Электропривод кормораздатчика-смесителя КС-1.5

Министерство сельского хозяйства и продовольствия

Республики Беларусь

Белорусский Государственный Аграрный Технический Университет

Кафедра электрооборудования сельскохозяйственных предприятий

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему: «Электропривод кормораздатчика-смесителя КС-1.5»

(Вариант-52)

Выполнила: Студентка 4 курса АЭФ

эл группы Юрцевич Н.А.

Минск - 2005

Введение

Основная тенденция развития современного сельского хозяйства - его интенсификация и индустриализация на базе достижений науки, техники и передового опыта. Всё более важное значение приобретает автоматизация производственных процессов, которая становится одним из решающих факторов роста производительности труда, увеличение количества получаемой продукции, повышение её качества, снижение себестоимости, улучшение условий труда. Уровень автоматизации и электромеханизации сельскохозяйственных предприятий чрезвычайно высок. Если говорить в самом общем виде, то средства автоматики принимаются здесь для подачи, распределения воды и мойки, приготовления и раздачи кормов, регулирования микроклимата, уборки и утилизации отходов.

Для сельского хозяйства характерны особенности условий работы электроприводов различных процессов сельскохозяйственных машин и агрегатов. Эта особенность связанна с тем, что для многих производственных процессов сельского хозяйства характерна неравномерность загрузки рабочих органов, периодичность работы, а в некоторых случаях суточность работы. Поэтому требуется производить выбор соответствующих типов электродвигателей, по условию защиты их от воздействия окружающей среды, от классификации помещений и места установки электропривода, а также питания электропривода от сети соизмеряемой мощности.

Содержание

Задание на курсовое проектирование

Введение

. Описание технологического процесса

. Предварительный выбор электродвигателя для перемещения кормораздатчика

. Расчёт по определению потери напряжения при пуске АД по заданным условиям

. Расчёт и построение механических характеристик и нагрузочных диаграмм рабочей машины

. Расчёт переходных режимов электропривода

. Расчёты по определению температуры электродвигателя

. Заключение о правильности предварительного выбора электродвигателя

. Описание работы принципиальной схемы управления

. Выбор элементов схемы управления

Литература

электродвигатель кормораздатчик напряжение нагрузочный

Задание

на курсовое проектирование

Курсовая работа на тему «Электропривод кормораздатчика-смесителя КС - 1.5», должен содержать следующие вопросы:

. Описание технологического процесса.

. Предварительный выбор электродвигателя для перемещения кормораздатчика.

. Расчёт по определению потери напряжения при пуске АД по заданным условиям.

. Расчёт и построение механических характеристик и нагрузочных диаграмм рабочей машины.

. Расчёт переходных режимов электропривода.

. Расчёты по определению температуры электродвигателя.

. Заключение о правильности предварительного выбора электродвигателя.

. Описание работы принципиальной схемы управления.

. Выбор элементов схемы управления.

Исходные данные вариант 52.3:

Данные для расчёта снижения напряжения при пуске асинхронного двигателя: мощность трансформатора 160 кВА, загружен на 90%, линия выполнена проводом А-25длиной 0.1 км, мощность большого двигателя 15 кВт.

Аннотация

Курсовая работа по дисциплине «Электропривод» на тему «Электропривод кормораздатчика смесителя КС - 1.5» состоит из расчётно-пояснительной записки на 22 листах формата А4, содержащий 1 таблицу, 3 рисунка одного листа графической части формата А2, одного - А3 и двух - А4.

В курсовом проекте разработаны все пункты, согласно задания, а именно, выбора и проверки электропривода раздатчика-смесителя Кс - 1.5, выбора аппаратуры управления и защиты, приведены описания технологического процесса и принципиальной электрической схемы управления.

Ключевые слова: электропривод, механическая характеристика, момент сопротивления, нагрузочная диаграмма, кривая разбега, кинематическая схема.

