Телескопическое электрокормораздаточное устройство
![Курсовая: Телескопическое электрокормораздаточное устройство](https://gugn.ru/work/1347878/cover.png)
Н*м, Но в начале второго цикла кормушки начинают движение пустыми, значит момент сопротивления будет изменяться в ходе наполнения кормушек, то есть нам необходимо определить начальный момент сопротивления при втором цикле работы. Защита силовой части схемы от коротких замыканий и прегрузки осуществляется посредством автоматического выключателя QF1 и SF1 для цепи управления. Для запуска… Читать ещё >
Телескопическое электрокормораздаточное устройство (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
КУРСОВАЯ РАБОТА
«Телескопическое электрокормораздаточное устройство»
1. Описание технологической схемы
2. Выбор частоты вращения и технических данных редуктора
3. Расчет и построение нагрузочной диаграммы и механической характеристики рабочей машины
4. Предварительный выбор двигателя по мощности и режиму нагрузки
5. Определение приведенного момента инерции системы двигатель — рабочая машина
6. Расчет и построение нагрузочной диаграммы двигателя за один цикл работы машины
7. Обоснование и описание принципиальной схемы управления
8. Выбор аппаратуры управления и защиты
9. Краткое описание устройства и места расположения электрооборудования
10. Подсчет стоимости выбранного комплекта электрооборудования
11. Определение устойчивости выбранной автоматической системы управления Спецификация Заключение Литература
Весьма трудоемкий процесс на животноводческих фермах — раздача кормов (на эту операцию приходится до 40% трудовых затрат по грузоперемещению на ферме). Целесообразность того или иного способа раздачи кормов следует решать в соответствии с технологией содержания и кормления животных, сообразуясь с планировкой животноводческих помещений.
Так как на животноводческих фермах наибольшее распространение получили транспортерные и бункерные кормораздатчики, то им следует уделить особое внимание и в частности методике определения мощности.
Характерной особенностью некоторых транспортеров является большой начальный статический момент сопротивления (момент трогания), который, как правило, превосходит номинальный вследствие различных причин: трения, покоя, застывания смазки в трущихся деталях и т. д.
Транспортеры в большинстве своем механизмы тихоходные. Поэтому необходимо обратить внимание на выбор передаточного числа редуктора, а также согласование номинальных частот вращения машины и ЭД с целью уменьшения величины махового момента, приведенного к валу ЭД. При изучении различных типов подвесных кормораздатчиков следует обратить внимание на соответствующие схемы автоматики, их основные преимущества, недостатки и особенности монтажа средств управления и автоматизации.
Поэтому основной целью курсового проекта является применение знаний для рационального выбора электропривода в сельском хозяйстве исходя из выше перечисленных критериев.
1. Описание технологической схемы
Транспортер предназначен для раздачи комбинированного корма: смеси силоса и резаной соломы.
Транспортер состоит из приводной станции 1, тягового троса 2, двух кормушек — нижней 3 и верхней 4 (рис. 1).
Рис. 1-Схема установки телескопического кормораздаточного транспортера в коровнике Загрузку кормом производят в средней части транспортера. Перемещение кормушек транспортера по направляющим уголкам 7 осуществляют тяговым тросом. При первом ходе нижняя кормушка перемещается под верхнюю и механически сцепляется с ней. При втором (обратном) ходе перемещаются обе кормушки и верхняя загружается кормом. По достижении крайнего правого (или левого) положения кормушки останавливаются и расцепляются. На третьем ходе нижняя кормушка перемещается в обратном направлении и одновременно загружается кормом.
По достижении крайнего левого (или правого) положения кормушка останавливается и процесс раздачи кормов заканчивается.
2. Выбор частоты вращения двигателя и технологических данных редуктора
Так как частота вращения приводного вала работей мшины менее 600 об/мин, то экономически выгодно и технически целесообразно применение высокоскоростного двигателя с синхронной частотой вращения 1000…1500 об/мин в сочетании с редуктором. Такой двигатель имеют меньшую массу, стоимость, более высокий cos ? и КПД при одной и той же мощности.
Для выбора редуктора определяем требуемое передаточное отношение:
(1)
где: ?дв — угловая скорость вала двигателя, рад/с;
?б — угловая скорость барабана, рад/с.
