Электропривод щебнеочистительной машины

Электропривод щебнеочистительной машины

Московский Государственный Университет Путей Сообщения (МИИТ)

Кафедра «Путевые, строительные машины и робототехнические комплексы»

Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине «Спецэлектропривод и автоматика»

Выполнил студент

Группы ТДМ - 312 Гришин И.

Проверил: Заломов В. А.

Москва 2009г.

1. Назначение машины ЩОМ - 850

Щебнеочистительная машина предназначена для очистки от засорителей и расколовшихся кусков щебня на стрелках пероганах и стационарных путях с отбором засорителей в специальный подвижной состав, а также для уплотнения поверхности среза перед укладкой геотекстиля или дарнита и укладкой очищенного балласта под путевую решетку послойно с уплотнением в два слоя, а также для вырезки балласта (без очистки). Функционирование рабочих органов, передвижение машины во время работы обеспечивается собственной энергетической установкой.

Машина состоит из двух модулей: щебнеочистительного и энергетического.

2. Технические данные щебнеочистительной машины.

Производительность при работе на пути на сухих балластах - 850 [мі/ч], влажностью до 5 % и засорённостью 35%.

Производительность по очистке 800 - 850 [мі/ч].

Производительность по вырезке 450 - 600 [мі/ч].

Максимальная глубина очистки балласта ниже уровня подошвы шпал 600 [мм].

Минимальная глубина очистки балласта ниже уровня подошвы шпал 200 [мм].

Максимальная ширина вырезки балласта до 5,2 [м].

Минимальная ширина вырезки балласта - 3,9 [м].

Содержание засорителей оставшихся в щебне после очистки не более 5%.

Ширина укладки геотекстиля - 4500 [мм].

Ширина распределения нижнего слоя очищенного щебня 3 - 3,5 [м].

Степень уплотнения нижнего очищенного слоя по относительной осадке не менее 15%.

Скорость движения машины при работе:

режим повышенной скорости от 0,6 до 5 [км/ч].

режим пониженной скорости 0,06 - 0,6 [км/ч].

Транспортная скорость в составе поезда до 90 [км/ч].

Силы тяги: режим повышенной скорости 7.

режим пониженной скорости 27.

Масса не более: щебнеочистительный модуль - 120 [т].

энергетический модуль - 80 [т].

3. Устройство машины и её составные части

Для снижения тягового усилия используется электромагнитный подъёмник. Рабочие органы машины приводятся в действие только от электродвигателей. В рабочем режиме колёсные пары вращаются от тягового электродвигателя через раздаточный редуктор и карданные передачи. Питание тягового электродвигателя происходит от генератора через терристорный преобразователь. Питание же электродвигателей и рабочих органов щебнеочистительной машины происходит то генератора тягового модуля. Машина имеет выгребное устройство (выгребная скребковая цепь). Одна из основных составных частей ЩОМ является загрузочный конвейер.

4. Блок-схема алгоритма расчета

5. Расчёт конвейера промежуточного

Исходные данные для проектирования.

- Транспортируемый груз смесь с засорителями плотностью - [г]=1,8 [т/мі].

- Скорость конвейера 3,15 [м/с].

- Конвейер устанавливается на щебнеочистительном модуле.

- Работает в интервале температур -10+25 С°.

Машина работает в две смены по 6 часов в смену, 12 часов в сутки, 240 дней в году.

Плановая максимальная объёмная производительность [Пmax] = 850 [мі/ч].

Коэффициент готовности конвейера [Кг] = 0,85.

Расчётный коэффициент рабочего использования конвейера по времени [Квв] = 0,95.

Проектирование конвейера по времени

1) В сутки:

tпст

Квc = ----;

tпсN

Где, tпст = 12 - время работы конвейера в сутки.

tпсN = 24 - количество часов в сутках.

12

Квc = ---- = 0,5

24

2) В год:

 tпг

Квг = ----;

tпгN

Где, tпг = 240 - количество рабочих дней в год.

tпгN = 360 - количество дней в году.

240

Квг = ---- = 0,67;

360

Расчётная объёмная производительность конвейера

Пmax •Кн

Прм = --------;

Кг •Квв

Где Кн =1,1 - 1,5 коэффициент неравномерности загрузки. Принимаем при равномерной загрузке Кн = 1,1.

Кг=0.85- коэффициент готовности конвейера;

Квв=0.95- коэффициент использования конвейера повремени;

850 • 1,1

Прм = ---------- = 1158 [м/чі].

