Электропривод сдвоенного конвейера

ВВЕДЕНИЕ

Сдвоенный конвейер представляет собой транспортирующее устройство непрерывного действия, рабочим органом которого служат две подвижные бесконечные ленты, огибающие две пары концевых барабанов — 2 приводных и 2 натяжных. Такие конвейеры предназначены для непрерывного перемещения в горизонтальном или наклонном (под углом 1.0—25°) направлениях сыпучих (песка, земли, цемента), кусковых (щебня, гравия и др.) и штучных (кирпича, блоков, плитки и др.) материалов, а также растворов бетонной смеси.

Сдвоенные конвейеры используются как самостоятельные транспортирующие устройства, а также входят в состав различных строительных машин и агрегатов (многоковшовых цепных и роторных экскаваторов, погрузочно-разгрузочных машин, инвентарных растворных узлов, установок для бестраншейной прокладки коммуникации и др.). Расчетную длину конвейеров измеряют по центрам концевых барабанов.

Различают передвижные, переносные и стационарные сдвоенные конвейеры.

Передвижные сдвоенные конвейеры, снабженные колесным ходом, имеют длину 5—15 м и применяются на рассредоточенных объектах с малыми объемами работ при необходимости частых перемещений машины (обычно вручную) по строительной площадке и перебазировок (тягачом) с объекта на объект.

Передвижные конвейеры выполнены по единой конструктивной схеме, унифицированы и состоят из следующих основных узлов: двух несущих рам, установленных на двух ходовых колёсах, двух прорезиненных транспортирующих лент, пары приводных и пары натяжных барабанов, пары верхних и пары нижних роликоопор, поддерживающих сответственно рабочую (груженую) и холостую ветви обеих лент, двух натяжных устройств винтового типа, двух загрузочных воронок и привода.

Материал поступает на пару лент через загрузочное устройство, а выгружается при огибании ими приводного барабана.

Скорость движения лент зависит от вида транспортируемых грузов и составляет 1,2—1,6 м/с.

Прорезиненная лента шириной 0,4—0,5 м образует замкнутый контур и является одновременно тяговым и грузонесущим органом конвейера. Основой ленты служит хлопчатобумажная или капроновая ткань, образующая слои (прокладки) ленты, которые связаны между собой и покрыты снаружи вулканизированной резиной. Число прокладок при ширине ленты 0~4 м равно 3—5, а при ширине 0,5 м составляет 3—6.

Толщина одной прокладки из бельтинга 1,25—1,9 мм, из капрона 0,9—1,4 мм. Концы ленты при ее монтаже соединяют стальными шарнирами, сыромятными ремешками или клеем с последующей вулканизацией.

Лента приводится в движение силой трения, возникающей между ней и поверхностью приводного барабана. Необходимое давление ленты на барабан обеспечивается ее натяжением при перемещении неприводного (натяжного) барабана винтовым устройством.

Приводной барабан получает вращение от электродвигателя через редуктор. В совокупности приводной барабан, электродвигатель и редуктор образуют приводную станцию, а неприводной барабан с натяжным устройством — натяжную станцию. Рабочая (груженая) ветвь ленты конвейера поддерживается с помощью двухили трехроликовых опор, крайние ролики которых установлены под углом 20—30° и придают ленте желобчатую форму. Такая форма обеспечивает возможность транспортирования сыпучих грузов и способствует повышению производительности конвейера. Холостую ветвь ленты поддерживают прямые однороликовые опоры.

Рама конвейера опирается на двухколесное шасси, состоящее из неподвижной и подвижной опор, шарнирно соединенных с колесным ходом. Регулирование высоты разгрузки материала (т. е. изменение угла наклона конвейера) происходит при изменении расстояния между верхними точками подвижной и неподвижной опор с помощью ручной червячной лебедки, прикрепленной к раме, и канатного полиспаста, связанного с кареткой и подвижной опоры, скользящей по направляющим нижнего пояса рамы.

Максимальная высота разгрузки передвижных конвейеров при угле наклона 20° составляет 2,1 м для конвейеров длиной 5 м и 5,5 м для конвейеров длиной 15 м.

Стационарные ленточные конвейеры имеют длину 40—80 м, скорость движения ленты до 1,6 м/с и применяются на объектах с большими объемами работ. Такие конвейеры состоят из тех же узлов, что и передвижные машины (за исключением отсутствующих механизмов передвижения и изменения высоты разгрузки), выполнены по единой конструктивной схеме, полностью унифицированы и отличаются друг от друга длиной и мощностью привода.

Рамы стационарных конвейеров собирают из типовых взаимозаменяемых секций — звеньев длиной 2,5 м. Рабочая ветвь ленты шириной 500 мм опирается на желобчатые трехроликовые опоры, холостая — на плоские роликоопоры. Загрузка материала на ленту производится через загрузочную воронку, разгрузка — с барабана приводной станции или на любом участке ленты при помощи разгрузочных устройств. Высота разгрузки горизонтальных конвейеров составляет 0,72 м, наклонных (максимальный угол наклона 10°) 7 м при длине 40 м и 15 м при длине 80 м.

Рисунок 1. — Кинематическая схема сдвоенного конвейера: 1 — двигатель; 2 — тормоз; 3 — редуктор; 4 — лента; 5 — муфта; 6 — барабан.

2. Задание на проектирование Электропривод сдвоенного конвейера.

Вариант 4

— Производительность — 80· 10³, кг/ч

— Скорость конвейеров — 0,8 м/с

— Масса одного метра ленты — 7,5 кг/м

— Длина одного конвейера — 60 м

— Диаметр ведущего барабана — 0,75 м

— Допустимое ускорение — 0,6 м/с²

— Вид торможения: динамическое с последующей накладкой тормозов

3. Расчёт мощности и выбор типа двигателя Электродвигатель является обязательным звеном любого электропривода, от правильного выбора которого зависят технико-экономические и качественные показатели проектируемого привода и механизма в целом. Определяющим условием правильного выбора мощности двигателя электропривода является обеспечение выполнения необходимой работы механизмом во всём диапазоне нагрузок, в связи с чем электродвигатели проверяются по перегреву, а в некоторых случаях и по допустимой механической нагрузке.

Конвейеры относятся к механизмам непрерывного транспорта, работающим в основном в продолжительных режимах и с постоянной скоростью.

Для определения мощности сдвоенного конвейера, схема которого представлена на рис. 2, можно воспользоваться формулой:

(1)

где k_з — расчётный коэффициент запаса, k_з = 1,2;

V — скорость движения конвейера;

_P — КПД редуктора привода _P = 0,85;

Т_сб — натяжение в сбегающем участке ленты конвейера;

Т_нб — натяжение в набегающем участке ленты конвейера.

Рисунок 2.

Масса 1 м транспортируемого груза определяется по формуле:

где — производительность конвейера, кг/ч;

V — скорость конвейера, м/с.

Определим весовую нагрузку конвейера от ленты и полезного груза.

Эти нагрузки соответственно определяются:

где g — ускорение силы тяжести, м/с²;

m₀ и m_Г — соответственно масса 1 м ленты и размещенного на ней груза.

Найдем усилия сопротивления на прямолинейных участках «1−2» и «3−4».

Эти усилия могут быть определены по формулам:

где l₁₂ и l₃₄ — длины прямолинейных сбегающего и набегающего участков конвейера;

C_П — коэффициент сопротивления движению на прямолинейном участке;

— угол наклона;

C_П = 0.05;

l₁₂ = l₃₄ = l;

Тогда расчётное усилие на прямолинейных участках конвейера:

F_П=F₁₂ k_И + F₃₄=12 686.92;

где k_И — коэффициент, учитывающий натяжение на участках изгиба ленты.

k_И = 1+C_П = 1.05;

Натяжение в сбегающем участке можно определить по формуле:

(2)

где k_дин — коэффициент запаса, учитывающий динамические нагрузки, k_дин = 1.25;

— коэффициент трения между тяговыми и приводными элементами;

— угол обхвата приводного барабана лентой;

= 1; = ;

Натяжение в набегающем участке приводного барабана конвейера можно определять по формуле:

(3)

где — расчётная суммарная масса движущей части конвейера, а_доп — допустимое ускорение конвейера, м/с².

Тогда:

Определим мощность конвейера по формуле (1):

Для более точного выбора типа электродвигателя сдвоенного конвейера следует увеличить рассчитанную мощность в 2 раза.

Получим:

По полученной расчетным значениям статической нагрузки (мощности или моменту) по каталогу производиться выбор соответствующего электродвигателя.

Для полученного значения мощности, подходит двигатель типа МТН512−6, характеристики этого двигателя следующие:

1. частота вращения — 980 [об/мин]

2. мощность двигателя — 33 [кВт]

3. число пар полюсов — 3

4. ток статора — 85 [А]

5. — 0,67

6. ток ротора — 63 [А]

7. напряжение ротора — 340 [В]

8. максимальны момент — 1630[Нм]

4. Расчёт пусковых и регулировочных сопротивлений электроприводов В настоящее время большинство крановых приводов, в том числе и строительных кранов, имеет реостатное регулирование скорости. Пусковые реостаты применяются также для обеспечения плавного пуска конвейеров. В большинстве случаев для приводов этих механизмов применяются асинхронные двигатели с фазным ротором.

Расчёт пусковых и регулировочных сопротивлений для этих двигателей обычно выполняется графоаналитическим способом в следующем порядке.

Если принять, что механические характеристики асинхронного двигателя в рабочей их части линейны (от 0 до 0,75 Мкр характеристики близок к линейным), то справедливыми окажутся следующие соотношения:

где параметры с индексом «н» — номинальные, а с «i" — текущие. На основании этих соотношений и производится графоаналитический расчёт сопротивлений.

Для этого задаются условием пуска:

M1 = (1,5−2)М_Н,

где M1 — максимальный пусковой момент.

Поэтому: [Нм]

Используя M1 = (1,5−2)М_Н, получим:

M1 = 2 М_Н=2321.558=643.116 [Нм]

Строится рабочая часть механической характеристики на основе формул:

_Н = ₀ (1 — S),

где f=50Гц — частота сети, p=3 — число пар полюсов

[об/с] (13)

при, где.

Определяется номинальное скольжение Рис. 4.1. Механическая характеристика выбранного типа двигателя Определяем критическое скольжение Определяем номинальное сопротивление ротора

.

Определяется активное сопротивление ротора

r_p = S_Н R_P.H. [Ом]

Задавшись необходимым числом пусковых (регулировочных) ступеней: n=4.

Зная значение r_p и соответствующий ему отрезок на графике определяется масштаб сопротивлений, а затем по этому масштабу и величинам отрезков находят значения пусковых сопротивлений по ступеням: R_i=A_i· m_r, где A_i — длина соответствующего отрезка на графике.

R₁=104.67· 0.1 418=1.485- сопротивление первой ступени пускового реостата Используя соотношение, определяем значение пускового коэффициента :

Затем, в соответствии с соотношением Находятся точки (1,2…n) по линии M1, через которые проходят искусственные механические характеристики по ступеням регулирования.

[Ом]

[Ом]

[Ом]

Рис 4.2. Пусковая диаграмма

5. Расчёт переходных процессов электроприводов Наибольший интерес в электроприводах крановых механизмов и конвейеров представляют переходные процессы при их пусках. Для снижения механических и токовых нагрузок на эти механизмы пуск обычно осуществляется в несколько ступеней с помощью кулачковых или магнитных контроллеров.

Расчёт переходных процессов можно выполнить аналитически[5], используя для расчёта скоростей, токов, а также моментов на каждом из пусковых ступеней следующие формулы:

для расчёта скоростей

_J=_сJ+(_начJ-_сJ)· ,(19)

где _J, _сJ и _начJ — соответственно текущая, установившаяся и начальная скорости на jой ступени; значения _сJ и _начJ определяются по пусковой диаграмме.

для расчёта моментов

M_J=M_C+(M₁-M_C) · ,(21)

где M_C — момент статической нагрузки, значение которого берется в расчётах аналогично I_C, т. е. М_С = (0,7 — 0,9) М_Н.

М_С = 0.8•321.6=257.3 [Нм]

При этом время спуска на j-ой ступени можно определить по формуле:

где — электромеханическая постоянная времени.

Для асинхронных двигателей значение электромеханической постоянной времени можно определить

(25)

где J_ПР — приведённый к валу двигателя момент инерции привода;

₀ — синхронная скорость вращения вала двигателя;

M_Kj — момент короткого замыкания двигателя (условный), значение этого момента на каждой из ступеней можно определить по пусковой диаграмме;

Sj_н — номинальное скольжение на j — ой ступени.

