Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический
университет им. Г.И. Носова»
Кафедра механизации и электрификации горных производств

Курсовая работа
по дисциплине «Электропривод машин и механизмов шахт, карьеров и обогатительных фабрик»

на тему: «Автоматизированный электропривод механизма гусеничного хода экскаватора ЭКГ – 4,6 Б»

Выполнил ст. гр. 1701
Сагитов В. Р
Проверил
ст. преп. Долганов А. В

Магнитогорск 2011г.

Содержание

1.	Введение
2.	Расчет и построение нагрузочной диаграммы и тахограммы механизма
3.	Механизм передвижения экскаватора
4.	Выбор мощности и типа двигателя
5.	Обоснование и выбор системы электропривода
6.	Переходные процессы в системе Г – Д
7.	Статический и динамический расчет системы Г – Д с тиристорным возбудителем
Используемая литература

1.	Введение

В настоящее время основным типом привода во всех отраслях промышленности является электрический привод.
В горной промышленности электропривод получил широкое распространение. Эффективное функционирование горных машин и установок в значительной степени определяется выбором системы автоматизированного электропривода, наиболее полно удовлетворяющей требованиям рабочей машины или механизма, её экономичностью, надежностью, удобством управления.
Современные системы электропривода обеспечивают возможность создания высокопроизводительных и надежных горных машин за счет автоматизации их работы, что ведет к повышению производительности труда и эффективности горного производства. При этом основные тенденции развития автоматизированного электропривода заключаются в расширении области его применения, создании быстродействующих, надежных и экономичных автоматизированных электроприводов с унифицированными системами управления. Создание такого электропривода требует комплексного подхода к выбору двигателя, источника питания, системы регулирования с единых позиций на базе всесторонней унификации элементов, структурных и принципиальных схем, методов расчета и наладки.

2. Расчет и построение нагрузочной диаграммы и тахограммы механизма

Для определения нагрузок и скоростей механизмов необходимо знать массу и габаритные размеры, а также длительность цикла экскаватора, которые могут определятся по эмпирической зависимости.
Масса экскаватора

где  – удельная масса экскаватора (1,прил. 1);
 – объем ковша (номинальный).
По величине  и приведенным в приложении (1,прил. 1) коэффициентам  определяем линейные размеры конструктивных элементов

Ширина платформы

.

Высота кузова

.

Радиус задней стенки кузова

.
Длина стрелы лопаты

.

Высота пяты стрелы

.

Радиус пяты стрелы

.

Длина рукояти

 .

Максимальная высота копания

.

Максимальная высота разгрузки

.

Высота напорного вала (высота рабочего забоя)

Максимальный радиус копания

Максимальный радиус разгрузки

Массу поворотной платформы с механизмами, стрелы с балками и напорного механизма определяем по коэффициентам , (1, прил. 2).

Поворотная платформа с механизмами

Стрела с балками

Напорный механизм

Ширину , длину , высоту  ковша мех. лопаты определяем по формулам

 
 
Масса: – ковша  мех. Лопаты

– породы в ковше :

– рукояти  мех. Лопаты

где  – для средних условий работы (1, прил.3);
 – для средних условий работы (1, прил.4).
Продолжительность рабочего цикла определяем по формуле

где  – коэффициенты определяемые по табл. 2.1.
Для определения нагрузок подъемного и напорного механизмов строим схемы расчетных положений рабочего оборудования экскаватора в масштабе по данным расчета линейных размеров конструктивных элементов по формуле (2).
Вес ковша с породой и вес рукояти 

 (11)
 (12)

Усилие, создаваемое в подъемном канате сопротивлением породы копанию

где  – удельное сопротивление породы копанию; категория породы –  (1, прил.4);
 – высота забоя, равная высоте напорного вала.
Усилие в подъемном канате  определяющие нагрузку двигателя подъемного механизма:
– при копании:

Принимаем угол наклона стрелы .
– при повороте стрелы на разгрузку:

– при возвращении платформы с порожним ковшом в забой

где  – длины плеч приложения сил относительно оси напорного вала;
 – угол между подъемным канатом и рукоятью;
 – угол между рукоятью и горизонтальной линией.

При расчете усилий, возникающих в напорном механизме, учитывают силы реакции забоя , составляющие усилий в подъемном канате , веса рукояти  и ковша с породой :
– при копании

 (17)

– при повороте платформы на разгрузку:

 (18)

– при повороте с порожним ковшом в забой

 (19)

где  – коэффициент, определяемый отношением силы реакции забоя  и сопротивлению породы копанию 
Усилие в подъемном механизме  по формуле 14 рассчитывают при условии вертикального положения подъемного каната, т.е. , .

момент сопротивления при копании
Скорость перемещения подъемного каната и рукояти определяем из источника.1 прил.7

 ;
 .

В период поворота на разгрузку скорость подъемного механизма принимается равной 0,1 – 0,3 от номинальной, а напорного 0,3 – 0,5 от номинальной.
При возвращении ковша в забой скорость подъемного механизма принимается равной 1,1 – 1,3 от номинальной в целях убыстрения спуска ковша.
Особенностью поворотного механизма является большая механическая инертность, поэтому мощность двигателя определяют динамические нагрузки, т. е. суммарный момент инерции.

 (20)
 
 – суммарный момент инерции при повороте с груженым ковшом,

где  – момент инерции поворотной платформы относительно оси вращения; 
 – моменты инерции ковша с породой, стрелы, напорного механизма и рукояти относительно оси вращения платформы.

 (21)
,

платформы и осью, проходящей через центр масс платформы как параллелепипеда

 – длина платформы.

где  – ширина платформы;
 – масса платформы.

, (23)

где  – максимальный радиус разгрузки.

 (24)
 (25)
где  
Расстояние от оси вращения платформы до центров масс напорного механизма и оси вращения.

а) 

б), в) 

Момент инерции рукояти определяем для горизонтального положения рукояти, выдвинутой на максимальную длину

, (26)

Номинальную частоту вращения поворотной платформы определим из прил.7, 1.

;
.
 (27)
 (28)

суммарный момент инерции при повороте с порожним ковшом.
Механизм подъема

 ;

Механизм напора

 

Механизм вращения

3. Механизм передвижения экскаватора

Тяговое усилие механизма гусеничного хода при движении по горизонтальной поверхности

 (30)
где  – вес экскаватора;
 – внутреннее сопротивление ходового механизма;
 – сопротивление инерции при трогании;
 – сопротивление перекатыванию.

Максимальное тяговое усилие гусеничного хода возникает при передвижении экскаватора на расчетный уклон .

 (31)

4. Выбор мощности и типа двигателя

Требуемая максимальная мощность двигателя механизма гусеничного хода

где  – скорость передвижения экскаватора на подъём (скорость передвижения на подъём принимается на 10 – 15% ниже скорости горизонтального хода);
 – КПД механизма гусеничного хода;
 – коэффициент запаса.
Выбираем двигатель: МПЭ –14 –13/17 (1, прил.11). 

5. Обоснование и выбор системы электропривода

Для машин и механизмов с частыми пусками и торможением или широким диапозоном регулирования скорости целесообразно управлять двигателем постоянного тока посредством изменения подводимого к его якорю напряжения.
Так как промышленные сети электрического тока выполняются на определенные стандартные напряжения, то для реализации этого принципа управления используют электромашинный преобразователь, состоящий из асинхронного или синхронного двигателя преобразо-вателя и генератора, осуществляющий преобразование переменного тока сети в постоянный ток, напряжение которого можно изменять в широких пределах.
Такая система электропривода называется системой генератор – двигатель (Г – Д).
В системе Г – Д любой режим работы двигателя (пуск, торможение, регулирование скорости) может быть получен изменением величины и полярности подводимого к его якорю напряжения:

, (33)

где  – э.д.с. генератора;
 – сопротивления соответственно якорной цепи генератора и соединительных проводов.

6. Переходные процессы в системе Г – Д

В электроприводе системы Г – Д при подаче напряжения  на обмотку возбуждения генератора мгновенное значение э.д.с. генератора  изменяется с некоторым запаздыванием, обусловленным электромагнитной инерцией цепи возбуждения генератора. Механическая инерция двигателя и связанных с ним движущихся частей вызывает запаздывание изменения скорости ω двигателя по отношению к э.д.с. генератора. Так как оба явления протекают одновременно, то выяснить поведение привода можно только при рассмотрении электро-механических переходных процессов в системе Г – Д, учитывающих оба вида инерции.
Электромагнитный переходный процесс в обмотке возбуждения генератора:

Установившееся значение тока возбуждения

По принятым допущениям э.д.с. генератора пропорциональна току возбуждения , а ее производная по времени:

.

Отсюда получаем уравнение, описывающее поведение генератора

где 
Уравнение равновесия э.д.с. в якорной цепи системы Г – Д

С учетом  получим 

Подставляя данные значения в (36) получим дифференциальное уравнение, которое описывает поведение двигателя при изменении э.д.с. генератора

где .

Зависимость  имеет максимум. Дифференцируя (42) и принимая  = 0, найдем время tм, при котором ток якоря достигает максимальной величины Iя max.

Подставив значение tм в (41) находим максимальный ток якоря при нуле:

Пик тока якоря , возникающий при мгновенном приложении напряжения Uв к обмотке возбуждения, может превысить допустимое значение. Поэтому для ограничения максимального тока якоря напряжение при пуске увеличивают плавно, задавая законы нарастания Uв в функции времени или пути, или применяют замкнутые системы регулирования.

7. Статический и динамический расчет системы Г – Д с тиристорным возбудителем

Электропривод системы Г – Д с тиристорным возбудителем (ТВ) позволяет получить максимальное быстродействие при небольших размерах возбудителя, являющимся статическим бесконтактным устройством. Использование однотипных систем управления вентилями обеспечивает возможность унификации возбудителей при любой мощности электропривода. 
В случае встречно-параллельного включения тиристоров возбудитель представляет собой реверсивный полупериодный преобразователь переменного тока в постоянный, который при отпирании тиристора Т1 имеет на выходе положительную полярность , а при отпирании тиристора Т2 – отрицательную.
Отпирание тиристоров осуществляется подачей на их управляющие электроды сигналов отпирания, вырабатываемых системой управления вентилями (СУВ). В СУВ осуществляется преобразование сигналов управления Uу в отпирающие импульсы. В состав СУВ может входить и устройство для суммирования входных сигналов, в качестве которого применяют быстродействующие магнитные усилители.
Поведение разомкнутой системы электропривода Г – Д с ТВ описывается уравнением третьего порядка

где  – передаточный коэффициент системы.
Замкнутая система управления электроприводом обычно выполняется с использованием непрерывных обратных связей по скорости, напряжению или э.д.с. двигателя и задержанных обратных связей по току якорной цепи.
Системы управления такого типа обеспечивают возможность регулирования только одной выходной переменной системы изменением задающего сигнала Uз.с.
В данной схеме величина Uз.с. определяет заданную скорость  двигателя. Для регулирования остальных, внутренних переменных, например тока I якоря, который в процессе достижения скоростью  заданного значения не должен превышать допустимой максимальной величины Iогс, применяют задержанные обратные связи, которые остаются разомкнутыми пока I < Iогс.
экскаватор электропривод двигатель гусеничный

Используемая литература

1. Исмагилов К.В. «Автоматизированный электропривод машин и установок карьеров». Методические указания.
2. Н.Н. Чулков, А.И. Чулиев: «Расчет приводов карьерных машин».1979 г.
3. М.В. Мартынов, Н.Г. Переслегин: «Автоматизированный электропривод в горной промышленности». 1977г.
4. Ю.Я. Вуль, В.И. Ключев, Л.В. Седаков: «Наладка электроприводов экскаваторов». 1969г.
Размещено на Allbest.ru