Весьма трудоемкий процесс на животноводческих фермах - раздача кормов (на эту операцию приходится до 40% трудовых затрат по грузоперемещению на ферме). Целесообразность того или иного способа раздачи кормов следует решать в соответствии с технологией содержания и кормления животных, сообразуясь с планировкой животноводческих помещений.

Так как на животноводческих фермах наибольшее распространение получили транспортерные и бункерные кормораздатчики, то им следует уделить особое внимание и в частности методике определения мощности.

Характерной особенностью некоторых транспортеров является большой начальный статический момент сопротивления (момент трогания), который, как правило, превосходит номинальный вследствие различных причин: трения, покоя, застывания смазки в трущихся деталях и т.д.

Транспортеры в большинстве своем механизмы тихоходные. Поэтому необходимо обратить внимание на выбор передаточного числа редуктора, а также согласование номинальных частот вращения машины и ЭД с целью уменьшения величины махового момента, приведенного к валу ЭД. При изучении различных типов подвесных кормораздатчиков следует обратить внимание на соответствующие схемы автоматики, их основные преимущества, недостатки и особенности монтажа средств управления и автоматизации.

Поэтому основной целью курсового проекта является применение знаний для рационального выбора электропривода в сельском хозяйстве исходя из выше перечисленных критериев.

1. Описание технологической схемы

Транспортер предназначен для раздачи комбинированного корма: смеси силоса и резаной соломы.

Транспортер состоит из приводной станции 1, тягового троса 2, двух кормушек - нижней 3 и верхней 4 (рис. 1).

Рис. 1-Схема установки телескопического кормораздаточного транспортера в коровнике

Загрузку кормом производят в средней части транспортера. Перемещение кормушек транспортера по направляющим уголкам 7 осуществляют тяговым тросом. При первом ходе нижняя кормушка перемещается под верхнюю и механически сцепляется с ней. При втором (обратном) ходе перемещаются обе кормушки и верхняя загружается кормом. По достижении крайнего правого (или левого) положения кормушки останавливаются и расцепляются. На третьем ходе нижняя кормушка перемещается в обратном направлении и одновременно загружается кормом.

По достижении крайнего левого (или правого) положения кормушка останавливается и процесс раздачи кормов заканчивается.

2. Выбор частоты вращения двигателя и технологических данных редуктора

Так как частота вращения приводного вала работей мшины менее 600 об/мин, то экономически выгодно и технически целесообразно применение высокоскоростного двигателя с синхронной частотой вращения 1000…1500 об/мин в сочетании с редуктором. Такой двигатель имеют меньшую массу, стоимость, более высокий cos ? и КПД при одной и той же мощности.

Для выбора редуктора определяем требуемое передаточное отношение:

(1)

где: ?дв - угловая скорость вала двигателя, рад/с;

?б - угловая скорость барабана, рад/с.

	(2)

где: Vк - линейная скорость движения кормушек, м/с;

r - радиус барабана, м.

	(3)

Таким образом, передаточное число редуктора будет равно:

По справочнику выбираем редуктор [1] РМ -259: i=63, ?ред=0,98, межосевое расстояние 100/150, цилиндрический, горизонтальный, двухступенчатый.

3. Расчет и построение нагрузочной диаграммы и механической характеристики рабочей машины

Анализируя технологическую и кинематическую схему работы машины, подобно описанному выше, следует рассчитать и построить нагрузочную диаграмму рабочей машины за период одного цикла.

Построим нагрузочную диаграмму пользуясь данными задания, учитывая ее характер для данной установки.

Рисунок 2 - Нагрузочная диаграмма рабочей машины.

Определение момента сопротивления в различных точках нагрузочной диаграммы на холостом ходу (режим работы 1)

При вращательном и поступательном движении можно записать следующее выражение равенства мощностей:

	(4)

Отсюда можно определить момент сопротивления рабочей машины:

	(5)

Значение усилий F для холостого хода:

Fхх=F1+F2+F3+F4	(6)

где: F1 - сила трения кормушки об уголки, Н;

F2 - сила трения троса о желоб, Н;

F3 - сила трения в цапфах, Н;

F4 - сила тяжести, Н.

	(7)

где: mк - масса кормушки, кг, ,

где: lк - длина одной кормушки транспортера, lк=38 м;

gк - масса одного погонного метра кормушки: gк=40 кг;

g - ускорение свободного падения, м2/с;

f1 =0,15 - коэффициент сопротивления движению кормушки по уголкам.

mн =38*40=1520 кг

F1= 1520*9.81*0.15=2236,6Н

	(8)

где: mтр - масса троса, кг, ,

lк - длина троса,

lтр=76 м;

gк - масса одного погонного метра троса,

gтр=0.5 кг.

f2 - обобщенный коэффициент трения нижней части троса о направляющий желоб, f2=0,55;

Fтр - усилие предварительного натяжения тягового троса, Fтр=2000 Н.

F2= ((38+1520)*9.81+2000)*0.55=9497,62Н

	(9)

где: mб - масса приводного барабана троса, mб=40 кг

f3 - обобщенный коэффициент трения в цапфах барабанов, направляющих блоках, f3=0,04.

F3 =((2*40+1520)*9.81+2000)*0.04=707,8Н

	(10)

F4= (1520+38+2*40)*9.81=16068,78Н

Определяем полное усилие при холостом ходе:

Fxx =2236,6+9497,62+707,8+16068,78=28510,8Н

Отсюда, момент сопротивления при холостом ходе равен:

Определение усилий загруженного транспортера (режим работы 2)

В данном случае перемещаются две кормушки, одна из них наполняется кормом.

Исходя из того, что при надое 10 - 12 кг. молока на корову норма кормления составляет 30 кг., а кормление производится 4 раза в сутки, поэтому масса корма в 1 кормушке будет:

	(11)

кг

Усилия для груженого кормораздатчика определяем аналогично формулам (6 - 10).

	(12)

	(13)

	(14)

	(15)

Полное усилие для груженого кормораздатчика:

Таким образом, момент сопротивления груженого механизма:

Н*м

Но в начале второго цикла кормушки начинают движение пустыми, значит момент сопротивления будет изменяться в ходе наполнения кормушек, то есть нам необходимо определить начальный момент сопротивления при втором цикле работы.

	(16)

	(17)

	(18)

	(19)

Определение усилий загруженного транспортера (режим работы 3)

В данном случае двигается только одна наполненная кормушка.

	(20)

	(21)

	(22)

	(23)

В этом случае начальный момент сопротивления будет равен моменту

при холостом ходе.

Определяем эквивалентные моменты для каждого режима работы

	(29)

где: М1, М2, Мn - эквивалентные моменты за циклы работы, ;

t1, t2, tn, - время работы машины при соответствующем эквивалентном моменте.

Эквивалентный момент при первом режиме работы будет равен статическому моменту, так как в данном случае нагрузка постоянна.

М1=46,3

Эквивалентный момент при втором режиме работы:

	(30)

Эквивалентный момент при третьем режиме работы:

	(31)

Но так как мощьность в третьем цикле равна нулю, то

Для машины принимаем момент сопротивления постоянным, т.е. не зависящим от скорости х=0.

Рисунок 3-Механическая характеристика рабочей машины

4. Предварительный выбор электродвигателя по мощности и режиму нагрузки

Определение мощности двигателя, сконструированного для режима S1, но работающего в режиме S2

По нагрузочной диаграмме (рис. 2) определяем Рэкв.

(32)

По Рэкв выбираем двигатель, мощность которого должна быть:

Записываем его каталожные данные.

Тип двигателя	Рн, кВт	КПД, %	сов ?	Sн, %	Мп / Мн	Мmах / Мн	Mmin/Мн	Iп/Iн	Момент инерции, кг·м2	Масса, кг
АИР132S4	7,50	87,5	0,86	4,0	2,0	2,5	1,6	7,5	0,028	58

Определяем постоянную времени нагрева по формуле:

(33)

где m - масса двигателя, кг;

Рном - номинальная мощность двигателя, Вт;

?ном - номинальное превышение температуры обмотки

статора двигателя, измеренное методом

сопротивления, 0С (справочная величина) для АД

серии 4А.

Класс изоляции	А	Е	В	F	Н
?ном, 0С	60	75	80	100	125

Следовательно:

Определяем коэффициенты термической и механической перегрузок по формулам:

для коэффициента термической перегрузки:

(34)

для коэффициента механической перегрузки:

(35)

где - коэффициент, равны й 0,5…0,7 - для асинхронных двигателей;

Следовательно:

1. Определяем мощность двигателя, сконструированного для режима S1, но работающего в режиме S2:

(36)

2. Осуществляем проверки выбранного электродвигателя

а) по пусковому моменту:

(37)

где - коэффициент, учитывающий снижение напряжения (до 30%) на зажимах пускаемого двигателя;

- пусковой момент двигателя;

?пуск и Мном берем из каталога.

Для нашего случая ?1 = 0,7, следовательно:

Необходимо помнить, что номинальный момент двигателя определяется следующим образом:

(38)

н - номинальная частота вращения электродвигателя (каталог), если в каталоге вместо н приводится синхронная о, то номинальную частоту вращения, рад/с, определяют как:

(39)

где Sн - номинальное скольжение (каталог), обычно оно изменяется в пределах 0,06…0,07.

При этом связь между синхронной скоростью вращения, об/мин, и синхронной частотой вращения, рад/с имеет вид:

Мтр.р.м. - момент трогания рабочей машины (берется из нагрузочной диаграммы рабочей машины для нулевого значения ее скорости).

Для нашего случая, рассмотренного в данном примере, получим:

ВЫВОД: Условие выполняется.

б) по перегрузочной способности:

(41)

где - коэффициент, учитывающий снижение

напряжения на зажимах работающего двигателя на

10% при включении в сеть мощного ЭД;

- максимальный момент, развиваемый двигателем; при этом ?макс(кр) - кратность максимального (критического) момента, берем из каталога.

(42)

=91Н*м

Подставив все значения получим:

ВЫВОД: Условие выполняется. Двигатель выбран правильно.

5 Определение приведенного момента инерции системы двигатель - рабочая машина

Инерционная характеристика машины представляет собой данные о величине момента инерции машины и законов его изменения от различных факторов.

Определим приведенный момент инерции кормораздатчика при холостом ходе (режим 1):

	(43)

Приведенный момент инерции в режиме 2:

	(44)

Приведенный момент инерции в режиме 3:

	(45)

При этом моменте инерции кинетические энергии, запасенные в виртуальном маховике, установленном на электродвигателе и на движущихся частях системы «Рабочая машина» равны.

Величину момента инерции используем для графического определения времени пуска электропривода

6. Расчет и построение нагрузочной диаграммы двигателя за один цикл работы машины

Механическую характеристику двигателя построим по пяти точкам:

1 точка: М=0;

2 точка:

3 точка:

, (46)

, (47)

(48)

где -номинальное скольжение;

-кратность критического момента;

4 точка:

, (49)

т. к. возникают гармоники кратные 7 при запуске двигателя на частоте, соответствующей , то:

, (50)

5 точка:

, (51)

1. Строим механическую характеристику электродвигателя и рабочей машины.

2. Находим момент динамический Мдин=Мдв-Мс

3. Заменяем Мдин ломанной линией.

4. Откладываем отрезок [ОА]<Мдин. мин.

5. На оси ординат откладываем значения избыточных моментов и полученные точки соединяем с точкой А.

6. Из т. 0 до пересечения с горизонталью ?? проводим линию, параллельную отрезку [0-A].7. Аналогично определяем остальные точки и строим зависимости Мдв=f(t) и ?=f(t).

8. Масштаб времени определяется из соотношения:

	(52)

7. Обоснование и описание принципиальной схемы управления установкой

1. Управление приводом осуществляется вручную - дистанционно.

2. Перед включением двигателей должен быть подан предупредительный звуковой сигнал.

3. Привод транспортера должен иметь возможность кратковременно реверсироваться.

4. Остановка привода может быть произведена с пульта управления и двух мест производственного помещения.

5. Схема должна предусматривать защиту от коротких замыканий, тепловую, обрыва фаз сети и самопроизвольного пуска.

6. Реверсирование двигателя осуществляется конечными выключателями и производится без торможения противовключением.

Работа схемы управления

Защита силовой части схемы от коротких замыканий и прегрузки осуществляется посредством автоматического выключателя QF1 и SF1 для цепи управления. Для запуска электродвигателя применяется специальное устройство плавного пуска.

При нажатии на кнопку SB4 подается питание на звонок звуковую сигнализацию предупреждения о включении.

При нажатии на SB5 питание подается на катушку магнитного пускателя КМ1, его контакт КМ1:2 шунтирует кнопку, а главные контакты подают питание на двигатель кормушек. Двигатель включается.

При достижении верхней кормушки крайнего положения срабатывает конечный выключатель SQ2 и подает питание на катушку реле времени КТ1, контакт КТ1:2 которого запитывает катушку пускателя КМ2 (происходит реверс двигателя

При достижении крайнего положения срабатывает SQ1 катушка КМ2 обесточивается и процесс раздачи останавливается.

Остановка схемы производится с щита управления и двух мест производственного помещения.

8. Выбор аппаратуры управления и защиты

Для того чтобы произвести расчет пусковой и защитной аппаратуры необходимо знать номинальные данные двигателей, используемых в схеме:

Тип двигателя	Рн, кВт	КПД, %	сов ?	Sн, %	Мп / Мн	Мmах / Мн	Mmin/Мн	Iп/Iн	Момент инерции, кг·м2	Масса, кг
АИР132S4	7,50	87,5	0,86	4,0	2,0	2,5	1,6	7,5	0,028	58

Номинальный ток электродвигателя

(53)

Расчет автоматических выключателей:

Автомат выбираем из условий:

	(54)

Таким образом, автоматический выключатель должен соответствовать следующим условиям:

Выбираем АЕ2040 с =660В, =63А,

Магнитные пускатели выбираем из условий:

	(55)

Таким образом, пускатели должны соответствовать следующим требованиям:

КМ1, КМ2

КМ1: ПМЛ263103-У3

КМ2: ПМЛ263103-У3

Расчет теплового реле.

Выбираем по току уставки

(56)

Выбираем реле РТЛ 1021

Остальную аппаратуру выбираем исходя из потребности схемы.

Кнопки: КМЕ 5101 У3.

Реле времени: РВ-4-1.

Конечные выключатели: ВПК-2111

Звонки: ЗВП-220

9. Краткое описание расположения аппаратуры управления

Пульт и шкаф управления располагаются на одной площадке с приводной станцией. Они находятся в основном стойловом помещении, на видном месте, чтобы оператор мог следить за процессом и вовремя отключить транспортер.

Внутри шкафа устанавливаются: автоматические выключатели, магнитные пускатели, тепловые реле, электрический звонок.

На дверце шкафа устанавливаются кнопки управления.

Выключение транспортера возможно с трех мест помещения: с пульта управления и с двух концов здания.

10. Подсчет стоимости выбранного комплекта оборудования

Стоимость оборудования сводим в таблицу 1.

Таблица 1 - Стоимость оборудования

Наименование	Кол - во	Цена, руб.
Электродвигатель АИР 132 S4	1	22000
Магнитный пускатель ПМЛ 263103-У3	2	3033,26
Тепловое реле РТЛ 1021	1	-
Звонок электрический ЗВП-220	3	250
Кнопка управления КМЕ 5101-У3	6	250
Выключатель автоматический АЕ 2040	1	341,21
Предохранитель ПР2	1	70
Реле времени РВ-4-1	1	225
Конечный выключатель ВПК-2111	2	100
Щит управления Я5115-3474-У325А IP31	1	1270,26
Итого	19	27589,51

11. Определение устойчивости системы

Рисунок 4 - Схема автоматического управления

Управляющим устройством является двигатель, передаточная функция которого имеет вид W1=. Он оказывает воздействие на редуктор (исполнительный механизм с передаточной функцией вида W2=k). Дополнительно к этому, транспортерам присуще запаздывание: W3=е-р?.

В данных функциях:

Т - постоянная времени, с; примем Т = J•?0/Mкр=0,28•151/122,4=0,3 с;

? - время запаздывания, с; ? = 5 с.;

k - коэффициент усиления исполнительного механизма, k = 0.86.

к1=1-коэфициент усиления датчика

Общая передаточная функция всей системы будет иметь вид:

	(57)

Подставив имеющиеся значения, получаем:

Устойчивость системы определим по критерию Михайлова. Для этого знаменатель полученного выражения представляем в виде характеристического уравнения, заменяя значение «p» на «j?».

M(p)=0,3•е5р+е5р+0,86

M(j?)=0.3•ej?+ej?+0.86=0.3+0.005j?+1+0.087j?+0.86=2,16+0,092j?

Re(?)=2,16

Im(?)=0,092?

Таким образом, годограф Михайлова будет иметь следующий вид:

Рисунок 5 - Годограф Михайлова

Как видно из рисунка 4, годограф Михайлова начинается на положительной вещественной полуоси и проходит число квадрантов, соответствующее порядку характеристического уравнения, следовательно, система устойчива.

Определяем устойчивость системы по критерию Найквиста:

Замкнутая САУ будет устойчивой, если АФЧХ разомкнутой САУ не охватывает точку с координатами (-1; j0).

Для этого у передаточной функции замкнутой САУ размыкаем обратную связь и находим общую передаточную функцию разомкнутой САУ. Строим данную передаточную функцию.

; (58)

;

M(p)=0,3•е5р+е5р

Заменяем р на , получим

;

Построим АФЧХ разомкнутой САУ:

Рисунок 6 - АФЧХ разомкнутой САУ.

Так как АФЧХ разомкнутой САУ не охватывает точку с координатами

(-1; j0), то замкнутая САУ устойчива. Запас устойчивости С=2,3.

Список литературы

1. Коломиец А.П., Кондратьева Н.П., Владыкин И.Р., Юран С.И. - Электропривод и электрооборудование. - М.: КолосС, 2006

2. Кондратьева Н.П. выбор электродвигателей, аппаратуры и защиты электрических установок. - Ижевск: ИжГСХА, - 2002, - 150 с.

3. Коломиец А.П., Ерошенко Г.П., Кондратьева Н.П., Владыкин И.Р., Юран С.И. и др. Устройство, ремонт и обслуживание электрооборудования в сельскохозяйственном производстве. / Учебник. - М.: Издательский центр «Академия», 2003. - 368 с.

4. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей. - М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2003. - 208 с.

5. Правила устройств электроустановок (ПУЭ), издание седьмое, раздел 1 (главы 1.1; 1.2; 1.7; 1.9), раздел 7 (главы 7.5; 7.6; 7.10) - М.: Изд во НЦ ЭНАС, 2003. - 176 с.

6. Правила устройств электроустановок (ПУЭ), издание седьмое, раздел 6, раздел 7 (главы 7.1; 7.2). - М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2002, - 80 с.