Universitatea din Oradea Facultatea de Inginerie Electrica si Tehnologia Informatiei, Oradea

Proiect

Actionari Electrice Speciale

Coordonator: Prep.Ing. Claudiu Raul Costea Student: Roman Cornel Grupa: 1241, SE

Oradea 2011/2012

Tema de proiectS se proiecteze mecanismul de ridicare al unui pod rulant al crui sistem de aciune electric contine un motor asincron trifazat, cu rotorul bobinat avnd urmtoarele caracteristici: - tensiune nominal - frecventa nominalU = 380 [V ] A 1N f =50 [ H Z 1N

]

- durata relativ de functionare D.A.=40% - masa util de ridicat n=8 [t] - nltimea de ridicat H=9 [m] - viteza de ridicare v=9 [m/min] Un mecanism este considerat n functiune atta timp ct se afl n micare. 8 h .100% x 40%x= 8 40 = 3,2 h 100

CuprinsTema de proiect Cap.I. GeneralitatiRegimul de functionare al mecanismului de ridicare

Capitolul II. Date privind proiectareaProiectarea mecanismului de ridicare Proiectarea elementelor mecnaice componente ale schemelor cinematice Dispozitive de prindere a sarcinii Mufla Palanul Greutatea sarcinii nominale Greutatea muflei Calculul fortei de ntindere Forta maxim ce se creaz n cablu la ridicarea sarcinii Diametrul nominal de nfsurare al rolelor de conducere Diametrul rolelor de egalizare De Diametrul tamburilor si a rolelor de sctiune Df Diametrul tamburilor DT Calcularea lungimii tamburului Calculul vitezei unghiulare a tamburului Randamentul reductorului Randamentul total al mecanismului de ridicare Calculul puterii necesare ridicrii sarcinii nominale Calculul momentului de tensiune maxim Calculul raportului de transmitere Viteza sincrom a motorului electric 1

Cap.III Calculul de alegere si verificare a motorului electric de actionareDeterminarea puterii necesare si cuplul rezistent Diagrama de sarcina simplificata Calcularea valorii cuplului echivalent Calculul puterii echivalente

Cap.IV Calculul coeficientilor de corectieCoefficient ce depinde de influenta temperaturii mediului ambient Coeficientul de corectie pentru durata relativa de functionare Coeficientul de corectie dependent de atitudinea locului de instalare a motorului Coeficientul de corectie dependent de periodele de accelerare si de franare electrica Coeficientul de incarcare

Anexe

Capitolul I. GeneralitatiRegimul de functionare al mecanismului de ridicareModul cum lucreaza masinile electrice din punct de vedere al incarcarii este foarte variat si modurile de lucru reale se incadreaza in modurile de lucru standardizate tipice, pentruca la fabricarea masinilor se tine seama de acest lucru, de aceea se standardizeaza acest mod de lucru sub forma: serviciul tip de functionare. Serviciul de functionare exprima modul de succesiuni, durata de mentinere a regimurilor de functionare. Regimul de functionare reprezinta ansamblul relatiilor electrice si mecanice care definesc functionarea la un moment dat. Exista opt servicii de standardizare S1-S8 iar la actionarea prin motoare electrice a instalatiilor de ridicare si transport pot interveni toate cele opt servicii de tip STAS-1893-72. Pe baza duratei de functioare zilnica, apreciata sau determinata, mecanismele instalatiilor de ridicat se impart in patru grupe ca in tabelul 2.1. Clasa de utilizare A B C D Din tabelul 2.1. am ales clasa de utilizare C Durata de functionare medie zilnica (ore) 1 13 36 6

Starea de incarcare precizeaza masura in care mecanismul este supus unor solicitari maxime sau unor solicitari mai mici si din acest punct de vedere mecanismele se impart in trei gupe ca in tabelul 2.2. Starea de incarcare Definitia Mecanismul sau elementele de mecanisme care nu care nu sunt supuse la solicitari maxime decat in mod exceptional. Ele sunt supuse in mod curent la solicitari inferioare. Mecanismul sau elementele de mecanisme in Durate aproape egale, supuse unor solicitari usoare, medii,maxime Mecanisme sau elemente de mecanisme supuse Tot timpul la solicitari apropiate sau egal cu cele Maxime Tabelul 2.2

1.

2.

3.

