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

8 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

29918. Особенности аудита связанных сторон 67 KB
  Вместе с тем операции которые компания осуществляет с такими лицами могут отличаться от остальных операций. Операциями со связанной стороной могут быть: приобретение и продажа товаров работ услуг; приобретение и продажа основных средств и других активов; аренда имущества и предоставление имущества в аренду; финансовые операции включая предоставление займов; передача в виде вклада в уставные складочные капиталы; предоставление и получение обеспечений исполнения обязательств; другие операции. Тем не менее не следует ожидать...
29919. Особенности организации внутреннего и внешнего аудита 28.5 KB
  Остановимся на каждом из них более подробно: Внешний аудит – это независимая и комплексная проверка финансовой бухгалтерской отчетности. Внешний аудит проводится только на основе договора который заключается с аудиторской организацией. Внешний аудит относится к обязательным проверкам а вот аудит внутренний обычно проводится только по инициативе руководителей или акционеров.
29922. Отличие аудита от других форм эк.контроля 34 KB
  По мнению абсолютного большинства специалистов первое место принадлежит ревизии. Цель ревизии определение законности полноты и своевременности взаимных платежей и расчетов проверяемого объекта и федерального бюджета бюджетов государственных внебюджетных фондов а также эффективности и целевого использования государственных средств. Объекты ревизии все государственные органы в том числе их аппараты и учреждения в Российской Федерации государственные внебюджетные фонды а также органы местного самоуправления...
29923. Оформление результатов аудиторской проверки 35.5 KB
  Аудиторское заключение официальный документ дающий оценку достоверности бухгалтерского учета и отчетности аудируемого предприятия подтвержденный подписью имеющего лицензию руководителя проверяющей группы аудиторской фирмы и печатью этой фирмы. Возможны четыре вида аудиторских заключений: заключение без замечаний безоговорочное заключение; заключение с замечаниями заключение с оговорками; отрицательное заключение; заключение не дается совсем либо дается отказное заключение. Заключение с замечаниями делается при выявлении...
29924. Оценка финансового состояния, платеже- и кредитоспособности организации 31.5 KB
  Оценка платежеспособности осуществляется на основе характеристики ликвидности текущих активов т. Понятия платежеспособности и ликвидности очень близки но второе более емкое. От степени ликвидности баланса зависит платежеспособность. Анализ ликвидности баланса заключается в сравнении средств по активу сгруппированных по степени убывающей ликвидности с обязательствами по пассиву которые сгруппированы по степени срочности их погашения.