Электропривод сдвоенного конвейера

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 k_з - расчётный коэффициент запаса, k_з = 1,2;

V - скорость движения конвейера;

h_P - КПД редуктора привода h_P = 0,85;

Т_сб - натяжение в сбегающем участке ленты конвейера;

Т_нб - 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 m_Г - 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;

C_П - коэффициент сопротивления движению на прямолинейном участке;

b - угол наклона;

C_П = 0.05;

l₁₂ = l₃₄ = l;

Тогда расчётное усилие на прямолинейных участках конвейера:

_П=F₁₂ k_И + F₃₄=12686.92;

где k_И - коэффициент, учитывающий натяжение на участках изгиба ленты.

_И = 1+C_П = 1.05;

Натяжение в сбегающем участке можно определить по формуле:

, (2)

где k_дин - коэффициент запаса, учитывающий динамические нагрузки, k_дин = 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)М_Н,

где M1 - максимальный пусковой момент.

 Поэтому: [Нм]

Используя M1 = (1,5-2)М_Н , получим:

1 = 2М_Н=2321.558=643.116 [Нм]

Строится рабочая часть механической характеристики на основе формул:

w_Н = 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

r_p = S_Н R_P.H.. [Ом]

Задавшись необходимым числом пусковых (регулировочных) ступеней: n=4.

Зная значение r_p и соответствующий ему отрезок на графике определяется масштаб сопротивлений , а затем по этому масштабу и величинам отрезков находят значения пусковых сопротивлений по ступеням: R_i=A_i·m_r, где A_i - 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

w_J=w_сJ+(w_начJ-w_сJ)· ,(19)

где w_J, w_сJ и w_начJ - соответственно текущая, установившаяся и начальная скорости на j -ой ступени; значения w_сJ и w_начJ определяются по пусковой диаграмме.

для расчёта моментов

M_J=M_C+(M₁-M_C) ·,(21)

где M_C - момент статической нагрузки, значение которого берется в расчётах аналогично I_C, т.е. М_С = (0,7 - 0,9) М_Н.

М_С = 0.8∙321.6=257.3 [Нм]

,

где - электромеханическая постоянная времени.

Для асинхронных двигателей значение электромеханической постоянной времени можно определить

 ,(25)

где J_ПР - приведённый к валу двигателя момент инерции привода;

w₀ - синхронная скорость вращения вала двигателя;

M_Kj - момент короткого замыкания двигателя (условный), значение этого момента на каждой из ступеней можно определить по пусковой диаграмме;

Sj_н - номинальное скольжение на j - ой ступени.

, (26)

w_Jн - номинальная скорость на j-ой ступени, определяется по пусковой диаграмме при номинальном моменте - М_н.

С учетом всего вышеперечисленного, произведем расчет:

-ая ступень:

 [1/сек]

w_J=w_сJ+(w_начJ-w_сJ)·

[1/сек]

[1/сек]

 [1/сек]

 [Н·м]

Рис.5.1. Зависимости от времени скорости и момента на первой ступени

-ая ступень:

 [1/сек]

w_J=w_сJ+(w_начJ-w_сJ)·

[1/сек]

[1/сек]

 [1/сек]

 [Н·м]

Рис.5.2. Зависимости от времени скорости и момента на второй ступени

-ая ступень:

 [1/сек]

w_J=w_сJ+(w_начJ-w_сJ)·

[1/сек]

[1/сек]

 [1/сек]

 [Н·м]

Рис.5.3. Зависимости от времени скорости и момента на третьей ступени

-ая ступень:

 [1/сек]

w_J=w_сJ+(w_начJ-w_сJ)·

[1/сек]

[1/сек]

 [1/сек]

 [Н·м]

Рис.5.4. Зависимости от времени скорости и момента на четвертой ступени

-ая ступень:

 [1/сек]

w_J=w_сJ+(w_начJ-w_сJ)·

[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 M_с для Время работы при установившемся движении с заданной статической нагрузкой M_с 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 М_экв

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

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.