Построение диаграммы статической нагрузки и выбор мощности и типа асинхронного двигателя с фазным ротором

При переменной механической нагрузке, что характерно для крановых и других механизмов, мощность двигателя определяют методом последовательных приближений: сначала мощность предварительно находят из диаграммы статической нагрузки (при установившихся значениях скорости движения), затем строят полную нагрузочную диаграмму с учетом переходных процессов и проверяют двигатель за нагревом и перегрузочной способностью.

Предварительная мощность двигателя определяется через среднеквадратичное (эквивалентное) значение статической мощности. Порядок расчета для механизма подъема мостового крана следующий.

Сначала рассчитывается продолжительность работы двигателя при различных нагрузках. С этой целью для заданных значений линейной скорости и среднего ускорения а и высоты Н определяют:

Продолжительность разгона и торможения при подъеме груза и крюка

                                             

Длительность разгона и торможения груза:                                                   

Длительность разгона и торможения крюка:

Путь разгона и торможения при подъеме груза и крюка.

  

Путь разгона и торможения груза:                                           

 

Путь разгона и торможения крюка:

Продолжительность движения с установившейся скоростью при подъеме груза и крюка.

                                     

Длительность движения с устоявшейся скоростью при подъеме груза:                                             

Продолжительность движения с устоявшейся скоростью при подъеме крюка:

Продолжительность разгона груза и крюка при опускании.

Путь разгона груза и крюка при опускании

Длительность торможения от основной скорости до посадочной.

                                              

Продолжительность торможения груза от основной скорости до посадочной:                                         

Продолжительность торможения крюка от основной скорости до посадочной:

Путь торможения от основной скорости до посадочной.

Путь торможения груза от основной скорости до посадочной:

Путь торможения крюка от основной скорости до посадочной:

 

Путь движения с посадочной скоростью .

Продолжительность движения с устоявшейся основной скоростью.

                                          

Продолжительность движения груза с устоявшейся основной скоростью:             

Продолжительность движения крюка с устоявшейся основной скоростью:

Продолжительность движения груза с посадочной скоростью.

По найденным значениям времени и уже известными величинами скоростей строим тахограмму работы подъемной лебедки мостового крана, изображенного на рисунке 3.

 

После этого приступают к построению диаграммы статической нагрузки двигателя.

КПД механизма:

                                             ;                                                

где  - КПД редуктора,  - КПД барабана,   - КПД полиспаста).  

Номинальный коэффициент полезного действия редуктора определяется числом его ступеней и КПД одной зубчатой пары (степени), равным 0,95...96. Число ступеней редуктора определяется, исходя из заданной скорости подъема и предполагаемой скорости двигателя. Передаточное число редуктора рассчитывается по формуле                         

                                   ;                          

где  - предполагаемая номинальная скорость вращения двигателя.

Принимаем .

Для определения числа ступеней редуктора можно принять передаточное число одной ступени в пределах 3...5. Тогда число ступеней будет

                                               

Значение КПД барабана и полиспаста равны по 0,97. Тогда КПД редуктора равен:                               

                                             

КПД механизма:                             

Далее определяется КПД механизма при подъеме и опускании крюка.

КПД механизма зависит от его загрузки и определяется выражением:                      

где - номинальный КПД механизма;

 

- коэффициент загрузки,

                                                                      

Тут  - фактический вес полезного груза,   - номинальный вес полезного груза, равный грузоподъемности лебедки. Для случаев подъема и опускания груза принимается  (), при подъеме-опускании крюка

().

Коэффициент загрузки при подъеме и опускании крюка:

КПД механизма:

Мощность на валу двигателя:

При подъеме груза:

При опускании груза:

- с основной скоростью

- при опускании груза с посадочной скоростью    

Мощность на валу двигателя:             

- при подъеме крюка

- при опускании крюка

Мощность на валу двигателя при посадочной скорости при опускании крюка:

Мощность, развиваемая двигателем при выборе и напуска провиса каната, рассчитывается по формуле:

где - угловая скорость вращения двигателя ();

- коэффициент, учитывающий потери в редукторе при работе в холостом режиме - ().

Длительность доли выбора (напуска) провиса каната с устоявшейся скоростью

где  - пути разгона и торможения при выборе или напуска провиса, которые определяются согласно (2.1) и (2.2) при , , .

Длительность разгона (торможения) каната:

Путь разгона (торможения) каната:

Длительность доли выбора (напуска) провиса каната с устоявшейся скоростью:

По найденным значениям и длительностями статических мощностей строится диаграмма статической нагрузки привода, которая изображена на рисунке 3.

Далее определяется эквивалентная за нагревом мощность двигателя во время его статической нагрузки:

Поскольку фактический режим работы двигателя - повторно-кратковременный, необходимо предварительно определить эквивалентную продолжительность его включения:

 

где  - общая продолжительность статической нагрузки

 - время цикла

 - суммарная длительность разгона (торможения) привода.

На основании проведенных расчетов по каталогу выбирается двигатель номинальной мощности

где - коэффициент запаса,  = 1,3...1,4;

= 25%.

На основании проведенных расчетов по справочнику Крановое оборудование выбираем металлургический двигатель с фазным ротором МТН 711-10 Y/Y 380В:

Статор

Ротор

Зная номинальную скорость предварительно выбранного двигателя, следует уточнить передаточное число, число ступеней, номинальный КПД редуктора и, если расхождение между уточненным и предыдущими значениями величин   превышает 7%, необходимо также уточнить мощности  и .

Уточненное передаточное число:

Уточненное число ступеней:

Уточненное КПД редуктора:

Как видно из расчетов, уточненные значения идеально совпадают с рассчитанными ранее, следовательно двигатель выбран правильно.