90151

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ЛОПАСТНОЙ МЕШАЛКИ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ХЛЕБОБУЛОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Анализ состояния проблемы Описание технологического процесса приготовления хлебобулочных изделий Описание рабочей машины Выбор электродвигателя и редуктора Предварительный расчет мощности электродвигателя Расчет моментов статических сопротивлений Обоснование выбора рода тока и типа электропривода...

Русский

2015-05-30

82.59 KB

10 чел.

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«Могилевский государственный университет продовольствия»

Кафедра автоматизации технологических процессов и производств

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ЛОПАСТНОЙ МЕШАЛКИ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ХЛЕБОБУЛОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Курсовой проект

по дисциплине «Автоматизированный электропривод отрасти»

Специальность 1 - 53 01 01 «Автоматизация технологических процессов и

Производств»

Специализация 1 - 53 01 01-06 «Автоматизация технологических процессов и производств (пищевая промышленность)»

Руководитель проекта

к.т.н., доцент

___________ М.М.Кожевников

«____»____________2014 г.

Выполнила

студентка группы АТПП-101

_______________Д.И.Шпакова

«____»______________2014 г.

Могилев 2014

Содержание

Введение

Анализ состояния проблемы                            

1 Описание технологического процесса приготовления

хлебобулочных изделий         

1.1 Описание рабочей машины

2 Выбор электродвигателя и редуктора

2.1 Предварительный расчет мощности электродвигателя

2.2 Расчет моментов статических сопротивлений

2.3 Обоснование выбора рода тока и типа электропривода

2.4 Выбор электродвигателя, определение передаточного числа и

выбор редуктора

2.5 Расчет приведенных статических моментов, моментов инерции и коэффициента жесткости системы                                                              1    

2.6Проверка двигателя по нагреву и по перегрузочной способности         

3 Выбор и расчет системы управления электроприводом                   1  

3.1 Расчет статических характеристик электропривода

3.2 Описание работы системы управления электроприводом

Заключение

Список использованных источников

Введение

         Мешалки являются распространенными производственными оборудованиями, которые широко применяются в любом технологическом процессе. Современные мешалки работают в комплекте с автоматизированным электроприводом. Электроприводом называется электромеханическое устройство, предназначенное для приведения в движение рабочих органов машин и управления их технологическими процессами. Состоит из передаточного устройства, электродвигателя, преобразовательного и управляющего устройств. От надежной и синхронизированной работы, которых зависит качество выпускаемой продукции.

         Целью данного курсового проекта является автоматизирование электропривода лопастной мешалки периодического действия.

         Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1 подобрать двигатель, приводящий в действие мешалку для перемешивания;

2 для двигателя, который приводит в действие мешалку, подобрать редуктор.

3 осуществить проверку двигателя по нагреву и перегрузочной способности.

4 построить механические характеристики для двигателя.

5 разработать схему работы электропривода

 

Анализ состояния проблемы

        Автоматизированный электропривод получил широкое распространение в самых различных областях жизни – от промышленного производства до сферы быта. Широта применения определяется большим диапазоном мощностей и большими возможностями по автоматизации и управлению, а также энергоэффективности электропривода. Электропривод  обеспечивает большие возможности по регулированию потока энергии. Находят применение современные системы программного управления технологическими процессами, устройства, оптимизирующие по каким- либо критериям работу электропривода и механизма, развивается использование принципов адаптивного автоматического управления.  Первой особенностью развития электропривода является расширение области применения регулируемого электропривода, главным образом за счет количественного и качественного роста регулируемых электроприводов переменного тока благодаря достигнутым в настоящее время успехам в области полупроводниковой техники. Второй особенностью развития современного привода является интенсивное повышение технологических требований к динамическим и точным показателям электропривода. В качестве третьей особенности развития можно выделить тенденцию к созданию унифицированных блочных устройств.

        В настоящее время наблюдается тенденция перехода к приводу переменного тока (асинхронному). Связано это с рядом факторов: меньшая стоимость вследствие простоты конструкции, возможность получения лучшей динамики. Основной недостаток – большая сложность математического описания и законов управления. Поэтому асинхронные двигатели (АД) являются в настоящее время самым распространенным видом электродвигателя в промышленности. Это определяется рядом преимуществ АД по сравнению с другими видами двигателей: он более прост и надежен в эксплуатации, для его изготовления требуется меньше цветных металлов, он имеет меньшие массу, габариты и стоимость, чем двигатели постоянного тока.

Раньше АД применялись главным образом в нерегулируемом электроприводе. Но с появлением серийно выпускаемых электротехнической промышленностью силовых тиристорных устройств – преобразователей напряжения и преобразователей частоты появились различные регулируемые электропривода с АД. Такие электроприводы имеют хорошие регулировочные и малогабаритные свойства, а также стоимостные показатели. В связи с этим применение в производстве регулируемого асинхронного электропривода представляет собой важное направление в развитии электропривода.

1 Описание технологического процесса приготовления хлебобулочных изделий

         Технологический процесс выпечки подового хлеба можно разбить на несколько стадий: дозирование   компонентов и замес теста, брожение и расстойка, формование тестозаготовок и  выпечка хлеба.

В лопастную мешалку подается соль и вода. После смешивания имеем солевой раствор, который подается по трубопроводу насосам в тестомесильную машину. Для наименьших затрат на нагрев теста в бродильном чане, подогреваем воду с 12 до 30ºС при подаче на замес.   

Мука, солевой раствор и жидкая закваска по отдельным трубопроводам поступает на тестомесильную машину в строгом соотношении. Это осуществляется с помощью приборов регулирования расхода.

Замес теста осуществляется в тестомесильной машине И8-ХТА-12. Затем тесто поступает в бродильный чан. Брожение идет при температуре

28―35ºС. Температура поддерживается через регулирование расхода пара подаваемого в тепловую рубашку.   

Выброженное тесто поступает на разделку. Деление теста осуществляется тестоделителем Ш-33-ХД-24. Сформованные куски поступают для промежуточной расстойки в гнезда люлек конвейерного агрегата. Для окончательной расстойки куски теста поступают в расстойный шкаф Р2-59М. Цель окончательной расстойки является разрыхление тестовых заготовок в результате происходящего в них брожения. Поэтому в камерах для расстойки необходимо поддерживать оптимальную для этого температуру и влажность воздуха.

 Выпечка тестовых заготовок происходит в печи Г4 ХПН-25 при температуре 220ºС. Помимо тестовых заготовок в печь поступает горючая смесь, которая при сжигании в горелке выделяет тепло, передаваемое заготовкам.  

1.2 Описание рабочей машины

         Для приготовления солевого раствора используется аппарат с механическим перемешивающим устройством. Основными элементами аппарата являются перемешивающее устройство и его корпус. Под перемешивающим устройством понимается конструкция, состоящая из привода, вала и мешалки, соединенных между собой в единый узел. Привод перемешивающего устройства в общем случае состоит из электродвигателя, редуктора и стойки привода. Выходной вал редуктора

через муфту соединяется со сплошным валом аппарата, на конце которого

закреплена лопастная мешалка. Она имеет две плоские лопасти, установленные в вертикальной плоскости, т. е. перпендикулярно к направлению вращения. Лопасти укреплены на вертикальном валу, который приводится во вращение от зубчатой или червячной передачи и делает 30 об/мин. Ширина лопасти  составляет  0,5 м. При малых числах оборотов мешалки жидкость совершает круговое движение, т. е. вращается по окружностям, лежащим в горизонтальных плоскостях, в которых движутся лопасти. В этих условиях отсутствует смешивание различных слоев жидкости и интенсивность перемешивания низкая.

Лопастные мешалки простого типа наиболее эффективны при перемешивании маловязких сред. В такой области применение лопастных мешалок обеспечивает хорошее перемешивание при небольшом расходе энергии.

2 Выбор электродвигателя и редуктора

2.1 Предварительный расчет мощности электродвигателя

Необходимо рассчитать мощность мешалки по приведенным данным. Известно, что перемешивание осуществляется двухлопастной мешалкой. Диаметр мешалки dм = 1м, ширина лопасти b = 0,5 м,  высота лопасти h = 0,1м, число оборотов мешалки n = 30 об/мин, плотность перемешиваемой жидкости ρ = 150кг/м3.

        Для лопастной мешалки при горизонтальном расположении лопастей мощность на валу можно рассчитать по формуле (1)

                                  (1)

где  – коэффициент, зависящий от формы лопасти;

      – число  пар лопастей;

      – площадь лобовой поверхности, вытесняющей жидкости, м2;

       – диаметр лопасти, м;

      n – основная частота вращения, об/мин;

      ρ – плотность перемешиваемой жидкости, кг/м3,

      – КПД передачи.

(кВт).                       (2)

2.2 Расчет моментов статических сопротивлений

2.2.1 Расчет момента статического сопротивления мешалки без учета КПД редуктора произведем по формуле (3)

где   – мощность на валу мешалки, кВт;

        n – основная частота вращения, об/мин.

2.2.2 Расчет момента инерции и динамического момента мешалки

Момент инерции мешалки задан по условию  (кг м2). Так как известно допустимое ускорение мешалки  (мин-2), то динамический момент для вращательного движения вычисляется по формуле (4)

                                     (4)

                                  (5)

2.2.3 Расчет полного момента мешалки при пуске, при установившемся режиме и при торможении

Полный момент (пуск)

                    (6)

Установившейся режим

                                            (7)

Торможение

                      (8)

2.3 Обоснование выбора рода тока и типа электропривода

Выбор рода тока и типа электропривода целесообразно производить на основе рассмотрения и сравнения технико-экономических показателей ряда вариантов, удовлетворяющих техническим требованиям данной рабочей машины. Электродвигатели постоянного тока допускается применять только в тех случаях, когда электродвигатели переменного тока не обеспечивают требуемых характеристик механизма либо не экономичны.

В зависимости от диапазона и плавности регулирования скорости, требований к качеству переходных процессов могут быть применены системы реостатного регулирования скорости, так и системы с индивидуальными преобразователями.

Для регулируемого привода задача выбора типа привода решается сложнее. В зависимости от диапазона и плавности регулирования скорости, требований к качеству переходных процессов могут быть применены как системы реостатного регулирования скорости, так и системы с индивидуальными преобразователями.

При глубоком регулировании скорости в большинстве случаев вопрос решается в пользу приводов постоянного тока. Однако конкурентными по своим свойствам являются приводы с частотным и частотно-токовым управлением. Преимущества приводов с асинхронными двигателями простота конструкции и повышенная надежность двигателей, возможность их изготовления в поточном производстве. Препятствием к быстрому внедрению частотно-регулируемых приводов является сложность систем управления, что приводит к недостаточной надежности их работы и повышенной стоимости. Появление на мировом рынке частотно регулируемых электроприводов с микропроцессорным управлением повышает их надежность, но стоимость их не снижается.

2.4 Выбор электродвигателя, определение передаточного числа и выбор редуктора

         По нагрузочной диаграмме (графический материал) определили режим работы привода – продолжительный, так как время цикла превышает 10 мин. При продолжительном режиме работы расчёт требуемой мощности электродвигателя производится с учетом коэффициента запаса и КПД кинематических передач от двигателя к мешалке. Поскольку нагрузка  изменяющаяся, то вначале нашли эквивалентную нагрузку по нагрузочной диаграмме  по формуле (9)

Тогда мощность двигателя равна

(кВт).                          (10)

По каталогу электродвигателей, выбираем асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором серии 4А, частота вращения которого равна

1500 об/мин.

Таблица 1 – Основные технические характеристики двигателя при синхронной частоте вращения 1500 об/мин

Марка двигателя

4А100L4 У3

Мощность, кВт

4

Скольжение SH/SK, %

2/5,3

КПД, %

80

Ммакс/Mн

2,2

Мпн

2

Мминн

1,6

Iп/Iн

6

Момент инерции двигателя, кгм2 (Нм)

0,45

1) Номинальный момент

                                             ,                                               (11)

где    N – мощность двигателя, кВт;

        nД – частота вращения двигателя, об/мин ,

                                                                   (12)

2) Пусковой момент   

                                        Mn = 2MH = 50,92 ().                                       (13)

3) Минимальный момент

                                        Mmin = 1,6MH = 40,7().                                    (14)

4) Максимальный момент

                                       Mmax = 2,2MH = 56 ().                                        (15)

Выбор редуктора

Для того, чтобы подобрать редуктор, необходимо определить передаточное число по формуле (16)

Исходя из требуемого передаточного числа, заданного значения номинальной мощности и скорости выбранного двигателя с учетом характера нагрузки (режима работы) РО, для которого проектируется электропривод, редуктор выбирается по справочнику.

Выбираем цилиндрический двухступенчатый редуктор типа

Ц2Ш-800. Данный тип редуктора используется для привода смесителей, фильтров, мешалок.

Таблица 2 – Характеристики редуктора типа Ц2Ш-800

межосевое

расстояние, мм

номинальный крутящий момент, Нм

номинальная радиальная нагрузка на выходном валу, кгс

КПД, %

быстроходном

тихоходном

500х800

2500

50

200

80

2.5 Расчет приведенного статического момента, момента инерции и коэффициента жесткости системы электропривод – мешалка

1) Статический приведенный момент к валу двигателя определим по формуле (17)

2) Суммарный приведенный к валу двигателя момент инерции системы может быть рассчитан по формуле (18)

                                             ,                                                       (18)

где     Jд  –  момент инерции ротора двигателя (0,45 кг м2);

         δ  – коэффициент, учитывающий момент инерции остальных элементов  электропривода (1,3…1,5);

         Jпр - приведенный  к  валу  двигателя  суммарный  момент  инерции движущихся исполнительных органов рабочей машины.

                              Jпр = Jм / u =1/502=0,0004(кг м2),                                       (19)

                             (кг м2).                         (20)    

3) Приведенную к валу двигателя жесткость упругой механической связи Спр определяют через значение крутильной жесткости рабочего вала по

формуле (21)

                      Cпр = Ск / u= 0,9/50= 0,018 (МНм/рад).                               (21)

2.6 Проверка двигателя  по условиям пуска

Так как имеем продолжительный режим работы, то двигатель проверяем только на условие пуска.

                                                                                                     (22)

где  – момент двигателя при пуске,

 – момент, требуемый приводу при пуске.

.         (23)

                                                                (24)              

Условие выполняется, значит, двигатель прошел проверку.

3 Выбор и расчет системы управления электродвигателем

Для электрический сетей промышленных предприятий в основном применяется трехфазный переменный ток. Постоянный ток рекомендуется использовать только  в тех случаях, когда он необходим по условиям технологического процесса, а также для плавного регулирования частоты вращения. На предприятиях с преобладанием электроприемников малой мощности более выгодно использовать напряжение 380/220 В.

Выбор системы управления двигателя производится исходя из следующих требований:

        1) механические характеристики двигателя должны соответствовать характеристикам технологического оборудования;

        2) исполнение электродвигателя должно отвечать условиям окружающей среды;

        3) характеристики электродвигателя должны соответствовать параметрам питающей среды;

        4) тип двигателя должен удовлетворять требованиям, представляемым к электроприводу, исходя из характеристики технологического оборудования.

В данном курсовом проекте рассмотрено применение асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Данные двигатели имеют следующие преимущества: просты в эксплуатации, дешевы, выпускаются промышленностью в широком ассортименте.

3.1 Расчет статических характеристик электропривода

1) Естественная механическая характеристика двигателя

Расчет заключается в определении зависимости момента, развиваемого двигателем от скольжения (также учитываются номинальное, критическое скольжения и номинальный момент, развиваемый двигателем).

Зависимость момента от скольжения определяется по формуле (25)

                                               ,                                            (25)

где    sH, sK – номинальное и критическое значение скольжение выбранного двигателя.

                                              .                                      (26)                         

Построим механическую характеристику для двигателя, управляющего вращением мешалки. При этом s будем изменять от 0 до 1.

Рисунок 1 – Механическая характеристика двигателя типа 4А180М2У3

2) Электромеханическая характеристика двигателя

Расчет этих зависимостей достаточно сложен, так как необходим учет сопротивлений статора и ротора и их изменений в зависимости от частоты токов ротора и статора. Также при расчете необходимо учитывать изменение сопротивления контура намагничивания с помощью кривой намагничивания. Чаще всего на стадии проектирования электропривода сопротивления обмоток и кривая намагничивания не известны.

3.2 Описание работы системы управления электроприводом

На схеме, приведенной в графической части курсового проекта, представлена схема управления асинхронного двигателя с тиристорным преобразователем. Схема управления приводом переменного трехфазного тока содержит тиристорный преобразователь, который включается в цепь статорных обмоток двигателя и осуществляет фазовое регулирование подводимого к двигателю напряжения

Последовательно со статорными обмотками двигателя встречно-параллельно через быстродействующие предохранители FU включены три пары тиристоров преобразователя U. Регулированием угла открывания тиристоров с помощью системы управления СУ изменяется напряжение, подводимое к двигателю, а следовательно, и его момент. В результате получается ряд мягких механических характеристик, обеспечивающих плавный пуск и разгон механизма. При использовании обратной связи по частоте вращения, осуществляемой с помощью тахогенератора BR, жесткость механических характеристик увеличивается, что позволяет получить устойчивые промежуточные и низкую посадочную скорости.

Схемой предусмотрен контактный реверс двигателя контакторами КМ2 и КМ3. Переключение контакторов происходит при отсутствии тока в главной цепи под контролем датчика тока В. Бестоковая коммутация значительно повышает износостойкость аппаратуры.

С помощью тиристоров преобразователя может быть получено и регулируемое динамическое торможение, а также торможение противовключением. Управление углом открывания тиристоров может осуществляться ступенчато командоконтроллером КК, или плавно другим аппаратом, например, сельсином.

Заключение

В курсовом проекте был автоматизирован процесс перемешивания, происходящий в аппарате с мешалкой периодического действия, которая является частью технологического процесса приготовления хлебобулочных изделий. Был выбран асинхронный двигатель типа 4А100L4 У3 , приводящий в действие мешалку. Для двигателя, который приводит в действие мешалку, был подобран редуктор типа Ц2Ш-800. Данный тип редуктора используется для привода смесителей, фильтров, мешалок.

Также была осуществлена проверка по условию пуска. Построены механические характеристики для двигателя, нагрузочные диаграммы, тахограмма и кинематическая схема рабочей машины. Завершающим этапом работы стала разработка схемы работы электропривода и ее краткое описание.

Список использованных источников

1 Автоматизированный электропривод/Под  общ. ред. Ильинского Н.Ф., Юнькова М.Г. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 448с.

2 Драчев Г.И. Теории электропривода. Учебное пособие по курсовому проектированию. Челябинск. Издательство ЮУрГУ.2002

3 Краевская Н.П. Электрооборудование химических производств. – Минск.: Высшая школа.1990. – 144с.

4Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник/ Э.А. Кравчик, М.М. Шлаф. – М.: Энергоизат.1982. – 504с.

5 МоскаленкоВ.В. Электрический привод. – М.: Высшая школа.

1991. – 430с.

6 Васин В. М. Электрический привод. – М.: Высшая школа.1984. – 231с.  

7 Методические указания по выполнению электрической части дипломного проекта для студентов технологических специальностей.– Могилев: МГУП,

1997. – 40 с.

8 СТП СМК 4.2.3-01-2011.Общие требования и правила оформления учебных текстовых документов. – Могилев: УО «МГУП», 2011. – 49 с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

58342. Золотая осень 5.87 MB
  Цели и задачи: изучение строения деревьев, кустарников, передача в изображении этих знаний и наблюдений, элементов воздушной и линейной перспективы, создание определённого колорита, настроения цветом, освоением техники живописи «мазком»...
58343. Декоративная работа. Дизайнерский проект «Календарь» 51 KB
  Дать представление о роли фантазии в искусстве; формировать умение выполнять иллюстрации на выбранные сюжеты; развивать интерес к народному сказочному творчеству навыков композиционного решения рисунка; воспитывать любовь к к положительным героям сказок сопереживание настроениям героев сказки обратить внимание детей на добрые поступки и злые...
58344. Формирование конкурентоспособности НА ПРИМЕРЕ ГИПЕРМАРКЕТОВ КОМПАНИИ ЗАО ТД «ПЕРЕКРЕСТОК» «КАРУСЕЛЬ» 133.05 KB
  Система менеджмента должна располагать материальными, финансовыми, трудовыми и другими ресурсами, обеспечивающими реализацию управленческих воздействий. Управленческие воздействия поступают в исполнительные органы как изнутри управляемого объекта...