ФГОУ ГМА имени адмирала С.О. Макарова
Кафедра электродвижения и автоматики судов
Курсовая работа
по основам судового электропривода
на тему: «Расчет электропривода мостового крана»
Вариант №18
Выполнил: курсант 332 группы
Сорокин А.Ю.
Проверил: профессор
Ягодкин В.Я.
Санкт — Петербург,
2008
Задание
Спроектировать электропривод мостового крана заданной грузоподъемности имеющего три механизма передвижения крана, тележки и подъемной лебедки.
Использовать для механизма передвижения крана (моста) электродвигатель постоянного тока независимого возбуждения, для тележки — асинхронный двигатель с фазным ротором.
Выбрать для механизма подъемной лебедки двигатель постоянного тока последовательного возбуждения.
Содержание курсовой работы
Определить мощность, момент и частоту вращения электродвигателей механизмов передвижения и подъема груза. Выбрать двигатели по каталогу.
Для электродвигателей механизмов передвижения:
- а) Рассчитать величину сопротивления пусковых и тормозных резисторов;
- б) Построить естественные и искусственные механические характеристики при работе двигателя с различными сопротивлениями ступеней пусковых резисторов в цепи якоря (ротора);
- в) Построить механические характеристики в режиме динамического торможения.
Электропривод подъемной лебедки должен обеспечить четыре ступени регулирования скорости при работе на подъеме и четыре ступени при работе на спуск.
Рассчитать и построить механические характеристики и определить скорости подъема и спуска груза на всех ступенях работы двигателя.
Определить продолжительность переходных режимов и построить кривые изменения и для пуска и торможения электродвигателя механизма передвижения крана.
Для механизма передвижения крана построить нагрузочную диаграмму и проверить электродвигатель на нагрев.
Составить схемы управления двигателей передвижения крана и тележки. Выбрать по каталогам необходимую аппаратуру.
Для выполнения курсовой работы задаются следующие величины:
Тема работы Электропривод механизма передвижения крана УДК
... В форме: Студенту: Группа З-5Г10 Тема работы: ЗАДАНИЕ на выполнение выпускной квалификационной работы Бакалаврской работы (бакалаврской работы, дипломного проекта/работы, магистерской диссертации) ФИО Гуменному Ефиму Васильевичу Электропривод механизма передвижения крана Утверждена приказом директора (дата, номер) ...
- вес мостового крана (с тележкой)
- вес тележки
- вес груза (грузоподъемность)
- вес грузозахватывающего устройства
- скорость движения крана
- скорость движения тележки
- скорость подъема груза
- радиус колеса крана и тележки
- радиус шейки оси колеса
- диаметр барабана подъемной лебедки
- момент инерции барабана
- номинальный КПД механизмов передвижения
- номинальный КПД механизма подъема
- передаточное отношение редуктора передвижения крана
- передаточное отношение редуктора передвижения тележки
- передаточное отношение редуктора грузоподъемной лебедки
- передаточное отношение полиспата
- путь, проходимый краном
- путь, проходимый тележкой
- высота подъема (спуска) груза
- время стоянки крана при разгрузке
- время стоянки крана при погрузке
I. Определение мощности и выбор электродвигателя
1. Механизм передвижения
Мощность электродвигателя передвижения моста и тележки определяется по нагрузке в статическом режиме работы.
Для этого необходимо определить мощность и приведенный к валу статический момент.
Где — коэффициент трения в опорах ходовых колес;
- коэффициент трения качения ходовых колес;
- коэффициент, учитывающий трение колес о рельсы возникающее вследствие возможного перекоса конструкции моста или тележки.
(Данные коэффициенты берутся из таблиц №1,2,3 соответственно)
Для мостового крана:
С учетом коэффициента запаса имеем
Угловая скорость двигателя:
Частота вращения:
По расчетам мощности и частоты вращения выбираем по каталогу с ПВ = 40% двигатель постоянного тока независимого возбуждения Д31 (тихоходное исполнение) со следующими параметрами:
Пересчитываем передаточное отношение редуктора механизма передвижения:
Определяем приведенный к валу момент сопротивления:
2. Механизм передвижения тележки
Выбираем асинхронный двигатель с фазным ротором МТМ112-6
Определяем новые
3. Грузоподъемный механизм
Угловая скорость двигателя:
Частота вращения:
Выбираем двигатель постоянного тока последовательного возбуждения Д808 ПВ=40%:
Пересчитываем
II. Расчет пусковых, тормозных, регулировочных резисторов и построение механических характеристик
1. Двигатель независимого возбуждения
а) Пусковые резисторы:
, и , (координаты двух точек, необходимых для построения ЕМХ — график-прямая)
Где (если в каталоге не указано сопротивление якоря, то его ориентировочно определяют, приняв, что половина всех потерь в двигателе при номинальной нагрузке связана с потерями в меди якоря)
При ;
- Рассчитаем сопротивление пускового реостата. Для этого задаемся величиной максимального пускового момента:
и величиной момента переключения
где
сопротивление всех ступеней реостата;
Число ступеней реостата:
Величины сопротивлений ступеней пускового реостата определяются из пусковой диаграммы (рис.№1):
б) Тормозные резисторы
При динамическом торможении
Считаем, что ,
При торможении противовключением
или
Пусковая диаграмма двигателя независимого возбуждения (см. рис.№1).