0,85 • 0,95

Определение ширины ленты.

B=1.1

Где Кп = 550 - коэффициент площади сечения насыпного груза на ленте (для бж = 30є и груза средней подвижности)

бж - угол наклона

V = 3,15 м/с - скорость движения ленты

Кв - коэффициент уменьшения сечения груза на наклонном конвейере

0.05- Запас по производительной ширине ленты

=1.1=1,002 м

Выбираем ширину ленты по ГОСТу больше расчетной величины

В=1200мм=1.2м (ГОСТ 20-85);

Применяем желобчатые ролико-опоры с роликами

-d[мм];

-l[мм]-расстояние между роликами верхней ветви- рабочей;

-l[мм]-расстояние между роликами нижней ветви- холостой;

Определение погонных нагрузок.

qл = 10•Gл [H/м] - погонная нагрузка то массы одного метра ленты;

Где, Gл = 16,1 [кг] - масса одного метра ленты;

qл = 10•16,1=161 Н/м

Погонная нагрузка от массы транспортируемого насыпного груза;

10 • Qр

qг = --------

3,6 • r

10 • 2084

qг = ---------- = 1838 Н/м

3,6 • 3,15

Где, Qр - расчётная массовая производительность конвейера.

Кн

Qр = Qс • ------

Кв • Кг

 1,1

Qр = 1530 • ---------- = 2084 м/ч

0,95 • 0,85

Где Qс - заданная в техническом задании плановая средняя массовая производительность конвейера.

Qс = Пmax • j

Qс = 850 • 1,8 = 1530 м/ч

Погонная нагрузка от массы вращающихся частей нижней холостой ветви ленты конвейера;

10 • Gрн

qрн = --------

?рн

Где, Gрн = 14,5 [кг] - масса вращающихся частей роликовых опор на нижней ветви.

10 • 14,5

qрн = -------- = 112 Н/м

1,3

Погонная нагрузка от массы вращающихся роликовых опор на верхней рабочей ветви ленты конвейера;

10 • Gрв

qрв = --------

?рв

Где, Gрв = 16,5 [кг] - масса вращающихся частей роликовых опор на верхней ветви.

10 • 16,5

qрв = -------- = 254 Н/м

0,65

Определение общего усилия сопротивления движению ленты наклонного конвейера;

W?н = К • LГ • C •( qг + qрв+qрн+2•qл) + qг •Н

Расчётное натяжение ленты на барабанном приводе.

 емб • P • Кзр

Коэффициент натяжения ленты.

Кст = 0,9 - коэффициент прочности стыкового соединения (вулканизированный);

Кр = 0,95 - коэффициент режима работы конвейера;

7

Необходимое по расчётному натяжению количество прокладок тягового каркаса основы резинотканевой ленты;

 K • Sнб

Принимаем на конвейере 3 приводных барабана фирмы:

FAA TM - 401 - 15 - 400x1300 - 3,15 - 400PT100G

Диаметр приводных барабанов Dб = 400 [мм]

Выбранный диаметр приводного барабана проверяем по действию удельного давления ленты на поверхность барабана.

Где, с=1,03 - коэффициент сопротивления при набегании ленты на поворотный или отклоняющий ролик.

S3 = 1,03•(S1 + 11,48) = 1,03•S1 +11.8

Сопротивление движению ленты конвейера от точки 3 до точки 4;

W3-4=C •(qл + qрн) • ?3-4 - qл • h3-4

W3-4 = 0,035 •(161 + 112) • 3,5• cos24є - 3,5• sin24є = -198,6Н

Натяжение в точке 4;

S4 = S3 + W3-4 = 1,03•(S1 +11,48) -198,6

- Натяжение в точке 5;

S5 = с • S4;

S5 = 1,03•(S1+11,48) -204,6

- Сопротивление движению ленты конвейера от точки 5 до точки 6;

W5-6=С•(qл+qрн)• ?5-6 - qл•h5-6

W5-6 =0,035•(161+112)•3,2•cos15o - 161•3,2•sin15o= -104H;

Натяжение в точке 6;

S6 = S5 + W5-6 ;

S6 =1,03•(S1+11,48)-204,6 -104=1,03•(S1+11,48)-308,6

- Натяжение в точке 7;

S7 = с • S6;

S7 =1,03•(S1+11,48)-318=Н Сопротивление движению ленты конвейера от точки 7 до точки 8;

