Подъёмные машины прерывистого режима работы в различных конструктивных исполнениях находят широкое применение во всех отраслях народного хозяйства. К числу наиболее распространённых разновидностей механизмов вертикального транспорта относятся лифты, применение которых в городском хозяйстве и на промышленных предприятиях приобретает всё большее значение.
Лифты являются механизмами вертикального транспорта, предназначенными для транспортировки пассажиров и грузов в жилых, производственных и административных зданиях. Эти установки выполняются с высокой степенью автоматизации. Они отличаются общедоступностью пользования, комфортабельностью и безусловной безопасностью. Все основные операции при открывании и закрывании дверей, передвижении, замедлении и точной остановке кабины лифта осуществляются с помощью электропривода. Причём необходимо установить такую систему электропривода, которая выполняла те высокие требования, которым должны отвечать современные лифты.
Таким образом, в данном курсовом проекте необходимо разработать электропривод лифта с учётом обеспечения всех требований согласно заданию.
1. Анализ и описание системы «электропривод – рабочая машина»
1.1 Количественная оценка вектора состояния или тахограммы требуемого процесса движения
Электропривод лифта получает питание от трёхфазной сети переменного тока c частотой 50 Гц и напряжением 380 В.
Работа лифта заключается в том, чтобы доставить груз на требуемую высоту или спустить груз вниз. Однако, во время вызова лифта на этаж, он движется без груза. Это движение лифт с порожней кабиной может быть как вверх, так и вниз. Таким образом, получаем четыре режима работы лифт:
– подъём кабины с грузом;
– подъём кабины без груза;
– спуск кабины с грузом;
– спуск кабины без груза.
На выходе вала двигателя установлен червячный редуктор, являющийся самотормозящей парой. Поэтому в независимости от направления движения лифта, двигатель будет работать только в двигательном режиме, и статические характеристики привода будут находиться в первом и третьем квадрантах. Кабина лифта имеет противовес, равный массе кабины лифта и половине номинального груза.
Цикл работы лифта состоит из следующих этапов:
– разгон привода до рабочей скорости;
– работа на установившейся рабочей скорости;
– торможение до пониженной скорости;
– работа с пониженной скоростью;
– торможение до нулевой скорости (дотяжка).
За цикл работы, по которому производится выбор двигателя, принимается самый тяжёлый режим работы, т.е. перемещение кабины между двумя этажами с максимальным статическим моментом. Время паузы будем рассчитывать исходя из времени открытия-закрытия дверей и времени входа-выхода пассажиров.
Учитывая выше описанный технологический режим работы лифта, сформулируем требования, которые должен обеспечивать электропривод лифта:
– электропривод лифта должен обеспечивать пониженную скорость, которая рассчитывается исходя из заданной точности останова, чем определяется диапазон регулирования скорости лифта;
– электропривод лифта должен обеспечивать максимальное быстродействие (минимальное время разгона и торможения), что необходимо для обеспечения высокой производительности работы лифта;
– электропривод лифта должен обеспечивать ограничения ускорения и рывка, что связано с комфортабельностью пользования лифтом пассажиров;
– электропривод лифта должен обеспечивать при различных его загрузках одну и ту же рабочую скорость, что связано с производительностью лифта.
– электропривод лифта должен быть реверсивным.
Кроме того, к другим важным требованиям, которые предъявляются к электроприводу лифта, относятся высокая надёжность его работы, обеспечивающая точность реверсирования и связанную с этим чёткую работу аппаратуры управления. Также электропривод должен работать не превышая заданный уровень шума.
С учётом перечисленных выше требований, приходим к заключению, что для обеспечения этих требований необходимо строить замкнутую систему стабилизации скорости
Выбирая ту или иную систему электропривода, следует учитывать её экономичность, т.е. потери энергии за цикл, а также коэффициент мощности. Кроме того, необходимо учитывать и окупаемость тех затрат, которые связаны с созданием привода и его эксплуатацией.
Исходными данными являются:
– Vр = 1,5 м/с – скорость перемещения кабины;
– Н = 45 м – максимальная высота подъёма;
– N = 12 – максимальное количество остановок;
– М = 20 мм – точность остановок;
– Gг = 10 кН – вес груза;
– Gк = 19 кН – вес кабины;
– К1 = 0,85 – коэффициент загрузки лифта;
– К2 = 4 – число несущих канатов;
– КПД = 80% – КПД системы;
– i = 21,2 – передаточное число редуктора;
– R = 0,56 м – радиус несущего канатного шкива;
– С = 2,13 ∙ 106 Н∙м – жёсткость одного метра каната;
– Jпр вращ = 0,25 ∙ Jдв – приведенный момент инерции вращающихся частей.
Электропривод должен обеспечивать кроме нормальной работы режим наладки при скорости 25% от номинальной. Зададимся допустимыми ускорениями и рывком: адоп = 2 м/с; сдоп = 5 м/с.
Определим время разгона до рабочей скорости:
tp = Vр / адоп = 1,5 / 2 = 0,75 с (1.1)
Путь, проходимый за время tp:
Lp = адоп ∙ tp2 / 2 = 2∙0,752 / 2 = 0,56 м (1.2)
Определим пониженную скорости для обеспечения точности останова:
Vп = √2 ∙ √ ∆L ∙ адоп = √2 ∙ √ 2 ∙ 0,02 = 0,28 м/с (1.3)
Найдём время перехода привода с рабочей скорости на пониженную скорость:
tт1 = (Vр-Vп) / адоп = (1,5–0,28) / 2 = 0,61 с
Путь, проходимый за время tт1:
Lт1 = Vр∙ tт1 – адоп ∙ tт12 / 2 = 1,5∙0,61 – 2∙0,612 / 2 = 0,54 м (1.4)
Время перехода с пониженной скорости до полной остановки (механическое торможение):
tт2 = Vп / адоп = 0,28 / 2 = 0,14 с (1.5)
Расстояние, проходимое лифтом на пониженной скорости:
Lп = Vп ∙ tп = 0,28 ∙ 0,1 = 0,028 м (1.6)
Путь, проходимый лифтом между двумя соседними этажами, определим как:
L = H / N = 45 / 12 = 3,75 м
Примем L = 3,5 м.
Путь, проходимый лифтом за время разгона, перехода на пониженную скорость, работы на пониженной скорости и торможения до полной остановки:
L0 = Lр + Lт1 + Lп + Lт2 = 0,56 + 0,54 + 0,028 + 0,02 = 1,4 м (1.7)
Найдём путь, проходимый лифтом между двумя соседними этажами с установившейся рабочей скоростью:
Lраб = L – L0 = 3,5 – 1,4 = 2,1 м (1.8)
Время работы с установившейся рабочей скоростью:
tуст = Lраб / Vраб = 2,1 / 1,5 = 1,4 с (1.9)
Время остановки (паузы) будем рассчитывать исходя из времени открытия-закрытия дверей и времени входа-выхода пассажиров. Время открытия-закрытия дверей по 0,5 с. Вместимость кабины 4 пассажира. Время входа-выхода одного пассажира 0,5 с. Итого суммарное время паузы получим tост=5 с.
Время цикла найдём как:
Tц=tр + tуст +tт1 +tп +tт2 +tост =0,75+1,4+0,61+0,1+0,14+5=8 с (1.10)
Определим расчётную продолжительность включения:
ПВр=(tр +tуст +tт1 + tп + tт2)/Tц=(0,75+1,4+0,61+0,1+0,14)/8=0,375 (1.11)
Из выражения (1.11) следует, что режим работы лифта повторнократковременный. Значит, двигатель будем выбирать номинального режима S3.
1.2 Количественная оценка моментов и сил сопротивления
Нагрузка лифта является потенциальной.
Определим статические моменты для различных режимов работы лифта по общей формуле:
Мс1 пр = (Gк + К1∙Gг - Gпр)∙103∙R / (з∙i), (1.12)
где з – КПД червячного редуктора;
Gпр – вес потивовеса, кН.
Вес потивовеса определим как:
Gпр = Gк + 0,5∙ Gг = 19 + 0,5∙10 = 24 кН
1. Подъём кабины с грузом:
Мс1 пр= (Gк + К1∙Gг - Gпр)∙103∙R / (зпр ∙ i) = (19 + 0,85∙10 – 24)∙ 103∙ 0,56 / (21,2∙0,63) = 147 Н∙м
2. Подъём кабины без груза:
Мс2 пр = (-Gк + Gпр)∙103∙R / (зобр ∙ i) = (-19 + 24)∙ 103∙ 0,56 / (21,2∙0,45) = 293,5 Н∙м
3. Спуск кабины с грузом:
Мс3 пр =(Gк + К1∙Gг - Gпр)∙103∙R / (зобр ∙ i) = (19 + 0,85∙10 – 24)∙ 103∙ 0,56 / (21,2∙0,45)= 205 Н∙м
4. Спуск кабины без груза:
Мс4 пр = (-Gк + Gпр)∙103∙R / (зпр ∙ i) = (-19 + 24)∙ 103∙ 0,56 / (21,2∙0,63) = 210 Н∙м
Из приведенных расчётов видно, что самым большим моментом является Мс2 пр. Следовательно, самым тяжёлым режимом является подъём кабины без груза. По этому режиму и будем выбирать двигатель.
1.3 Составление расчётной схемы механической части электропривода
Для теоретического исследования реальную механическую часть электропривода заменяем динамически эквивалентной приведенной расчётной схемой, состоящей из сосредоточенных инерционных элементов, соединённых между собой упругими связями, и обладающей таким же энергетическим запасом, как и исходная реальная система привода. Параметрами эквивалентной приведенной расчётной схемы являются суммарные приведенные моменты инерции масс, образованные приведенными массами, связи между которыми приняты жёсткими, и эквивалентные приведенные жёсткости механических упругих связей.
Составляем кинематическую схему для случая, когда кабина лифта находится на первом этаже. Тогда получаем двухмассовую консервативную расчётную схему, одна масса который включает в себя кабину лифта с грузом или без груза, а другая всю остальную механическую часть (вместе с противовесом). Жёсткость определим как:
С12 = С / Н ∙ Rпр ∙ К2, (1.13)
где Rпр – радиус приведения, м.
Радиус приведения найдём по следующей формуле:
Rпр = R / i = 0,56 / 21,2 = 0,0264 м (1.14)