(26)

_Jн — номинальная скорость на j-ой ступени, определяется по пусковой диаграмме при номинальном моменте — М_н.

С учетом всего вышеперечисленного, произведем расчет:

1-ая ступень:

[1/сек]

_J=_сJ+(_начJ-_сJ)·

[1/сек]

[1/сек]

[1/сек]

[Н· м]

Рис. 5.1. Зависимости от времени скорости и момента на первой ступени

2-ая ступень:

[1/сек]

_J=_сJ+(_начJ-_сJ)·

[1/сек]

[1/сек]

[1/сек]

[Н· м]

Рис. 5.2. Зависимости от времени скорости и момента на второй ступени

3-ая ступень:

[1/сек]

_J=_сJ+(_начJ-_сJ)·

[1/сек]

[1/сек]

[1/сек]

[Н· м]

Рис. 5.3. Зависимости от времени скорости и момента на третьей ступени

4-ая ступень:

[1/сек]

_J=_сJ+(_начJ-_сJ)·

[1/сек]

[1/сек]

[1/сек]

[Н· м]

Рис. 5.4. Зависимости от времени скорости и момента на четвертой ступени

5-ая ступень:

[1/сек]

_J=_сJ+(_начJ-_сJ)·

[1/сек]

[1/сек]

[1/сек]

[Н· м]

Рис. 5.5. Зависимости от времени скорости и момента на пятой ступени По полученным результатам построим график изменения момента и скорости при реостатном пуске.

Рис 5.6. Изменение тока и скорости при реостатном пуске

6. Построение нагрузочных диаграмм. Проверка выбранного двигателя по нагреву Для большинства механизмов, окончательный выбор приводных электродвигателей производится по тепловому нагреву на основе нагрузочных диаграмм — графиков изменения нагрузки во времени. Построение этих диаграмм ведется с учетом статической и динамической нагрузок, т. е. для всего периода (или цикла) работы электропривода определяются моменты (токи, мощности) в динамических режимах работы (при пуске, торможении и т. д.) и при установившемся движении.

Время работы при установившемся движении с заданной статической нагрузкой M_с для Время работы при установившемся движении с заданной статической нагрузкой M_с для различных крановых механизмов можно рассчитывать, используя следующие формулы:

для механизма подъема при передвижении:

где — высота подъема груза;

— средняя скорость движения при спуске, определяется из пусковой диаграммы, ;

— время пуска;

— установившаяся скорость подъема, ;

Построение участка нагрузочной диаграммы, соответствующего динамическому торможению можно выполнять, произведя расчет переходного процесса торможения с использованием следующих формул [5]:

(30)

(31)

.(32)

Расчет по этим формулам аналогичен расчету, пусковых переходных процессов по формулам (19) и (20) в разделе 3.3.

Значения входящих в формулы параметров поясняются рис. 6.1, на котором изображены механические характеристики: естественная — «1» и динамического торможения — «2».

Рис. 6.1

Время динамического торможения можно определить по формулам:

(33)

(34)

где — электромеханическая постоянная времени при динамическом торможении, определяется по формулам (24) и (25).

[c]

[c]

Рис 6.2. График изменения момента, скорости при реостатном пуске, установившемся движении и торможении Проверка предварительно выбранного двигателя по нагреву выполняется по эквивалентному моменту М_экв

Значение эквивалентного момента определяется на основании нагрузочной диаграммы по формуле

(35)

где — соответственно значения моментов и продолжительностей времени на различных участках нагрузочной диаграммы.

Привод работает в повторно-кратковременном режиме, необходимо привести расчетный эквивалентный момент к моменту ближайшей стандартной продолжительности включения:

следовательно двигатель удовлетворяет условиям нагрева, т.к.

7. Выбор электрооборудования. Разработка электрической принципиальной схемы. Описание работы схемы электрической принципиальной электропривод двигатель конвейер сопротивление В начальный момент времени питание на схему не подается. Включается автоматический выключатель QF. Получает питание схема управления. При этом катушки КЛ1 и КЛ2 обесточены. Их контакты в силовой цепи разомкнуты, а в цепях РУ1 и К1 и К2 — замкнуты. Контакторы 1У, 2У, 3У, 4У без напряжения и их силовые контакты разомкнуты, а контакты в цепи управления замкнуты. Реле ускорения РУ1 — РУ4 по напряжением и их контакты в цепи управления разомкнуты. Т. к. двигатель стоит и его скорость равна 0 контакты РКС+ и РКСразомкнуты.

Для пуска двигателя нажмем на кнопку «Пуск» КиП1 (КиП2). При этом получает питание контактор КЛ1 (КЛ2) и становится на самопитание, что позволяет не держать постоянно кнопку «Пуск». Контакты КЛ1 (КЛ2) в силовой цепи замыкаются и двигатель получает питание. Контакт КЛ1 (КЛ2) в цепи РУ1 размыкается и катушка РУ1 обесточивается. При этом с выдержкой времени замыкается контакт РУ1 и подается напряжение на контактор 1 у.е.го силовой контакт в цепи ротора замыкается, шунтируя 1-ю ступень сопротивления. Контакт 1У в цепи управления размыкается и снимает питание с реле ускорения РУ2. С выдержкой времени замыкается контакт РУ2 в цепи 2У. Т. к. 2У получает питание, то замыкается ее силовой контакт в цепи ротора, шунтируя 2-ю ступень сопротивления. Размыкается контакт 2У и снимается напряжение с контактора РУ3. С выдержкой времени контакт РУ3 замкнется. 3У получит питание и его силовой контакт в цепи ротора зашунтирует 3-ю ступень сопротивления. Размыкается контакт 3У и снимается напряжение с контактора РУ4. С выдержкой времени контакт РУ4 замкнется. 4У получит питание и его силовой контакт в цепи ротора зашунтирует 4-ю ступень сопротивления. Двигатель выйдет на естественную характеристику.

Для торможения механизма подъема нажмем кнопку «Стоп» КнС1 (КнС2). При этом катушка КЛ1 (КЛ2) обесточится и разомкнет силовые контакты. Контакты КЛ в цепи управления замкнутся. Т. к. скорость двигателя велика, то контакт РКС+ (РКС-) замкнут и контактор К1 (К2) окажется под напряжением. Контакты К1 (К2) в силовой цепи замкнутся и двигатель останется под напряжением. После замыкания контакта КЛ1 (КЛ2) в цепи РУ1 последовательно разомкнутся контакты РУ1 — РУ4 что полностью введет сопротивления в цепь ротора. Т. к. включился контактор торможения противовключением К1 (К2), подается ток в обмотку статора с изменением полярности, вследствие чего осуществляется торможение противовключением. Когда скорость двигателя станет близка к 0 контакт РКС+ (РКС-) разомкнется и двигатель обесточится.

После того как закончится торможение противовключением и контакт РКС+ (РКС-) разомкнется контактор К1 (К2) останется без напряжения и замкнутся его контакты в цепи ТМ. Таким образом осуществится торможение с накладкой механических тормозов.

8. Спецификация

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Дранников В. Г., Звягин И. Е. Автоматизированный электропривод подъемно-транспортных машин. — М.: Высшая школа, 1973.

2. Дьячков В. К. Машины непрерывного транспорта — М.: Машиностроение, 1971.

3. ЕСКД. ГОСТ 2.001−70−2.122−79. — М.: Изд-во стандартов, 1983.

4. Ключев В. Н., Терехов В. М. Электропривод и автоматизация общепромышленных механизмов. — М.: Энергия, 1980.

5. Крановое электрооборудование, Справочник/ Под редакцией А. А. Рабиновича — М.: Энергия, 1979.

6. Островский А. С. Электроприводы поточно-транспортных систем. — М.: Энергия, 1967.

7. Расчет крановых механизмов и деталей. ВНИИПТМАШ. Г. М. Николаевский и др. — М.: Машиностроение, 1971.

8. Справочник по автоматизированному электроприводу/ под редакцией В. А. Елисеева. — М.: Энергоиздат, 1983.

9. Справочник по кранам (в 2-х томах)/ Под редакцией А. И. Дукельского — М.: Машиностроение, 1971.

10. Чиликин Т. М., Сандлер Д. С. Общий курс электропривода. — М.: Энергия, 1981.

11. Электропривод и автоматизация управления башенными кранами. П. И. Петров и др. — М.: Машиностроение, 1979.

12. Яуре А. Г., Певзнер Е. М. Крановый электропривод: Справочник. — М.: Энергоатомиздат, 1988.