Автоматизированный электропривод многоканатной подъемной установки
1.РАСЧЕТ
МЕХАНИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА________ 3
1.1.
Исходные данные для проектирования многоканатной ШПУ____ 3
1.2.Выбор
скипа______________________________________________ 3
1.3.Выбор
подъемных канатов__________________________________ 5
1.4.Выбор
многоканатной подъемной машины____________________ 6
1.5.Условие
нескольжения шкива по ведущему валу_______________ 7
1.6.Продолжительность
подъемной операции_____________________ 8
1.7.Кинематика
подъемной установки___________________________ 9
1.8.
Динамика подъемной установки____________________________ 11
2. СИЛОВЫЕ
ЭЛЕМЕНТЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА________________ 16
2.1.
Исходные данные для расчета динамики электропривода______ 16
2.2.
Выбор тиристорного преобразователя_______________________ 17
2.3.
Выбор силового трансформатора___________________________ 18
2.4.
Расчет сглаживающего реактора___________________________ 18
2.5.
Расчет автоматического выключателя в якорной цепи________ 21
2.6.Выбор
тиристорного возбудителя____________________________ 21
2.7.
Выбор тахогенератора в цепи ОС по скорости________________ 23
3.
АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ___ 24
3.1.
Расчет системы подчиненного регулирования координат электропривода 25
3.2.Расчет
контура регулирования тока возбуждения______________ 25
3.3.
Расчет контура регулирования тока якорной цепи____________ 27
3.4.
Расчет контура регулирования скорости_____________________ 30
4. Список
используемой литературы____________________________ 35
Основными параметрами механической части шахтной подъемной
установки (ШПУ) являются такие величины, как оптимальная масса поднимаемого
груза, диаметр головных и хвостовых канатов, оптимальные скорость, ускорение
и замедление движения, эффективная мощность подъема. Расчет этих параметров и
выбор соответствующих изделий - задача проектирования механической части ШПУ.
Технические решения, принятые по механической части ШПУ,
служат основой для выбора той или иной системы электропривода. Этим
завершается первый этап проектирования автоматизированного электропривода.
Основная задача второго этапа проектирования - выбор комплектного
тиристорного электропривода из серии КТЭУ для ШПУ, принятой на первом этапе
проектирования. На основе технических решений, принятых на первом и втором
этапах проектирования, выбирают регуляторы тока, скорости и другие технические
средства, составляющие систему автоматического управления электроприводом
«управляемый выпрямитель - двигатель» (УВ-Д).
Годовая проектная
производительность подъема: Аг=2345тыс.т/год
Глубина вертикального
ствола: Нст=1000м
Число рабочих дней в году: 300
Число часов работы в сутки: 18
Коэффициент резерва: 1,5
Диаграмма скорости: семипериодная.
1.2.1. Расчетная высота подъема с учетом расположения скипов
в копре и нижней части ствола:
Нр=Нст+hзагр+hразгр+2×D=1000+30+35+2×0,35=1066 м, (1.1)
где Нст - глубина вертикального ствола;
hзагр - расстояние по вертикали от отметки откаточного
горизонта до нижней кромки загрузочного бункера;
hразгр - расстояние по вертикали от «нулевой» отметки до верхней
кромки приемного бункера.
1.2.2. Часовая
производительность ШПУ:
(1.2)
где Ач - часовая производительность ШПУ, т/ч;
Аг - годовая производительность ШПУ, т/год;
с - коэффициент резерва производительности (с=1,5);
nд - число
рабочих дней в году;
t - время работы подъемной установки в сутки, ч.
1.2.3. Оптимальная грузоподъемность Qопт, кг, при
которой суммарные годовые эксплуатационные затраты на подъемной установке
будут минимальными, определяем по формуле для многоканатных двухскиповых
подъемов:
(1.3)
где Ач - часовая производительность, кг;
Нп - высота подъема, м;
tп -
продолжительность паузы, с.
Выбираем стандартный скип 2СН11-2 грузоподъемностью Qп=25т, массой Qс=24,4 т,
путем разгрузки h=2,4 м [1].
1.2.4. Высота подъема с учетом высоты скипа hс=13 м:
Н=Нр+hс=1066+13=1079
м. (1.4)
1.2.5. Расстояние от нижней приемной площадки до оси шкива
трения:
Нк=Н+lк=1066+13+18=1097
м, (1.5)
где Н - высота подъема, м;
lк=hск+18 - длина отвесов подъемных канатов в копре, м
(рис.1.1.).
1.3.1. Линейную массу каната Pк, кг/м,
определим по формуле:
(1.6)
где Qп и Qс - масса полезного за один раз поднимаемого груза и
собственная масса скипа, кг;
sв - временное
сопротивление разрыву проволок каната Н/м2;
g=9,81м/с2;
zmin=4,5 - коэффициент запаса прочности;
rо - условная
плотность каната, кг/м3;
Нк - расстояние от нижней приемной площадки
до оси шкива трения, м.
1.3.2. Число подъемных канатов nк многоканатного подъема определили по формуле:
(1.7)
где Рк - линейная масса канатов, кг/м;
Dшт - диаметр
шкива трения, м;
jк -
коэффициент, зависящий от конструкции каната;
y - отношение Dшт к диаметру
каната dк, по ПБ для системы с отклоняющими канатами y ³ 95.
Предварительно применим четыре каната nк=4, диаметром dк=46,5 мм,
линейной массой каната Рк=8,4кг/м, разрывным усилием Qр=1330×103 Н [1].
1.3.3. Линейную массу gк
уравновешивающих канатов определили по формуле:
(1.8)
где nк - количество
подъемных канатов;
Рк - линейная масса подъемного каната, кг/м;
nук - количество уравновешивающих канатов, которых по ПБ должно
быть не менее двух.
Применили три стандартных плоских каната с размерами 170´27,5 мм расчетной массой gк=11,5 кг/м [1].
1.3.4. Разность линейных масс:
nкРк=nукgк ½4×8,4-3×11,2½=0,9 кг/м; (1.9)
Считаем предварительно выбранную систему уравновешенной.
Наметим к применению многоканатную подъемную машину ЦШ-5´4 со следующими техническими
характеристиками:
Диаметром канатоведущего шкива
D=5 м;
Количеством подъемных
канатов n=4;
Статическим натяжением
канатов 1450 кН;
Разностью статических натяжений
канатов 350 кН;
Маховым моментом машины
6250 кН×м2;
Маховым моментом отклоняющих шкивов
500 кН×м2.
1.4.1. Фактические значения статических натяжений канатов и
разности статических натяжений канатов рассчитаем по формулам:
Тст max=(Qп+Qс+РкНк)g=(25×103+24,4×103+4´8,4×1097)9,81=846×103 Н;
Тст=846×103 Н(факт)<1450×103Н(норма); (1.10)
Fст=[Qп+(Рк-q)Н]g=[25×103+(4×8,4-3×11,5)×1079]×9,81=236×103Н;
Fст=236×103Н(факт)<350×103Н(норма). (1.11)
1.4.2. Коэффициенты запаса прочности Zо и Zmin, рассчитаем по формулам:
(1.12) =
=
=6,3(факт)>4,5(нор), (1.13)
где Zо, Zmin -
фактические значения коэффициентов запаса прочности;
Qп, Qс - масса
полезного груза и масса сосуда, кг;
nк, nук - количество
подъемных и уравновешивающих канатов;
Qр - суммарное разрывное усилие всех проволок каната, Н;
Рк, qк - линейная
масса подъемного и уравновешивающего канатов, кг/м;
Нк - расстояние от нижней приемной площадки до
оси канатов ведущего шкива, м;
lз - отвес уравновешивающих канатов в зумпфе, м.
Окончательно применим многоканатную машину типоразмера
ЦШ-5´4, четыре
подъемных каната типа ЛК-РО маркировочной группы 1568 диаметром 46,5 мм и
три уравновешивающих каната размером 170´27,5 мм [1].
Техническая характеристика машины ЦШ-5´4:
Диаметр канатоведущего
шкива Dш=5 м;
Количество подъемных
канатов nк=4;
Маховый момент машины GD2м=6250 кН×м2;
Маховый момент отклоняющих шкивов GD2ош=500 кН×м2;
1.5.1. Статический коэффициент безопасности Ксб
рассчитываем по
формуле :
(1.14)
3,3(факт)>2(норма),
где Fст max=(Qп+Qс+pH+c)g - наибольшее возможное натяжение одной ветви каната,
охватывающего ведущий шкив, Н;
Fст min=(Qс+qH-c)g - наименьшее натяжение другой ветви каната;
е - основание натурального логарифма;
f - коэффициент трения
между канатами и футеровкой ведущего шкива;
a - угол охвата ведущего
шкива, рад;
с=
- сопротивление движению одной ветви каната;
к=1,1 - для скипового подъема [1].
1.5.2. Максимально допустимые ускорение и замедление
(а1 max, а3 max) определяем по формулам :
(1.15)
2,28(факт)>2(норма)
(1.16)
где m1=Qc+qH=24,4×103+3×11,5×1079=61,6×103 кг;
m2=Qп+Qс+PH=25×103+244×103+4×8,4×1079=85,7×103 кг;
А=РLвш=4×8,4×44=1478,4 кг×м;
-
приведенная масса всех отклоняющих шкивов, кг;
Lвш - длина
подъемного каната от уровня верхней приемной площадки до соприкосновения его с
ведущим шкивом трения, м.
Примем семипериодную диаграмму скорости со значениями ускорения
и замедления а1=а3=0,6м/с2, а¢=а²=0,3м/с2, что составляет менее 80% от максимально
допустимых значений по правилам безопасности, и значениями скоростей V¢=V²=0,8м/с2.
1.6.1. Число подъемных операций в час nпч определили по формуле:
nпч=Ач/Qп=651×103/24,4×103=26.
(1.17)
1.6.2. Расчетная продолжительность подъемной операции Трп
определим по формуле:
Трп=3600/nпч=3600/26=139
с. (1.18)
1.6.3. Продолжительность движения подъемных сосудов Тр
рассчитаем по формуле:
Тр=Трп-tп=139-11=128с,
(1.19)
где tп -
продолжительность паузы, с.
1.6.4. Среднюю скорость подъема Vср определяем по формуле :
Vср=Н/Тр=1079/128=8,4 м/с,
(1.20)
где Н - высота подъема, м.
1.6.5. Ориентировочную максимальную скорость подъема Vmax рассчитаем
по формуле:
Vmax=acVср=1,35×8,4=11,4м/с, (1.21)
где ас - множитель скорости , принимаемый 1,15¸1,35 [1].
1.6.6. Требуемую частоту вращения nктш рассчитаем по формуле:
nктш=60Vmax/pDктш=60×11,4/(3,14×5)=44
об/мин. (1.22)
1.6.7. Ориентировочная мощность приводного двигателя:
(1.23)
где к - коэффициент, учитывающий сопротивление воздуха при
движении подъемных сосудов, трение в подшипниках направляющих шкивов, жесткость
канатов (к=1,1) [1];
Qп - масса полезного груза, кг;
Н - высота подъема, м;
g=9,81 м/с2 -
ускорение силы тяжести;
Тр - продолжительность движения подъемных
сосудов, с;
hп=0,93 - КПД подъемной установки;
r=1,3 - коэффициент динамического режима установки,
учитывающий динамическую нагрузку, для скиповых многоканатных установок.
Наметим к применению двигатель типа П2-800-255-КУ4,
мощностью 4000 кВт, с частотой вращения 50 об/мин [1].
1.7.1. Основание трапецеидальной диаграммы скорости То
, соответствующий путь Но и модуль ускорения ам
определим по формулам:
То=Тр-t¢-t¢1-t²1-t²+=128-3-2-2-3+=121 c, (1.24)
где Тр - продолжительность движения, с;
t¢, t¢1, t², t²1
-продолжительность движения скипа при ходе по разгрузочным кривым, с;
V¢ и V² - скорость выхода из разгрузочных кривых и входа в них,
м/с;
а1 и а3 - ускорение и замедление,
м/с2.
(1.25)
где Н - высота подъема, м;
hр - путь
движения скипа в разгрузочных кривых, м.
ам=а1а3/(а1+а3)=0,6´0,6/(0,6+0,6)=0,3 м/с.
Причем продолжительность t¢, t¢1 движения
порожнего скипа при ходе ролика его по разгрузочным кривым, продолжительность t², t²1 движения
груженого скипа при ходе ролика по разгрузочным кривым определим по формулам:
t¢=t²=V¢/а¢=V¢/a²=0,8/0,3=3 с; (1.26)
(1.27)
1.7.2. Продолжительность t1,t3 и путь h1,h3 движения скипа с ускорением а1 и замедлением а3
найдем по формулам:
(1.28)
(1.29)
1.7.3. Путь h2 и
продолжительность t2 равномерного
движения определим по формулам:
h2=Н-2hp-h1-h3=1079-2×2,4-122-122=830 м; (1.30)
t2=h2/Vmax=830/11,4=69
с. (1.31)
1.7.4. Расчетную максимальную скорость подъема Vmax определим по
Формуле:
(1.32)
1.7.5. Требуемая частота вращения:
(1.33)
1.7.6. Продолжительность движения Т подъемных сосудов
определили по формуле:
Т=t¢+t¢1+t1+t2+t3+t²1+t²=3+2+19+69+19+2+3=117 с. (1.34)
7.7. Фактический коэффициент резерва производительности Сф
нашли по формуле:
(1.35)
где С=1,5 - коэффициент резерва производительности [1].
Окончательно примем параметры диаграммы скоростей и
ускорений:
V¢=V²=0,8м/с; t¢=t²=3с; hp=2,6м; Vmax=12м/с;
t1=t3=19с; h1=h3=122м; h2=830м; t2=69с;
a¢=a²=0,3м/с2; a1=a3=0,6м/с2; Т=117с; Н=1079м;
t¢1=t²1=2c .
1.8.1. Масса машины типа ЦШ-5´4 m¢м , отклоняющих
шкивов m¢ош и двигателя
типа П2-800-255-8КУ4 m¢д , рассчитаем
по формулам:
m¢м=GD2м/gD2шт=6250×103/(9,81×52)=25,5´103кг;
(1.36)
m¢ош=GD2ош/gD2шт=500×103/(9,81×52)=2039кг;
(1.37)
m¢д=GD2д/gD2шт=2400×103/(9,81×52)=9786кг,
(1.38)
где GD2м, GD2ош, GD2д - маховые моменты машины, отклоняющих шкивов и якоря
двигателя, Н×м2.
1.8.2. Длину подъемных канатов Lпк определяем по формуле:
Lпк=Н+2hвк+pDшт/2=1079+2´35+3,14´5/2=1157м, (1.39)
где Н - высота подъема, м;
hвк - расстояние
от верхней приемной площадки до оси шкива трения, м;
Dшт - диаметр шкива трения, м.
1.8.3. Длину уравновешивающих канатов Lук определяем по формуле:
Lук=Н+30=1079+30=1109
м, (1.40)
Страницы: 1, 2, 3
|
Автоматизированный электропривод многоканатной подъемной установки
Наверх