W7-8 = C•qл• ?7-8 - qл•h7-8

W7-8 = 0,035•161 • 0,33 • sin9є- 161•0,33•cos9є = - 52,2 H;

Натяжение в точке 8;

S8 = S7 + W7-8

S8 = 1,03•(S1+11,48)-318-52,2=1,03•(S1+11,48)-370,2

Натяжение в точке 9;

S9 =с • S8

S9 = 1,03•(S1+11,48) ?381,3= Н

Сопротивление движению ленты конвейера от точки 9 до точки 10;

W9-10 = C •(qл + qрн) • ?9-10 + qл • h9-10

W9-10 = 0,035•(161+112)•0,25 • cos70є + 161•0,25•sin70є = 38,6 H

Сопротивление в узле нагрузки.

Wз = Wзу + Wзб + Wзп

Где, Wзу - сопротивление от преодоления сил сопротивления груза;

Wзб - сопротивление от трения частиц груза о стенки направляющих лотка в воронках;

Wзп - сопротивление от трения уплотнительных полос лотка о ленту;

Wзу = 0,1•qг • ДVІ = 0,1•1838•2 = 368 Н

Wзб = f1 •hБІ • гг • ?л = 0,7•0,32І •1800•1,4 = 1806 Н

Wзп = Кпл • ?л = 70 • 1,4 = 98 Н

Где ДVІ= V • V0

V0 - проекция скорости движения частиц груза при поступлении его на ленту из загрузочной воронки, [м/сІ];

ДVІ - фиксированная величина равна 2. При высоте наклонной стенки воронки равной 1;

f1 = 0,7 - коэффициент трения частиц груза о стенки борта;

hБ = 0,8 • hл = 0,8 • 0,4 = 0,32 м

hл = 0,4 [м] высота лотка, не менее 0,4 метра;

гг = 1800 [Н/мі] - удельная сила тяжести груза;

Кпл = 70 [Н/м] - удельное сопротивление трения для ширины ленты

1200 [мм];

Wз = 368 +1806 + 98 = 2272 Н

Сопротивление движению ленты конвейера от точки 9 до точки 10; (верхняя загруженная ветвь);

W9-10 = C •(qл + qг + qрв) • ?15-16 + (qг + qл) •h15-16

W11-12 = 0,035•(161+1838+254)•0,9•соs12є+(1838+161)•0,9•sin12є = 443,5 Н

Натяжение в точке 10;

S10 = S9 + W9-10

S1== 1,037•(S1+11,48)-610+443,5=1,037•(S1+11,48)-166,5

- Сопротивление движению ленты конвейера от точки 10 до точки 11;

W10-11 = C •(qл + qг + qрв) • ?16-17 + (qг + qл) •h16-17

W10-11=0,035•(161+1838+254)•1,4•соs21є+(1838+161)•1,4•sin21є=1106 H

- Натяжение в точке 11;

S11 = S10+ W10-11

S11=1,037•(S1+11,48)-166,5+690=1,037•(S1+11,48)+939,5

Натяжение в точке 12;

S12=•S11

=1,05-коэффициент сопротивления при набегании на роликовую батарею

S12=1,05•(1,037•(S1+11,48)+523,5)=1.3•(S1+11,48)+986,5= H

- Сопротивление движению ленты конвейера от точки 12 до точки 13;

W12-13= C •(qл + qг + qрв) • ?12-13

W12-13=0,035•(161+1838+254)•3,5•соs21є+(1838+161)•3,5•sin21є=2765

Натяжение в точке 13;

S13=S12+ W12-13

S13=1.3•(S1+11,48)+986,5+2765=1.3•(S1+11,48)+3751,5

Из теории фрикционного привода с учётом коэффициента запаса имеем натяжение в точке 1:

Sсб • емб = S21 • Кз

S1 • емб = S21 • Кз

Где Кз=1,15 - коэффициент запаса, учитывает усилие при переработке грязного щебня;

м=0,3 - коэффициент трения между лентой и барабаном;

б=193? - угол охвата ленты приводного барабана;

S1 • 2,72 0,3 • 3,37 =(1,365•(S1+11,48)+3955)•1,15

Sсб == 300 Н

Окружное усилие на приводном барабане.

1

Определение критического момента асинхронного двигателя.

Мкр = • Мном Н•м

Мкр = 3,5 • 48,7 =170,45Н•м

Определение критического скольжения.

