Расчет электрооборудования и разработка схемы управления поточно-транспортной системы

Введение

Машины непрерывного транспорта занимают ведущее место среди подъемно-транспортных средств различного назначения.

Применение машин непрерывного транспорта позволяет значительно сократить ручной труд, повысить уровень комплексной механизации подъемно-транспортных, погрузочно-разгрузочных и складских работ, создать единую комплексную технологию производства, включающую как основные, так и вспомогательные операции (транспортные, погрузочно-разгрузочные и т. п.), поскольку эти машины являются основными средствами механизации и автоматизации производственных процессов.

Комплексная механизация различных технологических операций с использованием машин непрерывного транспорта повышает производительность труда и эффективность производства. Значение машин непрерывного транспорта в комплексной механизации и автоматизации производства заключается в том, что эти машины являются органами, устанавливающими и контролирующими ритм производственного процесса предприятия наравне с его основным технологическим оборудованием. Машины непрерывного транспорта обеспечивают перемещение грузов непрерывным безостановочным потоком и обусловливают бесперебойное питание сырьем и полуфабрикатами технологического оборудования в поточном производстве.

Основные особенности машин непрерывного транспорта, которые отличают их от грузоподъемных машин и машин циклического действия, заключаются в возможности непрерывного перемещать груз в заданном направлении. Курсовое проектирование электрооборудования машин непрерывного транспорта (в частности, поточно-транспортных систем) обязательно для учащихся электротехнических специальностей, так как является самостоятельной разработкой электрической части машин.

Исходные данные

Таблица 1. Основные характеристики конвейеров. Входящих в состав ПТС

Перемещаемый материал — древесный уголь (удельный вес y=0,2 т/)

Рис. Технологическая схема ПТС

1. Расчет мощности и выбор двигателей приводных станций ПТС

Рассчитаем мощность приводов ПТС и выберем соответствующие двигатели, по исходным данным варианта, для каждого конвейера отдельно по идентичным формулам.

1.1 Определяем производительность конвейера в пересчете с (т/час) на (кг/сек) где i — номер конвейера по технологической схеме.

1.2 Находим время, затраченное на прохождение груза по конвейеру

где — длина конвейера, м; - скорость конвейера, м/сек.

1.3 Находим вес груза, прошедшего по конвейеру за время t

где q — ускорение свободного падения, м/сек.

;

;

1.4 Находим объем тягового органа конвейера (ленты)

где h — ширина ленты, м; - толщина ленты, м. Принимаем к установке на всех конвейерах одинаковую ленту со следующими характеристиками соответствующим ГОСТ: h=0,8(м), =0,32(м), с количеством прокладок равному 7 и их толщиной по 3(мм). Прорезиненная лента состоит из нескольких слоев (прокладок) хлопчатобумажной (белтинговой) ткани, соединенных натуральным или синтетическим каучуком. Наружные поверхности ленты могут быть покрыты резиновыми обкладками, предохраняющими от механических повреждений и действия влаги.

1.5 Находим собственный вес ленты

где p — удельный вес ленты, кг, примем p=1000кг/м.

;

1.6 Определяем усилие, затрачиваемое на подъем (опускание) груза

где — угол наклона i-го конвейера к горизонту, градусы.

Здесь знак «+» соответствует перемещение груза на опускание, а знак «-» — на подъем.

Так как ни один конвейер не имеет наклона относительно горизонта .

1.7 Определяем усилие, вызванное трением в опорах роликов и трением ленты по роликам

где С — суммарный коэффициент сопротивления движению, примем С=0,1, cos=1.

1.8 Рассчитываем усилие, компенсирующее сопротивление движению от трения в подшипниках натяжного барабана, т.е. усилие в натяжном барабане

где — усилие предварительного натяжения, Н, примем =1000(Н); - коэффициент трения качения ленты о ролики, =0,15; =125*8=1000(мм)=1(м), следовательно радиус барабана = /2=0,315(м); d — диаметр цапфы подшипника барабана, м, d=0,2(м), для всех конвейеров.

1.9 Определяем усилие в набегающей ветви

1.10 Определяем сопротивление движению несущих органов, т. е. усилие, преодолеваемое приводным двигателем где — усилие в приводном барабане, Н, которое находим по следующей формуле:

1.11 Рассчитав усилие в приводном барабане приступаем к расчету сопротивления движению несущих органов по формуле 10

1.12 Рассчитаем требуемую мощность приводной станции конвейера

где — коэффициент запаса, учитывающий дополнительные усилия, =1,2; - общий КПД конвейера, определяемый его конструкцией. Для ленточного конвейера =0,65, — КПД механической передачи, =0,75, =0,001.

1.13 Рассчитаем угловую скорость двигателя приводной станции

где — радиус приводного барабана, м; - передаточное число редуктора механизма приводного барабана. Для конвейера со скоростью движения рабочего органа 1 (м/с) оно примерно равно 17.

1.14 Рассчитаем линейную частоту вращения двигателя приводной станции

=9,55*,(об/мин)

=9,55*34=324,7 (об/мин);

=9,55*34=324,7 (об/мин);

=9,55*34=324,7 (об/мин);

=9,55*40,8=389,64 (об/мин).

Выполнив все расчеты и получив значения мощности и частоты вращения двигателей приводных станций заданной ПТС, к установке принимаем электродвигатели серии 4А (асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором) ближайшее большее по мощности расчетных данных.

Для каждого двигателя выписываем следующие справочные данные:

— типоразмер (марку) двигателя;

— номинальную мощность двигателя Р, кВт;

— номинальную скорость вращения n, об/мин;

— максимальный, минимальный, номинальный или пусковой моменты двигателя; ;; , Н*м, или показатель их отношения;

— номинальный КПД двигателя, %;

— коэффициент мощности двигателя ;

— максимальный, номинальный или пусковой ток двигателя; ;, А.

Таблица 2. Данные выбранных двигателей соответственно номеру конвейеру

2. Выбор места расположения привода

При решении вопроса о месте расположения привода конвейера руководствуются следующими соображениями:

1. Привод должен быть установлен так, чтобы максимальное натяжение тягового органа (ленты) было возможно меньшим, так как оно является исходным для выбора размеров тягового органа и определяет его вес и, следовательно, величину сопротивления движению.

2. В местах огибания блоков и барабанов нужно стремится к уменьшению натяжения тягового органа. Соответствующим расположением приводного и натяжного устройства можно значительно снизить натяжения в ветвях, набегающих на указанные элементы конвейера, и, следовательно, понизить сопротивление при их огибании.

3. Ни в одном пункте контура тягового органа величина натяжения не должна быть меньше требуемой из условий ограничения противовеса и сцепления тягового органа с ведущим звеном (в ленточном конвейере с гладкими барабанами и блоками).

Так как конвейеры являются горизонтальными, решение будет иметь свои особенности и отличаться от решений для наклонного конвейера.

Схема горизонтального конвейера для 1 транспортера. Для остальных аналогично.

Рис.

При движении гибкого органа необходимо преодолеть сопротивления:

— вследствие трения качения гибкого органа о роликовые опоры ;

— вследствие трения скольжения в осях роликов .

Сопротивления на отдельных участках конвейера рассчитываем по следующим формулам:

1. Сопротивление для груженой ветви

2. Сопротивление для порожней ветви где g — вес перемещаемого груза на 1 пог. м, Н;

— вес 1 пог. м гибкого органа (ленты), Н;

— вес вращающихся частей роликовых опор, приходящихся на 1 пог. м груженой ветви конвейера, Н:

— вес вращающихся частей одной роликовой опоры на груженой ветви конвейера. Примем = 2744 Н;

— вес вращающихся частей роликовых опор, приходящихся на 1 пог. м груженой ветви конвейера, Н:

— вес вращающихся частей одной роликовой опоры на порожней ветви конвейера. =2744(Н).

(=)

n — число опор на груженой ветви конвейера;

— число опор на порожней ветви конвейера.

Опоры груженой ветви прорезиненных лент устанавливают на расстоянии от 0,8 до 1,5 м, а порожней ветви — от 2 до3 м. Учитывая длину конвейера, рассчитываем необходимое число опор на груженой и порожней ветвях.

— коэффициент трения качения ленты о роликовую опору;

— коэффициент трения скольжения в опорах роликов на груженой ветви;

— коэффициент трения скольжения в опорах роликов на порожней ветви.

При определении величин сопротивления можно принимать: коэффициент трения качения ленты о ролики =0,150,2 см, коэффициент трения скольжения

и = 0,150,2 при подшипниках скольжения и 0,05 — при подшипниках качения.

— диаметр оси роликов на груженой ветви, м;

— диаметр оси роликов на порожней ветви, м.

Примем диаметры оси роликов на груженой и порожней ветвях одинаковыми и равными и = 20 мм.

и — соответственно диаметры роликов груженой и порожней ветвей, м. Аналогичным образом примем ==110 мм.

и — соответственно длины участка груженой и порожней ветвей. Считаем, что ==.

Поместим привод в точку А. Тогда натяжение в отдельных точках будут:

Тяговое усилие:

Величина натяжного груза:

Поместим привод в точку Б. В этом случае сбегающее усилие будет в точке 3.

Тяговое усилие:

Величина натяжного груза:

Выполнив расчеты, приходим к выводу, что по первой схеме тяговое усилие и сопротивления при огибании лентой барабана будут меньше, так как ветви ленты натянуты со значительно меньшими усилиями и намного меньше натяжной груз. Следовательно, привод выгоднее располагать в точке А, чем в точке Б.

