соответствующей максимальному углу регулирования.

Где:

-полное активное сопротивление якорной цепи ТП-Д.

Найдем величину КФ для двигателя по выражению, представленному ниже:



Так как сглаживающий дроссель еще не выбран, то его сопротивление находится по выражению, представленному ниже:

где: =(0,005…0,04)-падение напряжения на дроселе.

тогда:

Найдем полное сопротивление якорной цепи ТП-Д по выражению, представленному ниже:

Тогда:

По графику №6 Найдем

Тогда индуктивность якорной цепи находится по выражению, представленному ниже:

Найдем индуктивность двигателя по выражению, представленному ниже:

Индуктивность сглаживающего дросселя по выражению, представленному ниже:

Найденное значение проверим по условию ограничения зоны прерывистых токов по выражению, представленному ниже:

где: - это есть минимальный рабочий ток двигателя, соответствующий моменту сопротивления.

Гранично-непрерывный ток растет с увеличением угла регулирования, поэтому его найдем при угле по выражению, представленному ниже:

Условие выполняются 39,9А<66,49А

Делаем выбор сглаживающий дроссель по требуемой индуктивности и по условию

Технические данные сглаживающего дросселя ДФ-Ф.

Тип- ДФ-Ф

Номинальная сила тока- 360А

Индуктивность- 1,5 мГ

Уточняем значение индуктивности якорной цепи.



4.6 Определение коэффициентов передачи и постоянных времени силовых элементов

Найдем коэффициент передачи двигателя постоянного тока по выражению, представленному ниже:

Коэффициент передачи тиристорного преобразователя находится по выражению, представленному ниже:

На основании каталожных статических характеристик системы управления и силовой части тиристорного преобразователя.

Найдем электромеханическую постоянную времени привода по выражению, представленному ниже:

где:

Найдем электромагнитную постоянную величину цепи ТП-Д по выражению, представленному ниже:

Эквивалентную постоянную времени тиристорного преобразователя как непрерывного устройства Найдем по выражению:

Где: - это есть постоянная времени фильтра на входе СИФУ

- это есть средне статическое запаздывание

Тогда:

5. Выбор структуры системы управления ЭП постоянного тока и расчет статических режимов их работы

5.1 Выбор структуры системы автоматического управления (САУ) и её элементов

Автоматическое управление электроприводами осуществляется без непосредственного участия человека. Автоматизированный электропривод представляет собой систему автоматического управления большей или меньшей сложности.

Автоматическое управление электроприводами сводится к выполнению САУ без непосредственного участия оператора заданного объекту управления режима работы в статических и динамических условиях в соответствии с требованиями производственного процесса. В настоящее время автоматическое управление есть преобладающий способ управления промышленными электроприводами.

Развитие систем ЭП промышленных агрегатов характеризуется широким внедрением ТП и унифицированных систем подчиненного регулирования. В качестве элементной базы этих систем служит серия унифицированных блоков УБСР-АИ.

5.2 Построение функциональной схемы САУ

Функциональная система САУ позволяет определить главные функциональные связи между звеньями системы и существенные характеристики самих звеньев.

На основании проведенного анализа и задания на проектирование составляем схему САУ (рисунок 5.2).

На рисунке 5.2 введем следующие обозначения:

ЗУ - это есть задающее устройство скорости ЭП;

РС - это есть регулятор скорости;

РЯ - это есть регулятор тока;

ДС - это есть датчик скорости;

ДЯ - это есть датчик тока;

ТП - это есть тиристроный преобразователь;

Д - это есть двигатель;

Иу - это есть напряжение управления;

Иос; Иот - это есть напряжения обратных связей по скорости и току, САР содержит 2 контура регулирования скорости и тока (РС; РТ).

Контур тока есть внутренний. Выходное напряжение РТ Иря подается на систему управления ТП, которая питает якорную цепь двигателя. На входе регулятора скорости напряжения Иос обратной связи по скорости двигателя снимается с тахогенератора ВR и сравнивается с управляющим напряжением Иу. Напряжение обратной связи по току якоря Иот, которое получается с помощью датчика тока, в свою очередь сравнивается с выходным напряжением регулятора скорости Ирс, которое являюется я задающим для подчиненного контура тока. Выходное значение сигнала регулятора скорости ограничено блоком БО. Назначение скоростного контура состоит в отработке с наименьшей погрешностью управляющих воздействий и стабилизации скорости электродвигателя при изменении момента сопротивления. Для ограничения максимального значения тока якоря выходное напряжение РС ограничено с помощью блока ограничения БО.

Задачи токового контура:

1) жесткое ограничение максимального значения тока якоря двигателя в пусковых и переходных режимах, что особенно важно в тиристорных ЭП;

2) компенсация электромагнитной постоянной времени Тя цепи ТП-Д;

3) компенсация возмущающих воздействий в виде изменения напряжения сети переменного тока, от которой питается ТП.



Рисунок 5.2 - Схема

5.3 Выбор задающего устройства

В качестве задающего устройства возьмем потенциометр.

Делаем выбор потенциометр ППБЗ.

5.4 Выбор тахогенератора

В качестве датчика скорости применяем тахогенератор постоянного тока типа ТД-103. Тахогенератор Делаем выбор по номинальной скорости тгн , которая должна быть не ниже максимальной скорости двигателя.

Данные тахогенератора постоянного тока типа ТД-103

Удельная ЭДС,В /(об/с)	6,6
Сопротивление обмотки якоря, Ом	660
Максимальный ток нагрузки, А	0,1
Максимальная частота вращения, об/мин	1500
Номинальное напряжение возбуждения, В	110
Номинальный ток возбуждения, А	0,06

5.5 Выбор операционных усилителей для построения регуляторов

Применение элементов унифицированной блочной системы (УБСР) позволяет создавать системы регулирования электроприводами различных промышленных установок и агрегатов при использовании небольшого набора командных устройств, датчиков и регуляторов.

Структура САУ обуславливает использование аналоговых элементов, в связи с тем, что САУ обрабатывает не импульсные сигналы, а постоянные, применяют систему УБСР-АИ.

В качестве усилителя для регуляторов тока и скорости Делаем выбор усилитель УА-АИ.

Таблица 5.1 -Технические данные операционного усилителя У2-АИ:

Ивх, В	Rвх, кОм	Rн, кОм	Rм, кОм	fк, Гц	П и т а н и е
					Ип, В	Iп, mА
+,- 10	150	2	Не менее 2000	5	+, - 12	30

5.6 Выбор датчика тока

В качестве датчика тока в системе УБСР-АИ применяются устройство- преобразователь напряжения типа ПН-1АИ, который предназначен для установок в цепях электропривода до 1000 В.

Датчик тока состоит из двух трансформаторов Тр1 и Тр2, во вторичных обмотках которых включены двух полупроводниковые выпрямители на диодах В1-В4, нагруженные на сопротивления R6, R7.

Выходные цепи ПН собраны на диодах В5-В8, В9-В12 и сопротивлениях R12, R13, включенных по дифференциальной схеме.

Установка нуля делается при отсутствии входного сигнала посредством потенциометра R9. Если входное напряжение не превышает 75mВ, то оно подается непосредственно на резистор R8. При большом входном сигнале используется делитель напряжения R6 - R7.

Технические данные датчика тока ДТ-1АИ:

Ивх, В	Rвх, кОм	Rн, кОм	Rм, кОм	%	f, кГц	П и т а н и е
						Ип, В	Iп, mА
0,0750,2	0,01	2	40-140	1	2	12,6 12	50 25

Датчик тока подключается к стандартному шунту, сопротивление Rш которого определяется по падению напряжения на нем и номинальному току. Находится по выражению, представленному ниже:

Делаем выбор шунт 75 ШС

Иш = 75Вт

Iш = 300А

5.7 Выбор блока токоограничения

Для выбора стабилитронов для блока ограничения тока рассчитаем ток управления регулятора.

Делаем выбор кремниевого стабилитрона типа Д814А с параметрами представленными ниже:

Ист = 78,5В

Imax = 40mA

На вход включаем резисторы.

Сделаем расчет их по выражению, представленному ниже:

Возьмем МЛТ 0,25 Вт; 33 кОм.

Для обеспечения нормальной работы электропривода сопротивление находится по выражению, представленному ниже:

Возьмем МЛТ 0,25 Вт; 56 кОм.

5.8 Расчет параметров обратной связи

Используем регуляторы с высоким статическим коэффициентом усиления серии УБСР-АИ, тогда коэффициент обратной связи по скорости в системе подчиненного регулирования находится по выражению, представленному ниже:

где Иумах - это есть максимальное значение управляющего напряжения ЗУ, Иумах =10В



Коэффициент передачи обратной связи по току находится по выражению, представленному ниже:

Где Ирсо - это есть напряжение ограничения РС, | Ирсо | 10В

Iямах - это есть номинальное значение тока якоря.

Найдем коэффициент передачи тахогенератора Ктг= по выражению, представленному ниже:

Где: это есть удельное ЭДС тахогенератора

6. Разработка системы управления электроприводом поворота

6.1 Составление передаточных функций элементов САУ

Разработанная функциональная схема дает возможность выделения отдельных динамических звеньев САУ. Для каждого динамического звена составим его передаточную функцию.

Тиристорный преобразователь вместе с системой управления и апериодическим фильтром на входе представим безинерционным звеном с передаточной функцией описываемой по выражению, представленному ниже:

Wтп(р) =

где: Ттп = Тф +- эквивалентная постоянная времени ТП (стр. ).

Датчики скорости и тока рассмотрим как апериодические звенья с передаточной функцией находится по выражению, представленному ниже:

W(р) =

Возьмем Тдс=Тдт=0,003с

Двигатель постоянного тока в зависимости от соотношения Тя и Тэм имеет возможность быть колебательным при или апериодическим звеном второго порядка.

Для нашего случая , т.е. 0,20,008, следовательно электродвигатель есть апериодическое звено второго порядка.

Передаточная функция по управляющему воздействию в режиме непрерывных токов имеет вид описываемый по выражению, представленному ниже:

Кд = 0,26

Тя = 0,05

Тэм = 0,2

Найдем корни характеристического уравнения по выражению, представленному ниже:

Найдем знак подкоренного выражения по выражению, представленному ниже:

Следовательно, корни характеристического уравнения будут вещественными, это дает возможность определить передаточную функцию двигателя по управлению - изменению Етп (при Мс = 0) в виде апериодического звена второго порядка



Т1= 0,10 с; Т2= 0,08 с.

так как объект представляет собой апериодическое звено с передаточной функцией по управлению

то применяем пропорционально-интегральный (ПИ) регулятор [2].

Передаточная функция ПИ-регулятора, построенного на базе современных операционных усилителей, представим в виде:

Где: - это есть динамический коэффициент усиления;

- это есть постоянная времени настройки регулятора.

6.2 Построение структурной динамической схемы САУ и выбор настроек регуляторов

На основании функциональной схемы электропривода и дифференциальных уравнений для отдельных звеньев САУ составим структурную схему системы, на которой выделяем контуры и регулируем переменные.

На рисунке 6.1 приведена структурная динамическая схема САУ.

Для получения качественных переходных процессов в системе проводим оптимизацию динамики токового и скоростного контуров. При оптимизации динамики стремимся к получению малоколебательных и быстропротекающих переходных процесса при управляющем воздействии.

Оптимизацию динамики системы производим последовательно по контурам, начиная с внутреннего.

Рисунок 6.1 - Схема

6.2.1 Оптимизация токового контура

Анализ динамики токового контура производим при пренебрежении внутренней обратной связью по ЭДС двигателя.

Tэм>> TЕ2, Tэм>>Tя

В цепь обратной связи по току включаем ПИ-регулятор тока (пропорционально-дифференцирующее звено). При этом оптимизация контура делается без учета влияния ЭДС двигателя.

В большинстве случаев темп изменения скорости задается датчиком интенсивности, который включен на вход системы. При этом в период пуска и торможения электропривода контур скорости не размыкается, и величина динамического тока якоря поддерживается системой регулирования независимо от степени влияния ЭДС двигателя.

Токовый контур содержит ПИ-регулятор тока (Rя) и объект регулирования с «большой» постоянной времени Тя и «малыми» постоянными времени Ттг и Тдт.

