Определение мощностей привода технологических машин

2.1.1 Мощность электропривода вентилятора определяется из выражения:

где Q – производительность м3/с; H – полный напор, η_п – к.п.д. передачи;

η_в – к.п.д. вентилятора (η_в =0,4–0,6 –для крупных, 0,1–0,2 – для мелких); K_З – 1,1–1,5 – коэффициент запаса при работе с трубопроводом (большие значения относятся к малым мощностям).

Производительность одного вентилятора оценивается после определения общего количества воздуха, необходимого для его подачи в помещение.

где L – расчетное количество воздуха для технологического процесса; n – число выбранных вентиляторов.

Количество воздуха, L, подаваемое в помещение, где находятся люди или животные, определяется по известным методикам на основании расчетов, связанных с удалением избыточной влаги, углекислоты и тепла.

1.Если данные для выполнения этих расчетов отсутствуют, можно рассчитывать потребный расход воздуха на основании данных допустимой кратности обмена воздуха в помещении:

,

где К =4 – 15 – кратность воздухообмена для животноводческих помещений в зависимости от температуры наружного воздуха, 1/ч; θ – объем помещения, м³

2.Способ определения потребного количества воздуха, необходимого для подачи его в помещение, связанный с предельно допустимыми скоростями движения воздуха внутри помещения:

,

где V – допустимое значение скорости воздуха (V =0,1–0,5 м/с – для животноводческих помещений; V =0,5–1,0 м/с – для хранилищ зерна, овощей, фруктов; V =0,15–0,3 м/с – для тепличных помещений); S – активное сечение помещения, м²

В последнем случае необходимо знать размеры помещения и размеры технологического оборудования, уменьшающего активные объем и сечение помещения.

Для животноводческих помещений расход воздуха может быть определен и на основании вентиляционной нормы на 1 голову

где q – вентиляционная норма, м/ч; N – количество животных.

Выбранный вентилятор должен обеспечивать полный напор:

Динамическая составляющая напора вентилятора определяется:

где ρ – плотность воздуха, кг/м³ (ρ=1,26 при температуре 20 С0); V – скорость воздуха в воздуховоде вентилятора, м/с (V_доп≤ 20 м/с).

Статическая составляющая напора вентилятора оделяется по формуле

где l – длина воздуховода, м; R – сопротивление воздуховода, 1/м; Σξ – потери в местных сопротивлениях.

Таким образом, определение необходимого напора вентиляционной установки требует знания технологической схемы вентиляции помещения, размеров вентиляционных шахт, диаметров и длин воздуховодов.

2.1.2 Водоснабжение производственных участков, населенных пунктов и т.д. связано с выбором технологической схемы подачи воды. Для предварительной оценки мощности привода насоса используют формулу

где Q – расход воды, обеспечиваемый насосом, м3/c; Н – напор насоса, Н/м;

η_п – к.п.д. насоса (η_п=0,4–0,8); η_н – к.п.д. передачи (для прямой η_н=1, для различного вида передачи η_н =0,95–0,97); К_З – 1,05–1,1 – коэффициент запаса (большая величина для малых насосов).

Для водоснабжения животноводческих ферм производительность насоса определяется

где Q_макс.ч. – максимальный часовой расход воды, м³/с; К_ч – коэффициент неравномерности часового расхода (К_ч=1,5 – 3); К_сут – коэффициент неравномерности суточного расхода (К_сут – 1,1 – 1,3); η – к.п.д., учитывающий потери воды (η=0,9); Q_ср.сут – среднесуточный расход вода Q_ср.сут=Σq_in_i;

q_i – норма на одного потребителя; n_i – количество потребителей.

Величину нормы подачи (гидромодуль) вычисляют по формуле

,

где α – доля культуры в севообороте; α = F_i / Σ F_i

F_i – площадь, занятая одной культурой; N_п – поливная норка, м³/га;

t – поливной период, сут.; τ – продолжительность полива в сутки, ч/сут.

При выборе насоса по каталогу может оказаться невозможным обеспечение подачи данного количества воды, тогда выбирают несколько насосов, обеспечивающих потребную подачу воды. Основополагающим параметром при выборе насоса является величина напора, которую он должен обеспечить при подаче воды в самую удаленную точку технологической схемы.

В общем случае напор определяется из формулы

,

где Н_вс – высота всасывания; Н_нагн – высота нагнетания; Н_п – потери в трубопроводе и на местных сопротивлениях (повороты, вентили, задвижки);

Н_вых – свободный напор, обеспечивающий определенную скорость вытекания воды из трубы; Н_выкл – напор, соответствующий избыточному давлению выключения в напорных котлах.

