Universitatea din Oradea Facultatea de Inginerie Electric i Tehnologia Informaiei

Proiect Acionri Electrice Speciale

Coordonator: Prep.ing. Costea Claudiu

Student:

Oradea 2009

1

Cuprins:Capitolul 1: Tema proiect1.1.

Date initiale ... ................................................................................................. 3

Capitolul 2: Generalitati 2.1. Regimul de funcionare al mecanismului de ridicare ...................................... 4 Capitolul 3: Proiectarea mecanismului de ridicare 3.1. Proiectarea elementelor mecanice componente ale schemelor cinematice...... 6 3.1.1. Generaliti ... 6 3.1.2. Mecanismul de ridecare cu palan dublu cu 4 ramuri de cabluri 6 3.1.3. Dispozitive de prindere a sarcinii . 8 3.1.3.1. Mufla ..... 8 3.1.3.2. Palanul .. 9 3.1.3.3. Tamburul . 11 3.1.3.4. Reductorul ... 12 3.2. Calculul de alegere i verificare a motoarelor electrice de acionare............ 14 3.2.1. Determinarea puterii necesare i a cuplului rezistent corespunztor al diferitelor operaii ............................................................................................ 14 3.2.1.1. Cazul ridicrii cu sarcin ................................................ 15 3.2.1.2. Cazul coborri cu sarcin ... 16 3.2.2.1. Cazul ridicrii cu sarcin ................................................ 16 3.2.2.2. Cazul coborri cu sarcin .... 17 3.2.3. Valoarea cuplului rezistent ..... 18 3.2.4. Puterea echivalent...........18 3.2.5. Puterea echivalent necesar .......................................................... 19 Bibliografie .......................... 20

2

Capitolul I Tema proiect

1.1. Date iniiale

S se proiecteze mecanismul de ridicare al unui pod rulant al carui sistem de actionare electric contine motor asincron trifazat cu rotorul bobinat, avnd urmtoarele caracteristici:

Tensiunea nominal U1N = 380 [V] Frecvena nominal f1N= 50 [Hz] Durata relativ de actionare DA = 40% Masa util de ridicat M = 10 [t] nlimea de ridicare H = 10 [m] Viteza de ridicare v= 8 [m/min]

8h 100% t .... 40%t= 4 80 = 3.2h 100

Capitolul II

3

Generaliti

2.1. Regimul de funcionare al mecanismului de ridicare

Modul cum lucreaz mainile electrice din punct de vedere al ncrcrii este foarte variat i modurile de lucru reale se incadreaz n moduri de lucru standardizate tipice, pentru c la fabricarea masinilor se tine seama de acest lucru, de aceea se standardizeaz acest mod de lucru sub forma: serviciul tip de funcionare. Serviciul de funcionare exprim modul de succesiuni, durata de meninere a regimurilor de funcionare. Regimul de funcionare reprezint ansamblul relaiilor electrice si mecanice care definesc funcionarea la un moment dat. Exist 8 servicii de standardizare S1-S8, iar la acionarea prin motoare electrice a instalaiilor de ridicare i transport pot intervene toata cele 8 servicii de tip (STAS 1893-72). Pe baza duratei de funcionare zilnic, apreciat sau determinat, mecanismele intalaiilor de ridicat se mpart n 4 grupe, ca n tabelul 2.1.

Clasa de utilizare A B C D

Durata de funionare medie zilnic (ore) 1 13 36 6 Tabelul 2.1

Din tabelul 2.1. am ales clasa de utilizare C. Starea de ncarcare precizeaz masura n care mecanismul este supus unor solicitri maxime sau unor solicitri mai mici i din acest punct de vedere mecanismele se impart in 3 grupe, ca n tabelul 2.2.

Starea de ncarcare 4

Definiia

1 2 3

Mecanismul sau elemental de mecanisme care nu sunt supuse la solicitri maxime decat n mod exceptional. Ele sunt supuse n mod current la solicitri inferioare Mecanismul sau elemental de mecanisme n durate aproape egele, la solicitri uoare, medii, maxime Mecanismul sau elemental de mecanisme supuse tot timpul la solicitri apropiate sau egale cu cele maxime Tabebelul 2.2.

Din tabelul 2.2. se alege starea de ncrcare 2. Regimurile de funcionare, n funcie de utilizare i starea de ncarcare sunt presentate in tabelul 2.3. Starea de ncrcare 1 2 3 A 0 Im IIm Clas de utilizare B C Regimul de funcionare Im IIm IIm IIIm IIIm IVm Tabelul 2.3. D IIIm IVm IVm

Din tabelul 2.3. se alege regimul de funcionare IIIm.

Capitolul III5

Proiectarea mecanismului de ridicareProiectarea sistemului electromecanic de acioanre al unei instalaii de ridicat cuprinde n primul rnd partea de alegere a schemei cinematice i electrice, dimensionarea i alegerea elementelor componente principale ale acelei scheme precum si calculul de dimensionare, alegere i verificare a puterii motoarelor electrice de acionare.

3.1. Proiectarea elementelor mecanice componente ale schemelor cinematice 3.1.1. Generaliti

n general, la mecamismele de ridicare, sarcina se suspend de organe flexibilecabluri, lanuri, funii care se nfoar pe tamburi i roi, formnd aa numitele palene. Numrul de ramuri ale organelor de suspendare depinde n primul rnd de greutatea sarciniii, dar ine seama i de nlimea i viteza de ridicare, dimensiunile de gabarit ale tamburului, caracteristicile cablului etc. Alegerea schemelor electrice i a tipurilor de motoare electrice de acionare se va ine seama de sursa de energie electric, de cerintele procesului tehnologic, sarcinile ce sunt acionate, tipul de comanda folosit, mediul i conditiile de lucru etc..

3.1.2. Mecanismul de ridecare cu palan dublu cu 4 ramuri de cabluri

Schema cinematica corespunztoare acionrii cu mecanismul de ridicat montat sus pe pod sau macara este prezentata n figura 3.1.

6

Figura 3.1.

Elemetele componente ale schemei cinematice ale mecanismului de ridicare cu palan dublu cu 4 ramuri de cablu sunt:

7

M motorul de acionare Rd redactor Ke cuplajul elastic dintre motor i redactor Kd cuplajul dinat dintre redactor i tambur T tamburul de nfsurare a cablului Rf ridictor de frn electrohidraulic Lc limitator de curs Ls Limitator de suprasarcin f cablu de ridicare q dispozituvul de prindere, format din crlig simplu i mufla mobil E roata de egalizare, montat sus pe pod.

3.1.3. Dispozitive de prindere a sarcinii

Acesta se alege n funcie de felul sarcini de ridicat i de procesul tehnologic ce urmeaz s l execute mecanismul. Dispozitivul de prindere ales trebuie s permita o prindere rapid i sigur a sarcini n vederea realizrii unei mari productivitti, siguran n funcionare. Alegerea dispozitivelor de sarcin: Dispozitivele de prindere principale, carlige i ochiuri, sunt cuprinse sunt cuprinse n mufla mobil.

3.1.3.1. Mufla Este un dispozitiv construit din unul sau mai muli scripei, folosii pentru ridicarea greutilor. Tipul muflei: M 2.10 Regim de funcionare: III m Masa muflei: m = 183 Kg Coeficient care depinde de regimul de funcionare: e = 27 Coeficent de siguran: C = 6

3.1.3.2. Palanul Este o macara format din mai muli scripei situai pe dou sau mai multe axe, dintre care una fix.

8

Raportul de transmitere a palanurilor: ipip = Z 4 = =2 2 2

Z = 4 Numrul ramurilor de cablu Alegerea randametului palanului: p = 0.98

Greutatea sarcini nominale : g = 9,8110QN =10 .000 10 =100 .000 [ N ]

Q N = M g [N ]

Greutatea muflei : q greutatea disipata de prinderea principala q = mg q = 18310 = 1830 [N]

Fora de ntindere :F= C F1 K

K = 0.86 F1 forta din cablu la ridicarea sarciniiF1 =F=

QN + q 100 .000 +1.830 = = 25 .977 [ N ] z p 4 0,98C 6 F1 = 25 .977 =181 .234 [ N ] K 0.86

Diametrul nominal al cablului: d = 21 mm Aria seciuni cablului: A = 182,65 mm 2 Masa cablului : mc =1,69 Kg / m Diametrul nominal de nfurri al rolelor de conducere : D d(e-1) D 2126 D 546 mm n tabelul 3.1 este indicat diametrul nominal al rolelor de conducere, pentru cablurile din otel, utilizate la instalatiile de ridicat ( cu excepia celor navale, petroliere i miniere) 9

63 560

80 630

100 710

Diametrul nominal al rolelor D n [mm] 125 160 200 250 280 315 355 800 900 100 112 125 140 160 0 0 0 0 0 Tabelul 3.1

400 180 0

450 200 0

500 -

Din tabelul 3.1. alegem o valoare standard mai mare dect cea calculat : D = 450 mm

Diametrul rolelor de egalizare De 319 ,2[mm ]

De d (0,6 e 1) De 21(0,6 27 1)

Din tabelul 3.1. alegem o valoare standard mai mare dect cea calculat : De = 355 [mm]

3.1.3.3. Tamburul Este pies n form de cilindru gol, fix sau mobil n jurul unui ax, fcut din metal, din lemn etc. cu diverse ntrebuinri n tehnic. Diamentrul tamburului i al rolelor de acionareD f d (e 1) D f 21 26 D f = 546 mm

Diametrul tamburului

DT = D f + d = 546 + 21 = 567 [ mm ]

Din tabel se alege valoarea imediat superioara DT = 630 [ mm ] Se alege varianta constructiva: TR 630 x 80

Lungimea tamburului H iP LT = 2 D + nR p L1 + 2 L2 T d = 21 p = 23 nR = 5 L1 = 70 200 [ mm ] 100 [mm ] L2 = p (1 1,5) = p 1 = 23 1 = 23[mm ] 10 .000 2 LT = 2 + 5 23 100 + 46 = 841 ,06[mm ] 3.14 450

p pasul de infasurare 10

L1, L2 distantele de la mijloc pana la capetele tamburului Alegerea randamentului tamburuluiT = 1 V ip 1 82 = = 0,033 28,57 30 DT 30 0,560

T = 0,94 [ rad / sec]

3.1.3.4. Reductorul Are rolul de a distribui momentul motor la punile motoare i n acelai timp l i modific. n general reductorul este prevzut cu doua trepte, permind dublarea numrului de trepte ale cutiei de viteze. n majoritatea cazurilor una din trepte are raportul de transmitere egal cu unitatea, iar a doua variabil intre 1,7 i 2,8.P' = 1 (QN + q ) V 60

t

R = 0,94 T = 0,96 t =p T R = 0,88QN = M g =100 .000 [ N ] q = m g =1.830 [ N ] (100 .000 +1.830 ) 0,13 P' = =15 .043 W =15 ,043 KW 1 0.88 V (QN + q) 60 = (100 .000 +1.830 ) 0.13 = 13 .237 ,9 M t max = 2 P i p T 2 23 2 0.88 80 ,96

M t max = 163 ,51[ N m]

i - raportul de transmitere i = 1 (1 S ) T 2 n1 2 3,14 1500 1 = = = 157 60 60 Alegerea lui n1 se face n funcie de numrul de poli, alegendu se dintre dou valori : 1000 sau 1500. 1 viteza sincrona a motorului electric S alunecarea T viteza de rotatie a tamburului T = 0,94

11

Tabelul 3.2.

Dup obinerea rezultatului anterior se aleg urmtoarele date din tabelul 3.2. Tensiunea nominal: U1N = 380 V Tipul motorului: AIM 160 L 4 Puterea nominal: 15 KW Turaia : nN =1.410 [ rot / min] P' S = (1,5 2) 1 S N PN

SN =

n1 nN 1.500 1.410 = = 0,06 n1 1.500P' 13,78 1 SN = 2 0,06 = 0,11 Pn 15

S = 2

i=

1 157 (1 0,11) = 0,89 = 148 ,64 ( i calculat ) T 0,94

Pe baza raportului de transmitere ic si a regimului de functionare ales se alege tipul reductrorului: R3.450 pt i teoretic = 160 avand:

12

A = 1.090 [ mm 2 ] D1 = 60 [mm ] ireal = 159

D2 = 100 [ mm ]

3.2. Calculul de alegere i verificare a motoarelor electrice de acionare 3.2.1. Determinarea puterii necesare i a cuplului rezistent corespunztor al diferitelor operaii

Pentru ridicarea i coborrea cu sarcin se folosete relaia:q* = x Qx + q QN + q

Vechiul QN devine QxIar noul QN va fii : QN = Qx + Z H mc g mc = 1,69 Kg / m QN = 100 .000 + 4 10 1,69 10 = 100 .670 N

q* = x

Qx + q 100 .000 + 1.830 = = 0,99 QN + q 100 .670 + 1.830

Valorile randamentelor se determin determin din curbele din figura 3.2 pentru diferite sarcini, atat la urcare ct i la coborre.

13

Figura 3.2.

Din figura 3.2 am ales: Randamentul de ridicare cu sarcin: 1 = 0.82 Randamentul de coborrea cu sarcin: 2 = 0.76

3.2.1.1. Cazul ridicrii cu sarcin:P = 1 (Qx + q ) V

1

=

(100 .000 + 1.830 ) 0,13 13 .237 ,9 = 0,82 0,82

P = 16 .144 [W ] = 16[ KW ] 1

M R1 =

(Qx + q) DT (100 .000 +1.830 ) 0,63 64 .152 ,9 = = i i p 1 148 ,64 2 0,82 243 ,77

M R1 = 263 ,158 [ N m]

3.2.1.2. Cazul coborrii cu sarcin :P2 = (Qx + q ) V 2 = 101 .830 0,13 (0,76 ) P2 = 10 .060 [W ] = 10 K [W ]

14

M R2 = M R2 =

(Qx + q ) DT 2 101 .830 0,63 ( 0.76 ) = = 2 i ip 2 159 2 48 .756 = 76 ,66[ N m] 636

Pentru ridicarea i coborrea far sarcin :q* = x q 1.830 = = 0,017 QN + q 100 .670 + 1.830

Din figura 3.2. am ales : Randamentul la ridicarea far sarcin : 10 = 0,3 Randamentul la coborrea far sarcin : 20 = 0,5

3.2.2.1 Cazul ridicrii fr sarcin:P = 10 q V

10

=

1.830 0,13 = 793 [W ] = 0,79[ KW ] 0.3

M R10 =

q DT 1.830 0,63 1.152 = = i i p 10 2 2 159 0,3 2 190

M R10 = 6,06 [ N m]

3.2.2.2. Cazul coborri cu sarcin :P2 = q V 20 = 1.830 0,13 0,5 = 118 [W ]

M R20 =

q 20 DT 1.830 0,5 0,630 576 ,45 = = 2 i ip 2 159 2 636

M R20 = 0,90 [ N m]

15

Tipul de ridicare i de coborre folosit pentru a construi diagrama urmatoare:

Figura 3.3.

ti =

H [m] 10 = =1,25 V [ m / min ] 8

3.2.3. Valoarea cuplului rezistent :

M e' =M e' =' Me =

2 2 2 2 M R1 + M R2 + M R10 + M R20

4263 ,158 2 + (76 ,66 ) 2 + 6,06 2 + 0,90 2 469 .252 ,13 + 5.876 ,75 + 36 ,72 + 0,81 4

' M e = 18 .791 ,60

16

M e' = 137 ,08 [ N m]

3.2.4. Puterea echivalent :

Pe' = M e' N

N =

2 nN 2 3,14 1.410 = = 147 60 60

Pe' = 137 ,08 147 = 20 .150 ,76[W ] = 20 ,15[ KW ]

n urma acestor calcule vom alege din tabelul 3.2. urmatoarele date:

Tipul motorului: AIM 160 L 4 Puterea nominal: 15 KW Turaia : nN =1.410 [ rot / min] Cuplul maxim : M Max = 350 [ N m]

Noile condiii de funcionare intervin pentru urmtorii coeficieni de corecie:

K1 : Coeficient care depinde de temperatura mediului ambiant. K 2 : Coeficient de corecie pentru durata relativ de funcionare.K 3 : Coeficent de corecie ce ine cont de altitudinea locului de instalare a motorului

i de temperatura aerului de rcire. K 4 : Coeficient de corecie dependent de perioadele de accelerare i frnare electric n care valoarea cuplului i a curentului este mai mare dect cea din regimul staionar. K 5 : Coeficient de ncrcare.

3.2.5. Puterea echivalent necesar:

' Pec =

Pe' 20 ,15 = = 16 ,12[ KW ] K1 K 2 K 3 K 4 K 5 1,25 K 2 = 1,11[ KW ]

K1 = 1,13 K [W ] K 3 = K 4 = K 5 = 1[ KW ]

P ' < PN ec

17

Condiia de mai sus fiind ndeplinit, nseamn c motorul ales va suporta sarcinile la care va fii supus n decursul funcionrii lui.

Bibliografie

1. Helga Silaghi i Viorica Spoial ,, Proiectarea Acionarilor Electrice ndrumtor de laborator, Editura Universiti Oradea 2009 2. Internet: www.regielive.ro

18