Разработка логической схемы управления двустворчатых ворот судоходного шлюза

С = 18*106 Н/м; жесткость демпферных пружин; tс = 80 с;

продолжительность закрытия ворот;

2.3.2. Определение статических моментов сопротивления.

Створки ворот, перемещаются в воде, испытывает знакопеременные

нагрузки, вызванные влиянием внешних факторов.

Учитывая, что двигатель должен преодолеть эти нагрузки, момент его на

валу будет также изменятся в довольно широких пределах. Поэтому, для

правильного выбора двигателей необходимо знать область изменения

статического момента сопротивления.

При движении в установившемся режиме на створку ворот действует

нагрузка, в которую входят следующие составляющие; - момент от силы трения

в пяте и гальсбанде ( Мтр ); - момент сил ветровой нагрузки ( Мв ); -

момент сил, вызванных, гидростатическим давлением воды на створку ( Мh );

- момент сил вызванных воздействием масс воды при движении створки ( Мг ),

который включает: моменты сил, вызванных изменением инерции присоединенных

к створке масс воды:

Момент от сил трения определяется по выражению ( в Нм ):

Мтр = 2/3*f1*Fn*rn+f2*Fг*rг; где

f1 = 0,25 - коэффициент трения пятового устройства;

f2 = 0,5 - коэффициент трения гальсбанда;

rn = 0,2 м - радиус пяты;

rг = 0,1 м - радиус гальсбанда;

Fn = G+g*hm*l - реакция в пяте; ( Н )

G - вес створки; ( Н )

G = 500*(Hn*l)3/2

g = 4000 ( H/m2 ) - удельная нагрузка на створку, создаваемая

механизмами и людьми, находящимися на мостике ворот;

l = 0,5*hк/cos202 - длинна створки; ( м )

hm = 1,2 ( м ) - ширина мостика;

Fг = Fn*l/(2*Hn) - усилие в галсбанде; ( Н )

l = 0,5*h /cos20 = 0,5*18/0,44 = 9,57 ( m )

G = 500*(Hn+l)3/2 = 500*(15*9,57)3/2 = 859958,2 ( H )

Fn = G+g*hm*l = 859958,2+4000*1,2*9,57 = 905889,2 ( H )

Fг = Fn*l/(2*Hn) = 905889,2*9,57/(2*15) = 288978,6 ( H )

Mтр = 2/3*f1*Fn*rn+f2*Fг*rг = 2/3*0,25*905889,2*0,2+0,5*

*288978,6*0,1 = 44645,2 ( Н*м )

Момент сил ветровой нагрузки определяется по формуле;

Мв = 0,5*ко*gо*l2*(Hn-h)*sinQ; в ( Н*м ) где

Ко = 1,4 - коэффициент обтекания;

gо = 150 ( Н*м2 ) - скоростной ветровой напор;

Q = угол поворота створки ( Q = 0о - при открытом положении ворот );

Значение НВ рекомендуется определять через каждые 10о угла поворота

створки ( полный угол поворота створки составляет 70о ).

Гидростатическое давление воды на створку создается из - за перепадов

уровней воды, которые возникают в следствие инерционных колебаний воды в

бъефе, вызванных наполнением апоражнением камеры шлюза, преждевременного

начала открывания ворот до полного выравнивания уровней воды в камере и

подходном канале из-за наличия погрешностей в водомерных приборах, а также

вследствие разности отметок уровней в камере и бъефе при запоре и выпуске

воды помимо подходных каналов. Следует иметь в виду, что перепады уровней

воды возникают практически только в интервале угла поворота от 50о до 70о.

Величина момента, вызванного перепадом, расчитывается по формуле в (

Н*м );

Mh = 0,5*Dhc*l2*h*Yв, где.

Yв = 9,81*103 ( Н*м-3 ) - удельный вес воды

Mh = 0,5*0,15*9,522*5*9810 = 336918 ( Н*м );

при Q = 0о Мв = 0 ( Н*м )

при Q = 10о Мв = 0,5*1,4*150*9,57*(15-5)*sin10о = 16698,7 ( Н*м )

Данные расчеты ведутся через 10о. результаты расчета сводятся в

таблицу;

|Q; град |Мв; Н |

|0 |0 |

|10 |16698,7 |

|20 |32890 |

|30 |48082,1 |

|40 |61813,1 |

|50 |73666 |

|60 |83280,6 |

|70 |30364,7 |

Момент сил, вызванных воздействием масс воды движением створки ( Мг ),

зависит от скорости движения створки, ее положения, заглубления и

кинематической схемы. Точный расчет этого момента сложен. Однако с

достаточной для инженерных расчетов точностью величину Мг можно принять

постоянной во всем диапазоне угла Q, равной:

Мг = 0,2*336918 = 67383,6 ( Н*м )

Определив все вышесказанные моменты, строится график зависимости

статического момента сопротивления на оси створки от ее угла поворота.