Чтобы использовать формулу для расчета мощности привода, надо представить её в виде

где γ – плотность воды, кг/м³; Н – полный напор, м.

При выборе насоса по универсальной характеристике уточняют его производительность и коэффициент полезного действия для данного расчетного значения напора.

2.1.3 Подъемно – транспортные машины отличаются чрезвычайно большим разнообразием по своим технологическим характеристикам. Расчет мощности привода всех этих машин определяется по формуле

где F – суммарное усилие, необходимое на преодоление сил сопротивление движению, Н; υ –линейная скорость, м/с; η_п – к.п.д. передачи.

Если скорости движения каждой машины задаются соответствующими рекомендациями, то расчет усилий в системе привода является подчас достаточно сложной задачей.

Мощность привода подъемных механизмов (тельферов) определяется:

,

где m_o – масса крюка и полиспаста, кг; m_г – масса груза, кг; υ_под – скорость подъема, м/с; η_п – к.п.д. передачи.

Необходимую отметить, что мощность электрического двигателя определяется с учетом режима работы механизма.

2.1.4 Расчет мощности привода механизма передвижения тельфера по балке и механизма передвижения кран–балки вдоль цеха производится по формуле:

где f_об – обобщенный коэффициент сопротивления движению; υ_пер – скорость перемещения, м/с; η_п – к.п.д. передачи; m_т –масса тележки и балки, кг;

Обобщенный коэффициент сопротивления определяется по формуле:

где К – коэффициент сопротивления, учитывающий трение реборд колес о рельсы (К= 1,5 – 2,5); μ – коэффициент трения качения(μ=0,015) или трения скольжения(μ=0,15) в зависимости от вида подшипника; r – радиус шейки оси колеса, м; f₀ – коэффициент трения качения ходового колеса по рельсу М (f0=0,0003 м для колес Rхк≤150 мм); R_хк – радиус ходового колеса.

2.1.5 В производстве используется множество видов транспортных самоходных тележек (электровозов), на базе которых выполнены кормораздатчики различного типа. Движение колес этих тележек осуществляется по дорогам разного типа, причем движение может быть с подъемом и по криволинейному пути. С учетом этих условий расчет мощности привода выполняется по формуле:

,

где F₀ – тяговое сопротивление на прямолинейном горизонтальном пути, Н;

F_кр – тяговое сопротивление на закруглениях пути, Н; F_i – дополнительное тяговое сопротивление на подъеме, Н; υ – скорость движения транспортной тележки, м/с; η_п – к.п.д. передачи.

При прямолинейном движении по горизонтальному участку пути основное сопротивление зависит от трения качения колес в точке их соприкосновения с поверхностью дороги, трения реборд колес о рельсы, трения в осях колес, от конструкции ходовых колес и скорости движения.

,

где f₀ – коэффициент сопротивления передвижению транспорта на прямолинейном горизонтальном участке пути, Н/кг; m – масса транспортной тележки с грузом, кг.

Величина коэффициента сопротивления для условий внутриусадебных дорог находится в пределах f₀=0,1–0,2 Н/кг;

Дополнительное сопротивление движению на криволинейных участках

,

где f_кр – коэффициент дополнительного сопротивления на закруглении пути, Н/кг.

Для вагонеток с диаметром ходовых колес 100 мм дополнительное сопротивление определяется по формуле

,

где R – радиус закругления дороги, м.

Дополнительное сопротивление на подъеме определяется по формуле

где α – угол подъема дороги.

Рекомендуемые скорости передвижения транспортных тележек: V=0,3 – 1,5 м/с.

Тяговое усилие при трогании тележек:

где f_тр=0,17 – 0,35 Н/кг.

2.1.6 Использование вакуум–насосов в промышленных установках определяет их производительность, связанную с числом всасывающих аппаратов:

,

где n – число всасывающих аппаратов в установке; q – расход воздуха одним всасывающим аппаратом (q≈1,8 м/ч); k=2 – 3 – коэффициент, учитывающий неполную герметизацию системы.

2.1.7 Расчетная мощность привода вакуум–насоса определяется по формуле:

,

где Н – вакуум, развиваемый насосом, Па; η_п – к.п.д. передачи; η_н=0,2 – 0,25 – к.п.д. вакуум–насоса.

Величина давления вакуума, соответствующая нормальной работе установки, равна Н=400 мм.рт.ст.

2.1. 8 Предварительную оценку мощности приводаэлектролебедки дают по условию:

,

где К_з=1,1 – 1,3 – коэффициент запаса;

P₁ и Р₂ – мощности, необходимые для начала и в конце хода.

