«Расчёт, анализ и моделирование нагрузок, возникающих при работе карьерного экскаватора экг-8И»

Глава 1.Технические характеристики экскаватора ЭКГ-8И

Ёмкость ковша V_КОВ= 8м³
Длина стрелы L_C = 13.35 м
Длина рукояти L_Р = 11,43 м
Продолжительность цикла в забое средней эскавируемости при повороте на 90^о t_Ц = 28 с
Масса рукояти
Масса ковша
Масса рабочего оборудования ( ковша с рукоятью) m_РО = 25800 кг.
Масса поворотной платформы
Масса экскаватора
Среднее значение радиуса инерции платформы
Номинальная скорость подъёма V_П.Н = 0,94 м/с
Номинальная скорость напора V_Н.Н. = 0,46 м/с

Технические данные электромашинного преобразовательного агрегата

Тип приводного синхронного двигателя СДЭУМ-14-29-6У2

Номинальное напряжение U_СД.Н = 6000/3300 В.
Ротор имеет короткозамкнутую пусковую обмотку, в схеме предусмотрен автоматический ввод в синхронизм.

Кроме СД, электромашинный агрегат содержит три генератора постоянного тока, причём один из них работает только на двигатели подъёмного механизма, а два других ( напорного и поворотного) переключаются на двигатели хода.

Далее будут применяться следующие индексы переменных:

• 
  в приводе подъёма «п»
  
• 
  в приводе напора «н»
  
• 
  в приводе поворота «в»
  

если надо будет отметить переключение генераторов на привод хода, то индексы будут «н-х», «в-х».

Технические параметры генераторов

№	Привод	П	Н-Х	В-Х
1	Тип генератора	ПЭМ-151-8К	ПЭМ-2000М	ПЭМ-141-4К
2	Ном.мощность генератора	500	115	250
3	Ном.скорость вращения,	1000	1000	1000
4	Ном.напряжение якоря,	560	330	630
5	Ном.ток якоря	895	348	397
6	Ном. КПД	0,932	0,92	0,925
7	Ном.напряжение возбудителя	2 38,5	2 31	2 30,5
8	Ном.ток возбудителя	29	19,3	12,5
9	Число пар полюсов	3	2	2
10	Число витков обмотки якоря на полюс	300	185	171
11	Соединение обмоток якоря	6	1	2+2
12	Магнитный поток полюса	0,0578	0,0546	0,07
13	Число витков обмотки возбуждения на полюс	220	280	360

Сопротивление обмоток генератора при 20^о С

Якоря RЯГ , Ом	0,0075	0,0112	0,0355
Добавочных полюсов RДПГ , Ом	0,00153	0,00385	0,0054
Компенсационной об-ки RКОГ , Ом	0,00516	-	0,0139
Обмотки возбуждения RОВГ , Ом	2x0,96	2x1,3	2x1,95

Технические параметры двигателей

Привод	Подъём	Н/х	В/х
Тип двигателя	2xДЭ-816
Номинальная мощность	2 190
Номинальная скорость	720
Номинальное напряжение	2 300
Число пар полюсов	2	2	2
Сопрот-ие обмотки якоря	2 0,0055
Сопрот-ие доб. плюсов	0,0032

Характеристики электроприводов экскаватора типа ЭКГ-8И

Электромеханическая система (ЭМС) напора экскаватора типа ЭКГ-8И


Cкорость напора V_Н.Н. = 0,46 м/с

Диаметр напорного барабана

d_б = 1200 мм

Передаточное число редуктора

J_РЕД = 82


В приводе напора используется генератор ПЭМ 2000М со следующими параметрами:

Номинальная мощность

Р_Г.Н. = 115 кВт

Номинальное напряжение

U_Г.Н. = 330В

Номинальный ток якоря

I_Г.Н. = 348 А

Номинальная скорость вращения

N_НОМ.Г. = 1000 об/мин

Число пар полюсов 2р = 4

Число параллельных ветвей обмотки якоря

2а = 4 + 4

Сопротивление обмотки якоря при температуре 20^о С


R_Я = 0,0112 Ом


Сопротивление дополнительных полюсов температуре 20^о С


R_ДП = 0,00385 Ом

Число витков обмотки возбуждения на полюс

N_В = 280

Номинальное напряжение возбуждения

U_В.Н. = 31 В

Номинальный ток обмотки возбуждения

I_В.Н = 19,3 А


Сопротивление якорной цепи генератора приведённое к температуре 75^о С


R_Я = Ом
Индуктивность якорной цепи


L_ЯГ = Гн

Постоянная времени якорной цепи

с,


В приводе напора используется двигатель ДЭ-812 со следующими параметрами:

Номинальная мощность

Р_ДН = 100 кВт

Номинальное напряжение

U_ДН = 305 В

Номинальный ток якорной цепи

I_НД = 360 А

Номинальная скорость вращения

N_ДН = 750 об/мин

Номинальный ток обмотки возбуждения

I_ВН = 17,2 А

Число пар полюсов

2р = 4
Сопротивление обмотки якоря при температуре 20^о С

R_Я = 0,014 Ом
Сопротивление дополнительных полюсов температуре 20^о С


R_ДП = 0,009 Ом
Сопротивление обмотки возбуждения при температуре 20^о С


R_В = 4,76 Ом

Момент инерции двигателя

J_Д = 7 кг м²


Сопротивление якорной цепи двигателя приведённое к температуре 75^оС


R_ЯД = Ом
Индуктивность якорной цепи


L_ЯГ = Гн
Постоянная времени якорной цепи
с,

Постоянная двигателя

С_Д = В с

Электромеханическая система (ЭМС) подъёма экскаватора типа ЭКГ-8И

Скорость подъёма V_П.Н = 0,94 м/с

Диаметр подъёмного барабана

d_б = 1200 мм

Передаточное число редуктора

J_РЕД = 24,84

Время цикла 26 с.

В приводе подъёма используется генератор ПЭМ-151 со следующими параметрами:

Номинальная мощность

Р_ГП = 500 кВт

Номинальное напряжение

U_ГП = 560 В

Номинальный ток якорной цепи

I_ГП= 895 А

Номинальная скорость вращения

N_ГП = 1000 об/мин
Число пар полюсов

2р = 6

Сопротивление обмотки якоря при температуре 20^о С


R_Я = 0,0075 Ом


Сопротивление дополнительных полюсов температуре 20^о С


R_ДП = 0,00153 Ом
Сопротивление компенсационной обмотки при температуре 20^о С


R_КО = 0,00156 Ом
Число витков обмотки возбуждения на полюс


N_В = 220

Номинальное напряжение возбуждения

U_В.Н. = 38,5 В

Номинальный ток обмотки возбуждения

I_В.Н = 29 А
Сопротивление якорной цепи генератора приведённое к температуре 75^о С


R_Я = Ом

Индуктивность якорной цепи

L_ЯГ = Гн
Постоянная времени якорной цепи
с,

В приводе подъёма используется двигатель ДЭ-816, обмотки якоря которого соединены последовательно, со следующими параметрами:

Номинальная мощность


Р_ДП = 190 кВт

Номинальное напряжение

U_ДП = 300 В

Номинальный ток якорной цепи

I_НП = 680 А

Номинальная скорость вращения

N_ДП = 720 об/мин
Число пар полюсов

2р = 4
Сопротивление обмотки якоря при температуре 20^о С

R_Я = 0,0055 Ом


Сопротивление дополнительных полюсов температуре 20^о С


R_ДП = 0,0032 Ом

Момент инерции двигателя

J_Д = 17 кг м²
Сопротивление якорной цепи двигателя приведённое к температуре 75^оС


R_ЯД = Ом

Индуктивность якорной цепи

L_ЯД = Гн
Постоянная времени якорной цепи
с,

Постоянная двигателя

С_Д = В с

Глава 2. Расчёт параметров механизмов подъёма и напора

Расчёт параметров двухмассовой структурной схемы для привода напора.

Расчёт ведётся для двухмассовой расчётной схемы:

C_K

Где:

J_Р - момент инерции рабочего оборудования, приведённый к валу двигателя


J_Д – момент инерции двигателя


С_К – жёсткость каната

Соответствующая структурная схема имеет вид:

Где:


К_тв – коэффициент тиристорного возбудителя.
Т_тв – постоянная времени тиристорного возбудителя


К_г – коэффициент генератора


Т_г – постоянная времени генератора


Т_э – эквивалентная постоянная времени


R_э – эквивалентное сопротивление якорной цепи


Т_м – электромеханическая постоянная времени
К_т – коэффициент вязкого трения в канате


С_к – жёсткость каната


I_с – статический ток


Т_р – электромеханическая постоянная времени рабочего оборудования, приведенного к валу двигателя.

Расчёт ведём в следующем порядке:

Коэффициент тиристорного возбудителя

К_тв = = = 30

Коэффициент генератора:

К_г = = = 5,32


2 U_в.н. – номинальное напряжение двух последовательно соединённых обмоток возбуждения генератора

индуктивность обмотки возбуждения генератора:

L_в.н. = 2р N_в² = 4 280² = 2 Гн


Где Ф – приращение потока, соответствующее приращению потокосцепления (I N_в). Значения Ф и (I N_в) взяты по характеристике намагничивания генератора из «Инструкции по наладке и ремонту экскаваторов ЭГК- 8И».

Сопротивление обмотки возбуждения генератора:

R_в.г.н. = = = 1,61 ом.

Постоянная времени цепи возбуждения генератора:

Т_в.г.н. = = = 1,24 с.

Эквивалентное сопротивления якорной цепи

R_Э = R_Я.Г. + R_Я.Д. = 0,024 + 0,034 = 0,058 с.

Эквивалентная постоянная времени:

Т_Э = = = 0,102 с.

Электромеханическая постоянная времени:

Т_М = = = 0,0335 с,


Где J_ДВ. = J_Д+ J_РЕД = 7+1=8 кг м².

Коэффициент датчика тока:

К_ДТ = = = 0,01 В/А.
Коэффициент датчика напряжения:
К_ДН = = = 0,028

Электромеханическая постоянная времени рабочего оборудования, приведённого к валу двигателя

Т_Р = ,

Где момент инерции рабочего оборудования, приведённого к валу двигателя равен

J_Р = (m_ро - m_г ) = = 1,39


m_г – номинальная масса грунта в ковше


m_ро – номинальная масса рабочего механизма.
Значение величины Т_Р


Т_Р = = 0,0058 с.

Структурная схема механизмов копающей части имеет вид:

Где V_P – жёсткость токи подвеса


С^’_К - жесткость каната при среднем положении ковша.


К^’_Т – среднее значение коэффициента вязкого трения в канате.


Значения С^’_К и К^’_Т берутся из (2) и равны


К^’_Т = 8000
С^’_К = 2 10⁶
Усилие в канате:


F_Y = К^’_Т ( V_Б – V_P) + С^’_К ( V_Б – V_P)
Составляющая тока якоря, пропорциональная упругой нагрузке (усилию в канате)


I_У =


Где М_У – момент, пропорциональный усилию в канате.

Скорость рабочего механизма, приведенного к валу двигателя:

* J_ред

перемещение точки подвеса

S =


Где - угол поворота вала двигателя, соответствующий перемещению точки подвеса.

Подставим 1 в 2 и получим ток упругой нагрузки

I_У = К^’_Т С^’_К

Отсюда найдём приведённое значение коэффициента вязкого трения и жёсткости каната

К_Т = К^’_Т = 8000 = 1,6


С_К = С^’_К = 2*10⁶ = 398,33