Автоматизированный электропривод многоканатной подъемной установки

1.РАСЧЕТ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА_______ 3

1.1. Исходные данные для проектирования многоканатной ШПУ____ 3

1.2.Выбор скипа______________________________________________ 3

1.3.Выбор подъемных канатов__________________________________ 5

1.4.Выбор многоканатной подъемной машины____________________ 6

1.5.Условие нескольжения шкива по ведущему валу_______________ 7

1.6.Продолжительность подъемной операции_____________________ 8

1.7.Кинематика подъемной установки____________________________ 9

1.8. Динамика подъемной установки____________________________ 11

2. СИЛОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА________________ 16

2.1. Исходные данные для расчета динамики электропривода______ 16

2.2. Выбор тиристорного преобразователя_______________________ 17

2.3. Выбор силового трансформатора___________________________ 18

2.4. Расчет сглаживающего реактора____________________________ 18

2.5. Расчет автоматического выключателя в якорной цепи_________ 21

2.6.Выбор тиристорного возбудителя___________________________ 21

2.7. Выбор тахогенератора в цепи ОС по скорости________________ 23

3. АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ___ 24

3.1. Расчет системы подчиненного регулирования координат электропривода 25

3.2.Расчет контура регулирования тока возбуждения______________ 25

3.3. Расчет контура регулирования тока якорной цепи____________ 27

3.4. Расчет контура регулирования скорости_____________________ 30

4. Список используемой литературы____________________________ 35

1.РАСЧЕТ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Основными параметрами механической части шахтной подъемной установки (ШПУ) являются такие величины, как оптимальная масса поднимаемого груза, диаметр головных и хвостовых канатов, оптимальные скорость, ускорение и замедление движения, эффективная мощность подъема. Расчет этих параметров и выбор соответствующих изделий - задача проектирования механической части ШПУ.

Технические решения, принятые по механической части ШПУ, служат основой для выбора той или иной системы электропривода. Этим завершается первый этап проектирования автоматизированного электропривода. Основная задача второго этапа проектирования - выбор комплектного тиристорного электропривода из серии КТЭУ для ШПУ, принятой на первом этапе проектирования. На основе технических решений, принятых на первом и втором этапах проектирования, выбирают регуляторы тока, скорости и другие технические средства, составляющие систему автоматического управления электроприводом «управляемый выпрямитель - двигатель» (УВ-Д).

1.1. Исходные данные для проектирования многоканатной ШПУ

Годовая проектная

производительность подъема: Аг=2345тыс.т/год

Глубина вертикального

ствола: Нст=1000м

Число рабочих дней в году: 300

Число часов работы в сутки: 18

Коэффициент резерва: 1,5

Диаграмма скорости: семипериодная.

1.2.Выбор скипа

1.2.1. Расчетная высота подъема с учетом расположения скипов в копре и нижней части ствола:

Н_р=Н_ст+h_загр+h_разгр+2×D=1000+30+35+2×0,35=1066 м, (1.1)

где Н_ст - глубина вертикального ствола;

h_загр - расстояние по вертикали от отметки откаточного горизонта до нижней кромки загрузочного бункера;

h_разгр - расстояние по вертикали от «нулевой» отметки до верхней кромки приемного бункера.

1.2.2. Часовая производительность ШПУ:

(1.2)

где А_ч - часовая производительность ШПУ, т/ч;

А_г - годовая производительность ШПУ, т/год;

с - коэффициент резерва производительности (с=1,5);

n_д - число рабочих дней в году;

t - время работы подъемной установки в сутки, ч.

1.2.3. Оптимальная грузоподъемность Q_опт, кг, при которой суммарные годовые эксплуатационные затраты на подъемной установке будут минимальными, определяем по формуле для многоканатных двухскиповых подъемов:

(1.3)

где А_ч - часовая производительность, кг;

Н_п - высота подъема, м;

t_п - продолжительность паузы, с.

Выбираем стандартный скип 2СН11-2 грузоподъемностью Q_п=25т, массой Q_с=24,4 т, путем разгрузки h=2,4 м [1].

1.2.4. Высота подъема с учетом высоты скипа h_с=13 м:

Н=Н_р+h_с=1066+13=1079 м. (1.4)

1.2.5. Расстояние от нижней приемной площадки до оси шкива трения:

Н_к=Н+l_к=1066+13+18=1097 м, (1.5)

где Н - высота подъема, м;

l_к=h_ск+18 - длина отвесов подъемных канатов в копре, м (рис.1.1.).

1.3.Выбор подъемных канатов

1.3.1. Линейную массу каната P_к, кг/м, определим по формуле:

(1.6)

где Q_п и Q_с - масса полезного за один раз поднимаемого груза и собственная масса скипа, кг;

s_в - временное сопротивление разрыву проволок каната Н/м²;

g=9,81м/с²;

z_min=4,5 - коэффициент запаса прочности;

r_о - условная плотность каната, кг/м³;

Н_к - расстояние от нижней приемной площадки до оси шкива трения, м.

1.3.2. Число подъемных канатов n_к многоканатного подъема определили по формуле:

(1.7)

где Р_к - линейная масса канатов, кг/м;

D_шт - диаметр шкива трения, м;

j_к - коэффициент, зависящий от конструкции каната;

y - отношение D_шт к диаметру каната d_к, по ПБ для системы с отклоняющими канатами y³95.

Предварительно применим четыре каната n_к=4, диаметром d_к=46,5 мм, линейной массой каната Р_к=8,4кг/м, разрывным усилием Q_р=1330×10³ Н [1].

1.3.3. Линейную массу g_к уравновешивающих канатов определили по формуле:

(1.8)

где n_к - количество подъемных канатов;

Р_к - линейная масса подъемного каната, кг/м;

n_ук - количество уравновешивающих канатов, которых по ПБ должно быть не менее двух.

Применили три стандартных плоских каната с размерами 170´27,5 мм расчетной массой g_к=11,5 кг/м [1].

1.3.4. Разность линейных масс:

n_кР_к=n_укg_к ½4×8,4-3×11,2½=0,9 кг/м; (1.9)

Считаем предварительно выбранную систему уравновешенной.

1.4.Выбор многоканатной подъемной машины

Наметим к применению многоканатную подъемную машину ЦШ-5´4 со следующими техническими характеристиками:

Диаметром канатоведущего шкива D=5 м;

Количеством подъемных канатов n=4;

Статическим натяжением канатов 1450 кН;

Разностью статических натяжений канатов 350 кН;

Маховым моментом машины  6250 кН×м²;

Маховым моментом отклоняющих шкивов 500 кН×м².

1.4.1. Фактические значения статических натяжений канатов и разности статических натяжений канатов рассчитаем по формулам:

Т_{ст max}=(Q_п+Q_с+Р_кН_к)g=(25×10³+24,4×10³+4´8,4×1097)9,81=846×10³ Н;

Т_ст=846×10³ Н(факт)<1450×10³Н(норма); (1.10)

F_ст=[Q_п+(Р_к-q)Н]g=[25×10³+(4×8,4-3×11,5)×1079]×9,81=236×10³Н;

F_ст=236×10³Н(факт)<350×10³Н(норма). (1.11)

1.4.2. Коэффициенты запаса прочности Z_о и Z_min, рассчитаем по формулам:

(1.12) =

=

=6,3(факт)>4,5(нор), (1.13)

где Z_о, Z_min - фактические значения коэффициентов запаса прочности;

Q_п, Q_с - масса полезного груза и масса сосуда, кг;

n_к, n_ук - количество подъемных и уравновешивающих канатов;

Q_р - суммарное разрывное усилие всех проволок каната, Н;

Р_к, q_к - линейная масса подъемного и уравновешивающего канатов, кг/м;

Н_к - расстояние от нижней приемной площадки до оси канатов ведущего шкива, м;

l_з - отвес уравновешивающих канатов в зумпфе, м.

Окончательно применим многоканатную машину типоразмера ЦШ-5´4, четыре подъемных каната типа ЛК-РО маркировочной группы 1568 диаметром 46,5 мм и три уравновешивающих каната размером 170´27,5 мм [1].

Техническая характеристика машины ЦШ-5´4:

Диаметр канатоведущего шкива D_ш=5 м;

Количество подъемных канатов n_к=4;

Маховый момент машины GD²_м=6250 кН×м²;

Маховый момент отклоняющих шкивов GD²_ош=500 кН×м²;

1.5.Условие нескольжения шкива по ведущему валу

1.5.1. Статический коэффициент безопасности К_сб рассчитываем по

формуле :

(1.14)

3,3(факт)>2(норма),

где F_{ст max}=(Q_п+Q_с+pH+c)g - наибольшее возможное натяжение одной ветви каната, охватывающего ведущий шкив, Н;

F_{ст min}=(Q_с+qH-c)g - наименьшее натяжение другой ветви каната;

е - основание натурального логарифма;

f - коэффициент трения между канатами и футеровкой ведущего шкива;

a - угол охвата ведущего шкива, рад;

с= - сопротивление движению одной ветви каната;

к=1,1 - для скипового подъема [1].