Изменение величины мощности в процессе движения груза связано с тем, что трос лебедки, наматываясь на барабан в несколько рядов, меняет радиус намотки. При этом линейная скорость движения троса является величиной переменной при относительно мало меняющейся угловой частоте вращения барабана.

,

где ω_б – угловая частота вращения барабана, с^–1; R – радиус намотки троса на барабан, м.

Мощность в начале движения груза:

где V_нач = ω_бR_нач, м/с; η_л – к.п.д. лебедки с передачей.

Сопротивление от волочения троса о почву:

где К_т – коэффициент, учитывающий условия работы (для равнины – К_т =1, для горной местности К_т = 3); т_т – Удельная масса троса (т_т = 3 кг/м); l – длина той части троса, которая движется по земле (составляет 80% длины гона); f=0,35 – коэффициент трения троса о почву.

Мощность в конце движения груза равна:

где V_кон = ω_бR_кон, м/с; η_л – к.п.д. лебедки с передачей.

Тяговое сопротивление в начале движения в начале F_п.нач и в конце движения F_п.кон груза определяется по формуле

,

где f=0,2 – 0,4 – коэффициент трения; т_п – масса груза, кг; k = 4 – 8,5 Н/см² – удельное сопротивление материала; а – глубина вспашки, см;

b – ширина захвата плуга, см; ε = 0,1 – 0,3 – коэффициент, учитывающий влияние скоростей.

Лебедки должны перемещаться вдоль участка и иметь необходимую мощность привода:

где т_л – масса лебедки, кг; V_л – скорость передвижения лебедки, м/с;

η_п^-1 – к.п.д. передачи.

Нагрузочные диаграммы представляют собой зависимости момента сопротивления на валу электродвигателя или рабочей машины, мощности или тока электродвигателя от времени, т.е. М_с(t), Р(t), I(t). Нагрузочные диаграммы могут быть получены экспериментально или рассчитаны аналитически.

Нагрузочные диаграммы Р(t) для режимов работы электродвигателя S1, S2, S3, S4, S5, показаны на рисунке.2.3, где а) – режим работы S1; б) – режим работы S2; в) – режим работы S3, г) – режим работы S4, д)– режим работы S5. t_p – продолжительность работы электродвигателей; T_н – постоянная времени нагрева электродвигателя.

Рисунок 2.3 Нагрузочные диаграммы электродвигателей с режимами работы

Метод обработки нагрузочных диаграмм зависит от характера кривых Р(t), I(t), Mc(t). Кривая Р(t) изображенная на рисунке 2.4 аппроксимируется отрезками прямых. Аппроксимирующая прямая проводится таким образом, чтобы площадь под кривой мощности и под аппроксимирующей прямой были одинаковыми. При этом максимальная разность между ординатами кривой мощности и аппроксимирующей прямой не должна превышать половины среднего значения ординат прямой.

Рисунок 2.4 – Фактическая и аппроксимирующая ступенчатая нагрузочные диаграммы электродвигателя

Эквивалентная мощность Р_э, кВт определяется по нагрузочной диаграмме по формуле

,

где Т – период действия нагрузки; Р(t) – зависимость мощности от времени за расчётный период Т.

В конкретном случае (см. рисунок 2.4) эквивалентная мощность определяется по формуле

,

При случайном характере нагрузки нагрузочная диаграмма обрабатывается методами теории вероятности. На диаграмме определяется приближенное значение частоты, с которой изменяется нагрузка и период изменения нагрузки Т_п в секундах.

Длительность участка диаграммы, подлежащего обработке принимается равной

.

Интервал выборки:

.

Для определения расчётных данных минимальный объем выборки определяется по формуле

.

Основными характеристиками нагрузочных диаграмм (формулы приведены для зависимости Р(t) являются:

– математическое ожидание

,

где Р_i – текущее значение мощности, кВт;

– среднеквадратическое отклонение

.

Зная эти характеристики, определяют эквивалентную мощность, ток или момент по формуле:

.

Мощность для привода рабочей машины Р, кВт определяется с учетом КПД электродвигателя, η_д, о.е. по формуле

.

Пример 2.1 Построения нагрузочной диаграммы электродвигателя

Построить нагрузочную диаграмму электродвигателя для привода скребкового транспортера, подающего продукцию в измельчитель (см. пример 1).

Длина транспортера 15 м, угол наклона транспортера 200, высота скребка 0,05 м, ширина скребка 0,4 м. Частота вращения приводного вала транспортера 20 об/мин, скорость движения цепи 0,3 м/с. Объем бункера мобильного транспортера 2 м³. Интервал времени между загрузками кормораздатчика 20 мин.

Дата добавления: 2014-12-27