2. Асинхронный двигатель с фазным ротором
а) Расчет ЕМХ:
Максимальный критический момент:
Определяем сопротивление пусковых резисторов и строим ИМХ при включенном в цепь ротора (табл. 2).
Зададимся и
Таблица 4. (EMХ см.рис.№2)
|
1 |
0.9 |
0.8 |
0.7 |
0.6 |
0.5 |
0.4 |
0.3 |
0.2 |
0.1 |
||
|
70,454 |
74,309 |
78,412 |
82,682 |
86,923 |
90.711 |
93,149 |
93,38 |
84,137 |
59,602 |
||
Таблица 5.(ИМХ см. рис.№3)
|
1 |
0,9 |
0,8 |
0,7 |
0,6 |
0,5 |
0,4 |
0,3 |
0,2 |
0,1 |
||
|
Msи1 |
92,918 |
92,23 |
91,10 |
89,38 |
86,84 |
83,13 |
77,72 |
75,27 |
57,26 |
36,94 |
|
|
Msи2 |
90,82 |
92,08 |
92,99 |
93,36 |
92,9 |
91,16 |
87,40 |
85,40 |
67,62 |
44,51 |
|
1. Пусковая диаграмма асинхронного двигателя (см. Рис.№2) 2.Естественная и искусственные механические характеристики асинхронного двигателя (см. рис№3).
б) Динамическое торможение.
- фазный ток х.х. двигателя.
- номинальное фазное напряжение двигателя;
;
Схема замещения при динамическом торможении:
Скольжение в режиме динамического торможения
(32)
(31)
(29)
;
- При Iэкв и r2? ,задаваясь Iµ. можно найти по кривым (см. рис.№4) значения Iµ и xµ .По формуле №32 находится s’, далее из выражения №29 — ток I2′ и по формуле №31 — момент М’. Расчет механической характеристики ведется при Iэкв=3I0 и r2p=0.2rpн*. Задаемся током намагничивания Iµ=(0.6;0.5;0.4;0.3;0.2;0.1;0,05) Iэкв
Таблица №6
|
13,05 |
15,225 |
8,7 |
6,525 |
4,35 |
2,175 |
1,0875 |
||
|
1,8 |
2,1 |
1,2 |
0,9 |
0,6 |
0,3 |
0,15 |
||
|
0,6 |
0,5 |
0.85 |
1,5 |
1,3 |
1,5 |
1,6 |
||
|
0,315 |
0,2 |
0,386 |
0,307 |
0,545 |
0,969 |
1,8 |
||
|
16,77 |
14,866 |
19,418 |
20,438 |
20,945 |
21,318 |
21,418 |
||
|
326,84 |
282,098 |
357,739 |
498,696 |
294,543 |
171,627 |
89,193 |
||
|
31,4 |
26,2 |
44,551 |
78,619 |
68,136 |
78,619 |
83,860 |
||
|
19,841 |
18,064 |
24,302 |
19,314 |
34,341 |
61,055 |
118,593 |
||
3. Двигатель последовательного возбуждения
Номинальное сопротивление двигателя:
Пользуясь формулами: , , и графиками построим ЕМХ.
Схема двигателя последовательного возбуждения:
Таблица №7 (Данные, приведенные в таблице, определяются по универсальным характеристикам двигателей последовательного возбуждения см. рис.№6) ЕМХ
|
1.75 |
1.3 |
1.1 |
1 |
0.95 |
0.8 |
0.75 |
0.7 |
||
|
98,96 |
73,51 |
62,2 |
56,55 |
53,72 |
45,24 |
42,4 |
39,58 |
||
|
172 |
256 |
344 |
430 |
516 |
688 |
774 |
860 |
||
|
0.4 |
0.6 |
0.8 |
1 |
1.2 |
1.6 |
1.8 |
2 |
||
|
0,3 |
0,5 |
0,75 |
1 |
1,3 |
1,9 |
2,2 |
2,55 |
||
|
450,94 |
751,57 |
1127 |
1503 |
1954 |
2856 |
3307 |
3833 |
||
Задаваясь значениями, находим:
Подъем груза. 1 Ступень
Применяем схему с шунтированным якорем
Используя формулы:
2 ступень: Двигатель работает по нормальной схеме
3 ступень: Двигатель работает по нормальной схеме
4. ступень: Выход на ЕМХ.
Произведем расчеты искусственной характеристики подъема:
Таблица №8
|
-129 |
0 |
129 |
258 |
430 |
645 |
860 |
||
|
418,07 |
467,1 |
516,12 |
565,14 |
630,51 |
712,22 |
793,93 |
||
|
80 |
63,5 |
55,8 |
50 |
|||||
Спуск груза. На всех ступенях двигатель работает по следующей схеме:
;
;
; ;
; .
1 ступень:
Таблица №9
|
30 |
15,36 |
455,24 |
0,96 |
22,3 |
235,6 |
-6,66 |
-7,09 |
18,8 |
|
|
130 |
66,56 |
554,27 |
1,05 |
89 |
289,7 |
-19,39 |
-18,46 |
84 |
|
|
230 |
117,76 |
653,31 |
1,1 |
144,7 |
334,6 |
-30,08 |
-27,35 |
143 |
|
|
330 |
168,96 |
752,34 |
1,16 |
222,6 |
397,7 |
-44,93 |
-38,08 |
236 |
|
|
430 |
220,16 |
851,37 |
1,2 |
278,3 |
442,6 |
-55,63 |
-46,36 |
300 |
|
2 ступень
Таблица №10
|
30 |
15,36 |
455,24 |
0,94 |
29,6 |
235,6 |
-14 |
-14,9 |
18,8 |
|
|
130 |
66,56 |
554,27 |
1,05 |
118,3 |
289,7 |
-48,7 |
-46,4 |
84 |
|
|
230 |
117,76 |
653,31 |
1,1 |
192,3 |
334,6 |
-77,7 |
-70,6 |
143 |
|
|
330 |
168,96 |
752,34 |
1,18 |
295,8 |
397,7 |
-118,1 |
-100,1 |
236 |
|
|
430 |
220,16 |
851,37 |
1,2 |
369,8 |
442,6 |
-147,1 |
-122,6 |
300 |
|
3 ступень:
Таблица №11
|
30 |
15,36 |
172,6 |
0,8 |
22,3 |
157,1 |
-92,5 |
-115,6 |
16 |
|
|
130 |
66,56 |
112,2 |
0,88 |
89 |
193,1 |
-145,2 |
-165 |
70,4 |
|
|
230 |
117,76 |
245,1 |
0,96 |
144,7 |
223,1 |
-189,2 |
-197,1 |
124,8 |
|
|
330 |
168,96 |
291,3 |
1 |
222,6 |
265,1 |
-250,7 |
-250,7 |
200 |
|
|
430 |
220,16 |
324,3 |
1,03 |
278,3 |
295,1 |
-294,7 |
-286,1 |
257,5 |
|
4 ступень:
Таблица №12
|
30 |
0 |
114.2 |
0 |
||||||
|
130 |
0 |
114.2 |
0 |
||||||
|
230 |
0 |
114.2 |
0 |
||||||
|
330 |
0 |
114.2 |
0 |
||||||
|
430 |
0 |
114.2 |
0 |
||||||
Электромеханические характеристики двигателя на подъем и спуск на различных ступенях работы двигателя (см. рис.№9)
III. Переходные режимы электроприводов, построение нагрузочной диаграммы и проверка двигателя на нагрев
При исследовании переходных процессов учитываем лишь влияние механической инерции, влияние электромагнитной инерции не учитываем, т.е. считаем, что .
где приведенный момент инерции.
Расчет ведется для двух режимов работы крана: с грузом и без груза.
Где — масса механизма крана
- масса двигателя
- масса груза
В дальнейшем индекс 1 — для режима с грузом
2 — для режима без груза
Где коэффициент, учитывающий влияние инерционности редуктора.
Определим механическую постоянную времени при полностью введенном пусковом реостате:
где
Механическую постоянную при выведенной 1-ой ступени:
, где
Механическую постоянную при выведенной 2-ой ступени:
, где
электродвигатель груз резистор кран
Время работы двигателя на каждой ступени.
1 ступень:
2 ступень:
ЕМХ:
Механическая постоянная времени при динамическом торможении:
Время динамического торможения:
Путь, проходимый краном при пуске:
Путь, проходимый краном при торможении:
Время работы в установившемся режиме:
Эквивалентная продолжительность включения двигателя
где — коэффициенты, учитывающие
ухудшение условий, охлаждения, соответственно, при пуске, остановке или торможении.
Величина эквивалентного момента в этом случае:
Пересчет на стандартную продолжительность включения предварительного выбранного двигателя:
, следовательно, двигатель выбран правильно.
