
- •Наиболее важным из недостатков является невысокая степень автоматизации технологического процесса и, как следствие, зависимость качества готового продукта от опытности оператора.
- •1. Технологическая часть
- •1.1 Анализ технологического процесса
- •1.2 Описание промышленной установки
- •1.3 Анализ взаимодействия оператор–промышленная установка
- •1.4 Анализ кинематической схемы, определение параметров и составление расчетной схемы механической части электропривода
- •2. Выбор систем электропровода и автоматизации промышленной установки
- •2.1 Литературный обзор по теме дипломного проекта
- •2.2 Формулирование требований к автоматизированному электроприводу и системе автоматизации
- •2.3 Определение возможных вариантов и выбор рациональной системы электропривода
- •2.4 Проектирование функциональной схемы автоматизированного электропривода
- •3. Выбор электродвигателя
- •3.1 Расчет нагрузок и построение механической характеристики и нагрузочной диаграммы механизма
- •3.2 Предварительный выбор двигателя по мощности
- •3.3 Выбор номинальной скорости двигателя и типоразмера двигателя
- •3.4 Построение нагрузочной диаграммы электропривода
- •3.5 Проверка выбранного электродвигателя по нагреву и перегрузочной способности
- •4 Проектирование силовой схемы автомати- зированного электропривода и выбор комплектного преобразователя электрической энергии
- •4.1 Определение возможных вариантов и обоснование выбора типа комплектного преобразователя
- •4.2 Расчет параметров и выбор элементов силовой цепи
- •5. Проектирование системы автоматического управления
- •5.1 Разработка математической модели автоматизированного электропривода
- •5.2 Расчет параметров объекта управления
- •5.3 Определение структуры и параметров управляющего устройства
- •6. Анализ динамических и статических характеристик электропривода
- •6.1 Разработка программного обеспечения для компьютерного моделирования автоматизированного электропривода
- •6.2 Расчет и определение показателей качества переходных процессов
- •7. Кончательная проверка двигателя по нагреву с учетом точной нагрузочной диаграммы электропривода
- •8. Выбор и проектирование системы автоматизации производственной установки
- •8.1 Формализация условий работы установки
- •8.2 Разработка алгоритма и программы управления
- •8.3 Разработка функциональной, логической схемы
- •8.4 Выбор аппаратов
- •9. Проектирование узла системы автомати-зированного электропривода (принципиальной электрической схемы или конструкции узла)
- •10. Проектирование схемы электроснабжения и защиты установки
- •10.1 Выбор аппаратов, проводов и кабелей
- •11. Охрана труда
- •11.1 Меры безопасности при эксплуатации конвейеров
- •11.2 Расчет зануления для двигателя конвейера питателя
- •12. Экономическое обоснование технических решений
- •12.1 Определение капитальных вложений
- •12.2 Определение эксплуатационных затрат
- •12.3 Определение приведенных затрат
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) Fс 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 Fнаб, H, на набегающей ветви ленты будет складываться из следующих составляющих:
,
(3.1)
где F0– усилие предварительного натяжения, Н;
Fn – 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 Gгр – 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;
Fн.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 Fс, Н, определяемое приводным двигателем, обусловлено разностью усилий в точках 3 и 0, т.е. в набегающей и сбегающей ветвях ленты конвейера, и усилием Fn.б., Н, компенсирующим сопротивление движению на приводном барабане, т.е.
,
(3.5)
где усилие Fn.б. определяется по формуле:
.
(3.6)
Зная массовую производительность установки Qт, 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 Dб=0,16 м (таблица 4.29 [2]):
диаметр роликов dр=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 lк – протяженность конвейера, м;
g=9,81 – ускорение свободного падения.
Для конвейера питателя lк=15 м.
Тогда согласно (3.10):
.
Рассчитаем силу тяжести несущих и тяговых элементов G0:
,
(3.11)
где Gл – сила тяжести ленты;
Gр – сила тяжести роликов.
Сила тяжести ленты определяется выражением:
,
(3.12)
где lл – длина ленты, м;
m1л – 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 m1л=5,6 кг (таблица 4.48 [2]).
Тогда по выражению (3.12):
.
Силу тяжести роликов определим по выражению:
,
(3.16)
где mв.р. и nв.р. – соответственно масса, кг, и количество верхних роликоопор;
mн.р. и nн.р. – соответственно масса, кг, и количество нижних роликоопор.
В данном конвейере количество верхних и нижних роликоопор соответственно nв.р.=12 и nн.р.=8.
Из таблиц 4.16 и 4.17 [2] массы роликоопор mв.р.=9,2 кг и mн.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 Fn.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 lk=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 Fнаб с учетом того, что Fн.б. такое же, как у конвейера питателя
.
Усилие Fп.б. определяем по формуле (3.6):
.
В соответствии с формулой (3.5) усилие
.
Построение нагрузочной диаграммы.
Нагрузочной диаграммой механизма являются зависимости Мс(t) или Рс(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 tmin, с:
,
(3.19)
где tзам=60 с – время замеса;
mбункера.т.=32103 кг – вместимость бункера-термоса;
mзамеса=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.