1. Описание технологического процесса

Кормораздатчик-смеситель КС - 1.5 предназначен для смешивания и раздачи влажных (60...80%) кормовых смесей всем возрастным группам свиней на репродукторных и откормочных фермах. Раздатчик перемещается по рельсовому пути, проложенному вдоль кормушки. Может раздавать корм в кормушку, расположенные по одну или одновременно обе стороны от раздатчика. Может быть использован для приготовления и раздачи полужидких и сухих кормов.

Основными узлами кормораздатчика являются: бункер, шнековая и лопастная мешалки, два выгрузных шнека, два дозирующих устройства ходовая тележка, привода, распределительная коробка для оператора, электрооборудование.

Бункер цилиндрический, с усечёнными конусами верхом и днищем ёмкость 2 м³. 0н устанавливается на раме ходовой тележки. В бункере монтируется шнековая и лопастная мешалки. В днище бункера имеются выгрузные окна, перекрываемые дозирующими устройствами. К днищу бункера прикреплены распределительная коробка и два выгрузных шнека -левый и правый. К бункеру прикреплён шкаф с электроаппаратурой и пульт управления раздатчиком.

Шнековая мешалка состоит из вертикального вала, шнека, самоцентрирующейся верхней опоры, разравнивателя. На нижнем конце вала имеется шлицевое соединение, с помощью которого шнек соединяется с выходным валом второй ступени распределительной коробки.

Лопастная мешалка состоит из ступицы, лопастей и устройства, препятствующего сводообразованию.

Шнековая и лопастная мешалки приводятся в действие от мотор-редуктора МЦ2С-125/56 через распределительную коробку. Мощность электродвигателя смесителя 5,5 кВт.

Каждый из выгрузных шнеков состоит из корпуса, вала с винтовой навивкой, опор, электродвигателя мощностью 0,55 кВт, клиноремённой передачи. В патрубке, которым шнек крепится к днищу бункера, имеется дозирующее устройство.

Ходовая тележка состоит из рамы, ведомой и ведущей колёсных пар, ленточного тормоза, устройства для автоматической остановки кормораздатчика при встрече с препятствиями. Последнее состоит из кронштейна, качающейся рамы и конечного выключателя. Ведущая колёсная пара тележки получает вращение от электродвигателя мощностью 0,55 кВт через мотор-редуктор МЦ2С-63/71 и цепную передачу. Распределительная коробка предназначена для передачи крутящего моменте от мотор-редуктора рабочим органам. Основными узлами её являются: корпус, крышка, входной вал с шестерней, выходной вал с зубчатым колесом, шестерня второй ступени, зубчатое колесо и выходной вал второй ступени, конический подшипник.

Основными узлами электрооборудования раздатчика являются: электродвигатель смесителя мощностью 5.5 кВт, два электродвигателя выгрузных шнеков и ходовой тележки мощностью 0.55кВт, пульт управления, пускозащитная аппаратура, защитно-отключающее устройство. Электродвигатели кормораздатчика управляются автономно вручную. Электрооборудование запитывается через кабель, укладываемый в желоб.

Кормораздатчик работает так. Закрывают выгрузные окна в днище бункера 5 (лист 1 графической части), включают в работу мешалки и подают сверху в этот бункер компоненты корма. Разравниватель 7 равномерно распределяет корм по бункеру. Шнековая 8 и лопастная 9 мешалки перемешивают корм до заданной степени однородности. В процессе перемешивания корм поднимается шнековой мешалкой снизу вверх, где отбрасывается к стенкам бункера и опускается вниз самотёком. Лопастная мешалка перемешивает нижние слои корма и подаёт их к шнековой мешалке. После завершения процесса перемешивания корма открывают заслонки дозирующих устройств на заданные нормы дачи и включают раздатчик, на движение. Как только выгрузные отверстия шнеков 3 окажутся над кормушками, включают эти шнеки в работу. Корм поступает из бункера 5 через дозирующее устройство 4 в шнеки 3 и доставляются ими в кормушки. После опорожнения бункера от корма раздатчик останавливают, выключают рабочие органы и придают ему обратный ход. Корм может раздаваться в одну кормушку или две одновременно, расположенные соответственно по обе стороны от раздатчика. Раздатчик перемещается по рельсовому пути, смонтированному между кормушками. Ширина колеи 750 мм. Кормушки должны находится под выгрузными окнами шнеков. Раздатчик предназначен для использования в блоке кормоцеха с помещением для содержания животных. Им управляет оператор через пульт управления. Оператор находится на площадке, установленной на раме ходовой тележки. Перед оператором расположены пульт управления, штурвалы дозирующих устройств. На площадку оператора выведена педаль ленточного тормоза ходовой тележки.

2. Предварительный выбор электродвигателя для перемещения кормораздатчика

Выбор электродвигателя следует начать с определения необходимой мощности на его валу. Для тележки кормораздатчика:

где υ - скорость движения раздатчика υ=0.36 м/с

η_п - КПД передачи, принимаем η_п=0.9.

Усилие на перемещение:

где m_г - масса груза, т

m_т - масса тележки, т

g = 9.81 м/с² - ускорение свободного падения

где а₁ и b₁ - коэффициенты а₁=45 Н/кН, b₁=16

, Н/кН

, Н

, кВт

Р_дв ³ Р

Для привода тележки выбираем асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором на частоту вращения n_с=1500 мин^-1: АИР71А4У3 IР - 64 IМ - 1001, Р_н=0.55 кВт, η=70.5%, cosφ==0.7, S_н=9.5%, К_п=2.3, К_кр=2.2, К_min=1.8, К_i=5, J=0.0014 кг · м², m=7.8 кг.

Двигатель предназначен для работы в продолжительном режиме, когда:

t_р>4Т

где t_р - время работы двигателя, мин

Т - постоянная времени нагрева, мин

где m - масса двигателя, кг

υ_н - установившаяся номинальная температура перегрева, ⁰С

η_н - КПД двигателя

, мин

Время работы электродвигателя:

где L - путь перемещения, м; L=144м

υ - скорость, м/с

, мин

t_р>4Т

.67 мин < 65.08 мин

Двигатель работает в кратковременном режиме, следовательно можно выбрать двигатель меньшей мощности взамен данного:

, кВт

Выбираем двигатель АИР63В4У3 IР - 64, IМ - 1001, Р_н=0.37 кВт, η=68%, cosφ==0.7, S_н=12%, К_п=2.3, К_кр=2.2, К_min=1.8, К_i=5, J=0.0013 кг · м², m=5.6 кг.

3. Расчёт по определению потери напряжения при пуске АД по заданным условиям

Фактическое отклонение напряжения на зажимах электродвигателя в период его пуска:

где ∆U_л% - потери напряжения в предварительно загруженной линии при пуске электродвигателя;

∆U_тр% - потери напряжения в трансформаторе;

δU_надб% - надбавка напряжения трансформатора;

δU_откл% - отклонение напряжения на шинах первичного напряжения при 100% нагрузке трансформатора.

где ∆U_лдп% - потеря напряжения в линии до пуска электродвигателя;

Z_л - полное сопротивление линии, Ом

Z_дв - полное сопротивление двигателя при пуске, Ом

где I_max - максимальный ток в линии до пуска, А

r₁ и х₁ - удельное активное и реактивное сопротивления линии, Ом/км

cosφ - коэффициент мощности нагрузки в линии;

l - длина линии, км

где S_р - расчётная мощность линии без двигателя, кВА

U_н - номинальное напряжение линии, кВ

 А

 Ом

где К_i - кратность пускового тока двигателя;

I_н - номинальный ток двигателя, А

А

Ом

где U_к% - напряжение короткого замыкания, %

S_тр - фактическая полная мощность трансформатора, кВА

К_iф - фактическая кратность пускового тока;

S_дв - полная номинальная мощность электродвигателя, кВА

cosφ_пдв - коэффициент мощности двигателя в начальный момент пуска, принимаем cosφ_п.дв= cosφ_н.дв

