ТОР 5 статей:
Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия
Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века
Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка
Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы
КАТЕГОРИИ:
- Археология
- Архитектура
- Астрономия
- Аудит
- Биология
- Ботаника
- Бухгалтерский учёт
- Войное дело
- Генетика
- География
- Геология
- Дизайн
- Искусство
- История
- Кино
- Кулинария
- Культура
- Литература
- Математика
- Медицина
- Металлургия
- Мифология
- Музыка
- Психология
- Религия
- Спорт
- Строительство
- Техника
- Транспорт
- Туризм
- Усадьба
- Физика
- Фотография
- Химия
- Экология
- Электричество
- Электроника
- Энергетика
Методические рекомендации по выполнению курсового проектирования
3.3.1 Расчет и построение приводных характеристик
рабочих машин
Основная задача проектирования рационального ЭП состоит в том, чтобы наиболее правильно сочетать свойства всех его элементов со свойствами рабочей машины (РМ) и технологического процесса (ТП), выполняемого машинным устройством.
Свойства ТП и РМ, знание которых необходимо для проектирования ЭП, описывают приводными характеристиками машин. К этим характеристикам относят: технологические, кинематические, энергетические, механические, нагрузочные и инерционные.
Технологическая характеристика может быть представлена в виде технологической схемы процесса или машины, показывающей направление движения продукта обработки, последовательности совершения различных технологических и транспортных операций. С технологическими характеристиками машин, предусмотренных в вариантах курсовых работ, следует ознакомиться по литературе [9], реальным установкам или по описанию, приведенному в задании.
Выбор технологической схемы водоснабжающей установки (тема 7) производят из технико-экономических соображений в зависимости от расхода воды и требуемого напора. При максимальном расходе до 10 м3/ч и напором более 20 м рекомендуют применять безбашенные установки (рис. 2,а). Для установок с расходом более 10 м3/ч и напором до 20 м экономически выгодными оказываются башенные установки (рис. 2,б).
Максимальный часовой расход водоснабжающей установки определяют по нормам потребления воды животными с учетом коэффициентов суточной и часовой неравномерности [15]. Расчетный напор насоса башенной установки определяют высотой всасывания, нагнетания и потерями напора в трубопроводе, а для безбашенной установки также и максимальным давлением в котле. Потери напора в трубопроводе складывают из потерь в арматуре и на линейных участках. Методика их определения приведена в [15]. Длину трубопровода и количество арматуры при выполнении задания следует принимать из конструктивных соображений. По максимальному часовому расходу и требуемому напору выбирают насос. Пользуясь универсальной характеристикой насоса, с учетом частоты вращения выбранного двигателя уточняют фактическую производительность, напор и КПД насоса.
Выбор типа и количества вентиляторов производят, исходя из необходимой суммарной производительности вентиляционной установки. За расчетную производительность системы вентиляции принимают максимально возможный необходимый расход воздуха по условиям: удаления влаги, удаления тепла, удаления углекислоты. В основе расчета производительности лежит соотношение:
(1)
где Li — необходимая производительность вентиляционной установки с точки зрения поддержания внутри помещения i-й компоненты состава воздуха, на уровне нормы ziв, при условии, что количество вредной компоненты, выделяемой в помещении, равно zi и ее содержание в наружном воздухе равно ziн. Методика расчета величины Li по удалению влаги, теплоты и углекислоты приводится в [9, 15].
Кинематическая характеристика машины может быть представлена в виде схемы, показывающей последовательность передачи движения от двигателя к рабочим органам и должна содержать сведения, необходимые для расчета скорости и траекторий движения любого органа машины.
На основании данных, приведенных в заданиях, необходимо выбрать двигатель по частоте вращения и типу передачи. Рабочие машины, частота вращения приводного вала которых близко совпадает с частотой вращения асинхронных двигателей, рекомендуют соединять с двигателями с помощью муфты (вентиляторы, насосы, дробилки и др.).
Для рабочих машин, имеющих частоту вращения приводного вала менее 600 об/мин, экономически выгодно и технически целесообразно применение частотно-регулируемых асинхронных электроприводов [9, 15] или высокоскоростных двигателей с синхронной частотой вращения 1000…1500 об/мин в сочетании с редукторами (приложение 9). Такие двигатели имеют меньшую массу, стоимость, более высокий cos φ и КПД при одной и той же мощности.
В темах 5 и 6 предусматривают применение двухскоростных двигателей. Для выбора передаточного отношения редуктора необходимо определить угловую скорость ведущей шестерни, звездочки (5.2) или барабана машины (5.3):
(2)
, (3)
где: υ — линейная скорость рабочего органа, совершающего поступательное или возвратно-поступательное движение, м/с; r — радиус ведущей звездочки, шестерни или барабана, м; z — число зубьев ведущей звездочки или шестерни; t — шаг цепи, м.
Тогда общее передаточное отношение редуктора будет:
, (4)
где: ωД — угловая скорость вала двигателя, рад/с; ωс — угловая скорость рабочей машины, рад/с.
Тип редуктора и промежуточных передач выбирают по справочным данным, приведенным в литературе [9, 15]. Рекомендуют применять планетарные, червячные, конические или цилиндрические редукторы. Для машин с длинным тяговым или рабочим органом не рекомендуется применять червячные редукторы.
Механическая характеристика машины представляет собой зависимость между моментом сопротивления и частотой вращения, т.е. Mс=f(w).
Механические характеристики механизмов в общем случае описывают уравнением:
(5)
где Мтр — момент трогания механизма; Мсн — момент сопротивлении при номинальной угловой скорости; х — показатель степени.(табл. 3)
Таблица 3 Значения показателя степени Х по темам курсового проекта
| Номер темы | Показатель степени Х | Номер темы | Показатель степени Х |
| Транспортер | 7. Насос | ||
| Транспортер | 8. Дробилка | 1,7 | |
| Транспортер | 9. Вентилятор | ||
| Транспортер | 10. | ||
| Транспортер | 11. | ||
| Транспортер | 12. |
Для машин, предусмотренных в темах 1, 2, 3, 4, 5, 10, следует принимать момент сопротивления постоянным, т.е. не зависящим от скорости х=0. Для насосов (тема 7), вентиляторов (темы 8, 9, 12) показатель степени х=2, для дробилки (тема 8) — х=1,7.
Момент трогания насосов, вентиляторов и дробилки ориентировочно можно принять 
. Для транспортеров и других механизмов с постоянным моментом сопротивления 
. Номинальный момент сопротивления МСН определяют, исходя из анализа усилий, возникающих в механизме при его работе.
Для цепных транспортеров (тема 1) момент трогания и построение механической характеристики производят при пуске вхолостую, т.к. за счет выбора провисаний и упругих деформаций цепи двигатель разбегается раньше, чем начинается перемещение навоза.
В зависимости от того, при какой нагрузке производится пуск машины, механическая характеристика может быть рассчитана и построена для холостого хода или полной нагрузки.
Для расчета усилий на холостом ходу и под нагрузкой необходимо внимательно проанализировать технологическую и кинематическую характеристики РМ и составить расчетную формулу. Последовательность проведения подобного анализа покажем на примере навозоуборочного транспортера кругового движения с горизонтальной и наклонной частью (тема 1).
При холостом ходе транспортера усилия, возникающие в цепи, состоят из двух составляющих:
(6)
где 
- усилие от трения горизонтальной части цепи о стенки навозного канала, Н; qЦ —масса погонного метра цепи, кг/м; LЦГ — длина цепи горизонтальной части транспортера, м; fЦ —коэффициент трения цепи о стенки навозного канала; 
—усилие от трения наклонной части цепи от стенки желоба, Н; LЦН —длина цепи, находящейся на наклонной части транспортера, м; fЦЖ —коэффициент трения цепи о наклонный желоб; α —угол наклона выгрузной части транспортера.
В процессе работы транспортера под нагрузкой, помимо усилий холостого хода, возникают усилия, связанные с перемещением навоза по каналу. Эти усилия складываются из следующих составляющих:
(7)
где 
– усилие трения навоза находящегося на горизонтальной части транспортера о дно и стенки навозного канала, Н; GНГ — масса навоза, находящегося на горизонтальной части транспортера, кг; fН — коэффициент трения навоза о дно и стенки навозного канала; 
—усилие трения навоза, находящегося на наклонной части транспортера о дно и стенки наклонного желоба, Н; Gнн —масса навоза, находящегося на наклонной части транспортера, кг; fнж — коэффициент трения о дно и стенки навозного желоба; 
—усилие, необходимое для подъема транспортером навоза по наклонной части, Н; 
– усилие от заклинивания навоза между скребками и стенками навозного канала, Н; 
– число скребков транспортера; L — длина транспортерной цепи, м; а — шаг скребков, м; Р — усилие от заклинивания навоза между скребками и стенками навозного канала, приходящееся на один скребок, Н.
Тогда общее усилие в цепи транспортера при работе под нагрузкой составит:
(8)
Механические характеристики рабочих машин необходимо строить и рассчитывать как зависимости приведенного к валу двигателя момента сопротивлений от его угловой скорости.
Приведение моментов сопротивлений или усилий производят из условия равенства мощностей на валу ЭД и РМ по формуле:
(9)
где Мс — момент сопротивлений, приведенный к валу двигателя, Н·м; F — усилие в рабочем органе машины, совершающем поступательное движение, Н; υ — скорость поступательного движения рабочего органа, м/с; ωД —угловая скорость вала двигателя, рад/с; ηР — коэффициент полезного действия редуктора, принимаемый по справочным данным.
Масса навоза и подстилки Gн, приходящаяся на одну уборку, определяют по выражению:
(10)
где Nж — количество животных в помещении; qн —норма выхода навоза от одного животного кг/сутки; qп —норма расхода подстилки на одно животное, кг/сутки; z — количество уборок навоза в сутки.
В расчетах поступления навоза от животных в течение суток принимают равномерными.
Усилие перемещения кран-балки или тельфера по направляющим определяется по формуле:
(11)
где G — масса тельфера (балки), кг; Gгp — масса полезного груза, кг; D, d — диаметр колес тельфера (балки) и диаметр цапф, см. Остальные обозначения даны в задании (тема 10).
Номинальный момент сопротивлений дробилки, вентиляторов, насосов определяют из выражения:
(12)
где Рн — номинальная мощность машины, Вт; ωн —номинальная угловая скорость вала двигателя, рад/с.
Механическую характеристику испытательного стенда строят по данным, указанным в задании.
Нагрузочная характеристика или нагрузочная диаграмма рабочей машины представляет зависимость усилий или моментов сопротивлений от времени или пути, т.е. Fc,Mc=f(t,а). При постоянной скорости зависимость Fc,Мс=f(t) равноценна зависимости Fc,Mc=f(a). Поэтому для машин, предусмотренных заданиями, нагрузочные диаграммы строят как зависимости приведенного к валу двигателя момента сопротивлений от времени. Характер нагрузочной диаграммы машины в значительной степени зависит от ее технологической и кинематической характеристик. Необходимо тщательно проанализировать эти характеристики и установить величины и длительность действия тех или иных моментов или усилий сопротивлений.
В начале работы навозоуборочных транспортеров кругового движения (тема 1) момент сопротивления максимальный. По мере движения транспортерной цепи количество перемещаемого навоза уменьшается и в конце цикла работы величина нагрузки определяется моментом сопротивления холостого хода.
Величина и характер изменения нагрузки кареточно-скреперного транспортера (тема 3) зависит от пути, пройденного каретками и числа рабочих ходов, совершенных ими после включения транспортера в работу. В начале первого рабочего хода, когда происходит перемещение и сжатие навоза перед скребками (образование тела волочения), момент сопротивления на приводном валу транспортера изменяется от холостого хода до максимального значения и в дальнейшем практически остается постоянным до начала сброса навоза в приемник. По мере сброса навоза усилие на приводном валу транспортера снижается. Нагрузку при обратном движении кареток транспортера определяют моментом сопротивления холостого хода. В начале второго и последующих рабочих ходов нагрузку транспортера на участке пути, равном разности между длиной хода и расстоянием между каретками, определяют моментом сопротивления холостого хода. При дальнейшем движении кареток скребки захватывают навоз и сопротивление, практически мгновенно, возрастает до значения, равного моменту в конце предыдущего рабочего хода. Нагрузку транспортера при последнем рабочем ходе определяют моментом холостого хода и моментом, необходимым для перемещения навоза одним скребком. Увеличение моментов сопротивлений при образовании тела волочения и уменьшение их при сбросе навоза следует принимать по линейному закону. Время действия тех или иных усилий определяют скоростью и длиной пути перемещения кареток.
Таким образом, анализируя технологическую и кинематическую схему работы машины, подобно описанному выше, следует рассчитать и построить нагрузочную диаграмму рабочей машины за период одного цикла.
Время цикла работы транспортеров кругового движения определяется по скорости движения при условии 1,05 полных оборота цепи за период одной уборки.
Количество ходов транспортеров возвратно-поступательного движения определяют по числу скребков или кареток с таким расчетом, чтобы произвести перемещение всего навоза.
Характер нагрузочных диаграмм машин, рассматриваемых в различных вариантах заданий, приведен на рис. 11.
Рисунок 11 Характер нагрузочных диаграмм рабочих машин по
вариантам
Примечание. Обозначение 00,01 соответствует теме 1 по тексту методических указаний; 02,03 — теме 2; 04,05 — теме 3; 06,07 — теме 4, 08,09 — теме 5; 10,11,13,16,17,15 — темам 6, 7, 10, 9; 12 — теме 7, 8; 18,19 — теме 11.
Для дробилки (тема 8), вентиляторов (темы 8, 9, 12) и зерноочистительных машин момент сопротивлений при расчетах принимается не зависящим от времени.
Время работы tp и выключения (паузы) tn насосного агрегата определяют по выражениям:
, 
(13)
где — регулируемый объем башенной установки, м3; 
— регулируемый объем безбашенной установки, м3; Vo=0,3м3 —полный внутренний объем напорного котла; Но=10м —первоначальное давление в опорожненном котле; Qн, Qр=0,5·Qн — производительность насоса и расход воды в системе водоснабжения, м3/с.
Частота включений насосного агрегата:
. (14)
Мощность на приводном валу насоса:
, (15)
где Qx, Hx, ηх – производительность в м3/с, напор в Па и КПД насоса, принимаемые по его характеристике.
Инерционная характеристика машины представляет собой данные о величине момента инерции машины и законов его изменения от различных факторов.
Величину момента инерции машин определяеют массами движущихся деталей и грузов и радиусами инерции. Приведенный к валу двигателя момент инерции зависит также or кинематической характеристики системы двигатель—машина.
Величину приведенного к валу двигателя момента инерции машины необходимо определить как для холостого хода, так и для работы под нагрузкой.
Приведенный к валу электродвигателя момент инерции машины определяют, исходя из равенства запасов кинетической энергии до приведения и после приведения.
, (16)
где Jм – момент инерции частей машины, совершающих вращательное движение с частотой ωм, кг·м2; m — масса деталей и грузов, совершающих поступательное движение, кг; υ - скорость поступательного движения, м/с; ωД — частота вращения вала двигателя, рад/с.
Для деталей цилиндрической формы (темы 4, 6, 8, 9) момент инерции относительно оси их вращения определяют по формуле:
(17)
где т — масса вращающейся детали, кг; R — геометрический радиус детали, м.
При работе под нагрузкой момент инерции увеличивается за счет массы перемещаемого материала.
Момент инерции редукторов следует принимать ориентировочно равным 1,1 момента инерции двигателя. Момент инерции ДВС (тема 11) принимают равным моменту инерции ЭД.
В каталогах на ЭД в настоящее время приводят величину махового момента (GD2) в кг·м2. Для получения момента инерции в системе СИ необходимо воспользоваться соотношением:
(18)
При расчетах приводных характеристик РМ следует учитывать только сведения, приведенные в задании. Отсутствие данных для определения усилий или моментов инерции некоторых деталей указывает на то, что этими величинами при расчетах можно пренебречь.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: