Электропривод экскаватора

Содержание

 

1. Условия работы и  требования, предъявляемые к проектируемому  электроприводу……………………………………………………………………………………..2                                                                                                    

2. Обзор и анализ  систем проектируемого электропривода и структур

    систем управления  им……………………………………………………………….4

3. Расчет мощности  и выбор двигателя, управляемого преобразователя 

3.1 Определение масс  и линейных размеров конструктивных элементов экскаватора………………………………………………………………………………………...7                                                                                                               

3.2 Определение усилия  в тяговом канате и мощности  двигателей тягового механизма за отдельные периоды работы экскаватора в течение одного

Цикла…………………………………………………………………………................8                                                                                                            3.3 Выбор двигателя…………………………………………………………................9 

3.4 Выбор тиристорного преобразователя……………………………………………13

3.5 Выбор понижающего трансформатора…………………………………………...14

3.6  Расчет и выбор сглаживающего дросселя …………………………………….... .15

4. Расчет структурной  схемы электропривода и синтез  регуляторов системы управления электроприводом………………………………………………………..18

4.1 Расчет  структурной схемы электропривода……………………………………..18

4.2 Синтез  регуляторов………………………………………………………………..21

4.3 Расчет структурной схемы в относительных единицах…………………………24

5. Анализ статических  и динамических свойств электропривода………………….28

6. Описание  принципиальной схемы…………………………………………………30

Список использованной литературы………………………………………………….34

 

 

 

 

 

 

1 Условия работы и требования, предъявляемые к проектируемому электроприводу

 

Экскаваторы ЭДГ-3,2.30 с  рабочим оборудованием драглайна можно считать модификациями экскаватора ЭКГ-5А условно. Правильнее считать их экскаваторами-драглайнами на гусеничном ходу, при создании которых используются отдельные узлы и детали серийного экскаватора ЭКГ-5А [1].

Особенности конструкции  ЭДГ-3,2.30 – стрела большой длины, ковш подвешенный на канатах и гусеничный ход обеспечивают в определенных горно-технических условиях существенное повышение эффективности работ при добыче полезных ископаемых, строительстве дамб, плотин каналов, шламохранилищ, рытье котлованов. Возможность работы с нижним черпанием позволяет отрабатывать обводненные горизонты. Гусеничный ход обеспечивает высокую скорость передвижения и маневренность машины. Применение ЭДГ-3,2.30 для погрузки в средства колесного транспорта позволяет осуществлять нарезку новых горизонтов с большей скоростью, производить качественную зачистку кровли пласта полезного ископаемого, работать с уступами повышенной высоты и увеличенной шириной заходок, а также сократить протяженность транспортных коммуникаций [2].

 

Рисунок 1. – Экскаватор ЭДГ-3,2.30. План расположения основного  оборудования на поворотной платформе

Экскаватор-драглайн имеет  стрелу решетчатого типа, состоящую  из трех секций длиной по 12,5 м и одной  секций длиной 5 м. При установке  всех трех секций длина стрелы составит 30 м. Использование только двух длинных секций позволяет получить длину стрелы 25 м.

Подвеска стрелы на 6-кратном  полиспасте с приводом от стрелоподъемной  лебедки.

Ковши вместимостью 3,2 и 4 м³ двух типов:

- так называемый тип со съемными зубьями и сплошной задней стенкой; предназначены для экскавации скальных и сыпучих пород;

- с приварными легкими  зубьями, с задней стенкой,  образованной круглозвенными цепями; предназначены для экскавации глинистых пород.

Расположение механизмов на поворотной платформе показано на рисунке 1.

В качестве тяговой лебедки  используется подъемная лебедка  экскаватора ЭКГ-5А, но с одноручьевой нарезкой барабана и изменненым передаточным числом. Подъемная лебедка установлена позади тяговой и состоит из электродвигателя, эластичной муфты, двухступенчатого цилиндрического редуктора, барабана и пневматического тормоза на моторном валу.