Передаточная функция разомкнутого контура находится по выражению, представленному ниже:

Где

Два апериодических звена с постоянными времени Ттг и Тдт замыкаем одним апериодическим звеном с суммарной «малой» постоянной времени, которая находится по выражению, представленному ниже:

Тогда:

При настройке Rя на «оптимум по модулю» (ОМ), его параметры определяем в соответствии с условиями, представленными ниже:

Где: а =2

Передаточная функция замкнутого токового контура при настройке на ОМ находится по выражению, представленному ниже:

Передаточная функция разомкнутого контура находится по выражению, представленному ниже:

6.2.2 Оптимизация скоростного контура

Производим оптимизацию скоростного контура (СК).

Контур скорости содержит регулятор скорости РС с передаточной функцией Wрс (р), интегрирующее звено с «большой» постоянной времени Тэм, замкнутый токовый контур и апериодическое звено с «малой» постоянной времени Ттг.

Так как привод предназначен для поддержания постоянства скорости, то ПИ-регулятор скорости настраиваем на симметричный оптимум (СО).

При этом находится по выражению, представленному ниже:

Передаточная функция разомкнутого контура скорости при настройке Rя на СО находится по выражению, представленному ниже:

7. Расчет динамических процессов в электроприводе поворота

7.1 выбор метода исследования динамики привода

В соответствии с заданием производим расчет переходного процесса в оптимизированной системе по управлению.

Существует несколько методов расчета переходных процессов: (операторный, частотный и др.) - «ручной» метод, а в тоже самое время машинный (на АВМ и ЦВМ).

Так как структурная схема, содержащая типовые динамические звенья, легко рассчитываются и есть наглядные математические описания динамики, то это дает возможность рассчитать переходный процесс на ЦВМ.

Расчет приводим на ДВК-3.

7.2 Составление расчетной структурной схемы привода

Так как расчет переходного процесса с помощью ДВК-3, составляем структурно расчетную схему двухконтурной системы подчиненного регулирования (рис. 7.1).

Представим каждое звено в виде по выражениям, представленным ниже:

0 звено:

1 звено:

2 звено:

3 звено:

4 звено:

5 звено:

6 звено:

7 звено:

Записываем числовые значения всех коэффициентов в нормализованном виде, составим таблицу 7.1.

Таблица 7.1

Параметры звена	А	В	М	L
1/Rяц/Тяц+1	0,002	1	0	0,5
/Тэмр	0,2	0	0	0,48
Кос/Тдср+1	0,003	1	0	0,13
Корп/Тфр+1	0	1	0	1
	0,2	0	18	91
	0,002	0	0,001	0,06
	0,005	1	0	30
	0,003	1	0	0,03

С помощью методики расчета двухконтурной системы задаем программу.

Расчет переходного процесса с помощью ДВК-3 приведен в таблице 3,4,5.

По полученному расчету строим график переходного процесса (рис 4-7).

Из графика видно, что остаточное отклонение скорости при приложении нагрузки =-11,66с-1, что удовлетворяет режиму работы привода данного механизма. Пере регулирование составляет 15%, время переходного процесса 0,8с.

Таблица 7.2

По возмущению в большом

Управление -0

Возмущение - 1200

Ограничение РС -10

В р е м я	Т о к	С к о р о с т ь
0,05	319,711	-9,39437
0,1	339,127	-11,6568
0,15	330,857	-9,69409
0,2	327,214	-7,8517
0,25	323,929	-6,65706
0,3	320,22	-6,03112
0,349999	315,528	-5,77561
0,399998	309,922	-5,70006
0,449998	303,711	-5,6789
0,499997	297,736	-5,63756
0,549997	292,622	-5,55339
0,599996	288,983	-5,42894
0,649995	287,763	-5,27732
0,699995	290,214	-5,11985
0,749994	297,532	-4,98705
0,799993	307,74	-4,91126
0,849993	317,94	-4,90681
0,899992	326,047	-4,9701
0,949991	331,039	-5,07923
0,999991	332,95	-5,21059
1,04999	332,404	-5,35113



Рисунок 7.1 - Ток

Рисунок 7.2 - Скорость

Таблица 7.3

По возмущению в большом

Управление - 10

Возмущение - 0

Ограничение - 10

В р е м я	Т о к	С к о р о с т ь
0,05	74,5756	7,34379
0,1	86,6061	17,0352
0,15	98,0697	28,135
0,2	85,3247	39,879
0,25	67,0026	49,0778
0,3	51,7886	56,151
0,349999	39,5985	61,5726
0,399998	30,403	65,7359
0,449998	23,4386	68,941
0,499997	18,0927	71,4125
0,549997	13,9837	73,3212
0,599996	10,8261	74,7976
0,649995	8,39388	75,9415
0,699995	6,51947	76,8293
0,749994	5,07198	77,5193
0,799993	3,95045	78,0564
0,849993	3,08367	78,4752
0,899992	2,40895	78,8022
0,949991	1,88471	79,0579
0,999991	1,47631	79,2581
1,04999	1,158	79,4151



Рисунок 7.3 - Ток

Рисунок 7.4 - Скорость

Таблица 7.4

По возмущению в малом

Управление -0

Возмущение - 1

В р е м я	Т о к	С к о р о с т ь
0,05	0,201914	-3,02341Е-03
0,1	0,283694	-1,63186Е-03
0,15	0,27247	-5,39850Е-04
0,2	0,261218	-1,48183Е-04
0,25	0,260701	6,06303Е-05
0,3	0,26104	2,11244Е-04
0,349999	0,260537	2,94434Е-04
0,399998	0,26011	3,25641Е-04
0,449998	0,259918	3,26809Е-04
0,499997	0,259821	3,11015Е-04
0,549997	0,259767	2,85738Е-04
0,599996	0,259744	2,56017Е-04
0,649995	0,259745	2,25206Е-04
0,699995	0,259759	1,95343Е-04
0,749994	0,259779	1,67576Е-04
0,799993	0,259802	1,42480Е-04
0,849993	0,259827	1,20258Е-04
0,899992	0,25985	1,00880Е-04
0,949991	0,259871	8,41953Е-05
0,999991	0,259891	6,99610Е-05
1,04999	0,259908	5,79139Е-05



Рисунок 7.5 - Ток

Рисунок 7.6 - Скорость

7.3 Результаты расчета переходного процесса

В динамических режимах качество регулирования определяется характером переходного процесса при изменении управляющего и возмущающего воздействий. Качество системы по характеру переходного процесса в динамических режимах оценивается прямыми показателями качества: быстродействием и плавностью протекания переходного процесса.

Плавность протекания переходного процесса оценивается в зависимости от характера кривой переходного процесса. В электроприводе механизма поворота экскаватора перерегулирование показывает максимальное отклонение регулируемой величины в переходном процессе от ее установившегося значения. Оно находится по выражению, представленному ниже:

= 15%

где: max - это есть максимальное значение скорости;

уст - это есть установившееся значение скорости.

Из графика переходного процесса Найдем время ПП

Tпп= 0,6с

Полученные данные удовлетворяют заданным условиям.

8 Составление принципиальной схемы системы. Описание схемы. Спецификация

8.1 Составление принципиальной схемы

Принципиальную схему системы строим на базе разработанной выше функциональной схемы САУ (рис.8.1).

На принципиальной схеме показываем элементы защиты силовой части привода, раскрываем Р-цепи регуляторов, блоки ограничения выходных напряжений регуляторов и необходимую контактную и бесконтактную аппаратуру управления. Тиристорный преобразователь с раздельным управлением, логическую схему переключения групп.

8.2 Составление спецификации электрооборудования систем

Формат	Зона	Поз.	Обозначение	Наименование	Кол-во
		1	М	Двигатель	1
		2	БР	Тахогенератор	1
		3	L	Дроссель	1
		4	ДТ	Датчик тока	1
		5	Uz2	Тиристорный преобразователь	1
		6	TV	Трансформатор	1
		7	PC	Регулятор скорости	1
		8	PT	Регулятор тока	1
		9	LM	Обмотка возбуждения	1
		10	POP	Реле обрыва поля	1
		11	Kk	Тепловое реле	2
		12	Uz1	ТП для ОВ	1
		13	QF	Автоматический выключатель	3
		14	Z	Задающее устройство	1
		15	RS	Шунт измерительный	1

8.3 Расчет капитальных вложений в электропривод (расчет себестоимости)

Разметка проектной документации есть один их этапов конструкторской подготовки производства. В разработку входят: согласование технического задания на проектирование и само эскизное проектирование.

Произведем расчет затрат на этапы разработки, данные для расчетов приведены в таблице 8.1.

Таблица 8.1 - Смета затрат на модернизацию

Всего основная зарплата составит: 31600

Дополнительная з/п составляет 12% от основной 3792

Плановый фонд зарплаты 40000

Отчисления 14% от планового фонда на страхование 5600

Оптовая цена предприятия включает в себя себестоимость изделия и прибыль.

Себестоимость имеется возможность определить на базе укрупненных показателей стоимости покупного оборудования по формуле:

Где: Sм - это есть стоимость главных покупных изделий (приведены в табл. 7 и 8)

Мс - доля затрат на покупные изделия и материалы в себестоимости аналогичных изделий в %.

Оптовую цену включает Цо изделия имеется возможность определить по формуле:

Цо = Сп + Пп,

Где Пп - плановая прибыль предприятия.

Таблица 8.2 - Смета затрат на главные покупные изделия по проектируемому варианту

Наименование изделия	Кол-во шт.	№ прейскуранта	Цена за изделие	Сумма на изделие
Тиристорный преобразователь постоянного тока. Шкаф управления. Выключатель автоматический. Реле промежуточное. Итого	1 1 1 1	15-01 15-28 15-04 15-04	7600 2700 700 240	7600 2700 700 240 11240

Таблица 8.3 -Смета затрат на главные покупные изделия по базовому варианту

Наименование изделия	Кол-во шт.	№ прейскуранта	Цена за изделие	Сумма на изделие
Электродвигатель постоянного тока. Тахогенератор постоянного тока. Электродвигатель постоянного тока. Трансформатор тока. Контроллер. Реле промежуточное. Автоматические выключатели. Итого	1 1 1 2 4 7 4	15-01 15-01 15-01 15-01 15-04 15-04 15-04	2300 2000 2800 600 1200 500 280	2300 2000 2800 1200 1800 3500 1120 17720

Для серийно изготовленных изделий, на базе которых возможна разработка и выпуск более новых современных, устанавливается не менее 3%, а для новых изделий, которые отвечают требованиям современных научно - технических достижений - 15%.

Таким образом, имеем по новому устройству. Находится по выражению, представленному ниже:

По базовому варианту оптовая цена находится по выражению, представленному ниже:

Сопутствующие капитальные вложения по вариантам Кн' и Кб' составляют затраты на монтажные работы и освоение (2,5%), транспортно-заготовительные расходы, принимаемые одинаково по вариантам - 1,6%.

Тогда балансовая стоимость базового привода находится по выражению, представленному ниже:

Цбб = Цоб + Кб',

Цбб =

Аналогично найдем балансовую стоимость проектируемого привода по выражению, представленному ниже:

8.3 Расчет эксплуатационных расходов

В эксплуатационные расходы по сравниваемым системам входят следующие элементы, а именно:

Затраты на ремонт и обслуживание;

Расходы на электроэнергию;

Зарплата обслуживающего персонала;

Амортизационные отчисления.

8.3.1 Расчет затрат на ремонт и обслуживание

Текущий ремонт и техническое обслуживание должны выполняться в объеме не ниже предусмотренного типовыми объемами работ по техническому обслуживанию и ремонту и соответствовать требованием ПТЭ и ПТБ.

Продолжительность ремонтного цикла Т, лет или межремонтного периода t, мес. Найдем по таблицам в литературе [13] с учетом условий эксплуатации и применяемого оборудования.

Плановая продолжительность ремонтного цикла находится по выражению, представленному ниже:

Где: Ттабл. - это есть средняя нормативная продолжительность ремонтного цикла - 9 лет.;

- это есть коэффициенты для определения продолжительности ремонтного цикла.

Плановая продолжительность межремонтного периода находится по выражению, представленному ниже:

8.3.2 Расчет трудоемкости ремонтов

Произведем расчет трудоемкости ремонтов (капитального, текущего и хенического обслуживания).

Перечень элементов базовой и разрабатываемой системы возьмем из таблиц стоимостной оценки деталей.

