Практическая работа специальности 15.02.05. «Техническая эксплуатация оборудования в торговле и общественном питании»

Практическое занятие № 89

Расчёт мощности и подбор привода, составление кинематической схемы привода моечных машин.

 Цели: уметь правильно обслуживать моечную машину.

Что необходимо выполнить студенту для получения зачета

Изучить данную методическую разработку.

Выполнить конспект.

Ответить на контрольные вопросы.

Сделать вывод о проделанной работе.

Защитить практическую работу.

Общие сведения по изучаемой теме

Типы электродвигателей и их параметры

К основным типам современных электродвигателей переменного тока относятся следующие.

Электродвигателя единой серии

Электродвигатели трехфазного тока единой серии 4А мощностью 0,06-400 кВт с высотой оси вращения (50-355) мм предназначаются для привода механизмов, не предъявляющих особых требований к пусковым характеристикам, скольжению и другим качествам при температуре окружающего воздуха от -40 °С до +40 °С.

По степени защиты они изготавливаются:

- закрытыми обдуваемыми (IP44),

- защищенными (IP23).

Электродвигатели со степенью защиты IP44 выпускаются в трех исполнениях:

- на лапах М100 (основное исполнение),

- с лапами и фланцевым щитом М200,

- с фланцевым щитом М300.

Двигатели со степенью защиты IP23 выпускаются только в основном исполнении.

Многоскоростные электродвигатели имеют синхронные частоты вращения: 1500/3000, 750/1500, 750/1000, 500/1000, 1000/1500/3000, 750/1500/3000, 750/1000/1500, 500/750/1000/1500 об/мин.

Выпускают электродвигатели для работы от сети частотой 50 и 60 Гц.

В числе модификаций производятся:

- малошумные двигатели для работы в приводах с повышенными требованиями к уровню шума для машин третьего класса;

- встраиваемые электродвигатели, электродвигатели со встроенной температурной защитой для привода механизмов;

- электродвигатели тропического, влаго-, морозостойкого и химически стойкого исполнений.

Пример условного обозначения электродвигателя: 4АНХ315МВ4У3,

где 4 - номер серии;

А - асинхронный;

Н - защищенный (способ защиты от окружающей среды), при отсутствии этой буквы - закрытый обдуваемый;

Х -сочетание чугуна и алюминия в качестве материалов станины и щитов (А - станина и щиты алюминиевые), при отсутствии букв Х и А - станины и щиты - чугунные или стальные;

315 - высота оси вала, мм;

М - установочный размер по длине станины (либо S и L);

В - длина сердечника статора (или А) при условии сохранения установочного размера, отсутствие букв А и В означает наличие только одной длины сердечника;

4 - число полюсов;

У3 - климатическое исполнение и категория размещения.

Электродвигатели крановые и металлургические

Асинхронные электродвигатели трехфазного тока крановые и металлургические с короткозамкнутым ротором серии MTKF и МТKН и с фазным ротором серий MTF и МТН (в обозначении: М - металлургические и крановые, Т - трехфазного тока, F и Н - классы нагревостойкости) предназначены для привода крановых механизмов общепромышленного назначения, а также других механизмов с кратковременным и повторно-кратковременными режимами работы с большими кратностями перегрузок.

Для приводов, работающих в условиях повышенных температур окружающей среды (металлургическое производство и т.п.), рекомендуются электродвигатели серий МТН и МТKН.

Крановые и металлургические электродвигатели обладают повышенной нагрузочной способностью, большими пусковыми моментами, малым временем разгона. Отношение пускового (максимального) крутящего момента к номинальному колеблется в пределах 2,3-3,2. Диапазон рабочей температуры окружающего воздуха для крановых электродвигателей от -45 ^оС до +40 ^оС, металлургических от -45 ^оС до +50 ^оС.

Электродвигатели имеют синхронные частоты вращения n:

1000, 750 и 600 об/мин - при работе от сети с частотой 50 Гц;

1200, 900 и 720 об/мин - при работе от сети с частотой 60 Гц.

Пример условного обозначения электродвигателя: МТКН311-8Т2,

где первая цифра трехзначного числа после буквенного обозначения - условная величина внешнего диаметра пакета статора;

вторая цифра трехзначного числа после буквенного обозначения - порядковый номер серии;

третья цифра трехзначного числа после буквенного обозначения -условная длина пакета статора;

цифра, стоящая после тире - число полюсов электродвигателя.

Для работы в условиях тропиков вводится обозначение Т2, в условиях холодного климата - ХЛ2.

Электродвигатели всех габаритов изготавливают в закрытом обдуваемом исполнении, а с фазовым ротором 5-7 габаритов, кроме того, - в защищенном исполнении с независимой вентиляцией.

1.4. Основные характеристики асинхронных электродвигателей общего применения

В машиностроении применяют асинхронные электродвига­тели трехфазного тока с короткозамкнутым ротором, которые непосред­ственно включаются в сеть. Их преимущества: простота конструкции, сравнительно низкая стоимость, простота обслуживания и надежность. Недостатки: меньшие КПД и cosφ относительно синхронных электро­двигателей; ограниченная возможность регулирования по сравнению с электродвигателями постоянного тока и асинхронными электро­двигателями с фазовым ротором, имеющих контакты для включения реостата в цепь ротора.

К основным типам асинхронных электродвигателей трёхфазного тока, предназначенных для приводов общего применения, относят двигатели единой серии марок:

4АН – электродвигатели, защищенные от попадания капель и твёрдых частиц и от прикосновения к вращающимся и токоведущим частям;

4А − электродвигатели закрытые обдуваемые по ГОСТ 19523-74 (рис. 1.3). Формы исполнения: М100 − электродвигатели горизонтальные, станина на лапах (см. рис.1.3, а); М200 − то же и дополнительно с фланцем на щите (см. рис 1.3, б);

АО2 − электродвигатели закрытые обдуваемые по ГОСТ 13859-68  и их модификации.

Технические данные электродвигателей содержатся в каталогах, в табл. 1.6, 1.7 приведены краткие выдержки из них.

Кроме того, форма исполнения и способ установки  электродвигателя единой серии (общего назначения) обозначаются следующим образом:

IM1081 – электродвигатели со станиной на лапах;

IM2081 – горизонтальные на лапах и с фланцем на щите;

IM3081 – со станиной без лап и с фланцем на щите.

Пример условного обозначения трехфазного асинхронного короткозамкнутого закрытого обдуваемого двигателя единой серии горизонтального с чугунной станиной на лапах, с высотой оси вращения 90 мм, с установочным размером по длине станины L, четырех полюсного, климатического исполнения Y, категории размещения 3 по ГОСТ 15150-69.

            Двигатель исполнения IM10814АF90L4Y3 ГОСТ 19523-81.

а)

б)

Рис. 1.3

Синхронная частота вращения соответствует холостому ходу. Под нагрузкой частота вращения электродвигателя уменьшается.

Номинальному (паспортному) режиму эксплуатации электродвига­теля соответствует номинальная частота n_НОМ и номинальная мощность Р_НОМ. В этом режиме электродвигатель работает длительное время без перегрева и КПД близок к максимальному. Момент, соответствующий P_НОМ, является номинальным – Т_НОМ.

В каталоге указывается также отношение Т_МАХ /Т_НОМ, Т_ПУСК/T_НОМ. При пуске (n = 0) двигатель развивает момент T_ПУСК. В процессе разгона электродвигателя вращающий момент первоначально возрастает до T_MAX (при n_KP), а затем снижается до момента T_НОМ (при  n_НОМ). Участок харак­теристики от Т = 0 (холостой ход) до T_МАХ близок к прямолинейному, т.е. момент в указанных пределах пропорционален скольжению, однако благодаря «жесткости» механической характеристики значительное изменение нагрузки вызывает несущественное изменение частоты вращения.

В каталоге указывается номинальная частота вращения n_НОМ, мин^-1, принимаемая за расчетную, например, при определении общего пере­даточного отношения механизма. Если электродвигатель работает при установившемся режиме (n_НОМ и T_НОМ), а затем подвергается перегрузке, его частота вращения падает. При этом должно быть обеспечено даже для кратковременного момента перегрузки T_ПУСК ≤ T_МАХ. Поэтому частота вращения, соответствующая T_МАХ , является критической п_КР. Следовательно, при выборе электродвигателя необходимо согласовать его характеристику с режимом нагрузки механизма. Например, для конвейеров указывается характер нагрузки и отношение (Т_ПУСК / Т_НОМ)≤ (T_МАХ/T_НОМ).

Если это условие не соблюдается для данного типа электродвигателя, необходимо выбрать другой тип или предусмотреть в системе привода устройство, позволяющее разгонять электродвигатель вхолостую, а затем плавно включать нагрузку, например, с помощью фрикционной управ­ляемой муфты.

Длительный режим работы характеризуется его продолжительностью, достаточной для того, чтобы температура нагрева двигателя достигала установившегося значения.

При выборе электродвигателя учитывают ряд требований, обусловлен­ных условиями и режимом работы привода: частотой вращения выход­ного вала, состоянием окружающей среды; типом передаточного меха­низма и т.д. Критериями оценки оптимальности выбора электродвигателей служат надежность и экономичность электромеханической системы, КПД, габариты и масса двигателя, его динамические характеристики.

В рамках учебного курсового проектирования эта задача решается ограниченно и заключается в подборе типоразмера по каталогу с учетом его механической характеристики.

Для определения мощности электродвигателя Р_ЭД и частоты враще­ния его ротора n_ЭД  в техническом задании должны быть указаны мощ­ность на выходе Р_ВЫХ  и частота вращения выходного (тихоходного) вала привода n_ВЫХ. В зависимости от сложности учебной задачи указывают синхронную частоту вращения вала электродвигателя n_ЭДС или проекти­ровщик (студент), исходя из кинематических возможностей привода, сам выбирает требуемую реальную частоту вращения ротора электродви­гателя n_ЭДР .

Основные параметры асинхронных короткозамкнутых электродвигателей трехфазной серии А4 приведены в табл.1.6.

При выборе электродвигателя следует учитывать следующие положе­ния.

Чем ниже частота вращения вала электродвигателя, тем больше его размеры, масса и стоимость. Высокооборотные двигатели, напротив, имеют меньшие размеры, массу, стоимость, чем тихоходные той же мощности. Поэтому применение тихоходного двигателя с п_с = 750 мин^-1 возможно при достаточном обосновании.

Следует также учитывать, что допустимая перегрузка не  должна превышать 8% при постоянной и 12% при переменной нагрузке;  допустимая недогрузка  - 20%.

На рис. 1.2 представлена характеристика асинхронного электродвигателя, выражающая зависимость частоты вращения двигателя от величин вращающего момента.

Рис. 1.2

Здесь Тном − номинальный вращающий момент;

Тнач  (или  Тпуск) − момент, развиваемый при пуске двигателя;

Тmax − максимальный момент (кратковременный);

nном − номинальная частота вращения двигателя;

nкр − критическая частота вращения двигателя;

nс − синхронная частота вращения двигателя (при отсутствии нагрузки), то есть частота вращения магнитного поля, она зависит от частоты тока  f  и числа пар полюсов  р:   

Асинхронная угловая скорость, рад/сек: 

При стандартной частоте  f = 50 1/c и числе пар полюсов  р  от 1 до 4 синхронная частота вращения двигателя  nс = 3000, 1500, 1000, 750 об/мин.

Частота вращения nном, указываемая в каталогах электродвигателей, относится к номинальному режиму, её и принимают во внимание при определении общего передаточного отношения привода.

Под действием нагрузки частота вращения вала электродвигателя n_эд уменьшается по сравнению с nс, возникает скольжение s, определяемое по формуле  s = (nс – nэд) / nс. Следовательно, nэд = nс ∙ (1 – s).

Большинство технологических машин, следовательно, и их приводы работают в условиях переменных режимов нагружения, которые опре­деляются циклограммой, т.е. графиком изменения вращающего момента во времени.

Исследованием установлено, что при всем многообразии циклограмм моментов их можно приближенно свести к шести стандартным типовым режимам нагружения.

0 — постоянный режим  нагружения, характерен для машин, которые работают с отклонениями от номинального режима до 20%. Он является наиболее тяжелым.

1-й — тяжёлый режим  нагружения, характерен для машин, которые работают большую часть времени с нагрузками, близкими к номинальным, например, для горных машин.

11 — средний  равновероятный режим  нагружения, характерен для машин, которые работают одинаковое время со всеми значениями нагрузки, например, для транспортных машин.

111 — средний нормальный режим нагружения, характерен для машин, которые работают большую часть времени со средними нагрузками, например, для достаточно интенсивно эксплуатируемых машин. 

1V — лёгкий режим нагружения, характерен для машин, которые работают большую часть времени  с нагрузками ниже средних, например, для  широко универсальных станков.

V — особо лёгкий режим нагружения, характерен для машин, которые большую часть времени работают с малыми нагрузками, например, для металлорежущих станков. 

Сведения о режимах наружения используют при проектировании зубчатых передач на выносливость согласно табл. 1.5.

Таблица 1.5. Коэффициенты для вычисления эквивалентного числа циклов

Таблица 1.6. Двигатели асинхронные короткозамкнутые трёхфазные серии 4А общепромышленного применения;

закрытые обдуваемые. Технические данные

Таблица 1.7. Двигатели. Основные  размеры, мм

Таблица 1.8. Мощности и скорости вращения двигателей А2, АО2, и АОЛ2

Таблица 1.9. Основные стандарты по электродвигателям

В качестве муфт, служащих для соединения валов, в приводах использовать следующие:

а) упругие: втулочно-пальцевые, с торообразной оболочкой;

б) компенсирующие: зубчатая, кулочково - дисковая.

Одним из основных узлов привода является редуктор, состоящий из одной или нескольких передач, заключенных в закрытый корпус.

Редуктор служит для понижения угловой скорости и увеличения вращающего момента на выходном валу.