Поворотный механизм с редукторами планетарного типа. Преобразовательный агрегат состоит из электрических машин, используемых в агрегате экскаватора ЭКГ-5А, кроме генератора напора, который заменен вторым подъемным генератором.

С целью увеличения до 100% ПВ ходового электропривода введена  принудительная вентиляция электродвигателя.

Ходовая тележка с  увеличенной опорной площадью и с принудительной вентиляцией ходового электродвигателя может быть использована, если требуется пониженное удельное давление на грунт или относительно длительные перегоны машины [1].

Рабочие циклы нагрузки экскаваторов имеют резко переменный характер с режимом работы на упор и значительными колебаниями момента, поэтому система электропривода главных механизмов экскаватора должна обеспечить [1]:

- плавный выбор зазоров  в кинематических передачах механизма  поворота;

- ограничение динамических  нагрузок в копающих механизмах;

- выравнивание нагрузки  между контурами (при многодвигательном  приводе);

- защиту от растяжки  ковша, переподъема и перетяги;

- автоматическое регулирование  тока возбуждения синхронного  двигателя системы электропривода “генератор-двигатель”  в функции суммарной нагрузки генераторов подъема, тяги, поворота;

- температурную стабилизацию  стопорных токов и токов возбуждения  двигателей главных приводов;

- динамическое торможение  главных приводов;

- исключение резонансных  явлений в механизме поворота экскаватора.

Отмеченные обстоятельства обуславливают основные требования к системам управления и характеристикам регулируемых приводов главных механизмов подъема, поворота, тяги.

 

2 Обзор и анализ систем проектируемого электропривода и структур  систем управления им

Для приводов главных  механизмов могут быть применены  либо двигатели постоянного тока с независимым возбуждением, питаемые от регулируемых генераторов (система Г-Д) или регулируемых статических тиристорных преобразователей (система ТП-Д), либо асинхронные двигатели переменного тока, питаемые от регулируемых статических преобразователей частоты (ПЧ-АД).

С развитием  силовой  полупроводниковой техники на экскаваторах стали применяться статические  преобразователи на базе тиристоров, заменяющих генераторы постоянного тока [3].

Система электропривода ТП-Д в современных условиях может  получить дальнейшее развитие. В силовой  части применяются более мощные тиристоры, исключающие параллельные включения. Система управления переводится  на микропроцессорную базу, что позволяет сократить объем и массу шкафов управления, увеличить надежность комплекта за счет сокращения аппаратных средств, расширить возможности автоматизации отдельных операций программными средствами, внедрить диагностику и самодиагностику электроприводов и системы управления [1].

Для обоснования выбора системы управления сравним системы  Г-Д и ТП-Д по различным условиям [3]:

а) По конструктивному исполнению:

Т.к. генератор имеет  вращающиеся части, поэтому коллекторная часть требует технического ремонта. Хорошо отработанная конструкция генератора делает его достаточно надёжным.

ТП это статический  преобразователь, поэтому требует  техосмотра. Но его система диагностики  позволяет намного быстрее обнаружить дефект.

б) По быстродействию:

Генератор обладает значительной электромагнитной инерцией, поэтому требуется форсирование переходных процессов генератора. Он исключает возможность скачкообразного изменения Е_Г, что является естественной защитой от опасных ускорений.

ТП имеет принципиальную надежность скачкообразного изменения, все толчки нагрузки передаются в сеть и наоборот.

в) По коэффициенту полезного действия (КПД):

У системы ТП-Д КПД  выше, в отличие от системы Г-Д.

г) По энергетическим показателям:

ТП при глубоком регулировании  Е_d имеет низкий cosj , поэтому экономия электроэнергии за счёт более высокого КПД резко уменьшается. ТП является генератором высших гармоник, что негативно влияет на работу других потребителей.

Генератор практически  всегда приводится в движение СД, которые  работают с опережающим cosj, что позволяет сэкономить электроэнергию.

д) По принципу управления:

Генератор управляется  проще, чем ТП.

е) По коэффициенту усиления мощности:

У ТП коэффициент усиления значительно больше, чем у генератора, что позволяет осуществить прямое цифровое  управление каждым тиристором, что значительно улучшает энергетические показатели ТП.

В нашем случае необходимо применить систему ТП-Д, потому что  она современнее и по большинству условий эффективнее.

Анализ структур управления [4]:

На сегодня находят применение следующие типовые структуры электропривода: структура с суммирующим усилителем и структура подчинённого регулирования координат.

Основным недостатком  структуры с суммирующим усилителем является взаимное влияние обратных связей, затрудняющее получение оптимальных динамических качеств, при регулировании каждой переменной. Поэтому данные структуры в настоящее время почти не применяются.

Структура с подчинённым  регулированием координат имеет  ряд существенных достоинств:

- система обеспечивает возможность формирования экскаваторных характеристик с высоким заполнением простыми средствами;

- точность;

- благодаря инерционности  регулятора тока система отфильтровывает  высокие частоты, что обеспечивает сохранение демпфирующей способности привода на высоком уровне при абсолютно мягкой статической характеристике.

- система проста в  наладке и эксплуатации.

Поэтому на данном электроприводе будем использовать систему подчинённого регулирования координат.

 

 

3  Расчет  мощности и выбор двигателя,  управляемого преобразователя

3.1 Определение  масс и линейных размеров конструктивных  элементов экскаватора

Они необходимые для  определения усилий, возникающих  при работе экскаватора, могут быть вычислены по эмпирическим формулам. Так масса всего экскаватора определяется по формуле [5, cтр.6]:

  т ,                       (3.1) 

где: – коэффициент удельной массы экскаватора [5, cтр.177],

Е – вместимость ковша, .

Определим линейные размеры (ширина, длина и высота) ковша драглайна, [5, cтр.6]:

                                      

Определим массу ковша, [5, cтр.7] 

          (3.5)

где: - коэффициенты для определения массы ковша экскаватора [5, cтр.178].

Определим вес ковша [5, cтр.9]:

,        (3.6)

где: – ускорение свободного падения,  .

Определим массу породы в ковше, [5, cтр.7]

,         (3.7)

где: – плотность горной породы в целине, т и - коэффициент разрыхления породы [5, cтр.180]

Определим массу груженого  ковша,

      (3.8)

Определим вес ковша  с породой, [6, cтр.9]

               (3.9)

Максимальный радиус разгрузки,

                         (3.10)

3.2 Определение усилия в тяговом канате и мощности двигателей тягового механизма за отдельные периоды работы экскаватора в течение одного цикла

Сопротивление породы копанию [5, cтр.19]:

   (3.11)

Усилие в тяговом  канате [5, cтр.21]:

Мощность двигателя  тягового механизма  при копании  [5, cтр.22]:

,     (3.12)

Определим усилие в тяговом  канате при повороте платформы драглайна  с породой в ковше, [5, cтр.21]:

                       (3.13)

Мощность двигателя  механизма тяги при повороте платформы  с породой в ковше  [5, cтр.22]:

,           (3.14)

Определим средневзвешенную мощность двигателя тягового механизма  [5, cтр.23]:

            (3.15)              

При двух двигателях мощность каждого из них:

                 (3.16)

3.3 Выбор двигателя

Расчетное усилие для  выбора каната, [5, cтр.38]:

     (3.17)

где: а – число двигателей подъемного механизма

i – число ветвей каната полиспаста.

По полученной величине усилия принимаем канат с  ( ).

Диаметр тягового барабана равен [5, cтр.37]:

 или  .               (3.18)

Частота вращения выходного  вала редуктора или барабанов [5, cтр.37]: