом 1.0-25°) направлениях
сыпучих (песка, земли, цемента), кусковых (щебня, гравия и др.) и штучных
(кирпича, блоков, плитки и др.) материалов, а также растворов бетонной смеси.
Сдвоенные конвейеры используются как
самостоятельные транспортирующие устройства, а также входят в состав различных
строительных машин и агрегатов (многоковшовых цепных и роторных экскаваторов,
погрузочно-разгрузочных машин, инвентарных растворных узлов, установок для
бестраншейной прокладки коммуникации и др.). Расчетную длину конвейеров
измеряют по центрам концевых барабанов.
Различают передвижные, переносные и стационарные
сдвоенные конвейеры.
Передвижные сдвоенные конвейеры, снабженные
колесным ходом, имеют длину 5-15 м и применяются на рассредоточенных объектах с
малыми объемами работ при необходимости частых перемещений машины (обычно
вручную) по строительной площадке и перебазировок (тягачом) с объекта на
объект.
Передвижные конвейеры выполнены по единой конструктивной
схеме, унифицированы и состоят из следующих основных узлов: двух несущих рам,
установленных на двух ходовых колёсах, двух прорезиненных транспортирующих
лент, пары приводных и пары натяжных барабанов, пары верхних и пары нижних
роликоопор, поддерживающих сответственно рабочую (груженую) и холостую ветви
обеих лент, двух натяжных устройств винтового типа, двух загрузочных воронок и
привода.
Материал поступает на пару лент через
загрузочное устройство, а выгружается при огибании ими приводного барабана.
Скорость движения лент зависит от вида
транспортируемых грузов и составляет 1,2-1,6 м/с.
Прорезиненная лента шириной 0,4-0,5 м образует
замкнутый контур и является одновременно тяговым и грузонесущим органом
конвейера. Основой ленты служит хлопчатобумажная или капроновая ткань,
образующая слои (прокладки) ленты, которые связаны между собой и покрыты
снаружи вулканизированной резиной. Число прокладок при ширине ленты 0~4 м равно
3-5, а при ширине 0,5 м составляет 3-6.
Толщина одной прокладки из бельтинга 1,25-1,9
мм, из капрона 0,9-1,4 мм. Концы ленты при ее монтаже соединяют стальными
шарнирами, сыромятными ремешками или клеем с последующей вулканизацией.
Лента приводится в движение силой трения,
возникающей между ней и поверхностью приводного барабана. Необходимое давление
ленты на барабан обеспечивается ее натяжением при перемещении неприводного
(натяжного) барабана винтовым устройством.
Приводной барабан получает вращение от
электродвигателя через редуктор. В совокупности приводной барабан, электродвигатель
и редуктор образуют приводную станцию, а неприводной барабан с натяжным
устройством - натяжную станцию. Рабочая (груженая) ветвь ленты конвейера
поддерживается с помощью двух- или трехроликовых опор, крайние ролики которых
установлены под углом 20-30° и придают ленте желобчатую форму. Такая форма
обеспечивает возможность транспортирования сыпучих грузов и способствует
повышению производительности конвейера. Холостую ветвь ленты поддерживают
прямые однороликовые опоры.
Рама конвейера опирается на двухколесное шасси,
состоящее из неподвижной и подвижной опор, шарнирно соединенных с колесным
ходом. Регулирование высоты разгрузки материала (т. е. изменение угла наклона
конвейера) происходит при изменении расстояния между верхними точками подвижной
и неподвижной опор с помощью ручной червячной лебедки, прикрепленной к раме, и
канатного полиспаста, связанного с кареткой и подвижной опоры, скользящей по
направляющим нижнего пояса рамы.
Максимальная высота разгрузки передвижных
конвейеров при угле наклона 20° составляет 2,1 м для конвейеров длиной 5 м и
5,5 м для конвейеров длиной 15 м.
Стационарные ленточные конвейеры имеют длину
40-80 м, скорость движения ленты до 1,6 м/с и применяются на объектах с
большими объемами работ. Такие конвейеры состоят из тех же узлов, что и
передвижные машины (за исключением отсутствующих механизмов передвижения и
изменения высоты разгрузки), выполнены по единой конструктивной схеме,
полностью унифицированы и отличаются друг от друга длиной и мощностью привода.
Рамы стационарных конвейеров собирают из типовых
взаимозаменяемых секций - звеньев длиной 2,5 м. Рабочая ветвь ленты шириной 500
мм опирается на желобчатые трехроликовые опоры, холостая - на плоские
роликоопоры. Загрузка материала на ленту производится через загрузочную воронку,
разгрузка - с барабана приводной станции или на любом участке ленты при помощи
разгрузочных устройств. Высота разгрузки горизонтальных конвейеров составляет
0,72 м, наклонных (максимальный угол наклона 10°) 7 м при длине 40 м и 15 м при
длине 80 м.
Рисунок 1. - Кинематическая схема
сдвоенного конвейера: 1 - двигатель; 2 - тормоз; 3 - редуктор; 4 - лента; 5 -
муфта; 6 - барабан.
2.
Задание на проектирование
Электропривод сдвоенного конвейера.
Вариант 4
- Производительность - 80·103,кг/ч
- Скорость конвейеров - 0,8 м/с
Масса одного метра ленты - 7,5 кг/м
Длина одного конвейера - 60 м
Диаметр ведущего барабана - 0,75 м
Допустимое ускорение - 0,6 м/с2
Вид торможения: динамическое с
последующей накладкой тормозов
3. Расчёт
мощности и выбор типа двигателя
Электродвигатель является обязательным звеном
любого электропривода, от правильного выбора которого зависят
технико-экономические и качественные показатели проектируемого привода и
механизма в целом. Определяющим условием правильного выбора мощности двигателя
электропривода является обеспечение выполнения необходимой работы механизмом во
всём диапазоне нагрузок, в связи с чем электродвигатели проверяются по
перегреву, а в некоторых случаях и по допустимой механической нагрузке.
Конвейеры относятся к механизмам непрерывного
транспорта, работающим в основном в продолжительных режимах и с постоянной
скоростью.
Для определения мощности сдвоенного конвейера,
схема которого представлена на рис. 2, можно воспользоваться формулой:
, (1)
где kз
- расчётный коэффициент запаса, kз
=
1,2;
V - скорость
движения конвейера;
hP
- КПД редуктора привода hP
=
0,85;
Тсб - натяжение в сбегающем участке
ленты конвейера;
Тнб - натяжение в набегающем участке
ленты конвейера.
Рисунок 2.
Масса 1м транспортируемого груза определяется по
формуле:
где - производительность конвейера,
кг/ч;
V - скорость
конвейера, м/с.
Определим весовую нагрузку конвейера
от ленты и полезного груза.
Эти нагрузки соответственно
определяются:
,
где g - ускорение
силы тяжести, м/с2;
m0 и mГ -
соответственно масса 1м ленты и размещенного на ней груза.
Найдем усилия сопротивления на
прямолинейных участках “1-2” и “3-4”.
Эти усилия могут быть определены по
формулам:
где l12 и l34 - длины
прямолинейных сбегающего и набегающего участков конвейера;
CП -
коэффициент сопротивления движению на прямолинейном участке;
b - угол наклона;
CП = 0.05;
l12 = l34 = l;
Тогда расчётное усилие на
прямолинейных участках конвейера:
П=F12 kИ + F34=12686.92;
где kИ -
коэффициент, учитывающий натяжение на участках изгиба ленты.
И = 1+CП = 1.05;
Натяжение в сбегающем участке можно
определить по формуле:
, (2)
где kдин
-
коэффициент запаса, учитывающий динамические нагрузки, kдин
=
1.25;
m - коэффициент трения между тяговыми и
приводными элементами;
a - угол обхвата приводного барабана лентой;
m
= 1; a = ;
Натяжение в набегающем участке
приводного барабана конвейера можно определять по формуле:
(3)
где - расчётная суммарная масса движущей
части конвейера,
Тогда:
Определим мощность конвейера по
формуле (1):
Для
более точного выбора типа электродвигателя сдвоенного конвейера следует
увеличить рассчитанную мощность в 2 раза.
Получим:
По полученной расчетным значениям
статической нагрузки (мощности или моменту) по каталогу производиться выбор
соответствующего электродвигателя.
Для полученного значения мощности , подходит
двигатель типа МТН512-6, характеристики этого двигателя следующие:
1. частота вращения - 980
[об/мин]
2. мощность двигателя - 33
[кВт]
. число пар полюсов - 3
. ток статора - 85
[А]
5. -
0,67
. ток ротора - 63
[А]
. напряжение ротора - 340
[В]
8. максимальны момент - 1630[Нм]
4. Расчёт
пусковых и регулировочных сопротивлений электроприводов
В настоящее время большинство крановых приводов,
в том числе и строительных кранов, имеет реостатное регулирование скорости.
Пусковые реостаты применяются также для обеспечения плавного пуска конвейеров.
В большинстве случаев для приводов этих механизмов применяются асинхронные
двигатели с фазным ротором.
Расчёт пусковых и регулировочных сопротивлений
для этих двигателей обычно выполняется графоаналитическим способом в следующем
порядке.
Если принять, что механические характеристики
асинхронного двигателя в рабочей их части линейны (от 0 до 0,75 Мкр
характеристики близок к линейным), то справедливыми окажутся следующие
соотношения:
где параметры с индексом “н” -
номинальные, а с “i”- текущие. На основании этих
соотношений и производится графоаналитический расчёт сопротивлений.
Для этого задаются условием пуска:
1 = (1,5-2)МН,
где M1 -
максимальный пусковой момент.
Поэтому: [Нм]
Используя M1 = (1,5-2)МН
, получим:
1 = 2МН=2321.558=643.116
[Нм]
Строится рабочая часть механической
характеристики на основе формул:
wН = w0 (1 - S),
,
где f=50Гц -
частота сети, p=3 - число
пар полюсов
[об/с] (13)
,
при , где.
Определяется номинальное скольжение
Рис.4.1. Механическая характеристика выбранного
типа двигателя
Определяем критическое скольжение
Определяем номинальное сопротивление ротора
.
Определяется активное сопротивление ротора
rp = SН RP.H.. [Ом]
Задавшись необходимым числом
пусковых (регулировочных) ступеней: n=4.
Зная значение rp и
соответствующий ему отрезок на графике определяется масштаб сопротивлений , а затем по
этому масштабу и величинам отрезков находят значения пусковых сопротивлений по
ступеням: Ri=Ai·mr, где Ai - длина
соответствующего отрезка на графике.
R1=104.67·0.01418=1.485-
сопротивление первой ступени пускового реостата
Используя
соотношение , определяем значение пускового коэффициента :
Затем, в соответствии с соотношением
Находятся точки (1,2…n) по линии M1, через
которые проходят искусственные механические характеристики по ступеням
регулирования.
[Ом]
[Ом]
[Ом]
Рис 4.2. Пусковая диаграмма
5. Расчёт
переходных процессов электроприводов
Наибольший интерес в электроприводах крановых
механизмов и конвейеров представляют переходные процессы при их пусках. Для
снижения механических и токовых нагрузок на эти механизмы пуск обычно
осуществляется в несколько ступеней с помощью кулачковых или магнитных
контроллеров.
Расчёт переходных процессов можно выполнить
аналитически[5] , используя для расчёта скоростей, токов, а также моментов на
каждом из пусковых ступеней следующие формулы:
для расчёта скоростей
wJ=wсJ+(wначJ-wсJ)· ,(19)
где wJ,
wсJ
и wначJ
- соответственно текущая, установившаяся и начальная скорости на j
-ой ступени; значения wсJ
и wначJ
определяются по пусковой диаграмме.
для расчёта моментов
MJ=MC+(M1-MC) ·,(21)
где MC
- момент статической нагрузки, значение которого берется в расчётах аналогично IC,
т.е. МС = (0,7 - 0,9) МН.
МС = 0.8∙321.6=257.3
[Нм]
,
где - электромеханическая постоянная
времени.
Для асинхронных двигателей значение
электромеханической постоянной времени можно определить
,(25)
где JПР
- приведённый к валу двигателя момент инерции привода;
w0 - синхронная
скорость вращения вала двигателя;
MKj
- момент короткого замыкания двигателя (условный), значение этого момента на
каждой из ступеней можно определить по пусковой диаграмме;
Sjн
- номинальное скольжение на j
- ой ступени.
, (26)
wJн
- номинальная скорость на j-ой
ступени, определяется по пусковой диаграмме при номинальном моменте - Мн.
С учетом всего вышеперечисленного, произведем
расчет:
-ая ступень:
[1/сек]
wJ=wсJ+(wначJ-wсJ)·
[1/сек]
[1/сек]
[1/сек]
[Н·м]
Рис.5.1. Зависимости от времени скорости и
момента на первой ступени
-ая ступень:
[1/сек]
wJ=wсJ+(wначJ-wсJ)·
[1/сек]
[1/сек]
[1/сек]
[Н·м]
Рис.5.2. Зависимости от времени скорости и
момента на второй ступени
-ая ступень:
[1/сек]
wJ=wсJ+(wначJ-wсJ)·
[1/сек]
[1/сек]
[1/сек]
[Н·м]
Рис.5.3. Зависимости от времени скорости и
момента на третьей ступени
-ая ступень:
[1/сек]
wJ=wсJ+(wначJ-wсJ)·
[1/сек]
[1/сек]
[1/сек]
[Н·м]
Рис.5.4. Зависимости от времени скорости и момента
на четвертой ступени
-ая ступень:
[1/сек]
wJ=wсJ+(wначJ-wсJ)·
[1/сек]
[1/сек]
[1/сек]
[Н·м]
По полученным результатам построим график
изменения момента и скорости при реостатном пуске.
Рис 5.6. Изменение тока и скорости при
реостатном пуске
6.
Построение нагрузочных диаграмм.
Проверка выбранного двигателя по нагреву
Для большинства механизмов, окончательный выбор
приводных электродвигателей производится по тепловому нагреву на основе
нагрузочных диаграмм - графиков изменения нагрузки во времени. Построение этих
диаграмм ведется с учетом статической и динамической нагрузок, т.е. для всего
периода (или цикла) работы электропривода определяются моменты (токи, мощности)
в динамических режимах работы (при пуске, торможении и т.д.) и при
установившемся движении.
Время работы при установившемся движении с
заданной статической нагрузкой Mс
для Время работы при установившемся движении с заданной статической нагрузкой Mс
для различных крановых механизмов можно рассчитывать, используя следующие
формулы:
для механизма подъема при передвижении:
,
где - высота подъема груза;
- средняя скорость движения при
спуске, определяется из пусковой диаграммы, ;
- время пуска;
- установившаяся скорость подъема, ;
Построение участка нагрузочной
диаграммы, соответствующего динамическому торможению можно выполнять, произведя
расчет переходного процесса торможения с использованием следующих формул [5]:
,(30)
,(31)
.(32)
Расчет по этим формулам аналогичен расчету,
пусковых переходных процессов по формулам (19) и (20) в разделе 3.3.
Значения входящих в формулы параметров
поясняются рис.6.1, на котором изображены механические характеристики:
естественная - “1” и динамического торможения - “2”.
Рис. 6.1
Время динамического торможения можно определить
по формулам:
,(33)
,(34)
где - электромеханическая постоянная
времени при динамическом торможении, определяется по формулам (24) и (25).
[c]
[c]
Рис 6.2. График изменения момента,
скорости при реостатном пуске, установившемся движении и торможении
Проверка предварительно выбранного
двигателя по нагреву выполняется по эквивалентному моменту Мэкв
Значение эквивалентного момента
определяется на основании нагрузочной диаграммы по формуле
,(35)
где - соответственно значения моментов
и продолжительностей времени на различных участках нагрузочной диаграммы.
Привод работает в
повторно-кратковременном режиме, необходимо привести расчетный эквивалентный
момент к моменту ближайшей стандартной продолжительности включения:
,
следовательно двигатель
удовлетворяет условиям нагрева, т.к.
7. Выбор
электрооборудования. Разработка электрической принципиальной схемы. Описание
работы схемы электрической принципиальной
электропривод двигатель конвейер
сопротивление
В начальный момент времени питание на схему не
подается. Включается автоматический выключатель QF.
Получает питание схема управления. При этом катушки КЛ1 и КЛ2 обесточены. Их
контакты в силовой цепи разомкнуты, а в цепях РУ1 и К1 и К2 - замкнуты.
Контакторы 1У, 2У, 3У, 4У без напряжения и их силовые контакты разомкнуты, а контакты
в цепи управления замкнуты. Реле ускорения РУ1 - РУ4 по напряжением и их
контакты в цепи управления разомкнуты. Т. к. двигатель стоит и его скорость
равна 0 контакты РКС+ и РКС- разомкнуты.
Для пуска двигателя нажмем на кнопку «Пуск» КиП1
(КиП2). При этом получает питание контактор КЛ1 (КЛ2) и становится на
самопитание, что позволяет не держать постоянно кнопку «Пуск». Контакты КЛ1
(КЛ2) в силовой цепи замыкаются и двигатель получает питание. Контакт КЛ1 (КЛ2)
в цепи РУ1 размыкается и катушка РУ1 обесточивается. При этом с выдержкой
времени замыкается контакт РУ1 и подается напряжение на контактор 1У. Его
силовой контакт в цепи ротора замыкается, шунтируя 1-ю ступень сопротивления.
Контакт 1У в цепи управления размыкается и снимает питание с реле ускорения
РУ2. С выдержкой времени замыкается контакт РУ2 в цепи 2У. Т. к. 2У получает
питание, то замыкается ее силовой контакт в цепи ротора, шунтируя 2-ю ступень
сопротивления. Размыкается контакт 2У и снимается напряжение с контактора РУ3.
С выдержкой времени контакт РУ3 замкнется. 3У получит питание и его силовой
контакт в цепи ротора зашунтирует 3-ю ступень сопротивления. Размыкается
контакт 3У и снимается напряжение с контактора РУ4. С выдержкой времени контакт
РУ4 замкнется. 4У получит питание и его силовой контакт в цепи ротора
зашунтирует 4-ю ступень сопротивления. Двигатель выйдет на естественную
характеристику.
Для торможения механизма подъема нажмем кнопку
«Стоп» КнС1 (КнС2). При этом катушка КЛ1 (КЛ2) обесточится и разомкнет силовые
контакты. Контакты КЛ в цепи управления замкнутся. Т. к. скорость двигателя
велика, то контакт РКС+ (РКС-) замкнут и контактор К1 (К2) окажется под
напряжением. Контакты К1 (К2) в силовой цепи замкнутся и двигатель останется
под напряжением. После замыкания контакта КЛ1 (КЛ2) в цепи РУ1 последовательно
разомкнутся контакты РУ1 - РУ4 что полностью введет сопротивления в цепь
ротора. Т. к. включился контактор торможения противовключением К1 (К2),
подается ток в обмотку статора с изменением полярности, вследствие чего осуществляется
торможение противовключением. Когда скорость двигателя станет близка к 0
контакт РКС+ (РКС-) разомкнется и двигатель обесточится.
После того как закончится торможение
противовключением и контакт РКС+ (РКС-) разомкнется контактор К1 (К2) останется
без напряжения и замкнутся его контакты в цепи ТМ. Таким образом осуществится
торможение с накладкой механических тормозов.
. Спецификация
Обозначение
|
Наименование
|
Тип
|
Количество
|
QF
|
Выключатель
автоматический
|
032
66
|
1
|
РКС+,
РКС-
|
Реле
контроля скорости прямого и обратного направления
|
РКС-М
|
1
|
FU1, FU2
|
Предохранитель
плавкий
|
ПР119-01
|
4
|
КТ
|
Реле
тепловое
|
РТЛ-1004
|
1
|
К
|
Контактор
|
К1,К2
|
Контактор
|
|
2
|
КЛ1,КЛ2
|
Контактор
|
|
2
|
КнП1,
КнП2
|
Кнопка
«Пуск»
|
КЕ
011 исп.1
|
2
|
КнС1,
КнС2
|
Кнопка
«Стоп»
|
КЕ
011 исп.1
|
2
|
Д1-Д4
|
Диоды
|
КД243Г
|
4
|
РУ1
- РУ4
|
Реле
времени
|
РЭВ
811
|
4
|
1У
- 4У
|
Контакторы
|
|
4
|
ТМ
|
Тормоз
|
|
1
|
М
|
Двигатель
|
4АК160М4У3
|
1
|
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Дранников
В. Г., Звягин И. Е. Автоматизированный электропривод подъемно-транспортных
машин. - М.: Высшая школа, 1973.
2. Дьячков
В. К. Машины непрерывного транспорта - М.: Машиностроение, 1971.
. ЕСКД.
ГОСТ 2.001-70-2.122-79. - М.: Изд-во стандартов, 1983.
. Ключев
В. Н., Терехов В. М. Электропривод и автоматизация общепромышленных механизмов.
- М.: Энергия, 1980.
. Крановое
электрооборудование, Справочник/ Под редакцией А. А. Рабиновича - М.: Энергия,
1979.
. Островский
А. С. Электроприводы поточно-транспортных систем. - М.: Энергия, 1967.
. Расчет
крановых механизмов и деталей. ВНИИПТМАШ. Г. М. Николаевский и др. - М.:
Машиностроение, 1971.
. Справочник
по автоматизированному электроприводу/ под редакцией В. А. Елисеева. - М.:
Энергоиздат, 1983.
. Справочник
по кранам (в 2-х томах)/ Под редакцией А. И. Дукельского - М.: Машиностроение,
1971.
. Чиликин
Т. М., Сандлер Д. С. Общий курс электропривода. - М.: Энергия, 1981.
. Электропривод
и автоматизация управления башенными кранами. П. И. Петров и др. - М.:
Машиностроение, 1979.
. Яуре
А. Г., Певзнер Е. М. Крановый электропривод: Справочник. - М.: Энергоатомиздат,
1988.