Din tabelul 2.2 se alege starea de incarcare 2. Regimurile de functionare in functie de utilizare si starea de incarcare sunt prezentate in tabelul 2.3. Clasa de utlizare Starea De Incarcare A B Regimul de functionare 0 Im IIm Im IIm IIIm IIm IIIm IVm IIIm IVm IVm C D

1. 2. 3.

Tabelul 2.3. Din tabelul 2.3. se alege regimul de functionare IIIm.

Capitolul II. Date privind proiectareaProiectarea mecanismului de ridicareProiectarea sistemului electromecanic de actionare al unei instalatii de ridicat cuprinde in primul rand partea de alegere a schemei cinematice si electrice, diensionarea si alegerea elementelor componente principale ale acelei scheme precum si calculul de dimensionare, alegere si verficare a puterii motoarelor electrice de actionare.

Proiectarea elementelor mecnaice componente ale schemelor cinematice GeneralitatiIn general la mecanismele de ridicare, sarcina se suspenda de organe flexbile-cabluri, lanturi, funii care se infasoare pe tamburi si roti, formand asa numitele palane. Numarul de ramuri ale organelor de suspendare depinde in primul rand de greutatea sarcinii, dar tine seama si de inaltime si de viteza de ridicare, dimensiunile degabarit ale tamburului, caracteristicile cablului etc. Pentru alegerea schemelor electrice si a tipurilor de motoare electrice de actionare se va tine seama de sursa de energie electrica, de cerintele procesului tehnologic, sarcinile ce sunt actionate, tipul de comanda folosit, mediul si conditiile de lucru, etc.

Mecanismul de ridicare cu palan dublu cu 4 ramuri de cabluriSchema cinematica corespunzatoare actionarii cu mecanismul de ridicat montat sus pe pod sau macara este prezentata in figura 3.1 Elementele componente ale schemei cinematice ale mecanismului de ridicare cu palan dublu cu 4 ramuri de cablu sunt: - M - motorul de actionare - Rd reductor - Ke cuplajul elastic dintre motor si reductor - Kd cuplajul dintat dintre reductor si tambur - T tamburul de infasurare al cablului -Rf ridicator de frana electrohidraulic - Lc limitator de cursa - Ls limitator de suprasarcina - f cablu de ridicare - q dispozitivul de prindere, format din carlig simplu si mufla mobila - E roata de egalizare, montata sus pe pod

Dispozitive de prindere a sarciniiAcetsa se alege in functie de felul sarcinii de ridicat si de procesul tehnologic ce urmeaza sa il execute mecanismul, Dispozitivul de prindere ales trebuie sa permita o prindere rapida si sigura a sarcinii in vederea realizarii unei mari productivitati si siguranta in functionare. Alegerea dispozitivelor de sarcina Dispozitivele de prindere principale, carlige si ochiuri, sunt cuprinse in mufla mobila.

Mufla un dispozitiv construit din mai multi scripeti, folosit la ridicarea unor greutti foarte mari. Din tab. 2.1 se alege tipul muflei i masa acesteia. Tipul muflei: M 2.8 Regimul de functionare: IIIm Masa muflei: m =142 kg Din tab. 2.3, n functie de regimul de functionare se alege urmtorii parametrii: - valoarea minim admisibil e=27 - coeficientul de sigurant c=6 Palanul reprezint o macara format din mai multi scripeti situati pe dou sau mai multe axedintre care una s fie fix: - raportul de transmitere al palonului i F = = 2 2 - randamenul palanului F = 0,98 (din tab. 2.4 se alege randamentul palanului)Z

Greutatea sarcinii nominaleQ N = g

[ N ] = 80000 [ N ]

Greutatea mufleiq = mg

[ N ] = 1420 [ N ]

g =9,8 1 m / s 2 1 0

Calculul fortei de ntindereF = c 6 F = 20770 ,40 = 144909 ,82 [ N ] 1 0.86 k

k coeficientul de scdere a rezistentei c coeficientul de sigurant

Forta maxim ce se creaz n cablu la ridicarea sarciniiQ +g 80000 +1420 F = N = = 20770 ,40 [ N ] 1 z 4 0,98 P

k=0,86 z numrul ramurilor de cablu z = 4

Alegem din tab. 2.5 o valoarea lui F imediat superioara celei calculate. Am ales urmtoarele date. - d - diametrul nominal al cablului d= 20 [mm] - A- aria sectiunii cablului A=158,18 [mm2] - mc - masa cablului mc=1,5 [kg] 2502 200 250 280 315 355 400 450 500 Tab. 2.2 560 630 710 800

Diametrul nominal de nfsurare al rolelor de conducere

D d ( e 1) 20 ( 27 1)

D 520

D = 560 [ mm ]

Din tab. 2.2, alegem o valoare standard mai mare dect cea calculatD = 560 [ mm ]

Diametrul rolelor de egalizare De= 20 ( 0,6 27 1) = 304D d ( 0,6 e 1) e

Din tab 2.2, se alege De = 315 [mm]

Diametrul tamburilor si a rolelor de sctiune DfDf = d(e-1) = 520 [mm]

Diametrul tamburilor DTDT d + D f = 540

(se alege din tab 2.2)

DT=560 [mm]

Calcularea lungimii tamburului H i p L = 2 D +R p + L1 + 2 L2 T T =5 R

Din tab 2.9 se alege p = 22 L = ( 70 200 ) [m ] m 1 L = p (1 1,5) [m ] m 2 H [mm] = 10000 [mm] nR - numrul de spire de prindere a cablului =5 p pasul de nfsurare L1, L2 distantele pn la capetele tamburului 10000 2 L = 2 + 5 22 + 70 + 2 22 = 834 ,28 [ mm ] T 3,14 560

Alegem randamentul tamburului pentru lagarele de alunecareT = 0,96

Calculul vitezei unghiulare a tamburului

v i 1 1 18 p = = =1,06 [ rad / s ] T 30 D 10 3 30 560 10 3 T

Randamentul reductorului =

( 1) - numrul de trepte

Din tab. 2.10, alegemR1 = 0,98

=3R = 0,94

Randamentul total al mecanismului de ridicare t = t p T R =0,9 0,9 0,9 =0,8 8 6 4 8

Calculul puterii necesare ridicrii sarcinii nominaleP = 1

(Qn + q )v = (80000t

+1420 0,88

) 0,15

=13878 ,40 W =13 ,87

[ KW ]

v=

9 = 0,15 [ m / s ] 60

Calculul momentului de tensiune maxim

M

t max

=

2 i

(QN + q ) v = p p t

81420 0,15 =157 ,70 [ N / m] 2 2 0,88 22

p pasul de nfsurare = 22 ip=2

Calculul raportului de transmiterei= 1 (1 s ) = 104 ,61 = 84 ,87 1,06 T

s alunecarea T viteza tamburului

Viteza sincrom a motorului electric 12 1 = 2 1000 = 104 ,61 [ mod/ s ] 60 60

= 1

n1 turatia sincron Alegem n1 = 1000 Alegem din tabelul 2.8. - Puterea nominala PN =15 [ KW ] - Tensiunea nominala U 1 N = 380 [V ] - Tipul motorului: AIM-180L-6 - Turatia nominala n N = 920 [ rot / min]P' 13 ,87 1 (1,5 2 ) S = 2 0,08 = 0,14 N P 15 N n n N = 1000 920 = 0,08 S = 1 N n 1000 1 S =i calculat 84 ,87 = 90

i teoretic

Reductorul R: R3.400A =9 0 [ m 2 ] 7 m d =6 [ m ] 0 m 1 d =1 0 [ m ] 0 m 2 i =8 ,4 7 5 rea l

Pe baza raportului de transmitere icalculat si a regimului de functuionare se aleg din tabelul 2.11 datele reductorului. In calcule folosim valoarea lui ireal .

Capitolul III Calculul de alegere si verificare a motorului electric de actionare

a) Sa se determine puterea necesara si cuplul rezistent corespunzator diferitelor operatii

A. Pentru ridicarea si coborirea cu sarcina se foloseste relatia :Q + q* 80000 +10 q* = x = = 0,99 x Q +q 80550 NQ Q N vechi x Q =Q + z H m g =8 0 0 00 Nnu o x c q ' =0,9 9 x

- sarcina la carlig

+(4 9 1,5 1 ) =8 5 0 0 04

Pentru

din fig.2.12 se alege: =0,82 1ra d m t n a en ra d m t n a en la rid re ica la co o re b ra cu sa a rcin cu sa a rcin

=0,76 2

A1. Cazul ridicarii cu sarcinaP = 1 (Q x +q ) v

1 (Q +q ) D x T = (80000 +1420 ) 0,56 =317 ,91 [ N m] M = R1 i i 87 ,45 2 0,82 p 1

=

(80000 +1420 ) 0,16 =15886 ,82 [W ] 0,82

q[ N ] v[ m / s ] / 6 0 D [ m] / 1 0 0 T i i rea l

A2. Cazul coborarii cu sarcinaP = (Q +q ) v = (80000 +1420 ) 0,16 ( ,76 ) = 00 ,67 [W ] 0 99 2 x 2 (Q +q ) D 0 6 x 2 = (80000 +1420 ) 0,56 ( ,7 ) = ,75 [ N m] M = T 97 R1 i i 2 87 ,45 2 2 p

B. Pentru ridicarea si coborarea fara sarcina se foloseste relatia:q* = x Q q N +q = 1420 = 0,017 1420 + 80540

Din figura 2.12 am ales: 0 = 0,5 21 0 = 0,1 ra d m t n a en ra d m t n a en la rid re ica la co o re b ra fa ra sa a rcin fa ra sa a rcin

B.1. Cazul ridicarii fara sarcinaq v 1420 0,16 P = = =,2272 [W ] 10 0,1 10 qD 1420 0,56 T M = = = 22 ,73 [ N m] R10 2 i i 2 87 ,45 2 0,1 p 10

B.2. Cazul coborarii fara sarcinaP = q v =1420 0,16 0,5 =113 ,6 [W ] 20 20 q D T 2 = 1420 0,56 0,5 =1,13 [ N m] M = R 20 i i 2 2 87 ,45 2 p

b) Diagrama de sarcina simplificata este prezentata in figura urmatoare :t p1 =t p2 =t p3 =t p4

Fig.1. Diagrama de sarcina simplificata

H [ m] 9 t = = = =1 [m in] tim pi de ridicare i v [m / m in] 9 t tim pi de pauza p

c) Calcularea valorii cuplului echivalentM' = e M 2 + M 2 + M 2 t +M 2 R2 R10 R 20 R1 = 4 t 317 ,91 2 97 ,75 2 + 22 ,73 2 +1,13 2 =151 ,68 [ N m] 2

d) Calculul puterii echivalenteP ' =M ' e e N

N

=

2 n

N = 2 3,14 920 = 96 ,34 60 60,1 [W ] 8

P ' =M ' = 5 ,6 9 ,3 = 4 1 11 8 6 4 163 e e N

Motorul ales inainte a fost preliminar dar dupa ultimele calcule, putem alege varianta finala a motorului. Astfel am ales motorul de tip AIM-180L-6 cu urmatoarele caracteristici alese din tab.2.7 si tab.2.8:

P =15 [ K ] W N n = 920 [ K ] W N i = 34 [ A] 1N i = 47 [ A] 2N U = 240 [V ] e2 M = 500 [ N m] m ax

Capitolul IV Calculul coeficientilor de corectie:* K 1 - coefficient ce depinde de influenta temperaturii mediului ambient K = 1+ (1 + ) 1 T NA = 40 C N A = 20 C

- diferenta dintre temperature pentru care este data puterea nominala a motorului ( A ) si temperature mediului ambient in care functioneaza motorul ( A ) N TN =135 C - supratemperatura nominala a motorului =1 - raportul dintre pierderile constante si cele variabile 1 20 K = 1+ (1 + ) = 1 + 2 =1,13 1 T 135 N

= = 2 C 0 A N A

*KD

K

2-

coeficientul de corectie pentru durata relativa de functionareD AN + AN 1 D D AX AX D

2

=

AN

= 45 % -

D

AX

= 40% -

durata relative a perioadei active de functionare nominala a motorului durata relativa de functionare determinata de proces.45 5 +1 = 1,11 40 40

K

2

=

D AN + AN 1 = D D AX AX D

* K 3 - coeficientul de corectie dependent de atitudinea locului de instalare a motorului, de temperature aerului de racire si de clasa de izolatie * K 4 - coeficientul de corectie dependent de periodele de accelerare si de franare electrica, in care valoarea cuplului motorului si a curentului este mai mare decat cea din regim stationarde functionare. * K 5 - coeficientul de incarcare care intervine in calcule in cazul in care exista perioade de functionare cu sarcina mai mica decat cea nominalaK 3 =K 4 =K 5 =1

Puterea echivalenta necesara se calculeaza:P' 14613 ,18 e P' = = =11690 ,54 [W ] ec K K K K K 1,13 1,11 1 1 2 3 4 5

Puterea nominala corectata a motorului (corespuzator noilor conditii de functionare) se determina curelatia:P = P K K K K K =15 1,13 1,11 1 =18 ,81 [ K ] W N C N 1 2 3 4 5' Este necesa ca PC < PNC adica 11690,54