Нормы трудоемкости возьмем из литературы [13].Они описываются формулой, показанной ниже:

Где: R - это есть число наименований элементов в схеме управления;

tкрi - это есть табличные значения трудоемкости капитального ремонта i -го элемента;

ni - это есть число элементов схеме.

Трудоемкость текущего ремонта находится по выражению, представленному ниже:

Трудоемкость технического обслуживания примем равной 10% от трудоемкости текущего ремонта. Она находится по выражению, представленному ниже:

Ттоб = 13,0 ч/час

Ттон = 9,8 ч/час

8.3.3 Расчет плановых потребностей в рабочей силе и фонда зарплаты

Количество рабочих, необходимых для проведения всех видов работ: ремонта, осмотра, испытаний и технического обслуживания на год находится по выражению, представленному ниже:

Где: Ттр; Ткр;Тто - годовая плановая трудоемкость соответственно капитального ремонта, технического обслуживания и текущего ремонта;

Фд - это есть эффективные годовой фонд зарплаты;

Rвн - это есть коэффициент выполнения нормы.

В таблице [13] Фд = 231 (по 8 час.); Rвн = 0,98

Планируемый фонд зарплаты (Фзг) рабочих находится по выражению, представленному ниже:

Фзг = Фзт+Фп+ Фсс

Где: Фзт - это есть годовой фонд зарплаты по тарифу;

Фп - это есть годовой премиальный фонд зарплаты;

Фсс - это есть годовой фонд дополнительной зарплаты и отчисления на соцстрах.

Выбираем годовую тарифную ставку по первому разряду электрослесаря - 15 руб. Тогда для базовой системы электропривода:

Для капитального ремонта находится по выражению, представленному ниже:

Для текущего ремонта находится по выражению, представленному ниже:

Для технического обслуживания находится по выражению, представленному ниже:

Отсюда годовой фонд заработной платы на все виды работ по разрабатываемой схемы управления находятся по выражению, представленному ниже:

Найдем фонд заработной платы на все виды ремонта и обслуживания для разрабатываемой схемы управления приводом экскаватора по выражению, представленному ниже:

Для капитального ремонта находится по выражению, представленному ниже:

Для текущего ремонта находится по выражению, представленному ниже:

Для технического обслуживания находится по выражению, представленному ниже:

8.3.4 расчет стоимости потребляемой электроэнергии

Найдем стоимость потребляемой энергии для обоих вариантов по по выражению, представленному ниже:

Где: Рi - это есть установленная мощность токоприемников;

Тр - это есть число часов работы в год;

Zэп - это есть одноставочный тариф за 1 кВт/час электроэнергии.

Найдем затраты на электроэнергию для базовой системы управления электроприводом по выражению, представленному ниже:

Найдем затраты на электроэнергию разрабатываемой системы по выражению, представленному ниже:

Таблица 8.4 - Сводная таблица эксплуатационных расходов

Плановая продолжительность ремонтного цикла. Плановая продолжительность межремонтного периода. Трудоемкость ремонтов: базовая система Капитального разрабатываемой системы Текущего базовой разрабатываемой Техобслуживания базовой разрабатываемой Планируемый фонд: Капитального базовой разрабатываемой Текущего базовой разрабатываемой Техобслуживания базовой разрабатываемой Потребление электроэнергии: базовой разрабатываемой.	3ч 3мес. 130 ч/час 98 ч/час 62,4 ч/час 48,5 ч/час 13,0 ч/час 9,8 ч/час 6156 руб. 5709 руб. 2332,8 руб. 229,4 руб. 615,6 руб. 570,9 руб. 337500 руб. 303750 руб.

8.4 Расчет надежности электропривода

Под надежностью понимаем способность элементов или системы сохранять работоспособность за определенный период без снижения технико-экономических параметров. Надежность характеризуется рядом свойств: вероятностью безотказной работы, ремонтопригодностью, долговечностью и сохраняемостью. В расчетах оценивается безотказность в работе и ремонтоприодность.

Найдем интенсивность отказа системы:

Все расчетные формулы и данные взяты из книги «Аналих и расчет надежности СУ и ЭП» Рипс и Соловьев.

При определении показателя надежности элементов введем поправочные коэффициенты: а1; а2; а3; а4, учитывающие влияние коэффициента электрической нагрузки Кн и температуры окружающей среды на показатель надежности.

Рекомендуемые коэффициенты нагрузки для повторно-кратковременного режима работы:

Резисторы - 0,6;

Диоды - 0,7;

Транзисторы - 0,5;

Конденсаторы - 0,5;

Трансформаторы - 0,6;

Реле, контакторы, пускатели - 0,8.

Температуру окружающей среды возьмем + 30оС.

Для мощных реле, контакторов и магнитных пускателей уточненный коэффициент надежности Кi':

[П1-2] Кiо = 20; Кjk = 25 - номинальные коэффициенты надежности воспринимаемой и исполнительной части (на контактную группу).

fн= 10 - это есть номинальное число срабатываний в час;

fн= 30 - это есть фактическое число срабатываний в час;

а4 = 0,5; а3 = 075; [П2-55]

Для остальных элементов уточненный показатель надежности Найдем по формуле:

Таблица 8.5 - Система ТП - Д

Наименование	Ni	Ki	an	Ki	Ni Ki
1. Двигатель постоянного тока. 2. Трансформатор силовой. 3. Трансформатор импульсный. 4. Тиристор. 5. Диоды. 6. Конденсаторы. 7. Сопротивления. 8. Сопротивления. 9. Транзисторы. 10. Транзисторы. 11. Выключатель быстродействующий.	1 1 3 6 35 50 75 40 15 12 1	- 7,5 - 20 7,5 11,0 1,7 5,5 25 17,5 -	- а1=0,3[П2-33] - а1=0.65[П2-33] а1=0.65[П2-33 а1=0.1[П2-22] а1=0.5[П2-5] а1=0.5[П2-5] а1=0.4[П2-36] а1=0.75[П2-38] -	165 2,25 20 13,0 4,9 1,1 0,85 2,75 10 13,1 173	165 2,25 60 78 171,5 55 53,75 110 150 162,5 173

Общая вероятность отказов находится по выражению, представленному ниже:

Среднее время исправной работы находится по выражению, представленному ниже:

Общая надежность системы за 100 часов находится по выражению, представленному ниже:

R(t) = 1 - Q (t)

Q(t) =

R(t) = 1 - = 1-

Таблица 8.6 - Система Г - Д

Наименование	Ni	Ki	an	Ki	Ni Ki
1. Двигатель постоянного тока. 2. Трансформатор 3. Генератор 4. Сопротивления 5. Диоды 6. Реле 7. Выключатель быстродействующий. 8. Реле РП 9. Реле времени 10. Переключатели: диапазонов поворотные 11. Микровыключатели	1 1 1 9 6 2 1 5 15 1 1 4	- 7,5 - 47,7 7,5 - - - - - - -	- а1=0,3[П2-44] - а1=0.35[П2-5] а2=0.65[П2-33] - - - - - - - -	165* 2,25 122,5* 16.7 4.9 25* 173* 100* 46.3* 4.0* 9.0* 8.0*	165,0 2,25 122,5 150.3 29.25 50.0 173.0 500 92.6 4,0 9.0 32.0

* - усредненные эксплуатационные данные.

= 2064,9

Общая вероятность отказов находится по выражению, представленному ниже:

Среднее время исправной работы находится по выражению, представленному ниже:

Общая надежность системы за 100 часов находится по выражению, представленному ниже: R(t) = 1 - 0,0826 = 0,9174

Таблица 8.7 - Сравнение вариантов

Наименование показателей	Г-Д	ТП-Д
1. Общая вероятность отказов
2. Средний срок службы, час	1211	2000
3. Общая надежность системы за 100 час.	0,92	0,96

Из приведенной таблицы 11 видно, что система ТП-Д долее надежна, чем система Г-Д.

Для повышения надежности системы имеется возможность выполнить:

1. Снять напряжение в работе отдельных узлов, путом завышения необходимой мощности.

2. Применить более надежные элементы.

3. резервирование и дублирование наиболее ненадежных элементов.

4. Сокращение количества используемых в системе элементов без снижения качества и производительности агрегата.

8.5 Стоимостная оценка результатов исследования

Экономический эффект от разработки новой схемы управления электроприводом экскаватора находится по выражению, представленному ниже:

Где: Цб; Цн - это есть оптовые цены базовой и новой схемы управления;

- это есть коэффициент эквивалентности, =1;

Кн'; Кб' - это есть сопутствующие кап. Вложения;

Ен - это есть нормативный коэффициент эффективности кап. Вложений, Ен=0,15;

Иб'; Ин' - это есть годовые текущие издержки у потребителя при использовании единицы базовой и новой схемы без учета отчислений на

амортизацию и косвенные расходы;

Рам. - коэффициент отчислений на амортизацию при использовании нового оборудования с учетом нормального износа, Рам = 0,1

Находится по выражению, представленному ниже:

Uб' = 337500+67500 = 405000 (руб.)

Uн' = 303750+63546 = 367296 (руб.)

Найдем годовой экономический эффект:

-для одного экскаватора.

Таблица 8.8

Наименование показателей	Ед. изм.	Базовая схема	Новая схема
Мощность привода	кВт	100	100
КПД	%	93,4	95
Эксплуатационные расходы: Плата за электроэнергию	Руб/год	337500	303750
Капитальные затраты	Руб.	28986	16089
Годовой экономический эффект	Руб.	-	176793
Наработка на отказ	Час.	1211	2000

9. Безопасность жизнедеятельности

9.1 Анализ производственных вредности и опасности при эксплуатации экскаватора ЭKГ-10

Экскаватор ЭKГ-10 - карьерная полноповоротная электрическая лопата на гусеничном ходу - предназначен для разработки и погрузки в трантпортные средства полезных ископаемых или пород на открытых горных работах в черной и цветной металлургии, в угольной промышленности и т.д.

Главные условия, при которых гарантируется нормальная работа экскаватора, следующие:

1. Температура окружающего воздуха от-40о до =45о;

2. Высота над уровнем моря - не более 100 м.

3. Окружающая среда не должна быть взрывоопасной

4. Поперечный и продольный уклон рабочей площади экскаватора не более 3о.

Анализ возможных вредности и опасности проводим по основным элементам производства, которые есть рабочее место и рабочая зона.

Оформляем анализ в виде таблицы, в которой опасные и вредные производственные факторы группируем по элементам, которые характеризуют источник их возникновения.

Таблица 9.1 - Опасные и вредные производственные факторы

Фактор рабочей среды	Параметры, характеризующие главные свойства элементов
Санитарно - гигиенические элементы
Освещенность	Отсутствие или недостаток естественного света на рабочей площадке и в кабине экскаватора
Вредные вещества	Повышенная концентрация нетоксичной пыли
Температура воздуха	Повышенная (до +45о) или пониженная (до -45о) Температура воздуха в кабине экскаватора
Психофизические элементы
Физическая нагрузка	Недостаточная двигательная активность
Травмоопастность	Наличие козырьков и уступов после выработки породы, наличие на рабочей площадке уклонов более 3о, отсутствие хороших подъездных дорог. Опасный уровень напряжения (питающая сеть 6 кВт). Кинетическая энергия движущихся, вращающихся частей экскаватора

Для снижения или исключения вредных и опасных факторов при эксплуатации экскаватора предусматриваются следующие мероприятия и устройства:

на крыше кабины экскаватора устанавливается кондиционер;

климат внутри рабочего помещения кабины машиниста определяется системой кондиционирования воздуха. Дополнительно устанавливаются два настольных вентилятора и печки обогрева;

вентиляция кузова обеспечивается четырьмя вентиляторами, которые устанавливаются в отсеке в задней части кузова. Вентиляторы подают 60 тыс. м3/час очищенного воздуха, при этом в кузове создается избыточное давление, которое препятствует поступлению в кузов пыли из атмосферы через открытые двери, проемы для канатов и пр.;

при работе в пыльных забоях периодически поливают разрабатываемый забой.

Наружное освещение экскаватора предусматривается производить с помощью прожекторов заливающего света, которые устанавливаются в кабине машиниста, на площадке на специальной стойке, на защитном кожухе высоковольтного трансформатора и на кузове. Освещение кузова и кабины делается светильником от сети напряжением 220В.