Sк = Sном•( + )

Sк = 0,02 • (3,5 +) = 0,137

Подставим найденные значения в упрощенную зависимость и получим естественную механическую характеристику асинхронного двигателя.(см. рис.6)

Зададимся рядом величин S от 0 до 1 (см. таблицу1) и найдем соответствующие величины моментов.

М = Н•м

М = Н•м

Таблица1

7. Силовой источник и контрольно-измерительная аппаратура

Силовая питающая сеть путевой машины получает 3-х фазный переменный ток напряжением 380 В, частотой 50 Гц от универсального тягового модуля. Напряжение подается через специальные разъемы ХР1…ХР4 на шины силового шкафа в кабине управления.

С силовых шин он поступает к розеткам и через защитную и пусковую аппаратуру к собственным потребителям.

Суммарная установленная мощность потребителя приводов: баровой цепи, конвейеров, грохота, пробивщика, уплотнителя, гидростанции, генератора заряда аккумуляторных батарей составляет 240 кВт. Приводы механизмов реализуются на асинхронных двигателях различной мощности. Управление рабочим органом производится с пультов и постов управления, расположенных в кабине управления на раме машины, а контроль за их работой только на постах управления.

Величина тока потребления (см. рис.7) путевой машины контролируется на панели измерения Д4 амперметром РА1, который включен в фазу L3 с помощью трансформатора тока ТА1 измерительного типа АТМ-0,600/5А. Для снижения силы тока до значений удобных для измерения стандартными приборами. Первичная обмотка трансформатора включается последовательно в цепь измерения.

Фазное напряжение и частота измеряются вольтметром PV1 типа

Э8030-М1 с диапазоном измерения 0-600 В и частотометром PF1 с диапазоном измерения 0-53 Гц и номинальным напряжением 220 В. Два этх данных прибора подключаются между фазой L3 и проводом N,M.

Напряжение 3-х фазной сети подается потребителям через автоматические выключатели FA, которые защищают от перегрузки и токов короткого замыкания.

Срабатывая при защите, автоматы главными контактами размыкают силовые цепи, а вспомогательными - цепи управления магнитными пускателями. Магнитные пускатели непосредственно коммутируют напряжение 3-х фазной цепи на двигателе. Цепи управления коммутационной аппаратурой для двигателей запитываются напряжением 220 В переменного тока, подаваемого со вторичной обмотки трансформатора ТС1 выключателем FA5.

8. Проектирование силовой схемы и системы управления

Силовая часть привода содержит асинхронный двигатель с КЗ ротором М10,со встроенным датчиком температуры FAM 10, также выключатель автоматический 3-х полюсный FА13, силовые контакты магнитного пускателя КМ13.

Кнопка отключающая SB5 (общий стоп всех приводов ), включающая SB8 (пуск контактора ) .Нормально разомкнутые контакты КМ13.1,КМ13.2,контактора КМ13 ,а также контакты само подхвата: контакт КМ15.2 контактора КМ15 поворотного конвейера, сигнализационная лампа НL5,резистор R3,КА3.3 реле управления и FA5 - выключатель цепей управления , а также силовой трансформатор ТС1 и цепь индикации со светодиодом НL22.

Принцип работы системы управления

Привод осуществляется АД двигателем с КЗ ротором мощностью 30 кВт, при нажатии кнопки SB8 (пуск транспортера отсева) со вторичной питающей обмотки силового трансформатора ТС1 через замкнутые SB5 и FA5,КА13.3,при замкнутых контактах FAM10(теплового реле), FA13, подается питание на катушку контактора КМ13 ,замыкаются его силовые контакты в силовой цепи и подается напряжение на электродвигатель (т.е. осуществляется прямой пуск двигателя), при этом контакты КА4.4(реле блокировки приводов), КМ15.2 встают на самоподхват . При замыкании контакта КМ13.2, контактора КМ13 загорается лампочка НL5, сигнализируется на панели управления о запуске двигателя. При увеличении температуры внутри электродвигателя срабатывает датчик FAM10 , отключая питание в цепи контактора КМ13 (т.е. двигатель останавливается), при этом загорается светодиод НL22 (явл. индикатором), подключенный через резистор R3, сообщающий об остановке двигателя.

Выбор автоматических выключателей.

Автомат для защиты асинхронного двигателя, выбирают по

номинальному напряжению и току из следующих условий:

где UНС - номинальное напряжение питающей сети,

IН.ДВ. - номинальный ток двигателя.

Номинальный ток электромагнитного расцепителя может быть меньше номинального тока двигателя:

Ток установки электромагнитного расцепления или электромагнитного элемента комбинированного расцепителя, и защищающего короткозамкнутый асинхронный двигатель от коротких замыканий с учётом неточности срабатывания расцепителя и отклонений действительного пускового тока от каталожных значений.

[А]

Электромагнитные пускатели

Электромагнитные пускатели используют для дистанционного пуска прямым подключенным в сеть, и остановки трёх фазных асинхронных двигателей с коротко замкнутым ротором. При оснащении тепловым реле они обеспечивают также защиту электродвигателей от перегрузок недопустимой продолжительности.

Реле времени электронные.

Реле времени используются для передачи команд из одной электрической цепи в другую с определенными предварительно установленными выдержками времени. В схемах управления электроприводами используют электромагнитные и электронные реле времени.

Ток установок реле для асинхронных двигателей с коротко замкнутым ротором.

[А]

где IП - пусковой ток двигателя;

Для схем управления

[А]

где - ток в цепях управления.

Электронные реле времени серии ВЛ применяются как реле времени и программные устройства. Диапазон выдержек времени реле от 0,1с до 10 мин.

Электротепловые реле.

Электротепловые реле используются для зашиты электродвигателя от перегрузок не допускаемой продолжительности и от токов, возникающих при обрыве одной из фаз. Защита действует на отключение электродвигателя от питающей сети с последующим включением через определённый промежуток времени, необходимый для охлаждения.

Выбор нагревательного элемента электротеплового реле производится по номинальной мощности двигателя РНОМ или по току нагревательного элемента IН.Э. зависящего от номинального тока двигателя и температуры окружающей среды.

[А]

Электротепловые реле серий ТРН , ТРТН , РТЛ.

Реле серии ТРН двухполюсные с номинальными токами

IН = 0,32 - 40 А.

Предел регулирования установок Iуст = (0,8-1,25) IНОМ.

Реле срабатывает в течение t= 20 мин при 1=(1,2 )IНОМ;

Реле серии ТРТП однополосные с номинальными токами

IН.Э. =175-550 А.

Предел регулирования установок Iуст = ± 15% IНОМ. Реле срабатывает в течении t=20мин при I=1,35 IНОМ.

Реле серии РТЛ трехполюсные с номинальными тока

IН.Э. = 0,17-200А.

Предел регулирования установок Iуст= (0,16-1) IНОМ.

Реле срабатывает в течение t=20мин при I= (1,2)IНОМ

Заключение

По результатам проектирования промежуточного конвейера на щебнеочистительной машине пришел к выводам:

- для привода конвейера используют два мотор - барабана, что позволяет обеспечить равное распределение натяжения ленты по всей длине трассы.

- в качестве двигателя выбираем электродвигатель с мощностью, которая позволяет полностью использовать его по нагреву и по нагруженности, т.е. двигатель полностью нагружен, и при этом работает, не перегреваясь сверх пределов. Равным образом он обеспечивает нормальную работу при возможных нагрузках и обладает достаточным пусковым моментом для обеспечения требуемой длительности пуска рабочего механизма, и позволяет сократить до минимума энергозатраты.

Спроектированный электропривод позволяет существенно повысить производительные характеристики промежуточного конвейера, уменьшать массу и габариты агрегата, за счет применения мотор - барабана. Разработанная система управления и контроля электроприводом позволяет обеспечить оптимальный режим работы, высокий уровень безопасности, надежности, удобства в эксплуатации, ремонтопригодность данной машины.

Список литературы

1. Заломов В.А. Электроприводы путевых машин и роботов. Методические указания к курсовому проектированию. - М. ; МИИТ, 2003 - 48 с.

2. Гринчар Н.Г. Ковальский В.Ф. Путевые машины. Альбом конструкций. «Щебнеочистительные машины». - М. ; МИИТ. 200, - 60 с.

3. Копылов «Справочник по электрическим машинам» 468 с.

4. Спиваковский А.О. Дьяченко В.К. Транспортирующие машины. - М. Машиностроение 1968, - 503.

5. Чернавский С.А. Проектирование механических передач. Машиностроение. 1976, - 607 с.

6. Иванов М.Н. Детали машин. 1998, - 383 с.

7. Волков Р.А. Гнутов А.Н. Конвейеры. Справочник, - М.; машиностроение. 1984, - 365 с.

8. Интернет: WWW.ELCOMSPB.RU