Выбор электродвигателя для механизма подъема груза

 

Цель работы, ознакомиться с методиками расчета и подбора электродвигателей, работающих в повторно-кратковременном режиме.

Задачи:

1. По заданной циклограмме (рисунок 1.1) определить необходимую для подъема или опускания груза мощность на каждой операции цикла.

2. Вычислить среднюю статическую мощность двигателя.

3. Определить потребную мощность двигателя с учетом фактического значения продолжительности включения (ПВ).

4. По каталогам подобрать электродвигатель.

5. Проверить выбранный двигатель на надежность пуска с номинальным грузом.

6. Проверить выбранный двигатель на нагрев.

Номер задания (таблица 3.1) выдается преподавателем и содержит в себе три числа: первое число – номер циклограммы (рисунок 1.1), второе – номер варианта исходных данных (таблица 3.2); третье – номер варианта исходных данных (таблица 1.2).

 

Таблица 3.1 – Номера заданий

	Последний номер шифра (зачетной книжки) студента
Предпоследний номер шифра студента		1, 1, 20	2, 2, 19	3, 3, 18	4, 4, 17	1, 5, 16	2, 6, 15	3, 7, 14	4, 8, 13	1, 9, 12	2, 10, 11
	3, 11, 10	4, 12, 9	1, 13, 8	2, 14, 7	3, 15, 6	4, 16, 5	1, 17, 4	2, 18, 3	3, 19, 2	4, 20, 1
	1, 21, 1	2, 22, 2	3, 23, 3	4, 24, 4	1, 25, 5	2, 1, 6	3, 2, 7	4, 3, 8	1, 4, 9	2, 5, 10
	3, 6, 11	4, 7, 12	1, 8, 13	2, 9, 14	3, 10, 15	4, 11, 16	1, 12, 17	2, 13, 18	3, 14, 19	4, 15, 20
	1, 16, 6	2, 17, 7	3, 18, 8	4, 19, 9	1, 20, 10	2, 21, 1	3, 22, 2	4, 23, 3	1, 24, 4	2, 25, 5
	3, 1, 16	4, 2, 17	1, 3, 18	2, 4, 19	3, 5, 20	4, 6, 11	1, 7, 12	2, 8, 13	3, 9, 14	4, 10, 15

 

Продолжение таблицы 3.1

 

Предпоследний номер шифра студента		1, 11, 15	2, 12, 14	3, 13, 13	4, 14, 12	1, 15, 11	2, 16, 20	3, 17, 19	4, 18, 18	1, 19, 17	2, 20, 16
	3, 21, 5	4, 22, 4	1, 23, 3	2, 24, 2	3, 25, 1	4, 1, 10	1, 2, 9	2, 3, 8	3, 4, 7	4, 5, 6
	1, 6, 1	2, 7, 2	3, 8, 3	4, 9, 4	1, 10, 5	2, 11, 6	3, 12, 7	4, 13, 8	1, 14, 9	2, 15, 10
	3, 16, 11	4, 17, 12	1, 18, 13	2, 19, 14	3, 20, 15	4, 21, 16	1, 22, 17	2, 23, 18	3, 24, 19	4, 25, 20

 

Таблица 3.2 – Исходные данные

 

Номер варианта	Грузоподъ- емность Q, т	Скорость подъёма груза vгр, м/с	Диаметр барабана D, м	Кратность полиспаста uп	Общий КПД механизма η
		0,20	0,16		0,87
	2,5	0,16	0,18		0,86
		0,15	0,20		0,85
	3,2	0,18	0,22		0,82
	3,5	0,14	0,24		0,85
		0,12	0,25		0,87
	4,5	0,14	0,27		0,82
		0,13	0,28		0,83
	5,6	0,12	0,30		0,85
		0,10	0,31		0,82
	6,3	0,08	0,32		0,83
		0,06	0,40		0,84
		0,07	0,35		0,84
		0,06	0,38		0,83
	12,5	0,05	0,42		0,82
		0,04	0,40		0,80
		0,05	0,40		0,81
		0,04	0,44		0,85
		0,06	0,46		0,82
		0,05	0,50	5	0,83
		0,04	0,48		0,84
		0,06	0,55		0,85
		0,05	0,52		0,84
		0,04	0,60		0,80
		0,03	0,70		0,81

Порядок выполнения работы

Подбор электродвигателей ведут по потребной мощности, которая должна быть строго обоснована, так как установка двигателя завышенной мощности приводит к повышенным ускорениям, увеличению первоначальных затрат и эксплуатационных расходов. Установка двигателя недостаточной мощности вызывает его перегрев и преждевременный выход из строя.

Мощность двигателя зависит от режима работы. Установлено три режима: продолжительный, кратковременный и повторно-кратковременный. Для крановых механизмов, работающих в повторно-кратковременном режиме, характерны частые, но не долгие пуски и короткие перерывы между пусками, за время которых двигатель не успевает охладиться. Повторно-кратковременный режим характеризуется относительной продолжительностью включения. Установлены стандартные значения ПВ: 15, 24, 40 и 60%. При подборе двигателей наиболее сложным является случай, когда фактический режим работы не соответствует стандартному ПВ и нагрузка в течение цикла меняется.

Основные предпосылки определения потребной мощности для этого случая:

– двигатель должен развивать пусковой момент, достаточный для разгона механизма с заданным ускорением;

– двигатель не должен нагреваться выше температуры, зависящей от свойств его изоляционного материала.

Принимается следующая последовательность расчета:

1. По нагрузочной циклограмме и методике выполнения практической работы определить фактическое значение ПВ, %.

2. Определить требуемую мощность на отдельных операциях цикла. При этом мощность подъема груза массой Q_i со скоростью v_гр определяется по формуле

, кВт

а при опускании груза

, кВт

где η – общий КПД механизма подъема.

3. Определить среднюю статическую мощность, кВт

,

где k = 1,1...1,3 – коэффициент, учитывающий изменение мощности двигателя в переходном режиме (но время пуска двигателя); t_пi и t_оi – продолжительность работы на отдельных операциях цикла, с.

4. Определить потребную мощность двигателя с учетом фактической продолжительности включений, Вт

где ПВ_ф – фактическое значение продолжительности включения, %; ПВ – ближайшее стандартное значение из таблицы 3.2.

5. Подобрать двигатель из каталога (таблицы 3.3 и 3.4) по условию

В крановых механизмах подъема наибольшее распространение получили асинхронные двигатели с фазным ротором. Для умеренного, тяжелого и весьма тяжелого режимов работы рекомендуется использовать двигатели серии МТН, а для легкого – серии МТF или 4А.

6. Выбранный двигатель проверить на надежность пуска по условию:

а _ф ≤ а,

где а – наибольшие допускаемые ускорения механизмов подъема груза (краны монтажные – 0,1 м/с²; краны машиностроительных заводов – 0,2 м/с²; краны, работающие при массовых перегрузочных работах – 0,6...0,8 м/с²; краны грейферные – 0,8 м/с²; а _ф – фактическое ускорение поднимаемого груза, м/c²

,

где – угловое ускорение вала двигателя, с^-2; D – диаметр барабана, м.

 

Таблица 3.3 – Крановые электродвигатели серии MTF с фазным ротором

Тип электродвигателя	Мощность на валу, кВт, при ПВ, %	nдв, об/мин	Tmax, Н·м	Ip, кг·м2
MTF 011-6	2,0
	1,7
		1,4
			1,2			0,021
MTF 012-6	3,1
	2,7
		2,2
			1,7			0,029
MTF 111-6	4,5
	4,1
		3,5
			2,8			0,048
MTF 112-6	6,5
	5,8
		5,0
			4,0			0,068
MTF 211-6	10,6
	9,0
		7,5
			6,0			0,115
MTF 311-6
			9,0			0,225
MTF 312-6	19,5
	17,5
						0,312
MTF 411-6
						0,5
MTF 412-6
						0,675

