Расчет и анализ приводных характеристик навозоуборочного транспортера

(см. рисунок  5). Так как в каталожных данных  нет информации о минимальном  моменте электродвигателя, его механическую характеристику строим по четырем контрольным точкам [1]:

1. М_д = М_пус; ω = 0;

             Пусковой момент двигателя:

     

                  (53)

     2) М_д = М_мах;

            Максимальный момент двигателя:

     

       (54)

            Угловая скорость, соответствующая  максимальному моменту:

     

              (55)

      Где S_кр – критическое скольжение, соответствующее максимальному моменту. 

        (56) 

      3) ω_д = 95 рад/с; М_д = 40,5 Н∙м;

      4) М_д = 0; ω_д = ω₀ = 104 рад/с.

            Приведенный момент инерции подсчитаем, используя ранее  полученные результаты и каталожные данные двигателя:

     

     (57)

Где J_д – момент инерции двигателя, кг∙м²; J_д = 0,017 кг∙м².

      Пусковую  диаграмму двигателя строим, используя  графоаналитический метод (рисунок 8). 

      Время разгона двигателя от ω = 0 до ω₁:

     

      (58)

      Где М_{дин 1} – средний динамический момент на первом участке, Н∙м;

 М_{дин 1}=71 Н∙м. 

Аналогично от ω₁  до ω₂:

     

               (59)

От ω₂  до ω₃:

     

               (60)

От ω₃  до ω₄:

     

      (61)

Суммарное время  разгона электродвигателя:

     

    (62)

Учитывая, что  двигатель разгоняется за 0,036 с, условия  пуска не скажутся на его нагреве. С учетом ∑t и редких пусков двигателя, его проверку на нагрев осуществляем по нагрузочной диаграмме транспортера. Для этого подсчитываем эквивалентный момент сопротивления за время одной уборки. 

    (63)

      Поскольку время работы двигателя отличается от каталожного t_к, его проверку по нагреву осуществляем по формуле:

     

    (64)

     

                  (65)

      результаты  расчета показывают, что электродвигатель в тепловом отношении будет недогружен.

      Таким образом, для горизонтального транспортера выбираем электродвигатель 4АМ112МА6; климатического исполнения и категория размещения СУ2, по способу защиты от окружающей среды IP54, монтажа IM30. 
 
 
 

1.3.2 Выбор электродвигателя  для наклонного  транспортера

Учитывая небольшую  длину цепи наклонного транспортера, предварительно мощность двигателя для его привода выбираем исходя из условия пуска под нагрузкой:

     

        (66)

     Где m_пуск – кратность пускового момента предполагаемого габарита электродвигателя; m_пуск = 2.

     Поскольку в каталоге двигателей кратковременного режима отсутствует нужный габарит, выбираем двигатель из серии для продолжительного режима [6] АИР71А4:

     Р_н = 0,55 кВт;

     I_н = 1,61 А;

       n_н = 1350 об/мин;

       K_i = 5;

       η = 75 %;

       cos φ_н = 0,73;

       m_пус = 2,3;  m_мах = 2,2;

       J_д = 0,0013 кг∙м²;

       m_д = 8,3 кг.

       Для проверки выбранного электродвигателя по нагреву построим его нагрузочную  диаграмму с учетом периода пуска. Для этого подсчитаем суммарный  приведенный к валу двигателя  момент инерции:

     

(67)

      Для построения пусковой диаграммы двигателя используем механическую характеристику транспортера под нагрузкой (рисунок 6) на случай его остановки во время уборки.

      Механическую  характеристику строим по пяти контрольным  точкам:

1. М_д = М_пус;

     

      (68)

      Где: М_н – номинальный момент двигателя, Н∙м.

                (69)

      Где: ω_н – номинальная угловая скорость двигателя, рад/с.

     

               (70)

      ω_д = 0. 
 

2.  М_д = М_min;

  

                         (71)

     

                        (72)

      S_min = 6/7 [1];

3. М_д = М_мах;

    

                         (73)

          (74)

    Где: S_кр – критическое скольжение двигателя;

    

   (75)

    Где S_н – номинальное скольжение двигателя;

     

                 (76)

4. М_д = М_н = 3,9 Н∙м; ω_д = ω_н = 141,3 рад/с;
5. М_д = 0; ω_д = ω₀ = 157 рад/с.

