2.4 Проектирование функциональной схемы автоматизированного электропривода

Функциональная схема электропривода асфальтосмесительной установки представлена на рисунке 2.1.

В качестве преобразователя используется преобразователь частоты (ПЧ) с промежуточным звеном постоянного тока. Инверторный блок И, собранный на IGBT ключах, управляет непосредственно 3-фазным двигателем. ПЧ также содержит выпрямительно-дроссельный блок L и силовой конденсаторный фильтр C.

Инвертор управляется сигналами, поступающими с регуляторов момента РМ и температуры РТ, которые имеют соответствующие обратные связи по моменту и температуре Км и Кт.

Сигналы, поступающие на регуляторы, снимаются с датчика температуры материала на выходе из сушильного барабана и датчика момента сушильного барабана.

Рисунок 2.1 – Функциональная схема электропривода

3. Выбор электродвигателя

3.1 Расчет нагрузок и построение механической характеристики и нагрузочной диаграммы механизма

Статическая нагрузка конвейера определяется силами трения в элементах конвейера (подшипниках, опорных роликах, в тяговых элементах при его изгибах и т.д.), а также составляющими сил тяжести транспортируемого груза на наклонных участках трассы конвейера. Значение результирующей силы сопротивления (тяговой силы) F_с определяется с помощью тягового расчета конвейера.

При работе конвейера электропривод создает движущее усилие, которое передается приводным барабаном тяговому органу-ленте. Для нормальной передачи этого усилия лента должна иметь предварительное натяжение, создаваемое грузом Q₀ (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 – Диаграмма тяговых усилий в ленте конвейера с горизонтальной трассой

Усилие натяжения ленты F будет изменяться от точки 0 по направлению к точкам 1–3 вследствие дополнительных усилий сопротивления движению. В точке 3 усилие F_наб, H, на набегающей ветви ленты будет складываться из следующих составляющих:

, (3.1)

где F₀– усилие предварительного натяжения, Н;

F_n – усилие, обусловленное подъемом и опусканием груза (у наклонных конвейеров), Н, определяется формулой:

; (3.2)

F – суммарное усилие, вызванное трением в опорах роликов, ленты по роликам и определяется формулой:

, (3.3)

где G_гр – сила тяжести транспортируемого груза, Н;

G₀ – сила тяжести несущих и тяговых элементов (ленты, роликов), Н;

– угол наклона трассы к горизонту;

C=0,020,05 – общий коэффициент сопротивления движению;

F_н.б – усилие, компенсирующее сопротивление движению от трения в подшипниках натяжного барабана, Н, и находится по формуле:

, (3.4)

где – коэффициент трения, равный 0,030,06;

D и d – диаметры барабана и цапфы подшипника, м.

Усилие F_с, Н, определяемое приводным двигателем, обусловлено разностью усилий в точках 3 и 0, т.е. в набегающей и сбегающей ветвях ленты конвейера, и усилием F_n.б., Н, компенсирующим сопротивление движению на приводном барабане, т.е.

, (3.5)

где усилие F_n.б. определяется по формуле:

. (3.6)

Зная массовую производительность установки Q_т, т/ч, можно рассчитать линейную скорость движения конвейерной ленты:

, (3.7)

где F – площадь сечения потока насыпного груза, м²;

V – скорость движения ленты, м/с; – насыпная плотность, т/м³.

Для формы поперечного сечения потока насыпного груза, указанного на рисунке 3.2 площадь определяется выражением (таблица 1 [1]):

, (3.8)

где – угол свободного расположения груза в поперечном сечении ленты,⁰; В – ширина ленты конвейера, м.

Рисунок 3.2 – Форма поперечного сечения насыпного груза

Для песчано-гравийной смеси =15⁰ (таблица 4.37 [2]).

В данном случае ширина ленты конвейера B=0,4 м.

Тогда по формуле (3.8):

Для песчано-гравийной смеси насыпная плотность =1,8 т/м³ (таблица 4.37 [2]).

Выразим из формулы (3.7) линейную скорость ленты:

. (3.9)

Тогда в соответствии с (3.9) имеем

.

В соответствии с шириной ленты конвейера и типом натяжного устройства (винтовое натяжное устройство) усилие предварительного натяжения F₀=8 кН (таблица 4.29 [2]).

Для ленты конвейера шириной В=0,4 м и диаметром приводного и не приводного барабанов D_б=0,16 м (таблица 4.29 [2]):

диаметр роликов d_р=0,063 м (таблица 4.29 [2]);

диаметр цапфы подшипников d=0,04 м (таблица 4.35 [2]).

По выражению (3.2): .

Рассчитаем силу тяжести транспортируемого груза:

, (3.10)

где l_к – протяженность конвейера, м;

g=9,81 – ускорение свободного падения.

Для конвейера питателя l_к=15 м.

Тогда согласно (3.10):

.

Рассчитаем силу тяжести несущих и тяговых элементов G₀:

, (3.11)

где G_л – сила тяжести ленты;

G_р – сила тяжести роликов.

Сила тяжести ленты определяется выражением:

, (3.12)

где l_л – длина ленты, м;

m_1л – масса одного метра ленты, кг.

Длина ленты определяется по выражению:

, (3.13)

где l₁ –расстояние между осями приводного и не приводного барабанов, м; l₂ – длина ленты, охватывающей барабаны.

Расстояние между осями барабанов определим по формуле:

. (3.14)

Тогда:

.

Длину ленты l₂ при угле обхвата =180⁰ найдем по формуле:

. (3.15)

Тогда:

.

Тогда по формуле (3.13):

.

Масса одного метра длины ленты m_1л=5,6 кг (таблица 4.48 [2]).

Тогда по выражению (3.12):

.

Силу тяжести роликов определим по выражению:

, (3.16)

где m_в.р. и n_в.р. – соответственно масса, кг, и количество верхних роликоопор;

m_н.р. и n_н.р. – соответственно масса, кг, и количество нижних роликоопор.

В данном конвейере количество верхних и нижних роликоопор соответственно n_в.р.=12 и n_н.р.=8.

Из таблиц 4.16 и 4.17 [2] массы роликоопор m_в.р.=9,2 кг и m_н.р.=8,8 кг.

Тогда по формуле (3.16):

.

В соответствии с (3.11):

.

По формуле (3.3):

.

По формуле (3.4):

.

По формуле (3.1) рассчитаем усилие:

.

По формуле (3.6) рас читаем усилие F_n.б.:

.

По формуле (3.5) усилие:

.

Параметры наклонного конвейера те же, что и у конвейера питателя, а именно: ширина ленты В=0,4 м, протяженность конвейера l_k=15 м, линейная скорость ленты =1,4 м/с. Конвейер осуществляет подъем груза на высоту 3,1 м. Рассчитаем угол наклона трассы к горизонту:

, (3.17)

где h=3,1 м – высота подъема груза.

.

В соответствии с (3.2) усилие

.

Усилие F рассчитаем по формуле (3.3):

.

Тогда по формуле (3.1) усилие F_наб с учетом того, что F_н.б. такое же, как у конвейера питателя

.

Усилие F_п.б. определяем по формуле (3.6):

.

В соответствии с формулой (3.5) усилие

.

Построение нагрузочной диаграммы.

Нагрузочной диаграммой механизма являются зависимости М_с(t) или Р_с(t).

Расчетную статическую мощность определим по формуле:

, (3.18)

где _п – К.П.Д. передачи, учитывающий потери в барабане и редукторе (_п=0,750,85).

Принимаем _п=0,85.

Тогда расчетная статическая мощность конвейера питателя по (3.18):

Вт.

Расчетная статическая мощность наклонного конвейера по (3.18):

Вт.

Рассчитаем минимальное время работы установки t_min, с:

, (3.19)

где t_зам=60 с – время замеса;

m_{бункера.т.}=3210³ кг – вместимость бункера-термоса;

m_замеса=750 кг – масса одного замеса.

Тогда:

.

С учетом рассчитанной статической мощности и времени ее действия строим нагрузочную и скоростную диаграммы механизма за цикл. Диаграммы представлены на рисунке 3.3.

а)

б)

Рисунок 3.3 – Нагрузочная и скоростная диаграммы механизма:

а – конвейера питателя; б – наклонного конвейера.