Электропривод грузового лифта

5.9.1. Описание механизма и необходимые расчетные выражения

Грузовой лифт установлен в многоэтажном производственном помещении, служит для транспортировки продукции между этажами. Работу лифта и его конструктивное исполнение поясняет рис. 5.22.

Современные лифты имеют противовесы, которые выбираются с таким расчетом, чтобы противовес уравновешивал силу тяжести пустой кабины G₀ и части номинального поднимаемого груза aG_N

G_ПР = G₀ + aG_N, (5.9.1)

где G_ПР – сила тяжести противовеса, Н; a = (0,4 ‑ 0,6) – коэффициент уравновешивания.

Если пренебречь трением в направляющих кабины и противовеса, то усилие на канатоведущем шкиве определится как разность сил F1 и F₂

F_С = F₁ – F₂ = G – aG_N, (5.9.2)

где F₁ = G₀ + G и F₂ = G_ПР – усилия в набегающей и сбегающей ветвях канатов, Н.

Полная высота подъема – 22 метра, число этажей – 4, несовпадение пола этажа и кабины ±10 мм.

При F_С > 0 двигатель лифта будет работать в двигательном режиме при подъеме кабины и в тормозном при ее спуске, при F_С < 0 – в тормозном при подъеме и двигательном при спуске.

Рис. 5.22:

1 – противовес; 2 – канатоведущий шкив; 3 – кабина лифта; 4 – редуктор;

5 – тормозной шкив; 6 – двигатель; 7 – канат

Статические мощность и момент на валу двигателя определяют по формулам:

P_C1 = F_CV_К /h₁; M_C1 = F_CD_Ш / 2h₁i; (5.9.3)

P_C2 = F_CV_К h₂; M_C2 = F_CD_Шh₂ / 2i; (5.9.4)

где P_C1 , M_C1 – мощность и момент в двигательном режиме, Вт, Н·м;

P_C2 , M_C2 – мощность и момент в тормозном режиме, Вт, Н·м;

D_Ш – диаметр канатоведущего шкива, м;

h₁ , h₂ – КПД редуктора при прямой и обратной передаче мощности;

i – передаточное число редуктора.

Очевидно, что F₁ = (m_К + m_Г) g (5.9.5)

F₁₂= m_ПР g,

где m_К , m_Г , m_ПР – массы кабины, полезного груза и противовеса, кг,

g = 9,81 м/с² – ускорение свободного падения.

Динамический момент, приведенный к валу двигателя,

(5.9.6)

где М – момент, развиваемый двигателем, Н·м;

J_S – суммарный момент инерции системы, приведенный к валу двигателя, кг·м²;

– допустимое угловое ускорение вала двигателя, рад/с ;

a_ДОП – допустимое линейное ускорение кабины лифта, м/с².

(5.9.7)

где V_K – линейная скорость кабины, м/с.

Предварительный выбор мощности двигателя осуществляется исходя из того, что скорости подъема и спуска одинаковы

. (5.9.8)

Тогда требуемая мощность

Р_ДВ = k_З Р_СР ,

где k_З = 1,3 ‑ 1,5 – коэффициент запаса, учитывающий влияние на нагрев машины динамических нагрузок.

Необходимая угловая скорость двигателя

w_ДВ = 2V_N i_Р/D_Ш. (5.9.9)

При расчете нагрузочной диаграммы следует учесть, что время паузы между двумя поездками (время стоянки на этаже) составляет 8 – 15 с.

5.9.2. Требования к электроприводу

1. Режим работы повторно-кратковременный.

2. Привод реверсивный.

3. Обеспечение плавного пуска и торможения, чтобы ускорение и замедление (а в ряде случаев и их производные) не превышали установленные нормы.

4. Точная остановка кабины в соответствии с требованиями.

5.9.3. Варианты конструктивно-технологических данных

Исходные данные для расчетов приведены в таблице 5.14.

Таблица 5.14

Технологические данные	Условные обозначения	Номер варианта
Масса кабины, кг	mК
Грузоподъемность лифта, кг	mГ
Скорость движения кабины, м/с	VК	1,00	0,75	0,30	1,00	0,35
Диаметр канатоведущего шкива, м	DШ	0,50	0,60	0,75	0,80	1,20
Момент инерции канатоведущего шкива, кг·м2	JШ	4,3	9,0	14,1	22,5	43,7
График движения за цикл по этажам с грузом шг /шгп:
IV – I		1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
I – II		0,5	0,2	0,5	0,3	0,5
II – III		0,1	0,5	0,7	0,5	0,2
III – IV		0,8	0,6	0,5	0,7	0,8
Число циклов в час

Электропривод моталки.

5.10.1. Назначение механизма

Моталки применяются для сматывания в рулон листов и ленты при холодной прокатке, горячей рулонной прокатке и при различных непрерывных технологических процессах обработки листов. Схемы намотки полосы показаны на рис. 5.23 и 5.24.

На реверсивных одноклетьевых станах холодной прокатки моталки устанавливаются по обе стороны рабочей клети.

Рис. 5.23:

1 – моталки; 2 – направляющие холостые ролики;

3 – рабочая клеть стана

На непрерывных станах холодной прокатки устанавливается только одна моталка со стороны выхода металла

Рис. 5.24:

1 – моталка; 2 – разматыватель; 3 – рабочие клети стана

При наматывании полосы на барабан моталки происходит значительное натяжение полосы, что снижает давление металла на валки прокатного стана, уменьшает коробоватость полосы, способствует правильному и плотному наматыванию металла на барабан моталки.

Скорость прокатки, а следовательно, и намотки полосы на современных станах весьма велика и достигает 15 м/с для трехклетьевых станов и до 45 м/с для пятиклетьевых.

Диаметр рулона D в основном определяется толщиной h прокатываемой полосы:

D = (150 ÷ 200)h – для стальных полос и лент;

D = (120 ÷ 170)h – для полос и лент из цветных металлов.

5.10.2. Режим работы моталки

1. Разгон барабана до заправочной скорости.

2. Заправка полосы в моталку.

3. Разгон моталки с полосой до максимальной скорости. Натяжение полосы во время разгона должно оставаться постоянным.

4. Намотка рулона. По мере роста диаметра рулона угловая скорость двигателя должна уменьшаться таким образом, чтобы линейная скорость полосы оставалась постоянной.

5. Торможение двигателя до заправочной скорости. На этом заканчивается намотка рулона.

6. Торможение моталки до нуля, съем рулона. Примерный вид тахограммы моталки показан на рис. 5.25.

Рис. 5.25

5.10.3.Требования к электроприводу

Главным требованием к электроприводу является образование и поддержание на заданном уровне натяжения полосы как в установившемся режиме моталки, так и в режимах ускорения и замедления. Для удовлетворения этих требований необходимы:

1) достаточно большой диапазон регулирования скорости;

2) высокое быстродействие привода;

3) возможность регулирования скорости в функции натяжения металла.

Для привода моталок применяются, как правило, двигатели постоянного тока независимого возбуждения, регулирование которых осуществляется как за счет изменения магнитного потока, так и напряжения двигателя.

5.10.4. Расчетные выражения

Если пренебречь моментом холостого хода моталки, то момент статический на валу барабана моталки складывается из моментов, необходимых для изгиба полосы (М_ИЗГ) и для создания натяжения (M_НАТ)

(5.10.1)

где s_Т – предел текучести материала полосы, Н/мм²;

b – ширина наматываемой полосы, м;

h – толщина полосы, м;

i – общее передаточное число редуктора;

h – КПД редуктора.

Момент натяжения в начале намотки

(5.10.2)

где D_Б – диаметр барабана, м;

Т – натяжение полосы, Н.

Момент натяжения полосы в конце намотки

(5.10.3)

где D_P – диаметр рулона, м.

Поскольку с ростом диаметра рулона от начала намотки до ее окончания момент изменяется, то зависимость момента от времени определяется как

(5.10.4)

где V – максимальная линейная скорость намотки, м/с.

Требуемая угловая скорость в начале намотки

(5.10.5)

Требуемая угловая скорость в конце намотки

(5.10.6)

Во время намотки желаемый диапазон w₂/w₁ обеспечивается, как правило, за счет регулирования магнитного потока. Следовательно, желаемая номинальная скорость двигателя w_N w₂.

Время намотки рулона без учета переходных процессов пуска и торможения

(5.10.7)

где t_3AП , t_УСТ – время намотки на заправочной и установившейся скорости;

l_ЗАП – длина полосы, намотанной в начале и в конце намотки, м;

l – длина сматываемой полосы, м.

Фактическая продолжительность включения

(5.10.8)

где Т_Ц – время цикла, с.

Желаемая мощность приводного двигателя

(5.10.9)

где 1,1 ‑ 1,6 – коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку привода;

x_CT – стандартная продолжительность включения двигателя;

При расчете тахограммы и нагрузочной диаграммы следует учесть, что на любом участке тахограммы момент, развиваемый двигателем,

М = М_С + М_ДИН, (5.10.10)

где – динамический момент.

Здесь J_S – суммарный момент инерции привода; j – угол поворота.

При расчете нагрузочной диаграммы можно принять следующие допущения:

1) во время пуска D = D_Б = const;

2) во время торможения D = D_P = const;

3) моментом холостого хода можно пренебречь (М_ХХ = 0);

4) поскольку при установившейся линейной скорости намотки изменяется угловая скорость двигателя и суммарный момент инерции, то изменяется и динамический момент. Однако эти составляющие динамического момента значительно меньше динамических моментов при пуске и торможении, что дает право пренебречь этими изменениями при установившейся линейной скорости намотки.

Момент инерции рулона, приведенный к валу двигателя, вычисляется как

(5.10.11)

где g – плотность материала;

b – ширина полосы.

5.10.5.Варианты конструктивно-технологических параметров

Исходные данные для расчетов представлены в таблице 5.15.

Таблица 5.15

Технологические данные	Обозна- чение	Размер- ность	Номер варианта
Натяжение полосы	Т	Н	9,8·104	7,9·104	10,0·104	1,96·104
Максимальная линейная скорость намотки	V	м/с	1,5	2,5	15,0	3,0
Заправочная скорость	VЗАП	м/с	0,5	1,0	3,0	0,3
Диаметр барабана	DБ	м	0,75	0,75	0,50	0,50

Окончание таблицы 5.15

Технологические данные	Обозна- чение	Размер- ность	Номер варианта
Диаметр рулона	DP	м	1,40	2,20	1,85	1,25
Ширина наматываемой полосы	b	м	1,14	1,55	1,15	0,25
Толщина полосы	h	мм	8,0	3,0	1,2	0,5
Длина полосы	l	м
Момент инерции механизма, приведенный к валу двигателя (без рулона)	JM	кг·м2	8,9	7,03		1,7
Общее передаточное число редуктора	i					9,8
КПД редуктора	h		0,9	0,9		0,95
Время цикла	TЦ	с
Длина полосы, намотанной на заправочной скорости в начале и конце намотки	lЗАП	м
Предел текучести материала полосы	sТ	H/мм2
Удельная масса материала полосы	g	кг/м3
Ускорение и замедление привода при разгоне и торможении	a	м/с2	0,5	0,5	1,5	0,5

ВЫБОР ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Общие положения

Выбор преобразователей производится прежде всего по номинальным выходным напряжению и току с последующей проверкой по перегрузочной способности. Кроме того, во многих случаях имеется возможность выбрать один из нескольких вариантов схемного решения и конструктивного исполнения:

1) по способу торможения при снижении скорости: с рекуперативным торможением и без него;

2) по способу охлаждения: с воздушным естественным или принудительным охлаждением, а также с водяным охлаждением;

3) по числу фаз питающей сети переменного тока: однофазные и трехфазные;

4) по способу связи с питающей сетью: трансформаторные и реакторные;

5) по напряжению питающей сети: 220, 380, 660 В и 6 или 10 кВ;

6) по компоновке преобразователи выполняются моноблочными (все элементы в единой конструкции) в виде нескольких отдельных функционально законченных модулей (шкаф ввода, реакторы, трансформатор, шкаф управления, силовой шкаф и т. п.);

7) по конструктивному оформлению: в виде отдельной кассеты, открытый каркас для встраивания в станок, шкаф с одно- или двухсторонним обслуживанием;

8) по числу одновременно управляемых двигателей: однодвигательные, двухдвигательные и многодвигательные;

9) по степени защиты от внешних воздействий и по вибростойкости;

10) по климатическому исполнению и категории размещения.