(2) | ||
где: Vк — линейная скорость движения кормушек, м/с;
r — радиус барабана, м.
(3) | ||
Таким образом, передаточное число редуктора будет равно:
По справочнику выбираем редуктор РМ -259: i=63, ?ред=0,98, межосевое расстояние 100/150, цилиндрический, горизонтальный, двухступенчатый.
3. Расчет и построение нагрузочной диаграммы и механической характеристики рабочей машины
Анализируя технологическую и кинематическую схему работы машины, подобно описанному выше, следует рассчитать и построить нагрузочную диаграмму рабочей машины за период одного цикла.
Построим нагрузочную диаграмму пользуясь данными задания, учитывая ее характер для данной установки.
Рисунок 2 — Нагрузочная диаграмма рабочей машины.
Определение момента сопротивления в различных точках нагрузочной диаграммы на холостом ходу (режим работы 1)
При вращательном и поступательном движении можно записать следующее выражение равенства мощностей:
(4) | ||
Отсюда можно определить момент сопротивления рабочей машины:
(5) | ||
Значение усилий F для холостого хода:
Fхх=F1+F2+F3+F4 | (6) | |
где: F1 — сила трения кормушки об уголки, Н;
F2 — сила трения троса о желоб, Н;
F3 — сила трения в цапфах, Н;
F4 — сила тяжести, Н.
(7) | ||
где: mк — масса кормушки, кг, ,
где: lк — длина одной кормушки транспортера, lк=38 м;
gк — масса одного погонного метра кормушки: gк=40 кг;
g — ускорение свободного падения, м2/с;
f1 =0,15 — коэффициент сопротивления движению кормушки по уголкам.
mн =38*40=1520 кг
F1= 1520*9.81*0.15=2236,6Н
(8) | ||
где: mтр — масса троса, кг, ,
lк — длина троса,
lтр=76 м;
gк — масса одного погонного метра троса,
gтр=0.5 кг.
f2 — обобщенный коэффициент трения нижней части троса о направляющий желоб, f2=0,55;
Fтр — усилие предварительного натяжения тягового троса, Fтр=2000 Н.
F2= ((38+1520)*9.81+2000)*0.55=9497, 62Н
(9) | ||
где: mб — масса приводного барабана троса, mб=40 кг
f3 — обобщенный коэффициент трения в цапфах барабанов, направляющих блоках, f3=0,04.
F3 =((2*40+1520)*9.81+2000)*0.04=707,8Н
(10) | ||
F4= (1520+38+2*40)*9.81=16 068,78Н Определяем полное усилие при холостом ходе:
Fxx =2236,6+9497,62+707,8+16 068,78=28 510,8Н Отсюда, момент сопротивления при холостом ходе равен:
Определение усилий загруженного транспортера (режим работы 2)
В данном случае перемещаются две кормушки, одна из них наполняется кормом.
Исходя из того, что при надое 10 — 12 кг. молока на корову норма кормления составляет 30 кг., а кормление производится 4 раза в сутки, поэтому масса корма в 1 кормушке будет:
(11) | ||
кг Усилия для груженого кормораздатчика определяем аналогично формулам (6 — 10).
(12) | ||
Н
(13) | ||
Н
(14) | ||
Н
(15) | ||
Н Полное усилие для груженого кормораздатчика:
Н Таким образом, момент сопротивления груженого механизма:
Н*м, Но в начале второго цикла кормушки начинают движение пустыми, значит момент сопротивления будет изменяться в ходе наполнения кормушек, то есть нам необходимо определить начальный момент сопротивления при втором цикле работы.
(16) | ||
Н
(17) | ||
Н
(18) | ||
Н
(19) | ||
Н Н
Определение усилий загруженного транспортера (режим работы 3)
В данном случае двигается только одна наполненная кормушка.
(20) | ||
Н
(21) | ||
Н
(22) | ||
(23) | ||
В этом случае начальный момент сопротивления будет равен моменту при холостом ходе.
Определяем эквивалентные моменты для каждого режима работы
(29) | ||
где: М1, М2, Мn — эквивалентные моменты за циклы работы, ;
t1, t2, tn, — время работы машины при соответствующем эквивалентном моменте.