На основании изложенного приходим к выводу, что в горизонтальном конвейере при верхней груженой ветви привод нужно устанавливать в конце груженой ветви (по направлению ее движения), т. е. в месте наибольших сопротивлений.

3. Выбор аппаратов управления и защиты, токопроводов

Основой для выбора аппаратов для коммутации, управления и защиты электропривода (ЭП) являются номинальные (паспортные) данные двигателя, режимы и условия его работы. Применяемые в ЭП устройства должны в наилучшей степени обеспечивать все возлагаемые на них функции и полностью соответствовать условиям работы ЭП.

Электромагнитные аппараты (контакторы, реле, магнитные пускатели). К числу показателей, по которым они выбираются, относятся характер и величина напряжений главной цепи и цепи управления (включающих катушек); коммутационная способность контактов и их количество; допустимая частота включений; режим работы; категория размещения; степень защиты от воздействия окружающей среды.

Выбор магнитного пускателя производится по значению номинальной мощности двигателя; выбор теплового реле, входящего в состав пускателя, производится по номинальному току двигателя. Ток теплового расцепителя должен быть больше номинального тока двигателя.

Тип магнитного пускателя и теплового реле выбираем пользуясь справочными данными.

Автоматические выключатели. Эти аппараты выбираются по номинальному току и напряжению, роду тока, предельной коммутационной способности, электродинамической и термической стойкости, собственному времени отключения. Все параметры автоматов должны соответствовать работе ЭП как в обычном, так и в аварийном режимах, а конструктивное исполнение — условиям его размещения.

При наличии в автоматах тепловой и максимальной защит, обеспечиваемых с помощью различного рода расцепителей — теплового и электромагнитного, их уставка должна соответствовать уровням соответствующих токов двигателя.

Максимальная токовая защита не должна срабатывать при пуске двигателя.

Нужный тип автомата выбираем по наибольшему значению тока уставки теплового или электромагнитного расцепителя по справочным таблицам.

Кнопки (кнопочные станции) и ключи управления. Они выбираются по роду и уровню напряжения, величине коммутируемого тока, количеству коммутируемых цепей, степени защиты и климатическому исполнению, электрической и механической износостойкости.

В схеме также могут присутствовать сигнальная аппаратура (лампы, звонки) и конечные выключатели.

Рассчитаем номинальные токи двигателей приводов ПТС по формуле где — номинальный ток двигателя, А.

Защита от перегрузки (тепловая защита) считается эффективной при следующем соотношении ее тока уставки и номинального тока двигателя где 1,2 — коэффициент учитывающий возможный разброс (на погрешность, пусковой ток, кратковременную перегрузку двигателя) тока по отношению к номинальному.

Рассчитаем ток, при котором должен срабатывать электромагнитный расцепитель по формуле где — коэффициент учитывающий вид расцепителя, возможный разброс тока его срабатывания относительно уставки.

Таблица. К установке принимаем:

4. Схема управления приводными станциями ПТС

В силовой части схемы управлением электроприводами (ЭП) предусмотрен автоматический выключатель АП-50, выполняющий защитную и коммутационную функцию.

Для дистанционного управления ЭП предусмотрен магнитный пускатель, осуществляющий пуск, остановку ЭП и защиту от пониженного напряжения.

Для защиты от перегруза предусмотрено тепловое реле, которое входит в комплект магнитного пускателя.

В схеме управления предусмотрен предохранитель, для ее защиты от токов короткого замыкания. По технике безопасности в схеме управления задействованы концевые выключатели (защита вращающихся частей ограждением и трос натянутый вдоль конвейера для предотвращения травмирования обслуживающего персонала). Предусмотрена связь с другими конвейерами системы согласно технологической схеме (блокировка). Схемой управления предусмотрено местное и дистанционное управление. Для переключения цепей установлен ключ SA. Запуск и остановка двигателей осуществляются кнопками КЕ, предусмотрена сигнализация.

5. Техника безопасности при обслуживании ПТС

Электродвигатели, пускорегулирующая аппаратура, контрольно-измерительные приборы, устройства, защиты, а также все электрическое и вспомогательное оборудование к ним выбираются и устанавливаются в соответствии с требованиями ПУЭ.

На электродвигатели и приводимые ими механизмы должны быть нанесены стрелки, указывающие направление вращения механизма и двигателя.

При, кнопочном включении и отключении оборудования и механизмов кнопки включения должны быть заглублены на 3−5 мм за габариты пусковой коробки.

На коммутационных аппаратах (выключателях, контакторах, магнитных пускателях и т. п.), пускорегулирующих устройствах, предохранителях и т. п. должны быть надписи, указывающие, к какому электродвигателю они относятся.

Плавкие вставки предохранителей должны быть калиброваны с указанием на клейме номинального тока вставки. Клеймо ставится заводом-изготовителем или электротехнической лабораторией. Применять некалиброванные вставки запрещается.

Защита всех элементов сети потребителей, а также технологическая блокировка узлов выполняются таким образом, чтобы обеспечивался самозапуск электродвигателей ответственных механизмов.

Коммутационные аппараты следует располагать, возможно, ближе к электродвигателю в местах, удобных для обслуживания, если по условиям экономичности и расхода кабеля не требуется иное размещение.

Синхронные электродвигатели в часы максимума нагрузки энергосистемы эксплуатируются в режиме генерации реактивной мощности при оптимальном значении опережающего коэффициента мощности. График работы крупных синхронных электродвигателей (мощностью выше 1000кВт), работающих с опережающим коэффициентом мощности, согласовывается с энергосистемой.

Электродвигатели, находящиеся в резерве, должны быть постоянно готовы к немедленному пуску, периодически осматриваться и опробоваться по графику, утвержденному лицом, ответственным за электрохозяйство цеха, участка, предприятия (организации).

Для наблюдения за пуском и работой электродвигателей механизмов, регулирование технологического процесса которых ведется по значению тока, на пусковом щитке или панели устанавливается амперметр, измеряющих ток в цепи статора электродвигателя. Амперметр также устанавливается в цепи возбуждения синхронных электродвигателей. На шкале амперметра красной чертой отмечается значение допустимого тока (выше номинального тока электродвигателя на 5%).

Для контроля наличия напряжения на групповых щитках и сборках электродвигателей размещаются вольтметры или сигнальные лампы.

Для обеспечения нормальной работы электродвигателей напряжение на шинах поддерживается в пределах 100%-105% номинального. При необходимости допускается работа электродвигателя при отклонении напряжения от -5 до +10% номинального.

Вибрация электродвигателей, измеренная на каждом подшипнике. Осевой разбег ротора, размер воздушного зазора не должны превышать величин, указанных в Нормах.

Постоянный надзор за нагрузкой электродвигателей и температурой подшипников, входящего и выходящего воздуха у электродвигателей с замкнутой системой вентиляции, уход за подшипниками, операции по пуску, регулированию и остановке производит персонал цеха, обслуживающий механизм.

Электродвигатель немедленно (аварийно) отключается от сети в следующих случаях:

а) несчастный случай (или угроза его) с человеком;

б) появление дыма или огня из электродвигателя или его пускорегулирующей аппаратуры;

в) вибрация сверх допустимых норм, угрожающая целости электродвигателя;

г) поломка приводного механизма;

д) нагрев подшипника сверх допустимой температуры, указанной в инструкции завода-изготовителя;

е) значительное снижение частоты вращения, сопровождающееся быстрым нагревом электродвигателя.

В местной инструкции могут быть указаны и другие случаи, при которых электродвигатели должны быть аварийно отключены, а также указан порядок устранения аварийного состояния и пуска электродвигателей. Периодичность капитальных и текущих ремонтов электродвигателей, работающих в нормальных условиях, устанавливает главный энергетик предприятия. В зависимости от местных условий, как правило, текущий ремонт и обдувка электродвигателей должны производиться одновременно с ремонтом приводных механизмов.

Профилактические испытания и измерения на электродвигателях должны проводиться в соответствии с Нормами.

Список литературы

1.Таубер Б. А. Подъемно-транспортные машины — М: изд-во «Лесная промышленность», 1970.

2.Зенков Р. Л., Ивашков И. И. Машины непрерывного транспорта — М.: Машиностроение, 1980.

3.Кравчик А. Э., Шлаф М. М., Афонин В. И. АД серии 4А: Справочник — М.: Энергоиздат, 1982.

4.Коновалова Л. Л., Рожкова Л. Д. Электроснабжение промышленных предприятий и установок — М .: Энергоиздат, 1989.

5.Алиев И. И. Справочник по Эл. Технике и Эл. Оборудованию — Ростов на Дону: «Феникс», 2004.

6.Справочник по эл. машинам / Под редакцией Копылова Б. К. — М.: Энергоатомиздат, 1988.

7.Электрические кабели, провода и шнуры: Справочник / Н. И. Белоусов, А. Е. Саакян, А. И. Яковлева / Под ред. Н. И. Белорусова — 5е изд. перераб. и доп. — М.:Энергоиздат, 1987.

8.Рекомендации по подготовке и оформлению курсовых и дипломных работ / сост. С. Голодаева/ - М.: изд. дом «Дашков и Ко», 2000.

9.ПУЭ / Минэнерго — 6-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1988.

машина непрерывный транспорт двигатель