Удут Л.С., Кояин Н.В., Мальцева О.П. Проектирование и исследование автоматизированных электроприводов. Часть 6 Механическая система электропривода

Подождите немного. Документ загружается.

обозначение выражения Вариант 1 Вариант 2

Подъемное усилие на блоке ковша при удержании

груженого ковша в верхнем положении, кН

вп2

р2рк2кп

п3

sin

coscos)(







lGlGG

480 488

3. Период возвращения порожнего ковша в забой

Удержание порожнего ковша в верхнем положении (рис. 4.10, б)

Подъемное усилие на блоке ковша при удержании

порожнего ковша, кН

вп2

р2рк2к

п4

sin

coscos







lGlG

256 242

Длина подъемного каната от блока ковша до головного

блока стрелы в ее верхнем положении, м

пн

гб

ств

sin

)sin(

)

sin2

(













4.34 5.15

Порожний ковш в нижнем положении

Угол подъемного каната относительно рукояти, град

кстп

п1

sin

arctg

HLH





25.36 28.85

Длина подъемного каната

от блока ковша до

головного блока стрелы в ее

нижнем положении, м

п1

sin 



11.67 14.8

Изменение длины каната в

процессе копания от блока

ковша до головного блока

стрелы, м

вн

lll 

7.3 9.6

Примечание: Ориентировочно изменение длины каната

на участке от блока ковша до головного блока стрелы

можно принять равным

ч.макс

)7.06.0( Hl 

Усилие на блоке ковша в

момент окончания спуска, кН

п4

0 0

Подъемное усилие на блоке ковша в момент начала

копания, кН

нкн

нкоп

sin 





)H(H

Если усилие копания принять постоянным по всей

высоте забоя, то

п0

равно, кН

582 571

104

п1

р1

к1

п1

коп

пк

GG 

гб



макс

р2

п2

пк

GG 

ст





п3

к2

Рис. 4.10. Схема расположения ковша и

рукояти механической лопаты для

определения усилий: а – период копания; б –

период поворота груженого и порожнего (

G

) ковша; в – ковш в нижней точке

забоя

Расчетная схема механической системы привода подъема

В кинематической цепи механизма подъема тяговые канаты

являются элементами с наименьшей жесткостью, поэтому жесткость

канатов должна быть учтена в первую очередь и тогда механическая

система привода подъема (рис. 4.11, а и б) представляется как

двухмассовая (рис. 4.11, в).

При этом не учитываются эластичные или упруго-

предохранительные муфты, устанавливаемые в отдельных механизмах

между двигателями и редуктором, и редуктором и барабанами. Обе эти

параллельные ветви двигатель–редуктор и редуктор–барабан считаются

одинаковыми и заменяются эквивалентной схемой.

п1

п0



105

дв.э

ред



дв



дв.э



бэ

  

gmG



дв.э

дв



ред





  

бэ

gmG



с1

с.нагр



дв.э

э

Рис. 4.11. Механическая система привода подъема экскаватора: а – со

сдвоенным канатом; б – со сдвоенным полиспастом; в – расчетная схема;

1 – блок ковша; 2 – выравнивающий полублок

Определение приведенных моментов инерции элементов

кинематической цепи привода

Эквивалентный момент инерции приводных двигателей

.мкг341722

двдв.э

1,2

 JJ

Приведенный эквивалентный момент инерции вращающихся

элементов механизма подъема (муфт, шестерен, барабанов) может быть

найден по упрощенному выражению [11]

.мкг95.534175.0)2.015.0(

дв.э

2,1

мех

 JJ

Приведенный момент инерции порожнего ковша

;мкг63.2

192.534

4.1

106.15

пол

ред

кк1











.мкг96.2

241.254

4.1

106.15

пол

ред

кк2











Приведенный момент инерции породы (табл. 4.3)

;мкг0.3

192.534

4.1

108.17

пол

ред

пп1











106

.мкг93.3

241.254

4.1

107.20

пол

ред

пп2











Приведенный момент инерции рукояти, выдвинутой на полную

длину (верхнее положение).

;мкг584.0

192.5312

4.1104.10

пол

ред

бр

р1













.мкг658.0

241.2512

4.1104.10

пол

ред

бр

р2













Приведенный момент инерции рукояти в нижнем положении

ковша

1212318

пол

ред

п0

бр

п0







































































тогда для первого

варианта при

68.0

74.8

95.5

м,95.585.18.7м,74.8

п0

кнп0р



HHlL

222

р1

мкг44.0

192.5368.048

4.1104.10

])168.02()168.02(3)68.01(8[









J

и для второго варианта при

56.0

5.11

46.6

м,46.685.131.8м,5.11

п0

кнп0р



HHlL

.мкг55.0

241.2556.048

4.1104.10

])156.02()156.02(3)56.01(8[

222

р2









J

Для предварительных расчетов можно ограничиться учетом момента

инерции рукояти, выдвинутой на

длины, которая определяется по

выражению

 

пол

ред

бр







В рассматриваемом примере

 

44.0

р1

J

, а

 

р2

мкг49.0

J

, что

мало отличается от значений

р1

р2

Приведенный момент инерции каната:

;мкг165.0

192.534

4.1

977

пол

ред

канкан1











.мкг215.0

241.254

4.1

1134

пол

ред

канкан2











Определение эквивалентных моментов инерции двухмассовой

107

расчетной схемы (рис. 4.11, в)

Эквивалентный момент инерции первой массы

.мкг95.3995.534

мехдв.э2111

1,21,2





JJJJ

Эквивалентный момент инерции второй массы в нижнем

положении порожнего ковша:

;мкг23.3165.044.063.2

кан1р1к112

нн





JJJJ

.мкг73.3215.055.096.2

кан2р2к222

нн





JJJJ

Эквивалентный момент инерции второй массы в верхнем

положении загруженного ковша и выдвинутой на полную длину

рукоятью:

;мкг379.6165.0584.00.363.2

кан11рп1к112

вв





JJJJJ

.мкг763.7215.0658.093.396.2

кан22рп2к222

вв





JJJJJ

Определение приведенной эквивалентной жесткости двухмассовой

расчетной схемы (рис. 4.11, в)

Эквивалентная линейная жесткость канатов для компоновочной

схемы сдвоенный канат (рис. 4.11, а) определяется по выражению

1к

1э



где

Н10275.1

1002.11025.1

311

1кк

1к













– жесткость одного

погонного метра каната;

10)4.11.1( E

– модуль продольной упругости для канатов;

 

1к

м1002.1

1045.21415.3

216













– площадь сечения

проволок;

216n

– число проволок;

мм45.2d

– диаметр проволок;

l – длина каната от барабана подъемной лебедки до ролика ковша, м.

Определим ориентировочно следующие параметры подъемных

канатов:

– длина запасовочных концов каната

м8.16842.02.0

1кзап

 Ll

;

– длина каната от барабана до блока ковша в его нижнем положении

м6.33)8.1684(5.0)(5.0

зап1кн1

 lLl

;

– длина каната от барабана до блока ковша в его верхнем положении

м3.263.76.33

1н1в1

 lll

108

Для предварительных расчетов изменение длины каната на

участке от блока ковша до головного блока стрелы в процессе работы

можно определить по выражению

.)7.06.0(

макс1

Hl 

Эквивалентная линейная жесткость подъемных канатов при

нижнем положении ковша

1059.7

6.33

10275.1

н1

1к

1э







и при верхнем положении ковша

10696.9

3.26

10275.1

в1

1к

1э







Приведенная эквивалентная угловая жесткость двухмассовой

расчетной схемы (рис. 4.11, в) при нижнем положении ковша

рад

мН

2.1279

92.534

4.1

1059.7

ред

1э1э

нн















сс

и при верхнем положении ковша

рад

мН

1.1634

92.534

4.1

10696.9

ред

1э1э

вв















сс

Эквивалентная линейная жесткость канатов для компоновочной

схемы сдвоенный полиспаст (рис. 4.11, б) определяется по выражению

пол

2к









где

Н10016.1

10813.01025.1

311

2кк

2к













– жесткость одного

погонного метра каната;

10)4.11.1( E

– модуль продольной упругости для канатов;

 

2к

м10813.0

105.451415.3

5.0













– площадь сечения проволок;

мм5.45



– диаметр каната.

Ориентировочно определим следующие параметры канатной

передачи:

– длина каната от барабана до блока ковша в его нижнем положении

м2.38

95.12

72.14

6.33

ч1

ч2

н1н21



;

– длина каната от блока ковша в его нижнем положении до

выравнивающего полублока

м15.16)2.3828.165.125(5.0)2(5.0

н21зап2кн22

 llLl

;

– длина каната от барабана до блока ковша в его верхнем положении

м6.286.92.38

2н21в21

 lll

;

109

– длина каната от блока ковша в его верхнем положении до

выравнивающего полублока

м55.66.915.16

2н22в22

 lll

Эквивалентная линейная жесткость подъемных канатов при

нижнем положении ковша

,10955.142

15.162.38

10016.144

пол

н22н21

2к

э2













 i

и при верхнем положении ковша

,10124.232

55.66.28

10016.14

пол

в22в21

2к

э2













 i

Приведенная эквивалентная угловая жесткость двухмассовой

расчетной схемы (рис. 4.11, в) при нижнем положении ковша

рад

мН

4.11349

41.254

4.1

10955.14

ред

2э2э

нн















сс

и при верхнем положении ковша

рад

мН

7.17548

41.254

4.1

10124.23

ред

2э2э

вв















сс

Определение резонансной частоты двухмассовой механической

системы привода подъема

Резонансная частота двухмассовой механической системы

привода подъема, выполненной по схеме сдвоенный канат, при нижнем

положении порожнего ковша

Гц3.3или

рад

7.202.1279

23.335.39

23.395.39

1э

1211





















и при верхнем положении наполненного ковша

Гц.7.2или

рад

2.171.1634

38.635.39

38.695.39

1э

1211





















Резонансная частота двухмассовой механической системы

привода подъема, выполненной по схеме сдвоенного полиспаста, при

нижнем положении порожнего ковша

Гц18.9или

рад

68.574.11349

73.335.39

73.395.39

2э

2221





















110

и при верхнем положении наполненного ковша

Гц.27.8или

рад

952.517.17548

763.735.39

763.795.39

2э

2221





















Таким образом, второй вариант выполнения канатного привода

подъема по схеме сдвоенного полиспаста обеспечивает значительно

большую жесткость механической системы и более высокую

резонансную частоту ее собственных колебаний. По этой причине

компоновочная схема сдвоенного полиспаста является более

предпочтительной.

Структурная схема механической системы привода подъема

Структурные схемы двухмассовой механической системы

привода механизма подъема без и с учетом переменных потерь в

передачах приведены соответственно на рис. 4.12, а и б.



(-)

1с



(-) (-)

pJ 

э

дв

Ф2



нагр.с

эмдв

111

(-)

пост

дв.эм



(-)



(-)

с дв

О""

П""

пост.

М

пост.

М



c нагр

дв

Ф2



Рис. 4.12. Структурная схема двухмассовой механической системы привода

механизма подъема: а – без учета переменных потерь; б – с учетом переменных

потерь

Момент трения на валу первой массы определяется моментом

трения на валу двигателей

двс

и моментом постоянных потерь

механизма

постс

Примем КПД передачи в прямом и обратном направлении

одинаковыми, а постоянные и переменные потери при номинальной

нагрузке механизма подъема равными. Тогда значение коэффициентов

постоянных и переменных потерь определяется из условия (2.11)

,095.0

84.02

84.01

мех













ba

где

мех



– КПД подъемного механизма имеет значение

)85.08.0( 

[11].

Момент полезной нагрузки

нагр.с

приложен к валу второй массы

и его значение определяется усилием на блоке ковша. В процессе

копания машинист перемещением рукояти поддерживает желаемые

значения нагрузки двигателей. Максимальная производительность

достигается при работе привода механизма подъема на механической

характеристике в районе момента отсечки, который для привода подъема

экскаватора лопаты выбирается равным

стопотс

)8.07.0( ММ 

Расчеты моментов нагрузки на осях масс структурных схем рис. 4.12

для двух вариантов реализации привода подъема приведены в табл. 4.5.

112

Таблица 4.5

Наименование

параметра

Обозначения,

расчетные выражения

Значение

Вариант 1 Вариант 2

Номинальный момент

двигателя,

мН 

ндв







2258.3 2451.9

Момент трения на валу

двигателей,

мН 

)(2

ндвндвдвс

МIсМ 

223 249

Момент постоянных потерь

механизма подъема,

мН 

ндвпостс

2 МаМ 

429 465.9

Момент трения на валу

первой массы,

мН 

поссдвсс1

МММ 

652 714.9

Углы наклона

характеристик нелинейных

звеньев рис. 3.35, б, град

b



arctg

42.4 42.4

 

b 1arctg

47.6 47.6

Максимальный момент на

валу второй массы,

мН 

полред

бмаксп

максп







9087.5 10799.0

Момент нагрузки на валу

второй массы в процессе

копания,

мН 

полред

б1п

нагрс







8802.0 9683.2

Окончание табл. 4.5

Наименование

параметра

Обозначения,

расчетные выражения

Значение

Вариант 1 Вариант 2

Момент нагрузки при

подъеме груженого ковша,

мН 

– начальный

полред

бп2

нагрс







5418.8 6219.0

– конечный

полред

бп3

нагрс







6231.4 6721.8

Момент нагрузки при

опускании порожнего ковша,

мН 

– начальный

полред

бп4

нагрс







3323.4 3333.3

– конечный – 0 0

При проектировании системы управления электроприводом на

начальном этапе может рассматриваться одномассовая механическая

система, тогда ее эквивалентный момент инерции

JJJ



и эквивалентный момент нагрузки

.sign

.нагрcc1c

МММ 

5. МОДЕРНИЗАЦИЯ СОВРЕМЕННЫХ СИСТЕМ

113