Эквивалентный момент при первом режиме работы будет равен статическому моменту, так как в данном случае нагрузка постоянна.
М1=46,3
Эквивалентный момент при втором режиме работы:
(30) | ||
Эквивалентный момент при третьем режиме работы:
(31) | ||
Но так как мощьность в третьем цикле равна нулю, то
Для машины принимаем момент сопротивления постоянным, т. е. не зависящим от скорости х=0.
Рисунок 3-Механическая характеристика рабочей машины
4. Предварительный выбор электродвигателя по мощности и режиму нагрузки
Определение мощности двигателя, сконструированного для режима S1, но работающего в режиме S2
По нагрузочной диаграмме (рис. 2) определяем Рэкв.
(32)
По Рэкв выбираем двигатель, мощность которого должна быть:
Записываем его каталожные данные.
Тип двигателя | Рн, кВт | КПД, % | сов ? | Sн, % | Мп / Мн | Мmах / Мн | Mmin/Мн | Iп/Iн | Момент инерции, кг· м2 | Масса, кг | |
АИР132S4 | 7,50 | 87,5 | 0,86 | 4,0 | 2,0 | 2,5 | 1,6 | 7,5 | 0,028 | ||
Определяем постоянную времени нагрева по формуле:
(33)
где m — масса двигателя, кг;
Рном — номинальная мощность двигателя, Вт;
?ном — номинальное превышение температуры обмотки
статора двигателя, измеренное методом
сопротивления, 0С (справочная величина) для АД
серии 4А.
Класс изоляции | А | Е | В | F | Н | |
?ном, 0С | ||||||
Следовательно:
Определяем коэффициенты термической и механической перегрузок по формулам:
для коэффициента термической перегрузки:
(34)
для коэффициента механической перегрузки:
(35)
где — коэффициент, равны й 0,5…0,7 — для асинхронных двигателей;
Следовательно:
1. Определяем мощность двигателя, сконструированного для режима S1, но работающего в режиме S2:
(36)
2. Осуществляем проверки выбранного электродвигателя
а) по пусковому моменту:
(37)
где — коэффициент, учитывающий снижение напряжения (до 30%) на зажимах пускаемого двигателя;
— пусковой момент двигателя;
?пуск и Мном берем из каталога.
Для нашего случая ?1 = 0,7, следовательно:
Необходимо помнить, что номинальный момент двигателя определяется следующим образом:
(38)
н — номинальная частота вращения электродвигателя (каталог), если в каталоге вместо н приводится синхронная о, то номинальную частоту вращения, рад/с, определяют как:
(39)
где Sн — номинальное скольжение (каталог), обычно оно изменяется в пределах 0,06…0,07.
При этом связь между синхронной скоростью вращения, об/мин, и синхронной частотой вращения, рад/с имеет вид:
Мтр.р.м. — момент трогания рабочей машины (берется из нагрузочной диаграммы рабочей машины для нулевого значения ее скорости).
Для нашего случая, рассмотренного в данном примере, получим:
ВЫВОД: Условие выполняется.
б) по перегрузочной способности:
(41)
где — коэффициент, учитывающий снижение
напряжения на зажимах работающего двигателя на
10% при включении в сеть мощного ЭД;
— максимальный момент, развиваемый двигателем; при этом ?макс (кр) — кратность максимального (критического) момента, берем из каталога.
(42)
=91Н*м
Подставив все значения получим:
ВЫВОД: Условие выполняется. Двигатель выбран правильно.
5 Определение приведенного момента инерции системы двигатель — рабочая машина
Инерционная характеристика машины представляет собой данные о величине момента инерции машины и законов его изменения от различных факторов.
Определим приведенный момент инерции кормораздатчика при холостом ходе (режим 1):
(43) | ||
Приведенный момент инерции в режиме 2:
(44) | ||
Приведенный момент инерции в режиме 3:
(45) | ||
При этом моменте инерции кинетические энергии, запасенные в виртуальном маховике, установленном на электродвигателе и на движущихся частях системы «Рабочая машина» равны.