Очевидно, что в зависимости от направления ветра и перепада момента Мh и

Мв могут как препятствовать, так и способствовать движению створки. В

соответствии с этим график Мс(Q) = Мтр+Мг+Мh+Мв строится для двух случаев:

- моменты Мh и Мв препятствуют движению;

- моменты Мh и Мв способствуют движению;

График Мс(Q) строятся через 10о угла поворота створки: ( рисунок 19 ).

|Q; град |Мс(Q); Н*м 1 |Мс(Q); Н*м 2 |

| |режим |режим |

|0 |112028,8 |112028,8 |

|10 |128727,5 |95330,1 |

|20 |144918,8 |79138,8 |

|30 |160110,9 |63946,7 |

|40 |173841,9 |50015,7 |

|50 |598612,8 |298555,2 |

|60 |532227,4 |308169,8 |

|70 |539311,5 |315253,9 |

2.3.3. Предварительный выбор электродвигателя.

Необходимая мощность электродвигателя, намеченного к установке,

определяется из выражения ( в кВт ):

P' = Mс.max*wст.ср./(1000*h),

где Mс.max - максимальный момент сопротивления, определяется по графику

Мс(Q), Н*м;

wст.ср. = Qст/tc - средняя угловая скорость створки, ( с-1 );

Qст = 1,222 - полный угол поворота створки, ( рад ) wст.ср. = 1,222/80

= 0,015 ( с-1 );

P' = 539311,5*0,015/(1000*0,74) = 11 ( кВт );

Частота вращения электродвигателя определяется в соответствии с wст.ср.

по формуле ( в об.мин-1);

n = kw*30*aт*iз/(p*tc), где.

aт - полный угол поворота выходного вала передачи ( колеса ) при

перемещение створки от открытого до закрытого положения ( определяется по

кинематической схеме механизма ), рад;

kw = 1,3 - коэффициент, учитывающий работу двигателя в переходных

режимах и на пониженной частоте вращения при створении и при входе в

шкафную часть.

n = 1,3*30*2,6*2300/(3,14*80) = 928 (об/мин).

По величине P' и n по каталогу предварительно выбираем двигатель

кранового типа при ПВ = 95 % мощностью равной или ближайшей большей.

Выбираем электродвигатель MTF 311-6

Рн = 13 ( кВт ) n = 135 (об/мин) J = 0,3 (кг/м2)

2.3.4. Определение момента сопротивления приведенных к валу двигателя.

Величины моментов сопротивления, приведенных к валу двигателя ( M'с ),

необходимо определить во всем диапазоне перемещения створки для обоих

расчетных режимов.

Расчет M'с = f(Q) производим через 10o угла поворота створки. Для

определения M'с = f(Q) необходимо определить полное переда-

точное число:

i = f(Q); i = iз*iм, где iм = f(Q)

iм = ВО1/СО, где СО определяется из диаграммы перемещения. Приведения

осуществляются по формулам:

Мс' = Мс/(i*h) - двигательный режим;

Мс' = Мс*h/i - тормозной режим;

Результаты вычислений заносим в таблицу;

|Q; град |0 |10 |20 |30 |40 |50 |60 |70 |

|СО; м |0,64 |1,5 |1,79 |19,5 |1,99 |1,88 |1,59 |0,75 |

|iм; м |5,23 |2,23 |1,87 |1,72 |1,68 |1,78 |2,11 |4,47 |

|i; м |12029|5129 |4301 |3956 |3864 |4094 |4853 |10281|

|Мс'; Н*м|12,6 |33,9 |45,5 |54,7 |60,8 |172,5|148,2|70,9 |

| | | | | | | | | |

|Мс'; Н*м|6,9 |13,8 |13,6 |12 |9,6 |-54 |-47 |-22,7|

| | | | | | | | | |

По результатам в таблице, строим график зависимости Мс'= f(Q). (

рисунок 20 ).

2.3.5. Проверка предварительно выбранного двигателя. Предварительно

выбранный двигатель в общем случае должен быть

проверен на нагрев, динамическую и перегрузочную способность. Однако, в

следствии того, что цикл шлюзования довольно значите-

лен ( 30 минут и более ), а длительность работы привода ворот в

цикле не выше ( порядка 3 - 4 минуты ), тепловой режим двигателя

достаточно легкий. Поэтому проверку предварительно выбранного двигателя в

этом случае можно на нагрев не производить, а ограничется проверками на

динамическую и перегрузочную способности.

Вместе с тем электродвигатель двустворчатых ворот требует специфической

проверки по аварийному режиму работы из условия "наезд на препятствие" (

внезапное столкновение ), выполнение которой целесообразно до основных

проверок.

а) Проверка по режиму внезапного стопорения

При внезапном стопорение створки кинематическая энергия, запасенная

ротором двигателя и вращающимися элементами передач, переходит в энергию

упругих колебаний и дополнительно нагружает механизм.

Проверка по режиму внезапного стопорения позволяет уточнить частоту

вращения электродвигателя, откоректировать передаточное число механизма и

жесткость упругих элементов.

При расчете режима внезапного стопорения не учитываются демпфирующие

способности двигателя и принимается, что продолжительность развития

нагрузки больше полупериода колебаний.

В этом случае величина момента при внезапном стопорении, приведенная к

валу двигателя, может быть определена из выражения:

Мвн = 0,7*Мmax+wд*?C'max*J1*sin(?(C'max/J1)*t)

где; 0,7*Мmax - примерное среднее значение момента, развиваемого

двигателем при "наезде на препятствие", ( Н*м );

Мmax - опрокидывающий ( максимальный ) момент предварительно выбранного

двигателя;

wд = wн = p*nн/30 - угловая частота вращения двигателя перед "наездом

на препятствие" ( с-1):

C'max - максимальная, приведенная к валу двигателя жесткость демпферных

пружин; ( Н*м )

J1 = 1,25*(Jр+Jм) - момент инерции вращающихся элементов привода; Jр,Jм

- моменты инерции ротора двигателя и муфты; (кг*м2); 1,25 - коэффициент

учитывающий приведенный к валу двигателя мо-

мент инерции всех остальных вращающихся частей привода.

C'max = C*(OA)2/iз2 =18*106*22/23002 = 13,6 ( Н*м )

где, ОА - из кинематической схемы;

J1 = 1,25*(0,3+0,225) = 0,66 (кг*м2)

Максимальная нагрузка будет в момент времени

t= p/2*?(J1/C'max); где

Мн = 9556*Рн/nн = 9556*19/935 = 132,9 (Н*м).

Условие, для проверки предварительно выбранного двигателя при внезапном

стопорении;

wн , M'доп-0,7*Mmax/?(C'max*J1); где

M'доп - допустимая нагрузка на тяговый орган, приведенный к валу

двигателя;

M'доп = Fдоп*ОА/(iз*h) =55*104*2/(2300*0,74) = 646,3 ( Н*м )

1,4*M'доп-2,2*Мном/?(C'max*J1) =

= 1,4*646,3-2,2*132,9/?(13,6*0,66) = 165,4 (рад/с)

97 < 165,4 условие выполняется

Коэффициент 1,4 в выражении учитывает податливость препятствия, на

которое произведен "наезд" створки.

б) Проверка на динамическую и перегрузочную способности. Проверка

предварительно выбранного двигателя на перегрузочную способность и

динамическую способности производится исходя из следующих соображений.

Поскольку электромеханические приводы двустворчатых ворот содержат упругое

звено ( демпферные пружины ), то при разгоне динамический момент в нем (

М12 ) имеет затухающий колебательный характер, причем максимальная

величина его должна ограничиваться коэффициентом динамичности, равным 1,4.

В общем случае, динамический момент в упругом звене определяется по

выражению:

М12 =Мс'+(Мнп-Мс')*J'2/(J1+J'2)*(1-coswt);

где Мнп - начальный пусковой момент двигателя;

J'2 - приведенный к валу двигателя момент инерции створки и

присоединенной массы воды;

w - частота собственных колебаний системы

Максимальное значение динамического момента будет при coswt = -1;

Учитывая, что этот максимальный момент не должен превышать больше чем

на 40 %, момент сопротивления Мс', т. е. М12 =1,4*Мс', величина

начального пускового момента при пуске из любого положения определяется

по формуле:

Мнп(Q) = Мс'(Q)*(1+0,2*J1+J'2(Q)/J'2); где

J'2(Q) = Jст+Jв(Q)/i2(Q) - приведенный к валу двигателя момент инерции

створки и присоединенной массы воды.

Jст = G*l2/38 - момент инерции створки;

Jст = 2676137,5 (кг*м2)

Jвт(Q) - момент инерции присоединенной массы воды при hкт = 18м и hк =

4м

Пересчет для Jв(Q) производится по формуле:

Jв(Q) = Jвт(Q)*h/hк*(hк/hкт)4 = 1,25*Jвт(Q)

Результат вычислений заносим в таблицу.

|Q; град |0 |10 |20 |30 |40 |50 |60 |70 |

|Jвт107 |4,2 |2,2 |1,85 |1,75 |1,8 |2 |2,6 |4,2 |

|кг*м2 | | | | | | | | |

|Jв107 |5,25 |2,75 |2,3 |2,2 |2,25 |2,5 |3,25 |5,25 |

|кг*м2 | | | | | | | | |

|J'2 |0,38 |1,15 |1,39 |1,58 |1,69 |1,65 |1,49 |0,52 |

|кг*м2 | | | | | | | | |

|Мнп |19,5 |44,6 |58,9 |70,2 |77,7 |220,8|191 |130,1|

|Н*м | | | | | | | | |

Вычисляем Мнп только для двигательного режима, т. к. соответствующая

Мс' для тормозного режима меньше, чем для двигательного. По данным таблицы

строим график Мнп= f(Q) ( рис. 21) из таблицы находим Мнп max = 220,8 (

Н*м ).

Выполняет проверку по условию:

Мнп мах , 0,8*Mmax, где

0,8 - коэффициент, учитывающий допустимое снижение напряжения сети:

2,5*132,9 = 332,25 . 220,8 следовательно, Мнп max , 2,5*Мном, условие

выполнено.

2.3.6.Выбор электрических аппаратов для управления механическими

тормозами.

На всех механизмах шлюза для удержания его в застопаренном состоянии в

период бездействия или для замедления движения механизма перед его

остановкой используются механические тормоза.Они выполняются

непосредственно с электроприводом. В качестве электроприводов (аппаратов)

для управления механическими тормозами используются электрогидравлические

толкатели и электромагниты переменного и постоянного тока.

Выбор механического тормоза,а следовательно,и его электропривода

производится по необходимому тормозному режиму:

Мт = 2*М'max

Для нахождения М'max необходимо из графика M'с = f(Q) при перепаде и

,сопутствующих движению выбрать наибольшее значение момента по абсолютной

величине

М'max = 172,5 ( Н*м )

Мт = 2*172,5 = 345 (Н*м)

Выбираем длинноходовой тормозной электромагнит переменного тока КМТЗА.

Тяговое условие-350(Н).

Эти электромагниты применяются в беспружинных тормозах с высокой

степенью надежности торможения,но для механизмов с небольшим числом

включений в час.

Длинноходовые электромагниты переменного тока имеют прямоходовую

конструкцию с Ш-образным шлихтованным магнитопроводом на котором

расположены три катушки, включенные в "звезду" или "треугольником".

Электромагниты этого типа выпускаются серии КМТ четырех типов размеров

на напряжение 220\380В и 500В.

2.3.7.Расчет резисторов пускового реостата и выбор ящиков

сопротивлений.

Величины сопротивления, введенных в цепь ротора двигателя в

определенном масштабе могут быть получены из пусковой диаграммы(рис.22)

Принято:Ip = 51(А)

Iпер = 54(А)

Iп = 102(А)

Из диаграммы истекает:двигатель имеет 3 степени разгона.

Активное сопротивление фазы ротора:

rp = Uн.р.*S/(?3*Iр.н.) = 172*0,065/(?3*51) = 0,127 ( Ом )

где: Uн.р. = 172 (В), Iр.н. = 51 (А); S = no-n/no = 0,065

Маштаб сопротивлений: m = rp/аб = 0,127/7 = 0,018 (Ом/мм)

Сопротивления ступеней;

R1 = m*де = 0,018*46 = 0,828 (Ом)

R2 = m*д2 = 0,018*25 = 0,45 (Ом)

R3 = m*2в = 0,018*14 = 0,252 (Ом)

Rневыкл = m*вб = 0,018*8 = 0,144 (Ом)

| | |( Ом ) | | | |

| | | | | | |

| | | | | |ние |

| | | | | |( Ом )|

| | | | | | | |

| | | |( Ом ) |устимый | | |

|1 |R1 |0,828 |0,4 |64 |2 |0,8 |

|2 |R2 |0,45 |0,156 |82 |3 |0,468 |

|3 |R3 |0,252 |0,079 |114 |3 |0,237 |

|не |Rневык|0,144 |0,089 |114 |2 |0,158 |

|выключ |л | | | | | |

Схема соединения резисторов для одной фазы ротора двигателя на (

рисунке 13 )

Пускорегулировачные резисторы серии НФ представляют собой ящики

открытого исполнения. В этих элементах применяются сопротивления на

фехралевой ленте, намотанной на ребро. Внешние зажимы ящиков сопротивления

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7

МЕНЮ

Разработка логической схемы управления двустворчатых ворот судоходного шлюза