МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ДЕПАРТАМЕНТ НАУЧНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ И ОБРАЗОВАНИЯ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ А.А.  ЕЖЕВСКОГО» (ФГБОУ ВО Иркутский ГАУ)

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

 

ПО  ЭЛЕКТРОПРИВОДУ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН

 

задание  №  27

 

 

 

 

                                                                          Выполнила  :

                                                                                     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Иркутск  2022

 

СОДЕРЖАНИЕ 

 

 

          Введение…………………………………………………………………….3

 

          1   Технологическая схема измельчителя кормов  типа

               «Волгарь-5»……………………………………………………………...4

          2   Выбор  частоты  вращения  электродвигателя,  технических

               данных ремённой передачи  и  составление  кинематической

               схемы  системы «электродвигатель-измельчитель»………………….7

          3   Расчёт  и  построение  механической  характеристики  и 

               нагрузочной  диаграммы  измельчителя………………………………9

          4   Предварительный выбор электродвигателя  по  мощности  и

               режиму  нагрузки………………………………………………………11

          5   Определение  приведённого  момента  инерции  системы :

                 « Электродвигатель - измельчитель »……………………………….12

          6   Определение  времени  пуска  системы  « Электродвигатель –

               - измельчитель »  методом  Эйлера  с  использованием  ПК……….13

          7    Расчёт  и  построение  нагрузочной  диаграммы  электродви-

                гателя за  один  цикл  работы  измельчителя………………………..20

          8    Проверка  выбранного  электродвигателя  по  нагреву,  пуско-

                вому моменту,  перегрузочной  способности  и  окончательный

                его  выбор……………………………………………………………...22

          9    Разработка  и  описание  принципиальной  схемы  управления

                измельчителем кормов типа  «Волгарь-5»…………………………..23

          10   Выбор  аппаратуры  управления  и  защиты………………………..25

 

          Список литературы………………………………………………………..30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

         Сельское хозяйство является одним из важнейших звеньев народного хозяйства. Основной задачей сельского хозяйства является обеспечение роста и устойчивости сельскохозяйственного производства, повысить эффективность земледелия и животноводства для полного удовлетворения потребностей населения в продуктах питания, промышленности в сырье.

         Большую роль в развитии сельского хозяйства играет электрификация и механизация производственных процессов. Без  электроэнергии  невозможно  нормальное   функционирование  сельского  хозяйства. Электроэнергия  используется  для  привода сельскохозяйственных  машин, освещения  и  обогрева  помещений, а также  во многих  технологических  процессах. На основе  комплексной  механизации и автоматизации сельскохозяйственных объектов,  достижений  генетики  и селекции, внедрении  новых прогрессивных  технологий  существенно повышается производство продукций животноводства. На базе электрической энергии  развивается автоматизация  производственных процессов.

На долю животноводства  приходится более 50 % потребляемой в сельском хозяйстве электроэнергии. В этой отрасли так же остро  стоят вопросы, связанные с ресурсосбережением, сокращением затрат на эксплуатационные нужды как за счет внедрения прогрессивных технологий, так и за счет рачительного отношения к используемым ресурсам. Одним из необходимых и обязательных условий является не только устойчивая кормовая база, но и применение современных способов и приемов приготовления кормовых смесей, обеспечивающих наиболее эффективное использование кормовой базы.

        Автоматизация различных технологических электроустановок, используемых в сельском хозяйстве, позволяет повысить надежность и увеличить срок службы технологического оборудования, облегчить и улучшить условия труда работающих, увеличить производительность и повысить качество работы оборудования. В современных условиях эксплуатация электрооборудования требует глубоких и разносторонних знаний, а задачи создания нового или модернизации существующего электрифицированного технологического агрегата, механизма или устройства решаются совместными усилиями технологов, механиков и электриков.

В настоящее время на промышленном методе ведения животноводства стало интенсивно развиваться механизированное приготовление кормов,

разработаны и поставлены на производство комплекты оборудования для приготовления кормовых смесей для различных видов сельскохозяйственных животных и птиц.

Накоплен большой отечественный и зарубежный опыт по разработке теоретических обоснований и  практических приемов повышения энергетической ценности потенциальных кормовых средств, в том  числе отходов растениеводства.  Известны различные способы обработки растительных материалов,  которые предполагают либо улучшение поедаемости, либо, в лучшем случае,  повышение перевариваемости питательных веществ.

1 Технологическая схема измельчителя кормов «Волгарь-5»

 

        Универсальный измельчитель кормов "Волгарь-5" является высокопроизводительной машиной, предназначенная для измельчения всех видов сочных и грубых кормов: силоса, сенажа, корнеклубнеплодов, зеленой массы, бахчевых культур, сена, соломы, веточного корма, рыбы [1].

        Он состоит из подающего транспортера 1, наклонного транспортера 2, режущего барабана первой ступени измельчения 3 с противорежущей пластиной 4, аппарата вторичного резания 5, заточного приспособления 6 и электродвигателя 7, которые расположены на корпусе (рисунок 1).

1- подающий транспортер; 2- прессующий транспортер; 3 - аппарат первичного резания;

 4 - противорежущая пластина; 5 - аппарат вторичного резания; 6- заточное приспособление; 7- электродвигатель.

 

Рисунок 1- Технологическая схема измельчителя "Волгарь-5":

 

        Корпус представляет собой сварную конструкцию из листовой прокатной стали. На передней части к корпусу крепится крышка, обеспечивающая доступ к режущему барабану 3 первой ступени измельчения и к шнеку, установленному под барабаном.

 

        Подающий транспортер 1 состоит из рамы, ведущего и ведомого валов, на которых установлены две звездочки для привода цепи планчатого транспортера. Наклонный транспортер 2 также состоит из рамы, ведущего и ведомого валов со звездочками. Ведомый вал закреплен к корпусу машины в плавающем положении.

Аппарат первичного резания предназначен для предварительной резки корма. Состоит из режущего барабана 3 и противорежущей пластины 4.

 

        Режущий барабан представляет собой вал с двумя насажанными дисками, к которым крепятся шесть спиральных ножей. Вал режущего аппарата вращается в подшипниках, запрессованных в специальные корпуса. Овальные отверстия в уголках опор корпуса измельчителя позволяют перемещать режущий барабан с подшипниками, что обеспечивает регулирование зазора между лезвиями ножей барабана и противорежущей пластиной в пределах 0,5...1,0 мм. Противорежущую пластину крепят неподвижно на раме транспортера.

 

        Аппарат вторичного резания 5 предназначен для окончательного измельчения корма. Он состоит из вала с питающим шнеком, подвижных и неподвижных ножей. Подвижные ножи крепятся на шлицевой втулке к валу, а неподвижные - планками к корпусу измельчителя. Зазор в пределах не более 0,5 мм, между подвижными и неподвижными ножами регулируют распорными кольцами, равномерность зазора по длине - при помощи четырех регулировочных болтов. На одном конце вала устанавливается шкив, передающий вращение от электродвигателя 7 на вал шнека через поводок и срезную шпильку, а на другом - автомат отключения.

        Измельчающие барабаны изготовлены в виде трубы с цапфами. По краям цапф вварены диски. На поверхности трубы имеются отверстия, в которые установлены держатели с двумя свободно подвешенными штифтами. С правой стороны барабанов на цапфах смонтированы отсекающие диски, с левой - насажаны приводные шкивы. Барабаны отличаются друг от друга размерами приводных шкивов и установкой штифтов.

 

        Автомат отключения электродвигателя представляет собой замковое устройство, сблокированное с конечным выключателем, установленным на крышке аппарата вторичного резания. Автомат состоит из двух поводков, один из которых закреплен на валу шнека, а второй - на шлицевой втулке подвижных ножей. Эти поводки жестко соединяются между собой срезной шпилькой. К концу втулки крепится замок с пружиной. В рабочем положении аппарата вторичного резания пружина полностью сжимается, и палец замка входит в отверстие поводка и фиксируется с зубом поводка. При попадании твердых предметов в аппарат вторичного резания шпилька срезается, зуб поводка выходит из зацепления, и пружина перемещает замок вдоль вала, нажимая на конечный выключатель, находящий в цепи управления катушкой магнитного пускателя, который и отключает электродвигатель от сети.

        После такого аварийного отключения машины выключают общий автоматический выключатель , открывают крышку корпуса, очищают аппарат вторичного измельчения от посторонних предметов и остатков корма, устанавливают замок в рабочее положение и забивают новую срезную шпильку.

 

        Заточное приспособление 6 предназначено для заточки ножей аппаратов первичного и вторичного измельчения. Для заточки ножей аппарата первичного резания включают измельчитель в работу. Далее, вращая штурвал против часовой стрелки, подводят каретку с наждачным сегментом к режущим кромкам ножей и, перемещая ее вдоль барабана, затачивают ножи аппарата первичного резания. После этого отводят каретку в крайнее положение и отключают измельчитель. Для заточки ножей аппарата вторичного резания их снимают и затачивают.

        Привод рабочих органов машины осуществляется от двух электродвигателей. Вращение на шкивы измельчающих аппаратов передается клиновыми ремнями от  электродвигателя М1, а привод нажимного и подающего транспортеров осуществляется клиновыми ремнями от электродвигателя М2 .

 

Технологический процесс: Подготовленный к измельчению корм укладывают ровным слоем на подающий транспортер. Перед измельчением масса уплотняется наклонным транспортером и направляется к режущему барабану аппарата первичного резания, где предварительно измельчается на частицы размером 20...80 мм, затем, попав в питающий шнек, направляется в аппарат вторичного резания и окончательно измельчается до размера 2...10 мм. Измельченная масса через окно выбрасывается на загрузочный транспортер и подается в кормораздатчик или на другую машину технологической линии для дальнейшей обработки.

 

Технологические регулировки: Степень измельчения корма регулируют изменением угла установки подвижных ножей аппарата вторичного резания по отношению к отогнутому концу витка шнека. Для приготовления корма птице угол между лезвием первого подвижного ножа и линией конца витка шнека устанавливают равным 9⁰ по направлению вращения, а для свиней - 54⁰ против направления вращения. Все последующие ножи устанавливают через 72⁰ против направления вращения. Для измельчения корма крупному рогатому скоту ножи аппарата вторичного резания снимают [3],[5].

 

Таблица 1- Технические характеристики измельчителя «Волгарь-5»

Наименование	Величина
Производительность при измельчении, т/ч - силоса - корнеклубнеплодов - зелёной массы - сена, соломы	5,0 10 3,0 ÷ 5,0 0,8  ÷ 1,0
Частота вращения режущего барабана, об/мин	725
Частота вращения шнека и аппарата вторичного резания, об/мин	1100
Габаритные размеры, мм	2400×1330×1350
Масса, кг	1175

 

 

 

 

 

Модернизированный измельчитель Волгарь-5 согласно задания:

 

        По исследованиям МИИСП , индивидуальный электропривод режущего и измельчающего барабанов и электропривод подающего и прессующего транспортеров улучшает условия работы электропривода и повышает энергетические показатели: увеличивается коэффициент мощности, повышается коэффициент полезного действия (КПД). Поэтому устанавливаем на измельчитель «Волгарь-5» два электродвигателя: М1- для привода барабанов, М2- для привода транспортёров.

 

 

2  Выбор частоты вращения электродвигателя, технических данных

ремённой передачи и составление кинематической схемы системы

«электродвигатель - измельчитель»

 

Таблица 2 –Технические данные  режущего барабана измельчителя кормов типа  «Волгарь-5».

Обозначение	Наименование	Величина
К	Количество ножей режущего барабана, шт	6
S	Площадь сечения горловины, м2	0,072
D	Диаметр режущего барабана, мм	800
mб	Масса барабана на холостом ходу, кг	22
q	Удельное сопротивление резания, Н/м	3500
nб	Частота вращения режущего барабана, об/мин	725
i	Передаточное отношение клиноремённой передачи, о.е.	1,92
	При работе режущего аппарата отклонение от момента сопротивления номинального в меньшую и большую сторону составляет, %	40
	Мощность, необходимая для вращения измельчающего барабана, составляет 40% от мощности  вращения режущего барабана

   

           

Режущий  барабан  имеет  частоту  вращения  n_б = 725 об/мин.  Определяем частоту вращения  электродвигателя  с  к.з.  ротором, n_дв, об/мин, по  формуле:

                               n_дв = i  · n_б ,                                                                         (1)

 

                               n_дв = 1,92 · 725 = 1392 об/мин;

 

Так как частота вращения электродвигателя n_дв = 1392 об/мин, то выбираем асинхронный электродвигатель с к.з. ротором с синхронной частотой вращения   n_с = 1500 об/мин.

 

Определяем  скорость  вращения  ω_дв, рад/с,   электродвигателя :

                      ,                                                                               (2)

где  n_с – синхронная  частота  вращения  электродвигателя, об/мин;

 

                     рад/с ;

 

             Электродвигатель (М1) с валом измельчающего и режущих барабанов соединяются при помощи  клиновидных ремней  (рисунок 2).

 

 

Рисунок 2- Общий вид измельчителя «Волгарь-5»

 

 

Рисунок 3 -  Кинематическая схема  системы  «электродвигатель-

- режущий и измельчающий барабаны»  соединённых  при  помощи  клиноремённых передач

Таблица 3 - Техническая  характеристика  клиноремённой передачи режущего барабана

Тип передачи	Тип ремня	Значение передаточного отношения,  i	Коэффициент полезного действия, ηп
Открытая	клиновидный	1,92	0,98

 

 

3   Расчёт  и  построение  механической  характеристики  и  нагрузочной  диаграммы  режущего барабана

 

           Механическая характеристика рабочей машины представляют собой зависимость между моментом сопротивления рабочей машины и ее скорости вращения.

  Механические характеристики рабочих машин в общем случае описываются уравнением:

 

                      М_с = М_тр + ( М_с.н.- М_тр ) (w/w_дв )^х ,                                                  (3)

 

где  М_с – момент  сопротивления  рабочей  машины,  Н∙м ; 

       М_с.н.- момент  сопротивления  номинальный  рабочей  машины, Н∙м ;

       М_тр- момент  трогания  рабочей  машины, Н∙ м ;

       w- скорость  вращения  вала  рабочей  машины,  рад/с ;

       w_дв- скорость  вращения  электродвигателя, рад/с ;

       х – коэффициент  характеризующий  форму    механической  характерис-

             тики  рабочей  машины.

    

Для  режущего барабана :  М_тр= 0,2 М_с.н. ;  х = 2,  тогда уравнение  механической  характеристики  (3)  для  барабана  примет  вид :

 

                   М_с = 0,2 М_с.н.+ 0,8 М_с.н. ( w/w_дв)²,                                                 (4)

 

        Мощность измельчения электродвигателя  режущего барабана  Р_из, Вт,  определяется  по  формуле : [8]

 

                                   Р_из = Р_рез. + Р_под. + Р_х.х. ,                                                  (5)

 

где  Р_рез.- мощность  резания, Вт;

       Р_под – мощность  механизма  подачи (транспортёров), Вт, (так как транспортёры приводятся от отдельного электродвигателя, следовательно, Р_под=0.

       Р_х.х. – мощность  холостого  хода  режущего барабана, Вт;

 

        Мощность  резания  Р_рез. , Вт,  определяется  по  формуле :

 

                                  Р_рез. = F· υ =  k · а· в· q · n,                                                 (6)

 

где  F – сила  резания, Н ;

       υ – скорость  резания, м/с ;

       k – число  ножей ;

       «а» и  «в»-  высота  и  ширина  горловины, м;

       q – удельное  сопротивление  резания, Н/м;

       n – частота  вращения  вала  режущего  барабана, об/с ;

                                  

                               Р_рез = 6 · 0,072  · 3500  ·725/60 = 18270 Вт

 

В  результате  экспериментальных  исследований  установлено  соотношение  мощностей :

                                  Р_рез. : Р_х.х. =  3 : 1,                                                                  (7)

 

                              Р_из  =  · Р_рез.= 1,33 · Р_рез ;                                                       (8)                                        

 

                               Р_из = 1,33 · 18270  = 24299 Вт = 24,299 кВт.

 

                             

  Определяем  момент  сопротивления  номинальный М_с.н., Н∙м, режущего барабана :

 

                                   М_с.н. =1000  ,                                                               (9)

 

                     М_с.н. = М_экв1 =  1000   = 154,8 Н∙м  ;

                     М_тр = 0,2  × 154,8 =  30,96  Н∙м ;

 

                     М_с = 0,2∙154,8 + 0,8∙154,8 ∙  ( w / 157 )²   ; 

 

 

Таблица 4 -Координаты точек механической характеристики

режущего барабана

ω	0	40	80	150
Мс	30,96	38,9	63,1	113

                  

 

 

 

Рисунок 4- Механическая характеристика режущего барабана

 

Характер  нагрузки  измельчителя  «Волгарь-5» :  длительный  режим  работы,  переменная  нагрузка.  ( t_р = с 8час. до 12 час. и с 13 час. до 17 час)

 

Рисунок 5- Нагрузочная диаграмма режущего барабана

 

4   Предварительный выбор электродвигателя  по  мощности  и режиму  нагрузки

 

Определяем  расчётную мощность Р_расч, кВт, электродвигателя  режущего и измельчающего барабанов:

 

                            Р_расч = k₃ ∙( Р_экв1 + Р_экв.2),                                                         (10)

 

где  Р_экв1- эквивалентная  мощность необходимая для привода режущего

                 барабана, кВт;

       k₃ – коэффициент  запаса;  k₃ = 1,05 [6]

 

                             Р_экв1 = М_экв1 · ω_дв ,                                                                   (11)

 

                             Р_экв1 = 154,8 · 157 = 24304 Вт,

 

Определяем мощность эквивалентную Р_экв.2, Вт, необходимую для привода

измельчающего барабана, которая составляет 40% от Р_экв.1  :

 

                              Р_экв.2 = Р_экв.1 · 0,4,                                                                   (12)

 

                              Р_экв.2 = 24304 · 0,4 = 9722 Вт,

                                                                   

                             P_расч= 1,05(24304 + 9722) = 35727 кВт;

 

           Выбираем  асинхронный  электродвигатель  с  короткозамкнутым  ротором  длительного  режима  (S1)  c  синхронной  частотой  вращения

n_c = 1500 об/мин  типа  АИ  на  длительную  нагрузку  согласно  условия :

 

                               Р_н ³ Р_расч ;                                                                             (13)

 

где     Р_н- номинальная мощность электродвигателя, кВт.

 

Таблица  5 - Технические данные электродвигателя  АИР200М4

Рн, кВт	nн, об/мин	Iн А	hн %	соsjн	i	mп	mк	R1/	R2//	Jдв кг∙м2	m кг
37,0	1470	68,3	92	0,89	7,5	1,7	2,7	0,039	0,018	0,27	245

 

 

5  Определение приведенного момента инерции системы

«электродвигатель – измельчитель»

 

        Момент инерции системы  J_сист, кг∙м², определяется  по  формуле:

 

                                    J_сист = J_дв + J_пер + J_бар1 + J_бар2 ,                                   (13)

 

где   J_дв – момент инерции ротора двигателя,  кг∙м² ;

        J_пер – момент инерции клиноремённой передачи, кг∙м²;

        J_бар1 – момент инерции режущего барабана, приведённый к валу электродвигателя, кг∙м².

        J_бар2 - момент инерции измельчающего барабана, приведённый к валу электродвигателя, кг∙м². (J_бар2 = 0,4 J_бар1)

 

                     J_пер = 1,1∙ J_дв  =  1,1∙ 0,27 = 0,297 кг∙м²,                                      (14)

 

       Определяем момент инерции  режущего барабана J_б , кг∙м² ,

относительно своей оси:

 

                      J_б = m · ,                                                                                  (15)

где  m- масса барабана, кг;

       R- радиус барабана, м.

 

                      J_б = 22 ·  = 1,76 кг∙м²,

                       J_бар1 =  J_б / i² ,                                                                                (16)

                       J_бар =  1,76 / 1,92² = 0,477 кг∙м² ,                                                                                                                                                                                                  

                       J_сист = 0,27 + 0,297 + 0,477 + 0,4·0,477 = 1,23 кг∙м²

 

                  

6  Определение времени пуска системы  ”электродвигатель- измельчающий барабан” методом Эйлера с использованием  ПК

 

Для  определения  времени пуска  системы  ”электродвигатель-рабочая  машина ” нужно  решить  относительно  времени   основное  уравнение  движения  электропривода:

                М_дв – М_с  =  J_сист         ,                                                               (17)

 

где    М_дв -  вращающий  момент  электродвигателя,  Н м ;

М_с – момент  сопротивления  рабочей  машины, Н м ;

J_сист – момент инерции системы ”двигатель-вентилятор”,кг∙м² ;

dw/dt -  ускорение  электропривода  при  вращательном  движении, рад/с².

 

Метод  Эйлера  предусматривает  замену  дифференциалов  переменных  их приращениями :

                 Dt  =  J_сист         ,                                                           (18)

На  основе  известных  математических  зависимостей (уравнение  Клосса,  уравнение  ” рабочей машины ” )  составляется  блок-схема  алгоритма расчета  времени  пуска  электропривода  режущего и измельчающего барабанов.

Расчет выполняется  с  использованием  электронной  таблицы  EXCEL. [6].

 

            М_с.н.общ  = М_экв1+ М_экв2 = 154,8 + 0,4 ·154,8 = 216,7 Н·м;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 6 - Блок-схема алгоритма расчета времени пуска системы

“двигатель – режущий и измельчающий барабаны”

 

Таблица 6 - Инструкция по заполнению электронной таблицы  EXCEL                            для реализации вычислительного алгоритма времени пуска системы

”двигатель–измельчители”

 

 

Ячейка		Значение
A1	(A1-I1)	”Определение времени пуска системы”
A2	(A2-I2)	” ”двигатель-рабочая машина” методом Эйлера”
A3	(A3-I3)	”(”двигатель”-асинхронный электродвигатель с к. з. ротором;”
A4	(A4-I4)	” ”рабочая машина”-измельчающий барабан)”
B6	(B6-G6)	”Исходные данные”
A8		”Тип двигателя”
B8		”Рн, кВт”
C8		”nс, об/мин”
D8		”nн, об/мин”
E8		”mк”
F8		”R1|”
G8		”R2||”
H8		”Jсист, кг*м2”
I8		”Мс.н., Н*м”
B12	(B12-G12)	”Промежуточные расчеты”
B14		”wн, рад/с”
C14		”Мн, Н*м”
D14		”Мкр, Н*м”
E14		”Sн”
F14		”Sкр”
G14		”а ”
B15		=3,14*D9/30
C15		=1000*B9/B15
D15		=E9*C15
E15		=(C9-D9)/C9
F15		=E15*(E9+КОРЕНЬ(СТЕПЕНЬ(E9;2)-1))
G15		=F9/G9
A18	(A18-F18)	”Данные для построения механических”
A19	(A19-F19)	”характеристик двигателя и измельчительного барабана”
А21		”S”
Ячейка		Значение
B21		”wн, рад/с”
C21		”Мдв, Н*м”
D21		”Мс, Н*м”
E21		”t, сек”
А22		=0
B22		=3,14*C9*(1-A22)/30
C22		=0
D22		=0,2*I9+0,8*I9*СТЕПЕНЬ(B22/B15;2)
E22		=((H9*(B22-B23))/(C22-D22))+E23
А23		=A24-0,1
B23		=3,14*C9*(1-A23)/30
C23		=2*D15*(1+G15*F15)/(A23/F15+F15/A23+2*G15*F15)
D23		=0,2*I9+0,8*I9*СТЕПЕНЬ(B23/B15;2)
E23		=((H9*(B23-B24))/(C23-D23))+E24
А24		=A25-0,1
B24		=3,14*C9*(1-A24)/30
C24		=2*D15*(1+G15*F15)/(A24/F15+F15/A24+2*G15*F15)
D24		=0,2*I9+0,8*I9*СТЕПЕНЬ(B24/B15;2)
E24		=((H9*(B24-B25))/(C24-D24))+E25
А25		=A26-0,1
B25		=3,14*C9*(1-A25)/30
C25		=2*D15*(1+G15*F15)/(A25/F15+F15/A25+2*G15*F15)
D25		=0,2*I9+0,8*I9*СТЕПЕНЬ(B25/B15;2)
E25		=((H9*(B25-B26))/(C25-D25))+E26
А26		=A27-0,1
B26		=3,14*C9*(1-A26)/30
C26		=2*D15*(1+G15*F15)/(A26/F15+F15/A26+2*G15*F15)
D26		=0,2*I9+0,8*I9*СТЕПЕНЬ(B26/B15;2)
E26		=((H9*(B26-B27))/(C26-D26))+E27
А27		=A28-0,1
B27		=3,14*C9*(1-A27)/30
C27		=2*D15*(1+G15*F15)/(A27/F15+F15/A27+2*G15*F15)
D27		=0,2*I9+0,8*I9*СТЕПЕНЬ(B27/B15;2)
E27		=((H9*(B27-B28))/(C27-D27))+E28
А28		=A29-0,1
B28		=3,14*C9*(1-A28)/30
C28		=2*D15*(1+G15*F15)/(A28/F15+F15/A28+2*G15*F15)
Ячейка		Значение
D28		=0,2*I9+0,8*I9*СТЕПЕНЬ(B28/B15;2)
E28		=((H9*(B28-B29))/(C28-D28))+E29
А29		=A30-0,1
B29		=3,14*C9*(1-A29)/30
C29		=2*D15*(1+G15*F15)/(A29/F15+F15/A29+2*G15*F15)
D29		=0,2*I9+0,8*I9*СТЕПЕНЬ(B29/B15;2)
E29		=((H9*(B29-B30))/(C29-D29))+E30
А30		=A31-0,1
B30		=3,14*C9*(1-A30)/30
C30		=2*D15*(1+G15*F15)/(A30/F15+F15/A30+2*G15*F15)
D30		=0,2*I9+0,8*I9*СТЕПЕНЬ(B30/B15;2)
E30		=((H9*(B30-B31))/(C30-D30))+E31
А31		=A32-0,1
B31		=3,14*C9*(1-A31)/30
C31		=2*D15*(1+G15*F15)/(A31/F15+F15/A31+2*G15*F15)
D31		=0,2*I9+0,8*I9*СТЕПЕНЬ(B31/B15;2)
E31		=((H9*(B31-B32))/(C31-D31))+E32
А32		=1
B32		=0
C32		=2*D15*(1+G15*F15)/(A32/F15+F15/A32+2*G15*F15)
D32		=0,2*I9+0,8*I9*СТЕПЕНЬ(B32/B15;2)
E32		=0
J34	(J34-R34) (J36-R36)	”Рис. 7. Определение времени пуска системы ”двигатель-измельчитель” методом Эйлера (tmax=tпуска)”
Объект 26		=ВНЕДРИТЬ(”диаграмма Microsoft Graph”) =Мдв(S) Значения Х: “=Лист1!$A$22:$A$32” Значения Y: “=Лист1!$C$22:$C$32” =Мсопр(S) Значения Х: “=Лист1!$A$22:$A$32” Значения Y: “=Лист1!$D$22:$D$32”
Объект 27		=ВНЕДРИТЬ(”диаграмма Microsoft Graph”) ="S(t)" Значения Х: “=Лист1!$A$22:$A$32” Значения Y: “=Лист1!$E$22:$E$32”

 

 

 

 

 

Определение  времени  пуска  системы  «электродвигатель-вентилятор:

 

Таблица 7 - Исходные данные

 

Тип двигателя	Pн, кВт	nс, об/мин	nн, об/мин	μк
АИР200М4	37	1500	1470	2,7

 

 

Продолжение таблицы 7

R1|	R2||	Jсист,кг*м2	Мс.н., Н*м
0,039	0,018	1,23	216,7

 

 

Таблица 8 - Промежуточные расчеты

 

wн, рад/с	Мн, Н*м	Мкр, Н*м	Sн	Sкр	а
153,86	240,48	649,29	0,02	0,10	2,17

 

 

 

Таблица 9 - Данные для построения механических  характеристик двигателя                  

                      и измельчающих барабанов

 

S	wн, рад/с	Мдв, Н*м	Мс, Н*м	t, сек
0,00	157,00	0	223,85	0,763
0,10	141,30	648,85	189,55	0,849
0,20	125,60	550,31	158,87	0,807
0,30	109,90	432,66	131,79	0,758
0,40	94,20	349,66	108,32	0,694
0,50	78,50	291,51	88,47	0,614
0,60	62,80	249,27	72,22	0,519
0,70	47,10	217,42	59,59	0,409
0,80	31,40	192,65	50,56	0,287
0,90	15,70	172,86	45,15	0,151
1	0	156,72	43,34	0

 

 

 

Рисунок 6 - Определение рабочего скольжения  S_раб

 

 

Рисунок 7 - Определение времени пуска системы "двигатель-измельчающие барабаны" методом Эйлера (t_max = t_пуска)

7  Расчет и построение нагрузочной диаграммы электродвигателя за один цикл работы  измельчителя

 

Нагрузочная диаграмма электродвигателя представляет собой зависимость М_дв = f(t), включая время пуска, время работы и время торможения.

 

 

Рисунок 8 - Нагрузочная диаграмма электродвигателя

 

t_п – время пуска электродвигателя измельчителей определяется из рисунка 7;

 t_п = 0,86 с,

t_р – время работы электродвигателя : t_р = 4 ч, или 14400 с.

t_т – время торможения электродвигателя, с.

 

                                                   t_т =   ,                                               (19)

 

 где     J_сист – момент инерции системы, кг∙м²;

          ω_раб – рабочая скорость вращения электропривода, рад/с;

          М_с.н. – момент сопротивления номинальный  измельчителей, Н∙м.

 

 Рабочая скорость вращения электропривода ω_раб, рад/с,   определяется  по  формуле :

 

                                           ω_раб =  ω_с ( 1 – S_раб ),                                             (20)

 

где     ω_с – синхронная скорость вращения электродвигателя, рад/с ;

           S_раб – рабочее скольжение, берется из рисунка 6 ; S_раб = 0,02.

 

                                ω_раб =  157 ∙ ( 1 – 0,02 )  = 153,8 рад/с ;

                                                                        

                                           

 

 

8  Проверка  выбранного  электродвигателя  и  окончательный  его  выбор

 

 а) Проверка  электродвигателя по нагреву:

 

Так как время пуска менее 8 секунд, нет электрического торможения, то условие: Р_н  ≥ Р_экв выполняется,  следовательно, электродвигатель по нагреву проходит.

 

б) Проверка  электродвигателя по пуску:

 

                                                                                           (21)

 

где    М_пуск - момент пусковой электродвигателя, Н·м;

М_ТР – момент трогания измельчающего барабана, Н·м;

=0,8 – коэффициент, учитывающий возможное снижение напряжения  

               в  сети ;

 

Определяем пусковой момент  М_пуск, Н·м,  электродвигателя:

 

                                              М_пуск = μ_п ∙ М_н ,                                                  (22)

 

где     М_н – момент номинальный электродвигателя, Н·м;

 µ_п – кратность пускового момента, µ_п = 2,2;

 

                                   М_пуск = 1,7 ∙ 240,48 = 408,8 Н·м;

 

Для измельчителей момент трогания   М_тр, Н·м, определяется по формуле:

              М_тр = 1,1 М_с.н.общ = 1,1 ·216,7 = 238,37 Н·м;

 

 Условие   = 298;  выполняется, следовательно, электродвигатель  по  пуску проходит.

 

 

  в) Проверка электродвигателя по перегрузке:

 

                                                ,                                                (23)

где М_макс = М_кр –максимальный момент электродвигателя, Н·м,

       М_{макс.гр.} – момент максимальный электродвигателя во время его работы

                        (берётся из графика нагрузочной диаграммы электродвигателя:

                         М_{макс.гр} = 320 Н·м);

 

Определяем критический момент М_кр, Н·м, по формуле:

 

                                М_кр = μ_к ∙ М_н ,                                                                  (24)

 

                                М_кр = 2,7 ∙ 240,48 = 649,3 ,                                                                                         

 

                                , - условие выполняется, следовательно, по перегрузке электродвигатель проходит.

  

Окончательно выбираем  асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором на напряжение переменного тока 380/220 В  степени  защиты  IP54 типа АИР200М4У2:

 

А – асинхронный;

И – унифицированная  серия  (Интерэлектро);

Р – привязка  мощности  к  установочным  размерам  по  РС3031-71;

200 – габарит  (высота  оси  вращения ), мм;

М – установочный размер по длине станины;

4 – число полюсов;

У – умеренный  климат;

2 – категория  размещения  (под  навесом ).

 

Степень  защиты IP54 :

 

IP – International  Protection – обозначение  международной  системы  степени

        защиты;

5 – защита  от  пыли;

4 -  защита  от  брызг. [6]

 

 

9    Разработка  и  описание  принципиальной  схемы  управления

измельчителем кормов типа  «Волгарь-5»

 

     Электрическая схема управления измельчителем кормов типа «Волгарь-5» (рисунок 9) работает в ручном режиме. Включаем автоматический выключатель QF, загорается сигнальная лампочка HL1, указывающая на наличие напряжения на схеме управления.

     Включаем автоматические выключатели QF1 и QF2.  Нажимаем кнопку

«Пуск» SB2, получает питание катушка реле времени  КТ и звенит звонок НА, предупреждая обслуживающий персонал о начале работы измельчителя, замыкается контакт КТ-1, тем самым блокируя кнопку «Пуск» SB2.

По истечению 4-6 секунд заканчивается выдержка времени реле КТ и контакт КТ-2 замыкается.  Получает питание катушка магнитного пускателя КМ1, срабатывают все его контакты : 

 

Рисунок 8 – Принципиальная электрическая схема управления

измельчителем типа «Волгарь-5»

 

теряют питание катушка КТ1 и звонок НА, катушка КМ1 продолжает питание через контакт КМ1-1, на электродвигатель М1 подаётся сетевое напряжение и загорается сигнальная лампочка HL2, указывающая на работу электродвигателя  М1. Контакт КМ1-3 подготавливает к включению сеть катушки магнитного пускателя КМF.

        Нажимаем кнопку «Пуск» SB4, получает питание катушка «Вперёд» реверсивного магнитного пускателя КМF, срабатывают все контакты: подключается электродвигатель М2 к сети, блокируется кнопка SB4, загорается сигнальная лампочка HL3.

          Если при работе загрузочного транспортёра произошло заклинивание измельчаемого материала , то нажимаем кнопку «Стоп» SB3, теряет питание катушка КМF,  контакты КМF возвращаются в исходное положение и электродвигатель М2 останавливается. Затем нажимаем кнопку «Пуск» SB5 и держим в замкнутом состоянии для того, чтобы катушка КМR «Назад» получала питание и электродвигатель М2 реверсировался- планчатой транспортёр пошёл в обратную сторону, тем самым ликвидируя заклинивание. После устранения заклинивания опускаем кнопку «Пуск» SB5 и нажимаем кнопку «Пуск» SB4 и снова запускаем электродвигатель М2 при питании катушки  КМF «Вперёд».

Схема управления защищается от токов короткого замыкания предохранителем FU. Электродвигатели М1 и М2 защищаются от токов к.з. и перегрузки автоматическими выключателями QF1и QF2 с комбинированным расцепителем, а также для защиты от перегрузки предусмотрены тепловые реле КК1 и КК2, встроенные в магнитные пускатели КМ1 и  КМF для большей надёжности.

Аппарат вторичного резания снабжён предохранительным устройством, которое через конечный выключатель SQ отключает электродвигатель режущего и измельчающего барабанов при перегрузках, нарушениях режима и т.п.

 

 

10  Выбор аппаратуры управления и защиты

 

а)  Выбор автоматического выключателя QF1:

 

Выбираем  автоматический  выключатель  ВА47-100  для  электродвигателя  М1  ( АИР200М4СУ2;  Р_н = 37 кВт;  I_н =68,3 А ;  i = 7,5  [6]

 

Выбираем автоматический выключатель  ВА47-100-3С с  комбинированным  расцепителем  I_н.в.= 100А;  I_н.расц.= 100 А.   согласно условий:

 

1) Номинальное напряжение автоматического выключателя должно соответствовать напряжению сети:

 

                              U_н.в. ≥  U_с ,                                                                  (25)

 

где    U_н.в - номинальное напряжение выключателя, В;

         U_с - напряжение сети, В.

 

                             400 В > 380В

 

2) Номинальный ток автоматического выключателя должен соответствовать длительному расчетному току электродвигателя:

 

                               I_н.в. ≥  I_н ;                                                                    (26)

 

                              100 А  > 68,3 А.

 

3) Номинальный ток любого расцепителя автомата должен соответствовать длительному расчетному току электродвигателя :

 

                              I_н.расц. ≥ 1,25 · I_н ;                                                        (27)

 

где    I_н.расц. - номинальный ток расцепителя, А

 

                         100 А > 1,25  · 68,3 = 85,4 А ;

 

б)  Выбор магнитного пускателя  КМ1

 

        Выбираем  магнитный  пускатель для  электродвигателя  М1 

(АИР200М4СУ2; Р_н = 37 кВт;  I_н =68,3 А ;  i = 7,5)   типа  ПМ12- 100210У2А .

где    ПМ12 – серия;

         1,2,3 цифры (100) - величина пускателя по току (до 100А);

         4 цифра (2) - исполнение по назначению и наличию теплового реле (нереверсивный c теплового реле);

         5 цифра (1)  - исполнение по степени защиты и наличию кнопок (IP54 без кнопок);

         6 цифра (0) - исполнение пускателя по числу и исполнению контактов вспомогательной цепи (1 замыкающий),

         7 буква (У) - климатическое исполнение (для умеренного климата);

         8 цифра (2) - категория размещения (под  навесом);

         9 буква (А) - износостойкость контактов (2...4 млн. циклов).

 

 

в) Выбор сигнальной  лампы  HL1 :

 

Выбираем  светодиодную сигнальную лампу типа  СКЛ12.

 

СКЛ – светодиодная коммутаторная лампа;

12 - технические условия на лампы СКЛ, где 12 соответствует  номеру лампы

       01 до 33;

 

Таблица 10- Технические данные светодиодной сигнальной лампы типа СКЛ12

Наименование	Величина
Напряжение питания, В	220
Ток лампы, мА	20
Гарантийная наработка на отказ, час	25000
Степень защиты	IP-54 по ГОСТ 14254-96
Температура окружающей среды, 0С	от −60  до +60
Угол обзора, град	120
Цвет свечения	красный, желтый, зеленый, оранжевый, синий, белый.

 

г)  Выбор кнопочного поста управления  SB1÷ SB2

 

Выбираем  кнопочный  пост  типа  ПКЕ.

 

Структура условного обозначения:

ПКЕ-622-2У3

         6 - "Пуск", "Стоп" - для встройки в нишу;

         2 - степень защиты  IР54  со  стороны  управляющих  элементов;

         2 - материал корпусных деталей (пластмасса);

         2 - количество управляющих элементов;

         У3 - климатическое исполнение (У- для  умеренного  климата),

                  категория размещения  ( 3 – в закрытых  помещениях  с  ес-

                  тественной  вентиляцией). 

 

д) Выбор конечного выключателя SQ:

 

        Выбираем конечный выключатель типа ВК-200-БР-11-67-У2, предназначенный  для срабатывания в электрических цепях управления переменного тока напряжением до 500 В, под воздействием управляющих упоров (кулачков) в определённых точках пути контролируемого объекта.

Структура условного обозначения:

 

ВК – выключатель конечный;

200 – без сальникового ввода;

Б – биметаллические контакты- 1000000 циклов ВО;

Р – рычаг с роликом- вид привода;

1 – вид и количество контактов (1з+1р);

1 – базовый способ крепления;

67 – степень защиты  (IP67);

У2 – климатическое исполнение и категория размещения.

 

Таблица 11 - Технические характеристики конечного выключателя

типа  ВК-200-БР-11-У2

Наименование	Величина
Ток продолжительного режима, А	16
Номинальное рабочее напряжение, В	220
Вид и количество контактов	1з+1р
Режим работы	повторно-кратковременный
Материал корпуса	силумин
Вид климатического исполнения и категория размещения	У2
Степень защиты	IP67
Масса, кг	0,7

 

 

е)  Выбор  реле  времени  КТ :

 

Выбираем реле времени типа ВЛ-66-УХЛ4, предназначенное для коммутации с нормируемыми, предварительно устанавливаемыми выдержками времени электрических цепей и применяются в схемах автоматики.

        Электронные  реле  времени  серии  ВЛ  построены  на  полупроводниковых  элементах  с  применением  микросхем,  отличаются  высокой  надёжностью  работы  и  широкой  номенклатурой  исполнения. В  реле  типа  ВЛ-66-УХЛ4  применяется  явление  заряда  конденсатора.

 

Таблица 12 - Технические характеристики реле времени ВЛ-66-УХЛ4

Наименование	Величина
Тип аппарата	однокомандный
Количество, исполнение и тип контактов	1з+1р с выдержкой времени; 1 переключающий мгновенного действия
Регулируемая выдержка времени, с	1 - 99
Потребляемая мощность, ВА	6

 

 

          ж)  Выбор звуковой сигнализации  НА

 

Выбираем  звонок  громкого  боя  переменного  тока  типа  МЗ-2. Звонок громкого боя МЗ-2 предназначен для подачи звуковых сигналов большой мощности  отличных от производственных шумов, обеспечивающих их слышимость на значительном расстоянии. Применяется в системах сигнализации, служащих для защиты от взлома и пожара административных, промышленных, сельскохозяйственных, торговых объектов и личного имущества граждан: квартир, гаражей, садовых участков, наиболее ценных предметов.

 

 

   Таблица 13 – Технические характеристики звонка громкого боя типа МЗ-2

Наименование	Величина
Напряжение питания переменного тока,  В	220
Потребляемая мощность, Вт	30
Сила звука, Дб	100
Габаритные размеры, мм	340×300×95
Масса, кг	1,2
Тип корпуса	металлический, алюминиевый

 

 

и)  Выбор  предохранителя  FU:

        

        При  выборе  номинального  тока  плавкой  вставки  предохранителя   для  защиты  от  токов  к.з.  цепей   управления  и  сигнализации   пользуются  следующим  соотношением  :

                    I_н.пл. = k_o  ( +  I_вкл.max.  )                                                        (28)

где  k_o -  коэффициент  одновременности  подключаемой  аппаратуры

               управления,  защиты,  сигнализации  и т.д.

       k_o = 0,8¸ 1 ;  если  все  аппараты  подключаются  одновременно,

                              тогда   k_o = 1 ;

       I_уд. – длительный  номинальный  ток  протекающий  по  катушке

               аппарата  ( ток  удержания ), А;

       I_вкл. – ток  включения  аппарата  (  пусковой  ток  аппарата ),А;

        - суммарный  номинальный  ток  одновременно  работающих

                        аппаратов  без  аппарата  с  наибольшим  током   включения, А;

       I_вкл.max.  -  наибольший  ток  включения  самого  мощного   аппарата

                          из  одновременно  работающих, А.

        

            I_уд = S / U                                                                                        (29)

 

Одновременно  работают :  НL1, HL2, HL3,   КМ1, КМF.

 

Находим расчетные токи для аппаратуры:

Для  КМF:                 I =  8 / 220 = 0,036 A;

Для КМ1                       I_вкл = 360/220 = 1,63 А;

Для  НL1 :                     I  = 0,02 А:

 

           I_н.пл. = 1·( 0,02 ·3 + 0,036 + 1,63  ) = 1,726 А ;

 

Выбираем  керамический  цилиндрический  плавкий предохранитель  типа  ВП1-1 с номинальным  током  плавкой  вставки = 2А.

 

Таблица 14 -Техническая  характеристика  предохранителя  типа  ВП1-1

Наименование	Величина
Тип	ВП1-1  (В-вставка; П-плавкая)
Материал	керамика
Номинальное напряжение, В	250
Контакты	цилиндрические
Длина корпуса, мм	15
Диаметр корпуса, мм	4
Рабочая температура, 0С	- 60...100
Номинальный ток патрона, А	5
Номинальный ток плавкой вставки, А	0,25; 0,5; 1; 2; 3; 4; 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ

 

1.    Дайнеко В.А., Ковалинский А.И. Электрооборудование  сельскохо-

       зяйственных  предприятий. – Минск.: Новое знание,  2008. – 319 с.

2.    Елизаров И.А., Мартемьянов Ю.Ф., Схиртладзе А.Г. Технические сред-

       ства  автоматизации.- М.: Машиностроение-1, 2004. - 180 с.

3.    Епифанов А.П., Гущинский А.Г., Малайчук Л.М. Электропривод  в

       сельском  хозяйстве.- М.: ЛАНЬ, 2010.- 218 с.

4.    Логинов А.Ю., Боннет В.В. Аппаратура  управления  и  защиты  в  элек-

       троприводах. Электромагнитные пускатели и контакторы.- Иркутск.:

       ИрГАУ, 2016.- 90 с.

5.    Кудрявцев И.Ф. Электрооборудование и автоматизация сельскохозяй-

       ственных агрегатов и установок.- М.: ВО Агропромиздат, 1998.-479 с.

6.    Рычкова Л.П., Боннет В.В.  Электропривод  сельскохозяйственных 

       машин.  Курсовая  работа.– Иркутск.: ИрГСХА, 2011.-138 с.

7.    Рычкова Л.П., Боннет В.В. Аппаратура  управления  и  защиты  в 

       электроприводах. Выключатели и переключатели.-Иркутск.: ИрГСХА,

       2014.-128 с.

8.    Фоменков А.П. Электропривод сельскохозяйственных машин, агрегатов

       и поточных линий.- М.: Колос, 1998-288 с.