Величину момента инерции используем для графического определения времени пуска электропривода
6. Расчет и построение нагрузочной диаграммы двигателя за один цикл работы машины
Механическую характеристику двигателя построим по пяти точкам:
1 точка: М=0;
2 точка:
3 точка:
(46)
(47)
(48)
гденоминальное скольжение;
— кратность критического момента;
4 точка:
(49)
т. к. возникают гармоники кратные 7 при запуске двигателя на частоте, соответствующей, то:
(50)
5 точка:
(51)
1. Строим механическую характеристику электродвигателя и рабочей машины.
2. Находим момент динамический Мдин=Мдв-Мс
3. Заменяем Мдин ломанной линией.
4. Откладываем отрезок [ОА]<�Мдин. мин.
5. На оси ординат откладываем значения избыточных моментов и полученные точки соединяем с точкой А.
6. Из т. 0 до пересечения с горизонталью ?? проводим линию, параллельную отрезку [0-A]. 7. Аналогично определяем остальные точки и строим зависимости Мдв=f (t) и ?=f (t).
8. Масштаб времени определяется из соотношения:
(52) | ||
7. Обоснование и описание принципиальной схемы управления установкой
1. Управление приводом осуществляется вручную — дистанционно.
2. Перед включением двигателей должен быть подан предупредительный звуковой сигнал.
3. Привод транспортера должен иметь возможность кратковременно реверсироваться.
4. Остановка привода может быть произведена с пульта управления и двух мест производственного помещения.
5. Схема должна предусматривать защиту от коротких замыканий, тепловую, обрыва фаз сети и самопроизвольного пуска.
6. Реверсирование двигателя осуществляется конечными выключателями и производится без торможения противовключением.
Работа схемы управления
Защита силовой части схемы от коротких замыканий и прегрузки осуществляется посредством автоматического выключателя QF1 и SF1 для цепи управления. Для запуска электродвигателя применяется специальное устройство плавного пуска.
При нажатии на кнопку SB4 подается питание на звонок звуковую сигнализацию предупреждения о включении.
При нажатии на SB5 питание подается на катушку магнитного пускателя КМ1, его контакт КМ1:2 шунтирует кнопку, а главные контакты подают питание на двигатель кормушек. Двигатель включается.
При достижении верхней кормушки крайнего положения срабатывает конечный выключатель SQ2 и подает питание на катушку реле времени КТ1, контакт КТ1:2 которого запитывает катушку пускателя КМ2 (происходит реверс двигателя
При достижении крайнего положения срабатывает SQ1 катушка КМ2 обесточивается и процесс раздачи останавливается.
Остановка схемы производится с щита управления и двух мест производственного помещения.
8. Выбор аппаратуры управления и защиты
Для того чтобы произвести расчет пусковой и защитной аппаратуры необходимо знать номинальные данные двигателей, используемых в схеме:
Тип двигателя | Рн, кВт | КПД, % | сов ? | Sн, % | Мп / Мн | Мmах / Мн | Mmin/Мн | Iп/Iн | Момент инерции, кг· м2 | Масса, кг | |
АИР132S4 | 7,50 | 87,5 | 0,86 | 4,0 | 2,0 | 2,5 | 1,6 | 7,5 | 0,028 | ||
Номинальный ток электродвигателя
(53)
Расчет автоматических выключателей:
Автомат выбираем из условий:
(54) | ||
Таким образом, автоматический выключатель должен соответствовать следующим условиям:
Выбираем АЕ2040 с =660 В, =63А,
Магнитные пускатели выбираем из условий:
(55) | ||
Таким образом, пускатели должны соответствовать следующим требованиям:
КМ1, КМ2 | |
КМ1: ПМЛ263 103-У3
КМ2: ПМЛ263 103-У3
Расчет теплового реле.
Выбираем по току уставки
(56)
Выбираем реле РТЛ 1021
Остальную аппаратуру выбираем исходя из потребности схемы.
Кнопки: КМЕ 5101 У3.
Реле времени: РВ-4−1.
Конечные выключатели: ВПК-2111
Звонки: ЗВП-220
9. Краткое описание расположения аппаратуры управления
Пульт и шкаф управления располагаются на одной площадке с приводной станцией. Они находятся в основном стойловом помещении, на видном месте, чтобы оператор мог следить за процессом и вовремя отключить транспортер.
Внутри шкафа устанавливаются: автоматические выключатели, магнитные пускатели, тепловые реле, электрический звонок.
На дверце шкафа устанавливаются кнопки управления.
Выключение транспортера возможно с трех мест помещения: с пульта управления и с двух концов здания.
10. Подсчет стоимости выбранного комплекта оборудования
Стоимость оборудования сводим в таблицу 1.
Таблица 1 — Стоимость оборудования
Наименование | Кол — во | Цена, руб. | |
Электродвигатель АИР 132 S4 | |||
Магнитный пускатель ПМЛ 263 103-У3 | 3033,26 | ||
Тепловое реле РТЛ 1021 | ; | ||
Звонок электрический ЗВП-220 | |||
Кнопка управления КМЕ 5101-У3 | |||
Выключатель автоматический АЕ 2040 | 341,21 | ||
Предохранитель ПР2 | |||
Реле времени РВ-4−1 | |||
Конечный выключатель ВПК-2111 | |||
Щит управления Я5115−3474-У325А IP31 | 1270,26 | ||
Итого | 27 589,51 | ||
11. Определение устойчивости системы
Рисунок 4 — Схема автоматического управления
Управляющим устройством является двигатель, передаточная функция которого имеет вид W1=. Он оказывает воздействие на редуктор (исполнительный механизм с передаточной функцией вида W2=k). Дополнительно к этому, транспортерам присуще запаздывание: W3=е-р?.
В данных функциях:
Т — постоянная времени, с; примем Т = J•?0/Mкр=0,28•151/122,4=0,3 с;
? — время запаздывания, с;? = 5 с.;
k — коэффициент усиления исполнительного механизма, k = 0.86.
к1=1-коэфициент усиления датчика
Общая передаточная функция всей системы будет иметь вид:
(57) | ||
Подставив имеющиеся значения, получаем:
Устойчивость системы определим по критерию Михайлова. Для этого знаменатель полученного выражения представляем в виде характеристического уравнения, заменяя значение «p» на «j?».
M (p)=0,3•е5р+е5р+0,86
M (j?)=0.3•ej?+ej?+0.86=0.3+0.005j?+1+0.087j?+0.86=2,16+0,092j?
Re (?)=2,16
Im (?)=0,092?
Таким образом, годограф Михайлова будет иметь следующий вид:
Рисунок 5 — Годограф Михайлова
Как видно из рисунка 4, годограф Михайлова начинается на положительной вещественной полуоси и проходит число квадрантов, соответствующее порядку характеристического уравнения, следовательно, система устойчива.
Определяем устойчивость системы по критерию Найквиста:
Замкнутая САУ будет устойчивой, если АФЧХ разомкнутой САУ не охватывает точку с координатами (-1; j0).
Для этого у передаточной функции замкнутой САУ размыкаем обратную связь и находим общую передаточную функцию разомкнутой САУ. Строим данную передаточную функцию.
; (58)
;
M (p)=0,3•е5р+е5р
Заменяем р на, получим
;
Построим АФЧХ разомкнутой САУ:
Рисунок 6 — АФЧХ разомкнутой САУ.
Так как АФЧХ разомкнутой САУ не охватывает точку с координатами
(-1; j0), то замкнутая САУ устойчива. Запас устойчивости С=2,3.
1. Коломиец А. П., Кондратьева Н. П., Владыкин И. Р., Юран С. И. — Электропривод и электрооборудование. — М.: КолосС, 2006
2. Кондратьева Н. П. выбор электродвигателей, аппаратуры и защиты электрических установок. — Ижевск: ИжГСХА, — 2002, — 150 с.
3. Коломиец А. П., Ерошенко Г. П., Кондратьева Н. П., Владыкин И. Р., Юран С. И. и др. Устройство, ремонт и обслуживание электрооборудования в сельскохозяйственном производстве. / Учебник. — М.: Издательский центр «Академия», 2003. — 368 с.
4. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей. — М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2003. — 208 с.
5. Правила устройств электроустановок (ПУЭ), издание седьмое, раздел 1 (главы 1.1; 1.2; 1.7; 1.9), раздел 7 (главы 7.5; 7.6; 7.10) — М.: Изд во НЦ ЭНАС, 2003. — 176 с.
6. Правила устройств электроустановок (ПУЭ), издание седьмое, раздел 6, раздел 7 (главы 7.1; 7.2). — М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2002, — 80 с.