Расчет электропривода

Задание

1.1 Составить кинематическую схему электропривода и дать описание назначения и принципа его работы. Описать механизм замыкания (фиксации) главного исполнительного элемента.

1.2 Произвести кинематический расчет электропривода.

1.3 Определить коэффициент полезного действия электропривода. Рассчитать номинальную мощность электродвигателя и номинальный ток электродвигателя.

1.4 Произвести прочностной расчет одного из элементов кинематической схемы.

1.5 Составить схему управления автошлагбаума ПАШ-I.

1.6 Определить дальность установки электропривода.

Исходные данные

1. Назначение и принцип работы переездного шлагбаума с двигателем переменного тока ПАШ-1

электропривод замыкание исполнительный автошлагбаум Переездной шлагбаум с двигателем переменного тока ПАШ-1 является составной частью комплекса устройств для ограждения железных дорог в местах их пересечения в одном уровне с автомобильными, пешеходными, а в некоторых случаях и городскими транспортными коммуникациями и предназначен для предупреждения въезда транспортных средств на железнодорожный путь.

Область применения ПАШ-1 — в системе устройств ограждения железнодорожных переездов на станциях, перегонах, подъездных путях железных дорог общего пользования и промышленного железнодорожного транспорта.

ПАШ-1 может выпускаться в трех вариантах исполнения по роду питания электродвигателей: вариант, А — переменное трехфазное; вариант Б — переменное однофазное; вариант В-постоянным током.

При отсутствии питания ПАШ-1 работает только на опускание заградительного бруса (ЗБ). ПАШ-1 может работать от однофазной и трехфазной сети переменного тока.

Силовой механизм представляет собой электродвигатель и двухступенчатый редуктор. Первая ступень редуктора — червячный однозаходный самотормозящий механизм. Вторая ступень — цилиндрическая прямозубная передача со встроенной электромагнитной муфтой в зубчатом колесе.

Червячный редуктор предназначен для создания необходимой частоты вращения главного вала и запирания заградительного бруса в крайних положениях.

Кинематическая схема автошлагбаума типа ПАШ-1 показана на рисунке 1.

Принцип работы:

При вступлении поезда на участок приближения к переезду включается звонок и светофорная мигающая сигнализация.

По истечении времени, необходимого для освобождения переезда от транспорта, схемой управления отключается питание электромагнитной муфты, главный вал оттормаживается, и под действием несбалансированности ЗБ главный вал поворачивается, а ЗБ опускается в горизонтальное положение.

В аварийном режиме предусмотрена возможность опускания ЗБ вручную, при помощи курбельной рукоятки.

При отклонении ЗБ от вертикального положения на угол 10−15^о для гашения кинетической энергии ЗБ производится включение гидрогасителя.

Амортизационное устройство обеспечивает плавную остановку ЗБ без качков в конце перевода.

Для гашения кинетической энергии и демпфирования крайних положений ЗБ в шлагбауме предусмотрен гидрогаситель, механическая характеристика которого позволяет автоматически поддерживать равномерную скорость опускания заградительного бруса.

После проследования поезда за пределы переезда в четном или нечетном направлении, на электромагнитную муфту и электродвигатель подается электропитание, вращаясь электродвигатель поднимает ЗБ в вертикальное положение.

Вращение главного вала и отключение электропитания электродвигателя произойдет, когда ЗБ примет вертикальное положение, при этом электромагнитная муфта находится под током (напряжением) и удерживает ЗБ в этом положении.

В момент возвращения ЗБ в вертикальное положение при отключении электродвигателя, отключаются световые и звуковые сигналы.

2. Кинематический расчет электропривода

Выберем электродвигатель АИР 56В4Б переменного тока на напряжение 220 В, мощностью 0,18 кВт, 1350 оборотов в минуту.

Определим количество оборотов главного вала за одну операцию:

оборотов Определим частоту вращения главного вала:

об./сек.об/мин.

Определим передаточное число редуктора:

Автошлагбаум ПАШ-1 имеет двухступенчатый редуктор. Передаточное число червячного редуктора — 90.

Определим передаточное число цилиндрической прямозубной передачи:

Уточненное значение редуктора:

Определим фактическое время поднятия бруса:

с

3. Определение коэффициента полезного действия электропривода номинальной мощности и номинального тока электродвигателя.

