Расчет электропривода

 

Задание

1. Составить кинематическую схему электропривода и дать описание назначения и принципа его работы. Описать механизм замыкания (фиксации) главного исполнительного элемента

. Произвести кинематический расчет электропривода

. Определить коэффициент полезного действия электропривода

Рассчитать номинальную мощность электродвигателя и номинальный ток электродвигателя

. Произвести прочностной расчет одного из элементов кинематической схемы

. Составить схему управления автошлагбаума ПАШ-I

. Определить дальность установки электропривода

Используемая литература

Исходные данные

Кинематическая схемаПАШ-1Время перевода t, с10Номинальное/максимальное усилие (момента) перевода, FН, Н (Нм)175/550Угол подъема заградительного бруса, град.90Тип электродвигателяПеременный трехфазныйРасчет на прочностьНа срез

1. Назначение и принцип работы переездного шлагбаума с двигателем переменного тока ПАШ-1

электропривод замыкание кинематический автошлагбаум

Переездной шлагбаум с двигателем переменного тока ПАШ-1 является составной частью комплекса устройств для ограждения железных дорог в местах их пересечения в одном уровне с автомобильными, пешеходными, а в некоторых случаях и городскими транспортными коммуникациями и предназначен для предупреждения въезда транспортных средств на железнодорожный путь.

Область применения ПАШ-1 - в системе устройств ограждения железнодорожных переездов на станциях, перегонах, подъездных путях железных дорог общего пользования и промышленного железнодорожного транспорта.

ПАШ-1 может выпускаться в трех вариантах исполнения по роду питания электродвигателей: вариант А - переменное трехфазное; вариант Б - переменное однофазное; вариант В-постоянным током.

При отсутствии питания ПАШ-1 работает только на опускание заградительного бруса (ЗБ). ПАШ-1 может работать от однофазной и трехфазной сети переменного тока.

Силовой механизм представляет собой электродвигатель и двухступенчатый редуктор. Первая ступень редуктора - червячный однозаходный самотормозящий механизм. Вторая ступень - цилиндрическая прямозубная передача со встроенной электромагнитной муфтой в зубчатом колесе.

Червячный редуктор предназначен для создания необходимой частоты вращения главного вала и запирания заградительного бруса в крайних положениях.

Кинематическая схема автошлагбаума типа ПАШ-1 показана на рисунке 1.

Принцип работы:

При вступлении поезда на участок приближения к переезду включается звонок и светофорная мигающая сигнализация.

По истечении времени, необходимого для освобождения переезда от транспорта, схемой управления отключается питание электромагнитной муфты, главный вал оттормаживается, и под действием несбалансированности ЗБ главный вал поворачивается, а ЗБ опускается в горизонтальное положение.

В аварийном режиме предусмотрена возможность опускания ЗБ вручную, при помощи курбельной рукоятки.

При отклонении ЗБ от вертикального положения на угол 10-15о для гашения кинетической энергии ЗБ производится включение гидрогасителя.

Амортизационное устройство обеспечивает плавную остановку ЗБ без качков в конце перевода.

Для гашения кинетической энергии и демпфирования крайних положений ЗБ в шлагбауме предусмотрен гидрогаситель, механическая характеристика которого позволяет автоматически поддерживать равномерную скорость опускания заградительного бруса.

После проследования поезда за пределы переезда в четном или нечетном направлении, на электромагнитную муфту и электродвигатель подается электропитание, вращаясь электродвигатель поднимает ЗБ в вертикальное положение.

Вращение главного вала и отключение электропитания электродвигателя произойдет, когда ЗБ примет вертикальное положение, при этом электромагнитная муфта находится под током (напряжением) и удерживает ЗБ в этом положении.

В момент возвращения ЗБ в вертикальное положение при отключении электродвигателя, отключаются световые и звуковые сигналы.

2. Кинематический расчет электропривода

Выберем электродвигатель АИР 56В4Б переменного тока на напряжение 220В, мощностью 0,18 кВт, 1350 оборотов в минуту.

Определим количество оборотов главного вала за одну операцию:

оборотов

Определим частоту вращения главного вала:

об./сек.об/мин.

Определим передаточное число редуктора:

Автошлагбаум ПАШ-1 имеет двухступенчатый редуктор. Передаточное число червячного редуктора - 90.