9.2 Техника безопасности и противопожарная профилактика при эксплуатации экскаватора ЭKГ-10

Требования к устройству экскаватора ЭKГ-10, его эксплуатации и ремонту регламентированы:

Правилами устройства и безопасности грузоподъемных механизмов;

Правилами устройства электроустановок (ПЭУ);

Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей (ПТЭ и ПТБ).

На основании указанных выше правил разрабатывают и вручают экскаваторщикам, ремонтной бригаде или наладчикам местные инструкции. По мере появления новой техники в действующие Правила или нормы вносятся те или иные изменения.

Ответственность за исправное состояние экскаватора и всех приспособлений, механизмов на экскаваторе, возлагается на инженерно-технического работника, которому подчинен персонал, который обслуживаюет экскаватор.

Лицо, которое ответствено за состояние механизмов экскаватора обеспечивает:

а) регулярные осмотры и ремонты экскаватора, своевременное устранение неисправностей;

б) своевременную остановку и подготовку к техническому ремонту;

в) нормальные условия труда экскаваторщику, ремонтным бригадам, наладчикам;

г) средствами защиты, касающимися электробезопасности и пожарной безопасности.

Все работники, принимающие участие в ремонте или наладке электрооборудования проходят медицинский осмотр, изучают главные правила техники безопасности проходят проверку знаний.

К наладке или ремонту электрооборудования экскаватора ЭKГ-10 допускаются лица, которые изучили техническую документацию на электрооборудование экскаватора, инструкцию по наладке и эксплуатации и получившие наряд, если работы проводятся на частях электрооборудования экскаватора напряжением свыше 1000В, и без наряда только с записью в журнале производства работ, если работы выполняются на частях электрооборудования до 1000В.

Во время работы экскаватора или при производстве ремонтных работ посторонних лиц на экскаваторе нет.

Все включения и выключения высоковольтной аппаратуры, перенос высоковольтного кабеля, находящегося под напряжением, делается только в резиновых перчатках и ботах, испытанных высоким напряжением.

На поворотной платформе экскаватора положены резиновые коврики, вырезанные из диэлектрических ковров.

Допуск для ремонта, осмотра и переключений к высоковольтному токоприемнику, распределительному шкафу, высоковольтному трансформатору, синхронному электродвигателю, а в тоже самое время к вводной коробке высоковольтного кабеля делается только после выключения масляного выключателя и разъединителя на подключаемом пульте или подстанции, разрядку жил кабеля на землю и установки переносных заземлений на кабельном разъединителе со стороны подключительного пункта или подстанции и клемах вводного ящика с обязательным вывешиванием плаката «Не включать - работают люди!».

При сдаче экскаватора в эксплуатацию не подают питающие напряжение на экскаватор без предварительного измерения сопротивления изоляции и сопротивления заземления экскаватора и его электрооборудования и оформления протоколов по результатам замеров.

Заземление экскаватора проверяют каждую смену путем наружного осмотра.

Ремонт электрооборудования (напряжением 380, 220,127,115В) делается только при выключенном соответствующем установочном автомате и вывешивается предупредительная табличка: «Не включать - работают люди!». Ремонт электрооборудования и аппаратуры освещения, находящегося под напряжением, не делается.

Работа электрооборудования и аппаратов, конечных выключателей без защитных кожухов вращающихся соединительных частей не делается.

Переносные лампы включаются только в розетки, установленные в сети напряжением 12В. при перерывах в работе, а в тоже самое время после окончания какого-либо этапа работы, рукоятки командоконтролеров ставятся в нулевое положение.

Работа экскаватора с открытыми шкафами станций управления не делается.

Устранение неисправностей, особенно в схеме управления главными приводами, делается только сменным мастером-электриком.

При наладочных или ремонтных работах на экскаваторе рабочее место:

располагается в непосредственной близости от налаживаемого оборудования, не мешает проходу людей;

имеет прочный деревянный стол для размещения аппаратуры и сборки испытательных систем, около стола находится резиновый коврик или деревянная подставка;

питание испытательных схем и вся внутренняя проводка выполнены изолированным проводом необходимого сечения и с надежной изоляцией. На деревянном столе устанавливается автомат или рубильник с предохранителями к которому проводят провода питания;

имеется хорошее освещение;

все измерительные приборы имеют пояснительные надписи с указанием в какие цепи схем они подключены.

Подача напряжения для наладки, пуск преобразовательного агрегата, опробование схемы управления электроприводом делается руководителем бригады.

При выполнении работ пользуются специальным инструментом с изолированными ручками. Вся бригада обеспечивается необходимыми защиьными средствами: диэлектрическими перчатками, ботами, ковриками и т.д.

Не пользуются защитными средствами не прошедшими установленных испытаний, а в тоже самое время, срок очередного испытания которого истек.

Лица, которые ответствены за состояние электроустановок, тоже отвечают и за пожарную безопасность на экскаваторе.

Они:

а) следят за правильностью выбора и применения кабелей, двигателей, светильников в зависимости от класса пожароопасности помещения экскаватора и условий эксплуатации;

б) систематически контролируют состояние аппаратов защиты от короткого замыкания, перегрузок, перенапряжений;

в) следят за исправностью специальных установок и средств, предназначенных для ликвидации загорания и пожаров;

г) организовывают систему обучения и инструктажа по вопросам пожарной безопасности;

д) участвуют в расследовании случаев пожара и загораний и осуществляют меры по их предупреждению.

Для обеспечения противопожарной безопасности на экскаваторе имеются огнетушители, ящики с песком. Огнетушители типа ОП-5-01 находится в кабине экскаватора на легкодоступном месте.

Легко воспламеняющие вещества (бензин, керосин и прочее) на экскаваторах не хранятся.

Топливо и смазочные материалы хранятся в специально оборудованных местах на расстоянии не менее 20 м от экскаватора.

Не курят и не пользуются открытым огнем для освещения при заправке баков горючим, а в тоже самое время при контрольном осмотре топливных баков.

Паяльные, сварочные и другие работы, связанные с образованием пламени, производят только при невозможности демонтажа и выноса детали для выполнения работ вне зоны экскаватора. При этом выполнены все мероприятия для защиты работающих от ожогов и для предотвращения возникновения пожара.

Все средства тушения используются в строгом соответствии с инструкциями пожарной инспекции.

Перед началом работы смена осматривает и принимает экскаватор непосредственно от предыдущей смены. После осмотра экскаватора, перед пуском его в работу, машинист опробывает в холостую все механизмы на ходу, проверяет исправность действия механизмов электрооборудования, электроаппаратуры, тормозов, сигнальных устройств.

Содержание экскаватора в чистоте даст возможность своевременно обнаружить трещины на поверхности деталей и восстановить нарушенные соединения, предотвратить попадание грязи и абразивной пыли в масляные ванные и на поверхности трения.

9.3 Расчет защитного заземления экскаватора ЭKГ-10

Защитное заземление - преднамеренное электрическое соединение с землей и ее эквивалентом.

Защитное заземление имеет возможность быть эффективно только в том случае, если ток замыкания на землю не увеличивается с уменьшением сопротивления заземления.

Эта возможность есть в сетях с изолированной нейтралью, которая использована на экскаваторе ЭKГ-10.

В сетях до 1000В ток однофазного замыкания на землю не превышает 10А, т.к. сопротивление фазы относительно земли не бывает менее 100 Ом.

Отсюда ток замыкания на землю в сети напряжения 380В будет равным:

И в сети 660В:

По ПЭУ в электроустановках напряжением до 1000В сопротивление заземления должно быть не выше 4 Ом.

Заземлению подлежит электрооборудование, находящееся на экскаваторе. Экскаватор ЭKГ-1- питание получае по гибкому кабелю КШВГ 3х35х1х10мм2. напряжением 6 кВ , длина кабеля к=0,5мм. и воздушной линии в=1,5км.

Силовой трансформатор ТМЭ-100-6/04 кВ. Грунт - суглинок. Измерение производилось в нормальном грунте.

Имеется естественный заземлитель - это гусеницы экскаватор. Ширина гусеницы b=0,9м.; длина гусеницы г = 15мх2.

Решение:

1. Найдем расчетный ток на землю со стороны 6 кВ:

Так как к заземляющему устройству присоединяются корпуса оборудования напряжением до1000 в и выше 400, 6000 В, сопротивление заземляющего устройства должно удовлетворять двум условиям:

10 Ом

и правилами ПУЭ Rз4 Ом

По первому условию

Возьмем Rз =4 ом

Т.к. климатический коэффициент =1,5

2. Сопротивление естественного заземления будем рассчитывать по формуле [22]



Где: - расчетное сопротивление грунта

- длина естественного заземления

b- ширина естественного заземления

Так как оба условия в нашем случае выполняются, то для экскаватора ЭKГ-10 не требуется дополнительных искусственных заземлителей.

Внутри экскаватора все электропривода заземлены стальной полосой 40х4 согласно правилам ПУЭ.

Заключение

Недостаточная эксплуатационная надежность карьерных экскаваторов снижает производительность труда, увеличивает себестоимость добываемой продукции.

Ремонт экскаваторов - есть один из трудоемких вспомогательных процессов на карьерах. Трудоемкость ремонта карьерных экскаваторов составляет до 25-40% от общей трудоемкости вспомогательных процессов на карьерах. Исследованиями установлено, что на ремонтных работах, на рудных карьерах занято 25% списочного состава рабочих. Производительная работа экскаватора составляет 50-60% от общего числа рабочего времени и от 12% до 25% уходит на ремонтные работы.

Решение этой проблемы возможно на базе исследования и оценки факторов, которые влияют на эксплуатационную надежность экскаватора, обоснования системы их технического обслуживания с учетом уровня надежности.

На основании приведенных расчетов имеется возможность сделать следующие выводы:

1. Выбранный электродвигатель обеспечивает заданный режим работы.

2. Выполненная модернизация электропривода поворота экскаватора ЭKГ-10 оказалась эффективной в технико-экономическом отношении. В результате внедрения разработанной экскаватора системы повышается надежность, наработка на отказ, сокращаются сроки по ремонту и техническому обслуживанию, затраты на ремонтные работы, расход электроэнергии, увеличивается межремонтный цикл. Сокращаются капитальные затраты. Годовой экономический эффект составил 1908 рублей на один экскаватор. Повысится производительность труда, что принесет еще больший экономический эффект.

3. В дипломном проекте рассмотрены вопросы по охране труда, технике безопасности и противопожарные мероприятия, обеспечивающие безопасность обслуживающего персонала и нормальную работу механизма.

электропривод поворот экскаватор

Список литературы

1. Гришко А.П., Шелоганов В.И. Стационарные машины и установки: Учебное пособие для вузов. - М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2004. - 328 с.

2. Ефимов В.Н., Цветков В.Н., Садовников Е.М. Карьерные экскаваторы: Справочник рабочего. - М.: Недра, 1994. - 381 с.

3. Исаев И.Н., Созонов В.Г. Электропривод механизмов циклического действия. - М.: Энергоатомиздат, 1994. - 144 с.

4. Католиков В.Е., Динкель А.Д., Седунин А.М. Автоматизированный электропривод подъемных машин глубоких шахт. - М.: Недра, 1983.

5. Ковчин С.А., Сабинин Ю.А. Теория электропривода: Учебник для вузов. - СПб.: Энероатомиздат. Санкт-Петербургское отд-ние, 2000. - 496 с.

6. Кочетков В.П. Основы теории управления: Учебное пособие. - Абакан: Издательство ХГУ им. Н.Ф.Катанова, 2001. - 264 с.

7. Ляхомский А.В., Фащиленко В.Н. Управление электромеханическими системами горных машин. - М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2004. - 296 с.

8. Петров В.Л., Фащиленко В.Н. Регулируемый электропривод переменного тока: Учебное пособие. - М.: МГГУ, 2001. - 37 с.

9. Петров В.Л., Фащиленко В.Н. Регулируемый электропривод постоянного тока: Учебное пособие. - М.: МГГУ, 2001. - 62 с.

10. Преобразователи частоты в современном электроприводе // Доклады научно-практического семинара. - М.: Изд-во МЭИ, 1998. - 72 с.

11. Розанов Ю.К., Соколова Е.М. Электронные устройства электромеханических систем: Учеб. пособие для студентов высш. учеб. заведений. - М.: Издательский центр «Академия», 2004. - 272 с.

Размещено на Allbest.ru