а) Определим мощность на главном валу:

Вт б) Найдем дополнительные потери мощности электропривода. Эти потери составляют 2% от полезной мощности на главном валу:

Р_доп=0,55 Вт С учетом этих потерь Р₄ составит:

Р₄=0,55+27,5=28 Вт в) Определим потери мощности в редукторе:

Так как, где КПД цилиндрическо-зубчатой передачи;

КПД червячной передачи;

n — количество пар редукторов.

Определим мощность, переданную на вход редуктора из формулы:

Вт Определим потери мощности в редукторе:

Р_ред=Р₃ — Р₄= 37,3 — 28 =9,3 Вт г) Определим потери мощности в подшипниках (качения):

Р_п= Р₂ — Р₃= 41,9 — 37,3=4,6 Вт Полезная мощность на валу электродвигателя:

Вт,

где _п — КПД подшипниковых опор

_п= ⁶_пк=0,98⁶=0,89

_пк = 0,98 — КПД опор подшипников качения.

д) Определим мощность, потребляемую электродвигателем из сети:

Определим потери мощности в электродвигателе:

Р_д= Р₁ — Р₂= 63,5 — 41,9=21,6 Вт Энергетическая диаграмма потребляемой мощности из сети Р₁ с учетом различных потерь представлена на рисунке 2.

е) Определим КПД электропривода и номинальный ток электродвигателя:

Мощность, потребляемая трехфазным электродвигателем переменного тока, работающим от однофазной сети:

Откуда номинальный ток электродвигателя:

А

4. Прочностной расчет элемента кинематической схемы.

Определение размеров шпонки крепления бруса на элементе 9.

Для крепления бруса на элементе 9 применяется призматическая шпонка. Необходимо определить размеры шпонки при диаметре вала () 40 мм.

Призматические шпонки выполняют прямоугольного сечения с отношением высоты к ширине сечения 1:1. Призматические шпонки изготавливают из чистотянутой стали.

Ширину шпонки (b) выбирают равной .

Определим ширину шпонки:

мм Зная ширину шпонки можно определить высоту шпонки по стандартным размерам сечений призматических шпонок.

мм, следовательно, размер сечений шпонки 20×12 мм.

Определим напряжение среза шпонки на элементе 9.

кПа

При максимальном усилии поднятия бруса:

кПа Так как, согласно допустимое напряжение на срез 40 МПа, то напряжение среза шпонки на элементе 9 при номинальном и максимальном моменте удовлетворяет норме.

5. Схема управления шлагбаумом ПАШ-I.

Схема выполнена для открытого состояния переезда. Брус шлагбаума поднят, светофоры переездной сигнализации выключены.

Электромагнитная муфта каждого шлагбаума находится под током и обеспечивает сцепление бруса с редуктором. Электродвигатель шлагбаума М трехфазный, фаза С2-С5 изолирована, а фаза С3-С6 с последовательно включенными конденсаторами подключена параллельно фазе С1-С4. Блок-контакты БК обеспечивают отключение двигателя после подъема бруса шлагбаума.

В1, В2 — контакты автопереключателя, контролирующие соответственно опущенное и поднятое положение бруса шлагбаума.

Реле схемы имеют следующее назначение:

ВМ — обеспечивает выдержку времени на опускание бруса шлагбаума после включения красных мигающих огней на переездном светофоре (13 с);

ВЭМ — реле выключения электромагнитной муфты;

ОША, ОШБ — реле открытия (включения подъема бруса) шлагбаума;

ВЭД — реле выдержки времени 15−20 с для выключения двигателя при работе на фрикцию;

У1, У2, У3 — реле контроля поднятого состояния брусьев шлагбаумов;

ЗУ — реле контроля опущенного (закрытого положения) брусьев шлагбаумов;

ВДА, ВДБ — реле, контролирующие промежуточное положение брусьев шлагбаумов;

АО1, АО2, БО1, БО2 — огневые реле, контролирующие целостность нитей ламп переездных светофоров;

УБ1, УБ2 — реле повторители кнопки поддержания бруса шлагбаума;

ПВ1, ПВ2 — реле, включающие переездную сигнализацию.

С целью повышения надежности горения огней светофорной сигнализации лампы огней переездных светофоров получают питание от двух различных источников питания. Нормально, при отсутствии поездов, брус шлагбаума находится в поднятом состоянии. Реле ОША, ОШБ, ВЭД, ВДА, ВДБ и ЗУ находятся в обесточенном состоянии. Под током находятся реле У1, У2, У3, ВМ и ВЭМ, электромагнитная муфта.

При вступлении поезда на участок приближения, в соответствии с известными схемами типовых решений, обесточиваются реле ПВ1 и ПВ2 (извещение о приближении) и размыкают цепь питания реле У1 и У2, а последние цепь питания реле ВМ. Включаются реле М1 и М2, срабатывает реле КМК и огни переездных светофоров начинают сигнализировать в сторону автотранспорта красными мигающими огнями. Через некоторое время, необходимое для проследования ранее двигавшегося под шлагбаумом автотранспорта, отпускает якорь реле ВМ и выключает реле ВЭМ, а последнее размыкает цепь питания электромагнитной муфты. Брус шлагбаума начинает опускаться под действием собственного веса. После того как брус шлагбаума займет горизонтальное положение замкнуться контакты В1 автопереключателя и встает под ток реле ЗУ, сигнализирующее о закрытом положении шлагбаума. При вступлении поезда на участок приближения через тыловые контакты У1, У1, ПВ1, ПВ2 получит питание и притянет якорь реле ВЭД, параллельно которому подключен конденсатор большой емкости. Реле ВЭД подготовит цепь включения реле открытия шлагбаумов ОША и ОШБ.

После того как поезд проследует переезд и притянут якорь реле ПВ1 и ПВ2 замкнется цепь питания реле ВЭМ, ОША и ОШБ. Реле ВЭМ включит электромагнитную муфту, а реле ОША и ОШБ замкнут цепь питания электродвигателей привода брусьев автошлагбаумов и последние начнут подниматься в вертикальное положение. После того как оба бруса займут вертикальное положение (80^о-90^о), замкнутся контакты автопереключателей В2 и создадут цепь питания реле У1, У2 и их повторителей, а последние разомкнут питание реле ОША и ОШБ и схема перейдет в исходное состояние.

Если по какой-либо причине, например, при заклинивании один из брусьев шлагбаумов, например шлагбаума Б, остановится в среднем положении, то после того как брус шлагбаума, А достигнет вертикального положения, притянет якорь реле ВДА и разомкнет цепь питания реле ОША, которое в свою очередь разомкнет цепь питания двигателя. Реле ОШБ будет оставаться под током и двигатель привода шлагбаума Б будет работать на фрикцию до тех пор пока не закончится разряд конденсатора К3, подключенного параллельно катушке реле ВЭД и последнее не отпустит свой якорь.

В случае выключения питания переменного тока брусья шлагбаумов останутся в поднятом положении до приближения к переезду первого поезда, после чего брусья опустятся автоматически, а подъем брусьев после проследования поезда будет осуществляться вручную. Выключение красных мигающих огней переездных светофоров осуществляется только после полного подъема брусьев обоих шлагбаумов контактами реле У1 и У2.

Схема управления шлагбаумом ПАШ-I показана на рисунке 3.

6. Определение дальности установки электропривода.

Определить длину кабеля без дублирования жил:

м где L — длина кабеля, без дублирования жил;

U_n — напряжение источника питания;

U_д — напряжения на зажимах двигателя;

r₁ — сопротивление медной жилы кабеля диаметром 1 мм.

Согласно [3], дублирование жил для управления двигателем до расстояния 100 м не требуется.

Рассчитаем емкость пускового конденсатора:

мкФ

где I_ф — номинальный фазный ток;

U_ф — номинальное фазное напряжение;

f = 50 Гц — частота;

— коэффициент мощности.

Учитывая, что работа двигателя происходит под нагрузкой, необходимо увеличить рабочую емкость. Электродвигатель шлагбаума работает 10−12 с при мощности, превосходящей расчетную на 35%. Поэтому рабочую емкость следует увеличить на 50−70%. Тогда:

мкФ

Используемая литература

1. Задание на контрольную работу с методическими указаниями для студентов VI курса. Москва 2005 год.

2. Переездной шлагбаум ПАШ-I. Технология обслуживания, ремонта и проверки в условиях дистанций сигнализации и связи железных дорог. Москва 1998 год.

3. Методические указания по проектированию устройств автоматики, телемеханики и связи на ж.д. транспорте И-234−95 «Переездной шлагбаум с двигателем переменного тока». Санкт-Петербург 1995 год.