Пример 1.

Произвести кинематический расчет привода, показанного на рис.1.4, при следующих данных: диаметр барабана D = 500 мм, тяговое усилие на ленте Р = 4000 Н, скорость ленты v = 0,8 м/с.

Рис. 1.4. Кинематическая схема привода ленточного транспортера

Решение.

Принимаем КПД передач (табл. 1.2), показанных на рис. 1.4:

ременной передачи η₁= 0,98;  

зубчатой пары η₂= 0,98;

цепной передачи η₃= 0,96;

потери в опорах трех валов = 0,99³.

КПД всего привода

Требуемая мощность электродвигателя

Частота вращения вала барабана

Из таблицы 1.6 выбираем ближайшие по мощности электродвигатели с повышенным пусковым моментом:

АО2-42-6, имеющий N = 4 кВт и n = 955 об/мин, и

АО2-41-4, у которого N = 4 Квт и n = 1440 об/мин.

Определяем передаточные отношения привода:

в первом случае

во втором

Приемлемы оба типа двигателя; в первом варианте передаточное отношение может быть реализовано, например, так: по таблице 1.3 выбираем для ременной передачи i₁ = 2; для редуктора i₂ = 4 и для цепной передачи i₃ = 4. Общее i = i₁∙i₁∙i₁ =2∙4∙4=32. Отклонение от заданного составит  (допускается отклонение до ±3%).

После выбора электродвигателя и определения передаточного отношения редуктора выполняют расчеты зубчатых передач.

Пример 2.

Выбрать электродвигатель к кормоприготовительной машине (рис. 1.5), выполнить кинематический расчет и определить моменты вращения на валах при следующих исходных данных: мощность на рабочем валу машины Р = 1,5 кВт, частота вращения рабочего вала п_р = 30 мин^-1, синхронная частота вращения вала электродвигателя n_сэд = 3000 мин^-1, режим нагружения — 5 (легкий).

Рис. 1.5 Кинематическая схема привода:

1 — электродвигатель, 2 — муфта упругая; 3 — червячный редуктор;

4 — цепная передача; 5 — рабочий вал со спиральными лопастями; 6 — чан

Решение.

1. Определяем предварительное значение КПД привода.

Значения η отдельных звеньев приняты по табл. 1.2; КПД червячной передачи (при двухзаходном червяке) η₁₂ = 0,78; КПД цепной передачи η₂₃ = 0,94; КПД  муфты η_м = 0,98; КПД одной пары подшипников η_п = 0,99 (в нашем случае — три пары).

2. Определяем требуемую мощность на ведущем валу привода Р’:

P’=P /𝜂_об = 1,5 / 0,71 = 2,1 кВт.

При заданном режиме нагрузки механизма принимаем по табл. 1.6, исходя из заданной синхронной частоты вращения (n_сэд = 3000 мин^-1), электродвигатель серии A4 типа М80В2У3 с номинальной мощностью P_эд = 2,2 кВт, асинхронной частотой вращения вала   n_НОМ = 2850 мин^-1; диаметр выступающего конца вала d₁ = 22 мм (потребуется при подборе муфты).

3. Определяем общее передаточное число привода и разбиваем его по ступеням:

u_об = n_ном / n_p=2850/30 = 95 

Так как u_об = и₁₂∙ u₂₃, редуктор должен иметь стандартное передаточное значение (ГОСТ 2144–76), а привод в целом — компактные размеры, принимаем (табл. 1.10) u₁₂ = 28, тогда передаточное число цепной передачи:

u₂₃ =u_об/u₁₂ = 94/28 = 3,36.

Таблица 1.10. Стандартные значения передаточных чисел червячных передач

4. Определяем частоты вращения (угловые скорости) валов привода:

n₁ =n_ном = 2850 мин^-1; ω₁ = πn₁ / 30 =3,14∙2850/30 = 298,3 c^-1;

n₂ =n₁ / и₁₂ = 2850/20 =142,5 мин^-1; ω₂ =πn₂/30=3,14∙100,7/30=10,54 c^-1;

n₃ =n₂/и₂₃=100,7/3,36 = 29,97 мин^-1; ω₃ =πn₃/30=3,14∙29,97/30=3,14 c^-1.

5. Определяем моменты вращения на валах

T₁ =P₁/ ω₁= 2,1∙10³/ 298,3 = 7,04 Н∙м;

P₂ = P₁∙ η_м∙ η₁₂∙=2,1∙0,98∙ 0,78 ∙ 0,99² = 1,57 кВт;

T₂ = Р₂ / ω₂ =1,57∙10³/10,5 = 149,52 Н∙м;

Т₃ = Р₃ / ω₃ =2,1∙10³/3,13 = 668,79 Н∙м.

Скачано с www.znanio.ru