Разработка электропривода лифта для высотного здания
Введение
Целью данного курсового проекта является разработка электропривода лифта для высотного здания.
Техническими требованиями для проектируемого электропривода является питание от общепромышленной 3-х фазной сети переменного тока напряжением 380 В, частотой 50 Гц.
В динамических режимах работы (пуск, торможение) привода должно соблюдаться условие:
а £ аДОП,
где аДОП – допустимое по условиям работы ускорение.
По условию на курсовое проектирование заданы следующие технические параметры:
1) грузоподъемность лифта G1 = 7,5 кН;
2) вес кабины G2 = 11,8 кН;
3) вес погонного метра каната G3 = 14,8 Н;
4) максимальная высота подъема Н = 70 м;
5) максимальное количество остановок n = 20;
6) точность останова ±m = 20 мм;
7) коэффициент загрузки кабины лифта К1 = 0,75;
8) число несущих канатов К2 = 4;
9) КПД системы h = 0,85;
10) скорость перемещения кабины V = 2,5 м/с;
11) передаточное отношение редуктора i = 18,3;
12) радиус ведущего канатного шкива R = 0,8;
13) жесткость 1 метра каната С1М = 2,13*106 Н/м.
Дополнительно в задании указано, что момент инерции вращающихся частей кинематической схемы (кроме двигателя) составляет 25% от момента инерции двигателя.
По технологии эксплуатации лифт должен обеспечивать нормальную работу и режим наладки, при скорости 25% от номинальной.
1 Анализ и описание системы «электропривод – рабочая машина»
1.1 Количественная оценка вектора состояния или тахограммы требуемого процесса
По условию эксплуатации лифта требуется обеспечить точность останова ±m = 20 мм. Это означает, что электропривод перед торможением должен иметь скорость, обеспечивающую данную точность торможения. Скорость определим по формуле 1:
VПОН = ÖК12*аДОП2*t02 + 2*К2*аДОП*(±m)/КП – К1*аДОП*t0,
Где К1 = ;
К2 = ;
КП = 1,05…1,25 – поправочный коэффициент;
аДОП = 3 м/с2 – допустимое ускорение для пассажирских лифтов /1/;
t0 = 0,2…0,25 с – суммарное среднее значение времени срабатывания всех последовательно действующих в схеме управления аппаратов;
DV/DVП0 = 0,2…0,5 – относительное отклонение остановочной скорости;
Dt/t0 = 0,15 – относительное отклонение параметра t0;
Dа/аДОП = 0,1…0,5 – относительное отклонение ускорения.
К1 = = 0,5.
К2 = = 1.
VПОН = Ö0,52*32*0,2252 + 2*1*3*0,02/1,15 – 0,5*3*0,225 = 0,129 м/с.
Полученное значение VПОН означает, что для обеспечения точности останова необходимо предварительно переходить на пониженную скорость VПОН = 0,129 м/с и только потом тормозиться до 0.
Время разгона до номинального значения скорости при пуске:
tП = .
tП = = 0,83 с.
Путь, проходимый кабиной лифта при разгоне:
SП = .
SП = = 1,041 м.
Время торможения от номинальной скорости до пониженной:
tТП = .
tТП = = 0,79 с.
Путь, проходимый кабиной лифта при торможении до пониженной скорости:
SТП = .
SТП = = 0,93 м.
Время торможения до 0:
tТ0 = .
tТ0 = = 0,043 с.
Путь, проходимый кабиной лифта при торможении до 0:
SТ0 = .
SТ0 = = 0,0027 м.
Количество остановок по заданию равно n = 20. Расстояние между остановками:
L = .
L = = 3,5 м.
Суммарное расстояние, проходимое кабиной лифта в установившихся режимах:
LУСТ = L – SП – SТП – SТ0.
LУСТ = 3,5 – 1,041 – 0,93 – 0,0027 = 1,5263 м.
Принимаем время работы на пониженной скорости равное tПОН = 1с.
Расстояние, проходимое кабиной лифта на пониженной скорости:
SПОН = VП*tПОН.
SПОН = 0,129*1 = 0,129 м.
Расстояние, проходимое кабиной лифта на номинальной скорости:
SН = LУСТ – SПОН.
SН = 1,5263 – 0,129 = 1,3973 м.
Время работы на номинальной скорости:
tН = .
tН = = 0,55 с.
Время, затрачиваемое кабиной лифта на движение между остановками:
tРАБ = tП + tН + tТП + tПОН + tТ0.
tРАБ = 0,83 + 0,55 + 0,79 + 1 + 0,043 = 3,213 с.
Принимаем среднее время паузы в работе, затрачиваемое на выход и вход пассажиров tПАУЗЫ = 10 с.
Принимая во внимание, что количество остановок n = 20 и то, что в общий цикл входит как подъем кабины лифта так и опускание, общее время цикла опускания-подъема со всеми остановками равно:
ТЦ = 2*(tРАБ + tПАУЗЫ)*n.
ТЦ = 2*(3,213 + 10)*20 = 528,52 с = 8,8 мин.
Построение тахограммы процесса произведем после построения нагрузочной диаграммы.
1.2 Количественная оценка моментов и сил сопротивления
Принимая во внимание, что в задании на курсовое проектирование имеются данные только по жесткости канатов, можно представить механическую систему лифта как двухмассовую систему. При этом при рассмотрении возьмем случай, когда кабина находится внизу. Принимаем, что в состав J1 входит масса электродвигателя, редуктора и ведущего шкива. По заданию на курсовое проектирование:
J1 = 1,25*JДВ.
В состав второй массы следует внести массу кабины и канатов:
J2 = JК.ПР. + JКАБ.ПР.,
Где JК.ПР. – приведенный к валу двигателя момент инерции канатов;
JКАБ. ПР. – приведенный к валу двигателя момент инерции кабины.
Момент инерции канатов, приведенный к валу двигателя:
JК.ПР. = ,
где RПР – радиус приведения.
Радиус приведения определяется по формуле:
RПР = .
RПР = = 0,0437 м.
JК.ПР. = = 1,61 кг*м2.
Найдем приведенный к валу двигателя момент инерции загруженной кабины:
JКАБ.ПР. = .
JКАБ.ПР. = = 3,43 кг*м2.
Суммарный момент инерции второй массы:
J2 = 1,61 + 3,43 = 5,04 кг*м2.
Суммарная жесткость канатов между массами J1 и J2 может быть определена исходя из следующих выражений при паралельно-последовательном соединении элементов жесткости 1 метра каната.
При последовательном соединении:
= S.
При параллельном соединении:
СS = SСК.
Приведение жесткости к валу двигателя:
СПР = СК*RПР2.
Жесткость каната длиной Н:
= 70*.
= 70*.
С70 = 30428,57 Н/м.
Жесткость 4 параллельных ветвей канатов:
С470 = К2*С70.
С470 = 4*30428,57 = 121714,28 Н/м.
Приведенная к валу двигателя жесткость С12:
С12 ПР. = 121714,28*0,04372 = 232,43 Н/м.
Принимая во внимание, что на данном этапе не известен момент инерции двигателя, и поэтому, невозможно определить момент инерции первой массы, условно примем, что:
JS =J1 + J2 = J2.
JS = 5,04 кг*м2.
Динамический момент в переходных режимах опеределяется по формуле:
МДИН = JS*E,
Где E – угловое ускорение.
E = .
E = = 68,64 с-2.
МДИН = 5,04*68,64 = 345,99 Н*м.
Статический момент при подъеме кабины:
МС = .
Статический момент при опускании кабины:
МС = .
В процессе работы возможны два различных режима загрузки: с пустой кабиной; с загруженной кабиной. Принимая это во внимание, найдем моменты нагрузки для различных режимов.
Подъем пустой кабины:
МСПП = = 606,87 Н*м.
Подъем груженой кабины:
МСПГ = = 907,74 Н*м.
Опускание пустой кабины:
МСОП = = 438,46 Н*м.
Опускание груженой кабины:
МСОГ = = 655,84 Н*м.
По полученным значениям построим механическую характеристику механизма (рисунок 1.3).
По полученным значениям МС и МДИН строим нагрузочную диаграмму и тахограмму за цикл работы (рисунок 1.4). Для упрощения приведем только два отрезка (подъем и опускание груженой кабины, как наиболее тяжелых режима).
Для построения нагрузочной диаграммы найдем моменты, действующие в динамических режимах:
МСПГ + МДИН = 907,74 + 345,99 = 1253,73 Н*м.
МСПГ – МДИН = 907,74 – 345,99 = 561,75 Н*м.
МСОГ + МДИН = 655,84 + 345,99 = 1001,83 Н*м.
МСОГ – МДИН = 655,84 – 345,99 = 309,85 Н*м.
Рассчитаем эквивалентный момент нагрузки по формуле:
МЭКВ = Ö .
МЭКВ = Ö
= 1173,62 Н*м.
Определим продолжительность включения двигателя:
ПВР = *100%.
ПВР = *100% = 24,31%.
Произведем перерасчет на стандартное значение ПВСТ = 100%.:
МЭКВ(ПВСТ) = МЭКВ*Ö .
МЭКВ(100%) = 1173,52*Ö = 578,65 Н*м.
Расчетная скорость электродвигателя:
wДВ = .
wДВ = = 57,18 с-1.
Расчетная мощность двигателя:
РРАСЧ = К*МЭКВ(100%)*wДВ,
Где К = 1,1 – коэффициент запаса по динамике.
РРАСЧ = 1,1*578,65*57,18 = 36395,9 Вт.
2 Анализ и описание системы «электропривод – сеть» и «электропривод – оператор»
По условию на курсовое проектирование задано, что электропривод лифта получает питание от 3-х фазной сети переменного тока напряжением 380В, частотой 50 Гц. Принимая во внимание полученную расчетную мощность двигателя можно с уверенностью считать, что независимо от системы электропривода, на которой будет реализовываться электропривод лифта, Данные параметры питающей сети могут обеспечить требуемое качество.
В электроприводе лифта управление выполняется из различных мест:
1) из кабины лифта;
2) с каждого этажа.
В кабине лифта находится пульт управления, на котором может задаваться необходимый этаж, а также производиться остановка движения. Пульт имеет в своем составе светосигнальную аппаратуру, предназначенную для сигнализации выбранного этажа.
На каждом этаже находится пульт, на котором вызывается лифт на данный этаж. Рядом с кнопкой вызова находится светосигнальная лампа, предназначенная для сигнализации того, что лифт находится в движении, а также при вызове с данного этажа – что вызов принят.
3 Выбор принципиальных решений
Производим оценку различных вариантов. В качестве рассматриваемых вариантов принимаем:
1) АД с фазным ротором;
2) система Г-Д;
3) система ТП-ДПТ с НВ.
Для оценки воспользуемся методом экспертных оценок. Сравнение предлагаемых систем производится относительно n-характеристик систем, важных с точки зрения цели проектирования, путем сравнения определенных (для каждого варианта) значений соответствующих показателей качества qi. Показатели качества служат для количественной характеристики степени выполнения требований задания, а также других требований.