Угловое ускорение составит

,

 

Таблица 3.4 – Крановые электродвигатели серии MTKF с короткозамкнутым ротором

 

Тип электродвигателя	Мощность на валу, кВт, при ПВ, %	nдв, об/мин	Tmax, Н·м	Tпуск, Н·м	Ip, кг·м2
MTF 011-6	2,0
	1,7
		1,4
			1,2				0,02
MTF 012-6	3.1
	2.7
		2.2
			1.7				0,027
MTF 111-6	4,5
	4,1
		3,5
			2,8				0,045
MTF 112-6	6,5
	5,8
		5,0
			4,0				0,065
MTF 211-6	10,5
	9,0
		7,5
			6,0				0,11
MTF 311-6
			9,0				0,212
MTF 312-6	19,5
	17,5
							0,3
MTF 411-6
							0,475
MTF 412-6
							0,638

 

где Т_{ср.п .} – среднепусковой момент двигателя, Н∙м, Т_с – статический момент сопротивления при подъеме номинального груза, приведенный к валу двигателя, Н∙м; – приведенный к валу двигателя суммарный момент инерции вращающихся и поступательно движущихся масс механизма подъема, кг∙м².

Для двигателей с фазным ротором среднепусковой момент определяется

Т_ср.п. = (1,5...1,6) Т_н,

где Т_н – номинальный момент двигателя, Н∙м.

Номинальный момент составит

,

где ω – угловая скорость вала двигателя, с^-1.

Для двигателей с короткозамкнутым ротором среднепусковой момент

Т_ср.п = (0,7...0,8) Т_м,

где Т_м – максимальный момент принимается по технической характеристике выбранного двигателя, Н∙м;

Статический момент сопротивления

,

где u – общее передаточное число механизма подъема груз.

где n_б – частота вращения барабана, об/мин.

Частота вращения барабана

, об/мин

Суммарный момент инерции вращающихся и поступательно движущихся масс приведенный к валу двигателя, кг∙м²

,

где I_p – момент инерции ротора двигателя (принимается по технической характеристике двигателя из таблицы), кг∙м²; I_м – момент инерции соединительной муфты двигателя с редуктором, принимается по ее технической характеристике (таблица 3.5), кг∙м²; δ – коэффициент, учитывающий инерцию вращающиеся массы привода (кро­ме ротора двигателя и муфты), δ =1,1; I_гр – приведённый к валу двигателя момент инерции поднимаемого груза, кг∙м².

Муфту предварительно следует выбирать по диаметру вала двигателя d_дв (таблица 3.6).

Приведенный момент инерции груза

.

7. Проверить выбранный двигатель на нагрев

На нагрев электродвигатель проверяют по среднеквадратичной мощности, Вт:

,

,

где – коэффициент, учитывающий увеличение мощности в переходных режимах, = 1,15…1,25; Т_ср – среднеквадратичный момент, H∙м,

,

где – момент при подъёме груза массы Q _i, H∙м.

,

где – момент при опускании груза массы Q_i, H∙м; , – время подъёма и опускания Q_i,с.

.

 

Таблица 3.5 – Соединительные муфты типа МУВП

Назначение муфты	Допускаемый крутящий момент, Н·м	Наибольший диаметр вала, мм	Момент инерции I м, кг·м2
МН1			0,031
МН2			0,061
МН3			0,169
МН4			0,273
МН5			0,533
МН6			1,19
МН7			3,97
МН8			11,82
МН9			31,84

 

Таблица 3.6 – Диаметры валов электродвигателей

Тип электродвигателя	Диаметр вала, мм
MTF 011 MTF 012	MTKF 011 MTKF 012
MTF 111 MTF 112	MTKF 111 MTKF 112
MTF 211	MTKF 211
MTF 311 MTF 312	MTKF 311 MTKF 312
MTF 411 MTF 412	MTKF 411 MTKF 412