      Электромеханическую характеристику строим по четырем контрольным точкам:

1. I_д = I_пус; ω = 0

                         

                          (77)

2. I_д = 0,7∙I_пус = 0,7∙8,05 = 5,64 А; ω_д = ω_кр = 54,95 рад/с;
3. I_д = I_н = 1,61 А; ω_д = ω_н = 141,3 рад/с;
4. I_д = I_хх; ω_д = ω₀ = 157 рад/с;

  

    (78)

     Где:            (79) 

Пусковую диаграмму  двигателя строим графоаналитическим методом (рисунок 9).

      Время разгона двигателя от ω = 0 до ω₁:

                              

      (80)

      Аналогично  от ω₁  до ω₂:

     

               (81)

От ω₂  до ω₃:

     

               (82)

От ω₃  до ω₄:

     

      (83)

Суммарное время  разгона электродвигателя:

     

              (84) 

            Учитывая небольшое  время пуска, изменение тока от времени в этот период принимаем линейным. Величину тока, соответствующего нагрузке, определи, используя механическую и электромеханическую характеристику двигателя (рисунок 9). Для определения тока, соответствующего моменту сопротивления М_сн, откладываем его величину на оси момента и продолжаем до пресечения с механической характеристикой двигателя. Зная скорость, при которой работает двигатель (142,5 рад/с), определим соответствующий ей ток (1,4 А). Ток при перемещении транспортера на холостом ходу (I_хх) определяется аналогично (I_хх = 0,9 А). Нагрузочная диаграмма двигателя представлена на рисунке 10.

     Рисунок 10 – Нагрузочная диаграмма двигателя  АИР71А наклонного транспортера за время одного цикла уборки

            Для проверки двигателя по нагреву подсчитаем эквивалентный ток за время одной уборки. Учитывая то, что двигатель в зимнее время работает на 3…4 минуты больше горизонтального транспортера, время уборки принимаем равным 20 минут.

              (85) 

  Поскольку выбранный электродвигатель предназначен для работы в продолжительном режиме, а используется в кратковременном, его проверку осуществляем по формуле:

                  

      (90)

      Где:

                        

              (91)

      Как показывают результаты расчета, двигатель  в тепловом отношении перегружен не будет.

      Таким образом, окончательно выбираем двигатель  АИР71А4 климатического исполнения и  категории размещения СУ2, по способу  защиты от окружающей среды IP44, а монтажа IM3001. 

1.4 Обоснование и  описание принципиальной  схемы управления  электроприводом  навозоуборочного  транспортера

      Технологический процесс навозоудаления предъявляет  следующие требования к схеме  управления:

1. привод горизонтального транспортера может быть включен только при работе наклонного транспортера;
2. управление приводом осуществляется вручную дистанционно;
3. перед включением двигателя должен быть подан предупредительный звуковой сигнал;
4. привод горизонтального транспортера должен иметь возможность кратковременно реверсироваться;
5. остановка привода может быть произведена с пульта управления и с двух мест производственного помещения;
6. схема должна предусматривать защиту от коротких замыканий, обрыва фаз сети, от самопроизвольного пуска и тепловую защиту;
7. для предотвращения примерзания цепи наклонного транспортера необходимо предусмотреть его отключение в зимнее время через 3…5 минут после остановки горизонтального.

 

1.4.1 Принципиальная схема  управления

      Принципиальная  схема представлена на . Она предусматривает защиту электродвигателей и схемы управления от токов короткого замыкания с помощью автоматических выключателей и предохранителей с плавкой вставкой. Защита электродвигателей от длительных перегрузок, неполнофазных режимов, нарушения изоляции, незапуска двигателя или заклинивания ротора выполнена с помощью универсальной защиты ФЗУ. Схема предусматривает световую сигнализацию и наличии напряжения на схеме управления и работе двигателей транспортеров.  
 
 
 

1.4.2 Выбор аппаратуры  управления и защиты

      Согласно  требованиям технологического процесса уборки навоза необходимо обеспечить пуск, реверсирование и отключение электродвигателей при коротком замыкании, недопустимых перегрузках, неполнофазных режимах и снижении напряжения ниже допустимого.

      Для отключения электродвигателей при коротких замыканиях используют автоматические выключатели, которые выбираются из условия:

                                          

        (92)

                                                                     (93)

      Где: U_на, I_на – соответственно номинальное напряжение и ток автоматического выключателя;

            U_нс, I_наг – номинальное напряжение сети и ток нагрузки.