S_н - полная суммарная мощность прочей нагрузки, кВА

cosφ_н=0.95 - коэффициент мощности прочей нагрузки

r_л=r₁·l=0.1·1.14=0.114 Ом

х_л=х₁·l=0.32·0.1=0.032 Ом

r_дв=Z_дв·cosφ_п.дв=1.1·0.89=0.98 Ом

х_дв=Zдв·sinφ_п.дв=1.1·0.456=0.5 Ом

кВА

Принимаем надбавку на трансформаторе δU_надб%=5%, а отклонение δU_откл%=0%:

Произведём проверку устойчивости работы двигателя кормораздатчика, учитывая колебание напряжения:

М_мин=М_min·U² > М_с

где М_min - минимальный момент двигателя

М_с - момент сопротивления машины, Н·м

U - падение напряжения;

М_min=М_н·К_min

где ω_н - номинальная частота вращения, с^-1

где S_н - номинальное скольжение

 с^-1

 Н·м

 Н·м

.82·0.755²=2.7 Н·м < 2.75 Н·м

Условие устойчивой работы двигателя не выполняется, поэтому возвращаемся к выбранному ранее двигателю АИР71А4У3 IР-64, IМ -1001.

4. Расчёт и построение механических характеристик и нагрузочных диаграмм рабочей машины

Потребляемая мощность рабочей машины Р_м=0.374 кВт, угловая частота вращения с^-1, ω_н=ω₀·(1 - S)=157·(1-0.095)=142.1 c^-1.

Номинальный момент сопротивления:

 Н·м

Чтобы построить механическую характеристику, используем обобщённую формулу:

М_с=М_со+(М_сн - М_со)·у^х

где М_со - начальный момент сопротивления, Н·м

у - угловая скорость в относительных единицах;

х - показатель степени, зависит от вида машины.

Для нашего случая х=0, так как сопротивлением движению машины являются лишь силы трения. Зависимость приобретает вид М_с=М_сн.

Рисунок 1. График механической характеристики

Для построения нагрузочной диаграммы произведём анализ работы двигателя тележки. Начало движения производится с максимальной загрузкой F_пр, посчитанной выше, мощность машины при этом также максимальная Р_мн=374 Вт, но затем корм выгружается и к концу прохода, длинна которого L=72 м, становится минимальной:

_пр.к=0.93·9.81·39.24=358 =358 Н

кВт=142 Вт

Время за которое нагрузка снижается с Р_мн до Р_min:

 c

Затем кормораздатчик возвращается на прежнее место за время ∆t₁=∆t₂=200c.

Рисунок 2. Нагрузочная диаграмма кормораздатчика

5. Расчёт переходных режимов электропривода

Определение приведённого момента инерции энергетического машинного устройства и электромеханической постоянной времени.

Приведённый момент инерции:

где J_рот - момент инерции ротора электродвигателя, кг·м²;

J_ред - момент инерции редуктора J_ред=0.2· J_рот

 кг·м²

Электромеханическая постоянная:

где S_к - критическое скольжение

S_к=S_н·2·К_кр

S_к=9.5·2·2.2=41.8%

М_к=К_кр·М_н

 Н·м

М_к=2.2·3.87=8.51 Н·м

 с

Вычисление продолжительности разбега и остановки электродвигателя.

Время пуска:

где М_п - пусковой момент электродвигателя:

М_п=К_п·М_н

М_п=2.3·3.87=8.9 Н·м

 с

Полное время остановки:

 с

Для более точного расчёта времени разбега построим кривую разбега. Построив механические характеристики двигателя и рабочей машины, строим кривую избыточного момента, которую заменяем ступенчатым графиком. Из его находи время разгона на отдельных участках:

Точки для построения механической характеристики электродвигателя:

. М_п=8.9 Н·м; ω_п=0

. М_min=K_min·М_min=1.8·3.87=6.97 Н·м; ω=0.15· ω_н=0.15·142.1=21.3 с^-1

. М_к=8.51 Н·м; ω_к=ω_к·(1-S_к)=157·(1-0.418)=91.37 с^-1

. М_н=3.87 Н·м; ω_н=142.1 с^-1

. М=0; ω₀=157 с^-1

По графику 3 определяем промежутки ∆ω_i и момент М_i и вычисляем ∆t_i:

с с

с с

с с

с

Общее время разгона: с

Вычисляем пути выбега.

Угол поворота ротора электродвигателя:

рад

Путь выбега:

м

Учёт колебания напряжения осуществляется путём корректировки пускового, минимального и максимального вращающих моментов электродвигателя

М_пи=М_п·U²

М_ки=М_к·U²

М_мин=М_min·U²

М_пи=6.9·0.757²=5.1 Н·м

М_ки=8.51·0.757²=4.88 Н·м >2.63 Н·м=М_с

М_мин=6.97·0.757²=4 Н·м

Запуск и устойчивая работа двигателя при снижении напряжения обеспечиваются.

Вычисление потерь энергии при пуске:

∆W_п=0.81·i_п² ·∆Р_υн·t_п

где ∆Р_υн - потери в обмотках при номинальной нагрузке

∆Р_υн=М_н·ω·S_н

∆Р_υн=3.87·157·0.095=57.72 Вт

∆W_п=0.81·7² ·57.72·0.801=1835 Вт ·с

Потери при пуске без нагрузки:

∆W_п0=J·ω₀²=0.017·157²=419 Дж

При торможении противовключением:

∆W_т=3·J·ω₀²=3·0.017·157²=1257 Дж

При динамическом торможении:

Дж

. Расчёты по определению температуры электродвигателя

Определим постоянную времени нагрева:

где С - удельная теплоёмкость двигателя

С=400·m=400·7.8=3120 кг ·с

А - удельная теплоотдача

где υ_ун - превышение температуры двигателя над температурой окружающей среды υ_ун=60⁰С

∆Р_н - потери в электродвигателе

кВт

 Вт/⁰С

с

Установившаяся температура двигателя:

где α=0.5

Вт

⁰С

Превышение температуры двигателя в конце работы:

υ_нач=0 поэтому ⁰С

Так как время пуска очень мало нагрев двигателя при пуске также мал. Из полученных данных можно сделать вывод , что двигатель работает без перегрева.

. Заключение о правильности предварительного выбора электродвигателя

Сравним минимальный вращающий момент электродвигателя с моментом сопротивления при разгоне с учётом того, что вращающий момент Асинхронного электродвигателя пропорционален квадрату напряжения.

Номинальный момент по условиям пуска:

Номинальная мощность:

где К_з=1.5 - коэффициент запаса

М_ф - приведённый момент сопротивления машины

М_ф=1.2·М_с

М_ф=1.2·2.63=3.16 Н·м

μ_т - кратность момента трогания

Н·м

кВт

Условия выполняются.

Допустимое отклонение напряжения:

Проверка устойчивости работы:

кВт

допустимое снижение напряжения на зажимах работающего электродвигателя по условиям устойчивости:

где μ_с - максимальная нагрузка работающего двигателя в долях от номинальной нагрузки электродвигателя

Все условия по устойчивости двигателя, температурный режим, условия по времени и устойчивости пуска выполняются. Следовательно, двигатель для привода кормораздатчика выбран правильно.

. Описание работы принципиальной схемы управления

При включенном рубильнике QS загорается лампа HL, сигнализация о наличии напряжения в цепи управления. При нажатии кнопки SB2 замыкается цепь магнитного пускателя КМ1 и запускается электродвигатель смесителя М1. Затем кнопкой SB4 подают напряжение на катушку реверсивного магнитного пускателя КМ2 и промежуточного реле КV1, которое своими замыкающими контактами блокирует пусковую кнопку SB4. запускается электродвигатель ходовой части (тележки) кормораздатчика М2. для движения кормораздатчика вдоль кормушек вперёд. Кнопкой SB7 включают электродвигатель первого шнека М3 или кнопкой SB9 включают электродвигатель второго шнека М4 в зависимости от того, на какую сторону раздаётся корм. При двухсторонней раздаче корма включают оба шнека.

При нажатии педали тормоза размыкаются контакты конечного выключателя SQ1, отключается тяговый электродвигатель М2, и под действием тормоза и сил сопротивления движению кормораздатчик почти мгновенно останавливается.

При отпускании педали тормоза контакты SQ1 снова замыкаются и происходит мгновенное включение тягового электродвигателя М2 без дополнительного нажатия кнопки SB4 или SB5, и движение происходит в ту сторону, в которую двигался кормораздатчик до нажатия педали тормоза. В данном случае кормораздатчик двигался вперёд, промежуточное реле KV1 находится под напряжением и его контакты будут замкнуты, блокируя кнопку пуска SB4.

Если на пути движения вперёд встретится препятствие, то под действием его находящееся спереди раздатчика стержневое устройство действует на конечный выключатель SQ2, размыкая его контакты и автоматически останавливая кормораздатчик.

После опорожнения бункера, кнопкой SB3 останавливают тяговый электродвигатель М2, привод выгрузных шнеков отключают кнопками SB6 и SB8, а затем тяговый двигатель кормораздатчика М2 переключают на обратный ход кнопкой SB5.

. Выбор элементов схемы управления

В данной схеме электродвигатель кормораздатчика защищается от аварийных режимов автоматическим выключателем. На случай ремонтов предусматриваем рубильник для создания видимого разрыва в линии. Включение и отключение электродвигатей будет осуществляться с помощью магнитных пускателей с тепловыми реле для защиты двигателей от перегрузок.

Автоматический выключатель выбираем по номинальному напряжению, номинальному току автомата, номинальному току расцепителей.

Номинальное напряжение автомата должно соответствовать номинальному напряжению сети, В:

U_н.авт≥U_с,

Номинальный ток автомата должен соответствовать длительному току электроприёмника, А:

I_н.авт≥I_дл,

Номинальный ток теплового расцепителя должен соответствовать длительному току электроприёмника, А:

I_н.расц≥I_дл,

Выбранные расцепители автоматов проверяют на правильность срабатывания.

Ток срабатывания отсечки электромагнитного или комбинированного расцепителя Iср.эл.м проверяется по максимальному кратковременному току линии:

I_ср.эл.м≥1.25I_м

I_ср.теп≥1.25I_дл

где I_м - максимальный ток линии:

I_м=I_пуск`+ΣI<sub>дл</sub>`

где I_пуск` - пусковой ток электродвигателя или группы одновременно включаемых электродвигателей, при пуске которых кратковременный ток линии достигает наибольшей величины, А. В данном случае:

I_пуск`=I_н·К_i

ΣI_дл` - длительный расчётный ток линии до момента пуска одиночного электродвигателя (группы электродвигателей), определяемый без учёта рабочего тока пускаемого электродвигателя,А

Магнитные пускатели выбираем вместе с тепловыми реле. Магнитный пускатель выбирается по номинальному току и номинальному напряжению

U_н.мп≥U_с,

I_н.мп≥I_дл,

Выбор для двигателей общего автоматического выключателя:

>380,

>16.47,

>16.47,

Выбираем автоматический выключатель ВА51Г25. Проверка

I_м=11.4·7+1.69·3=84.87А

·20>1.25·84.87; 280>106.1

.2·20>1.25·16.47; 24>20.6

Условия выполняются, значит автомат выбран правильно.

Выбирае магнитный пускатель ПМЛ - 221002 по условиям:

>11.4

Остальные магнитные пускатели выбираются аналогично.

Выбираем тепловое реле РТЛ - 101604 с номинальным током I_н=25А ипределами регулирования 9.5 - 14А.

В таблице 1 дан перечень элементов схемы.

Таблица 1. Перечень элементов схемы.

Литература

1. «Электрооборудование и автоматизация сельскохозяйственных агрегатов и установок»; И.Ф. Кудрявцев, Л.А. Калинин и др. - М.: Агропромиздат, 1988г.

. Методические указания к выполнению курсовой Работы по дисциплине «Электропривод» для студентов факультета электрификации и автоматизации сельского хозяйства. Составители: Калинин Л.А и др. Мн.: 1992г.

. «Погрузочно-транспортные машины для животноводства» Справочник - М.: Агропромиздат, 1990г.

. Качанов И.Л. «Курсовое и дипломное проектирование» М.: Агропромиздат, 1990г.