Выбор электрического оборудования

3.1 Расчёт и выбор электропривода кран-балки

Определим режим работы механизма подъема и передвижения для кран-балки, предназначенной в ремонтно - механической мастерской для перемещения грузов, и произведем выбор электрических двигателей для приводов.

Исходные данные.

1. Масса груза т_г = 2500 кг,

2. масса балки т_б= 1500 кг.

2. Скорость передвижения балки v_б = 0,1 м/с.

3. Скорость подъема груза v_г = 0,17 м/с.

4. Длина цеха l_ц = 18 м.

5. Высота подъема груза Н = 4 м.

6. Диаметр цапфы вала колеса балки d_ц = 60 мм.

7. Диаметр ходовых колес балки D_K = 45 мм.

8. Диаметр барабана лебедки D_б = 400 мм.

10. Коэффициент трения в цапфах µ = 0,015.

9. Коэффициент трения качения колес балки f_б = 0,05.

11. Коэффициент, учитывающий дополнительное сопротивление в ребордах колес, торцах ступиц, К_р = 2,5.

12. Значение суммарных передаточных чисел механизмов передвижения

i_б = 202, подъема i_п =108.

13. Коэффициент полезного действия передач механизмов перемещения

η_б = 0,9 и подъема η_п = 0,96.

Для определения режима работы кранового меха­низма и выбора к ним электрических двигателей необходимо опре­делить значения мощностей, усилий и продолжительность их действия как на холостом ходу, так и под нагрузкой.

Величина суммарного усилия при пуске для механизма передвижения под на­грузкой

ΣF = F_l + F₂= 21996,2 + 3200 = 25196,2 H, (3.1)

где F_l — усилие, необходимое для преодоления сопротивления движению кран-балки на горизонтальном прямолинейном участке пути;

F₂ — динамическое усилие, связанное с разгоном иторможением кран-балки.

F_l = 9,81 К_р (т_г + т_б)( µ_r + f_б) cosα

F_l = 9,81·2,5(2500+1500)(0,015· +0,05) = 21996,2 Н, (3.2)

где r — радиус шейки оси колеса балки, м;

R — радиус колеса балки; R = 0,225 м;

α — угол наклона путей к горизонту; α = 0.

F₂ = (т_г + т_б) = (2500+1500)·0,8 = 3200 Н, (3.3)

где dv/dt — ускорение при разгоне кран-балки; dv/dt = 0,8 м/с².

Суммарное усилие в установившемся режиме под нагрузкой определяется по формуле (3.4):

ΣF_у = F_l + F_в = 21996,2+0 =21996,2 Н, (3.4)

где F_в – усилие, необходимое для перемещения кран-балки по вертикали.

Потребная мощность механизма передвижения кран-балки при разгоне под нагрузкой определяется по формуле (3.5):

. (3.5)

В установившемся режиме значение потребной мощности меха­низма передвижения кран-балки

. (3.6)

На холостом ходу значения усилий и мощностей при пуске и в установившемся режиме:

ΣF_п.х = F_1x + F_2x = 8240,4 + 1200 = 9440,4 Н; (3.7)

F_1x = 9,81· т_б ·К_р( µ_r + f_б) cosα

F_1x = 9,81·1500·2,5(0,015· +0,05) =8240,4 Н; (3.8)

F_2x = т_б = 1500·0,8 = 1200 Н; (3.9)

; (3.10)

. (3.11)

Для определения режима работы механизма передвижения кран-балки необходимо, предварительно определив время движения кран-балки как с грузом, так и на холостом ходу, время пуска, установить продолжительность включения, и построить нагрузочную диаграмму.

Время разгона кран-балки до установившейся скорости движения определяем по формуле (3.12):

. (3.12)

Время передвижения кран-балки при постоянной нагрузке определяем по формуле (3.13):

. (3.13)

Время опускания груза и подъема захватывающего устройства определяем по формуле (3.14):

. (3.14)

Время разгона кран-балки до установившейся скорости движения при возвращении ее в исходное положение определяем по формуле (3.15):

t₄ = t₁ =0,12c. (3.15)

Продолжительность перемещения кран-балки в исходное положение с постоянной скоростью движения

t₅ = t₂ =180c. (3.16)

Продолжительность опускания захватывающего устройства и поднятия груза

t₆ = t₃ =47c. (3.17)

Нагрузочная диаграмма механизма перемещения кран-балки отражена на рисунке 3.1.

.

Рисунок 3.1.- Нагрузочная диаграмма механизма передвижения кран-балки

Из нагрузочной диаграммы на рисунке 3.1.

видно, что механизм передвижения кран-балки работает в перемещающемся режиме с продолжительностью включения выше 60%.

С учётом методов, применяемых для длительной переменной нагрузки, произведем выбор электрического привода для механизма передвижения кран - балки. При этом эквивалентное значение мощности определяем по формуле (3.18):

(3.18)

.

К специальной группе электрических двигателей, называемых крановыми, относятся электродвигатели, устанавливаемые на мостовых кранах, кран - балках. В большинстве своем эти двигатели изготавливают на напряжение 220/380 В. Данные двигатели имеют повышенный момент пуска, значение которого находится в пределах 2,6...3,2 от номинального. Крановые двигатели имеют изоляцию класса F, выдерживающую нагрев до 155 °С. Выбираем для механизма передвижения электрический дви­гатель, исходя из условий:

1. Категория размещения и климатическое исполнение У2, УЗ.

2. По конструктивному исполнению и способу монтажа IM1081.

3. По способу защиты от окружающей среды IP44.

4. По модификации.

5. По частоте вращения, определяемого по формуле (3.19):

n_дв ≥ i·n_к = 202·4,19 = 846,38 ; (3.19)

875 > 846,38,

где i— суммарное передаточное число; i = 202;

n_к— частота вращения колеса кран-балки;

n_к = ω_к / 0,105 = 0,44 / 0,105 = 4,19 ;

ω_к = v_б / R_к = 0,1 / 0,225 = 0,44 рад/с. (3.20)

6. По роду тока и напряжения: ~ I, U_H= 380/220 В;

7.По мощности: P_дв ≥ P_экв ; 1,4 > 1,34.

Выбираем по справочнику двигатель типа МТКF-011-6; P = 1,4 кВт;

n_н = 875 мин^-1; М_п= 42 Н·м; η_н = 0,62; cos ф_н = 0,66;

J = 0,02 кг·м²; т = 47 кг.

Необходимо проверить выбранный двигатель по условию трогания:

М_п ≥ М_{с max}; 42 > 30,4, (3.21)

где М_п — пусковой момент двига­теля при номинальных параметрах сети;

М_{с max}— максимальное значение момента сопротивления.

М_{с max} = P₁ / ω_н = 2799,6 / 92,1 = 30,4 Н·м. (3.22)

Таким образом, условие трогания выполняется, выбираем двигатель типа МТКF-011-6.

При пуске величина суммарного усилия под нагрузкой определяется по формуле (3.23):

ΣF = F_l + F₂= 39730,5 + 810 = 25525,5 Н, (3.23)

где F₁ — усилие подъема в установившемся режиме;

F₂ — динамическое усилие, возникающее при пуске механизма подъема.

F₁ = 9,81 (m_г + т_з)= 9,81 (2500 + 50) = 25015,5 Н, (3.24)

где m_г — масса груза;

m₃ — масса захватывающего устрой­ства (m₃ = 50 кг).

F₁ = 9,81 (2500 + 50) = 25015,5 Н,

F₂ = (m_г + т_з)dv/dt =510 Н, (3.25)

где dv/dt — ускорение при подъеме груза; dv / dt = 0,2 м/с².

Соответственно, значения потребных мощностей механизма подъема при установившемся режиме и пуске определяется по формуле (3.26):

; (3.26)

. (3.27)

Суммарное усилие при пуске механизма подъема на холостом ходу определяется по формуле (3.28):

ΣF_X.X =F₃+F₄ =490,5+10 = 500,5 Н, (3.28)

где F₃ — усилие подъема на холостом ходу в установившемся режиме;

F_A — значение динамического усилия на холостом ходу.

F₃ = 9,81·т_з = 9,81·50 = 490,5 Н; (3.29)

F₄ = т_з = 50·0,2 = 10 Н. (3.30)

Соответственно значения потребных мощностей на холостом ходу механизма подъема при пуске и установившемся режиме:

; (3.31)

. (3.32)

Необходимо установить продолжитель­ность действия соответствующих мощ­ностей и усилий для определения режима работы механизма подъема. Полный цикл перемещения груза состоит из сле­дующих операций:

а) подъем груза;

б) переме­щение груза в заданную точку;

в) опускание груза;

г) подъем захватывающего устрой­ства;

д) возвращение в исходное положе­ние кран - балки;

е) опус­кание захватывающего устройства.

Рассматривая торможение и пуск механизма подъёма кран-балки как равноускоренное (равнозамедленное) движение, можно определить его продолжительность по формуле (3.33):

(3.33)

Время подъёма и опускания груза с постоянной нагрузкой определяется по формуле (3.34):

t₂ = H/ v_г = 4/0,17 = 23,5с. (3.34)

Рисунок 3.2.- Нагрузочная диаграмма механизма подъёма кран-балки

Продолжительность паузы механизма подъёма равна продолжительности передвижения кран - балки и определяется по формуле (3.35):

t₃ = L/ v_б = 18/0,1 = 180с. (3.35)

Время, в течение которого происходят захват груза и его освобождение от захватывающего устройства, равно t₃ = 2 с.

Нагрузочная диаграмма механизма подъема показана на рисунке 3.2.

Определяем продолжительность включения механизма подъема по данным нагрузочной диаграммы (3.36):

. (3.36)

Из данных нагрузочной диаграммы следует, что привод механизма подъема работает в повторно-кратковременном режиме с переменной нагрузкой в цикле. При этом эквивалентное значение мощности определяется по формуле (3.37):

(3.37)

Выбираем для механизма подъема электрический двигатель типа МТКF-012-6 с заданными параметрами:

Р_н = 2,2 кВт; n_н = 880 мин ^-1;

М_п= 67 Н·м; η_н = 0,67; cos ф_н = 0,69; J = 0,0275 кг·м²; т = 53 кг.

Выбранный двигатель необходимо проверить по условию трогания по формуле (3.38):

М_п ≥ М_{с max}; 67> 52,35. (3.38)

где М_п — пусковой момент двигателя при номинальных параметрах сети;

М_{с max}— максимальное значение момента сопротивления.

М_{с max} = P _max / ω_н = 4821,48 / 92,1= 52,35 Н·м. (3.39)

Так как М_п ≥ М_{с max} , условие трогания выполняется.

3.2 Расчёт и выбор осветительных установок

Расчёт освещения для участка технического ухода и ремонта тракторов и автомобилей. Выбираем светильник ЛСП 14-2 для данного помещения, тип КСС – Д, коэффициент полезного действия (КПД) – 0,70, габаритные размеры – 1630×270×204 мм, степень защиты IP-54.

Светильники при равномерном размещении можно расположить по вершинам ромбов, квадратов или прямоугольников, оптимальный размер стороны которых определяется по формуле (3.40):

, (3.40)

где — светотехнические расстояния между светиль­никами;

— энергетические расстояния между светиль­никами;

— расчетная высота осветительной установки, м, определяемая по формуле (3.41):

H_р = H – h_св – h_раб , (3.41)

где H — высота помещения, м;

= 0...0,5 — высота свеса светильников, м;

— высота рабочей поверхности от пола, м.

H_р =6 – 0,2 – 0,8 = 5 м.

5,2 ≤ L ≤ 7,82.

В соответствии с наличием и отсутствием рабочих поверхностей у стен крайние светильники устанавливают на расстоянии =(0,3—0,5) L от стены. Светильники с люминесцентными лампами располагают обычно рядами параллельно длинной стороне помещения или стенам с окнами. Как и расстояние между светильниками в ряду, так же определяется расстояние между рядами.

По известному значению L, длине и ширине помеще­ния определяем по длине помещения число светильников по формуле (3.42):

, (3.42)

число светильников по ширине помещения по формуле (3.43):

. (3.43)

и общее число светильников в помещении по формуле (3.44):

N = N_A·N_B =6·3 =18. (3.44)

После чего определяют действительные расстояния между светильниками в ряду и между рядами и размещают светильники на плане помещения по формуле (3.45):

м; м. (3.45)

где = 0,4 при = 0,3 и = 0 при = 0,5 .

Определим индекс помещения по формуле (3.46):

. (3.46)

Определяют коэффициент использования светового потока по справочным данным. Этот коэффициент учитывает долю светово­го потока светильников, доходящую до рабочей поверхности. Значения коэффициента отражения стен потолка и рабочей поверхности соответственно тридцать, пятьдесят и десять процентов. Коэффициент использования светового потока η_и = 0,49.

Световой поток лампы в светильнике вычисляется по формуле (3.47):

Лм, (3.47)

где Е_н =200 Лк – нормируемая освещённость;

S – площадь помещения;

K_З – коэффициент запаса, учитывающий снижение освещённости в процессе эксплуатации осветительной установки; K_З = 1,5;

z = 1,1—1,2 — коэффициент неравномерности;

N — количество светильников в помещении;

n_л – количество ламп в светильнике.

Пользуясь справочными данными, по найденному потоку, выбирают мощность и типоразмер лампы. Выбирают лампу с большим потоком и уточняют число светильников, если ближайшие лампы имеют световой поток, отличающийся от расчетного более чем на десять – двадцать процентов. Исходя из заданных условий, выбираем тип лампы ЛБ 65 со световым потоком, равным 4800 Лм.

< 0, 2 – условие выполняется.

Для расчёта освещения помещения для хранения инструментов используем метод удельной мощности по формуле (3.48):

P_уд = P_уcт /S, Вт/м². (3.48)

Выбираем по таблице для инструментального помещения удельную мощность для светильника ЛСП06-2 с лампой типа ЛБ при нормируемой освещённости 75 Лк: P_уд =10,5 Вт/ м².

Расчётная высота рассчитывается по формуле (3.49):

H_р = H – h_св – h_раб = 4 – 0,3 – 0 = 3,7 м. (3.49)

, принимаем L = 4,4 м. N_A = A/L = 4/4,4≈1; N_B = B/L ≈1.

P_уст = P_уд·S =10,5·12 =126 Вт,

P_л = P_уст /N =126/2 ≈65 Вт, (3.50)

Исходя из заданных условий, выбираем тип лампы – ЛБ 65 мощностью 65 Вт.

При выборе светильника особое внимание нужно уделить для участка зарядки аккумуляторов, который относится к взрывоопасным помещениям класса В-1а. В указанном помещении необходимо использовать светильники взрывозащищённого исполнения, такие как светильник – НОГЛ-2.

Аналогично рассчитываем освещение для других участков. Результаты расчёта сведем в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 – Светотехническая ведомость