Определим передаточное число цилиндрической прямозубной передачи:

Уточненное значение редуктора:

Определим фактическое время поднятия бруса:

с

3. Определение коэффициента полезного действия электропривода номинальной мощности и номинального тока электродвигателя

а) Определим мощность на главном валу:

Вт

б) Найдем дополнительные потери мощности электропривода. Эти потери составляют 2% от полезной мощности на главном валу:

DРдоп=0,55 Вт

С учетом этих потерь Р4 составит:

Р4=0,55+27,5=28 Вт

в) Определим потери мощности в редукторе:

Так как , где

КПД цилиндрическо-зубчатой передачи;

КПД червячной передачи;

n - количество пар редукторов.

Определим мощность, переданную на вход редуктора из формулы:

Вт

Определим потери мощности в редукторе:

DРред=Р3 - Р4= 37,3 - 28 =9,3 Вт

г) Определим потери мощности в подшипниках (качения):

DРп= Р2 - Р3= 41,9 - 37,3=4,6 Вт

Полезная мощность на валу электродвигателя:

Вт,

где hп - КПД подшипниковых опор

hп= h6пк=0,986=0,89

hпк = 0,98 - КПД опор подшипников качения.

д) Определим мощность, потребляемую электродвигателем из сети:

Определим потери мощности в электродвигателе:

DРд= Р1 - Р2= 63,5 - 41,9=21,6 Вт

Энергетическая диаграмма потребляемой мощности из сети Р1 с учетом различных потерь представлена на рисунке 2.

е) Определим КПД электропривода и номинальный ток электродвигателя:

Мощность, потребляемая трехфазным электродвигателем переменного тока, работающим от однофазной сети:

Откуда номинальный ток электродвигателя:

А

4. Прочностной расчет элемента кинематической схемы

Определение размеров шпонки крепления бруса на элементе 9.

Для крепления бруса на элементе 9 применяется призматическая шпонка. Необходимо определить размеры шпонки при диаметре вала () 40 мм.

Призматические шпонки выполняют прямоугольного сечения с отношением высоты к ширине сечения 1:1. Призматические шпонки изготавливают из чистотянутой стали.

Ширину шпонки (b) выбирают равной .

Определим ширину шпонки:

мм

Зная ширину шпонки можно определить высоту шпонки по стандартным размерам сечений призматических шпонок.

мм, следовательно, размер сечений шпонки 20х12 мм.

Определим напряжение среза шпонки на элементе 9.

кПа

При максимальном усилии поднятия бруса:

кПа

Так как, согласно [1] допустимое напряжение на срез 40 МПа, то напряжение среза шпонки на элементе 9 при номинальном и максимальном моменте удовлетворяет норме.

5. Схема управления шлагбаумом ПАШ-I

Схема выполнена для открытого состояния переезда. Брус шлагбаума поднят, светофоры переездной сигнализации выключены.

Электромагнитная муфта каждого шлагбаума находится под током и обеспечивает сцепление бруса с редуктором. Электродвигатель шлагбаума М трехфазный, фаза С2-С5 изолирована, а фаза С3-С6 с последовательно включенными конденсаторами подключена параллельно фазе С1-С4. Блок-контакты БК обеспечивают отключение двигателя после подъема бруса шлагбаума.

В1, В2 - контакты автопереключателя, контролирующие соответственно опущенное и поднятое положение бруса шлагбаума.

Реле схемы имеют следующее назначение:

ВМ - обеспечивает выдержку времени на опускание бруса шлагбаума после включения красных мигающих огней на переездном светофоре (13 с);

ВЭМ - реле выключения электромагнитной муфты;

ОША, ОШБ - реле открытия (включения подъема бруса) шлагбаума;

ВЭД - реле выдержки времени 15-20 с для выключения двигателя при работе на фрикцию;

У1, У2, У3 - реле контроля поднятого состояния брусьев шлагбаумов;

ЗУ - реле контроля опущенного (закрытого положения) брусьев шлагбаумов;

ВДА, ВДБ - реле, контролирующие промежуточное положение брусьев шлагбаумов;

АО1, АО2, БО1, БО2 - огневые реле, контролирующие целостность нитей ламп переездных светофоров;

УБ1, УБ2 - реле повторители кнопки поддержания бруса шлагбаума;

ПВ1, ПВ2 - реле, включающие переездную сигнализацию.

С целью повышения надежности горения огней светофорной сигнализации лампы огней переездных светофоров получают питание от двух различных источников питания. Нормально, при отсутствии поездов, брус шлагбаума находится в поднятом состоянии. Реле ОША, ОШБ, ВЭД, ВДА, ВДБ и ЗУ находятся в обесточенном состоянии. Под током находятся реле У1, У2, У3, ВМ и ВЭМ, электромагнитная муфта.

При вступлении поезда на участок приближения, в соответствии с известными схемами типовых решений, обесточиваются реле ПВ1 и ПВ2 (извещение о приближении) и размыкают цепь питания реле У1 и У2, а последние цепь питания реле ВМ. Включаются реле М1 и М2, срабатывает реле КМК и огни переездных светофоров начинают сигнализировать в сторону автотранспорта красными мигающими огнями. Через некоторое время, необходимое для проследования ранее двигавшегося под шлагбаумом автотранспорта, отпускает якорь реле ВМ и выключает реле ВЭМ, а последнее размыкает цепь питания электромагнитной муфты. Брус шлагбаума начинает опускаться под действием собственного веса. После того как брус шлагбаума займет горизонтальное положение замкнуться контакты В1 автопереключателя и встает под ток реле ЗУ, сигнализирующее о закрытом положении шлагбаума. При вступлении поезда на участок приближения через тыловые контакты У1, У1, ПВ1, ПВ2 получит питание и притянет якорь реле ВЭД, параллельно которому подключен конденсатор большой емкости. Реле ВЭД подготовит цепь включения реле открытия шлагбаумов ОША и ОШБ.

После того как поезд проследует переезд и притянут якорь реле ПВ1 и ПВ2 замкнется цепь питания реле ВЭМ, ОША и ОШБ. Реле ВЭМ включит электромагнитную муфту, а реле ОША и ОШБ замкнут цепь питания электродвигателей привода брусьев автошлагбаумов и последние начнут подниматься в вертикальное положение. После того как оба бруса займут вертикальное положение (80о-90о), замкнутся контакты автопереключателей В2 и создадут цепь питания реле У1, У2 и их повторителей, а последние разомкнут питание реле ОША и ОШБ и схема перейдет в исходное состояние.

Если по какой-либо причине, например, при заклинивании один из брусьев шлагбаумов, например шлагбаума Б, остановится в среднем положении, то после того как брус шлагбаума А достигнет вертикального положения, притянет якорь реле ВДА и разомкнет цепь питания реле ОША, которое в свою очередь разомкнет цепь питания двигателя. Реле ОШБ будет оставаться под током и двигатель привода шлагбаума Б будет работать на фрикцию до тех пор пока не закончится разряд конденсатора К3, подключенного параллельно катушке реле ВЭД и последнее не отпустит свой якорь.

В случае выключения питания переменного тока брусья шлагбаумов останутся в поднятом положении до приближения к переезду первого поезда, после чего брусья опустятся автоматически, а подъем брусьев после проследования поезда будет осуществляться вручную. Выключение красных мигающих огней переездных светофоров осуществляется только после полного подъема брусьев обоих шлагбаумов контактами реле У1 и У2.

Схема управления шлагбаумом ПАШ-I показана на рисунке 3.

6. Определение дальности установки электропривода

Определить длину кабеля без дублирования жил:

м

где L - длина кабеля, без дублирования жил;

Un - напряжение источника питания;

Uд - напряжения на зажимах двигателя;

r1 - сопротивление медной жилы кабеля диаметром 1 мм.

Согласно [3], дублирование жил для управления двигателем до расстояния 100 м не требуется.

Рассчитаем емкость пускового конденсатора:

мкФ

где Iф - номинальный фазный ток;

Uф - номинальное фазное напряжение;

f = 50 Гц - частота;

- коэффициент мощности.

Учитывая, что работа двигателя происходит под нагрузкой, необходимо увеличить рабочую емкость. Электродвигатель шлагбаума работает 10-12 с при мощности, превосходящей расчетную на 35%. Поэтому рабочую емкость следует увеличить на 50-70%. Тогда:

мкФ

Используемая литература

1. Задание на контрольную работу с методическими указаниями для студентов VI курса. Москва 2005 год.

. Переездной шлагбаум ПАШ-I. Технология обслуживания, ремонта и проверки в условиях дистанций сигнализации и связи железных дорог. Москва 1998 год.

. Методические указания по проектированию устройств автоматики, телемеханики и связи на ж.д. транспорте И-234-95 «Переездной шлагбаум с двигателем переменного тока». Санкт-Петербург 1995 год.

Задание 1. Составить кинематическую схему электропривода и дать описание назначения и принципа его работы. Описать механизм замыкания (фиксации) главного

Больше работ по теме: