Разработка логической схемы управления двустворчатых ворот судоходного шлюза

изменятся в довольно широких пределах. Поэ¬тому, для правильного выбора двигателей необходимо знать область изменения статического момента сопротивления.

При движении в установившемся режиме на створку ворот действует нагрузка, в которую входят следующие составляющие; - момент от силы трения в пяте и гальсбанде ( Мтр ); - момент сил ветровой нагрузки ( Мв ); - момент сил, вызванных, гидростатическим давлением воды на створку ( Мh ); - момент сил вызванных воздействием масс воды при движении створки ( Мг ), который включает: моменты сил, вызванных изменением инерции присоединенных к створке масс воды:

Момент от сил трения определяется по выражению ( в Нм ):

Мтр = 2/3*f1*Fn*rn+f2*Fг*rг; где

f1 = 0,25 - коэффициент трения пятового устройства;

f2 = 0,5 - коэффициент трения гальсбанда;

rn = 0,2 м - радиус пяты;

rг = 0,1 м - радиус гальсбанда;

Fn = G+g*hm*l - реакция в пяте; ( Н )

G - вес створки; ( Н )

G = 500*(Hn*l)3/2

g = 4000 ( H/m2 ) - удельная нагрузка на створку, создаваемая механизмами и людьми, находящимися на мостике ворот;

l = 0,5*hк/cos202 - длинна створки; ( м )

hm = 1,2 ( м ) - ширина мостика;

Fг = Fn*l/(2*Hn) - усилие в галсбанде; ( Н )

l = 0,5*h /cos20 = 0,5*18/0,44 = 9,57 ( m )

G = 500*(Hn+l)3/2 = 500*(15*9,57)3/2 = 859958,2 ( H )

Fn = G+g*hm*l = 859958,2+4000*1,2*9,57 = 905889,2 ( H )

Fг = Fn*l/(2*Hn) = 905889,2*9,57/(2*15) = 288978,6 ( H )

Mтр = 2/3*f1*Fn*rn+f2*Fг*rг = 2/3*0,25*905889,2*0,2+0,5*

*288978,6*0,1 = 44645,2 ( Н*м )

Момент сил ветровой нагрузки определяется по формуле;

Мв = 0,5*ко*gо*l2*(Hn-h)*sinQ; в ( Н*м ) где

Ко = 1,4 - коэффициент обтекания;

gо = 150 ( Н*м2 ) - скоростной ветровой напор;

Q = угол поворота створки ( Q = 0о - при открытом положении во¬рот );

Значение НВ рекомендуется определять через каждые 10о угла пово¬рота створки ( полный угол поворота створки составляет 70о ).

Гидростатическое давление воды на створку создается из - за пе¬репадов уровней воды, которые возникают в следствие инерционных ко¬лебаний воды в бъефе, вызванных наполнением апоражнением камеры шлюза, преждевременного начала открывания ворот до полного выравни¬вания уровней воды в камере и подходном канале из-за наличия пог¬решностей в водомерных приборах, а также вследствие разности отме¬ток уровней в камере и бъефе при запоре и выпуске воды помимо под¬ходных каналов. Следует иметь в виду, что перепады уровней воды возникают практически только в интервале угла поворота от 50о до 70о.

Величина момента, вызванного перепадом, расчитывается по формуле в ( Н*м );

Mh = 0,5*Dhc*l2*h*Yв, где.

Yв = 9,81*103 ( Н*м-3 ) - удельный вес воды

Mh = 0,5*0,15*9,522*5*9810 = 336918 ( Н*м );

при Q = 0о Мв = 0 ( Н*м )

при Q = 10о Мв = 0,5*1,4*150*9,57*(15-5)*sin10о = 16698,7 ( Н*м )

Данные расчеты ведутся через 10о. результаты расчета сводятся в таблицу;

Q; град Мв; Н

0 0

10 16698,7

20 32890

30 48082,1

40 61813,1

50 73666

60 83280,6

70 30364,7

Момент сил, вызванных воздействием масс воды движением створки ( Мг ), зависит от скорости движения створки, ее положения, заглубле¬ния и кинематической схемы. Точный расчет этого момента сложен. Од¬нако с достаточной для инженерных расчетов точностью величину Мг можно принять постоянной во всем диапазоне угла Q, равной:

Мг = 0,2*336918 = 67383,6 ( Н*м )

Определив все вышесказанные моменты, строится график зависимости статического момента сопротивления на оси створки от ее угла пово¬рота. Очевидно, что в зависимости от направления ветра и перепада момента Мh и Мв могут как препятствовать, так и способствовать дви¬жению створки. В соответствии с этим график Мс(Q) = Мтр+Мг+Мh+Мв строится для двух случаев:

- моменты Мh и Мв препятствуют движению;

- моменты Мh и Мв способствуют движению;

График Мс(Q) строятся через 10о угла поворота створки: ( рисунок 19 ).

Q; град Мс(Q); Н*м 1 режим Мс(Q); Н*м 2 режим

0 112028,8 112028,8

10 128727,5 95330,1

20 144918,8 79138,8

30 160110,9 63946,7

40 173841,9 50015,7

50 598612,8 298555,2

60 532227,4 308169,8

70 539311,5 315253,9

2.3.3. Предварительный выбор электродвигателя.

Необходимая мощность электродвигателя, намеченного к установке, определяется из выражения ( в кВт ):

P' = Mс.max*wст.ср./(1000*h),

где Mс.max - максимальный момент сопротивления, определяется по графику Мс(Q), Н*м;

wст.ср. = Qст/tc - средняя угловая скорость створки, ( с-1 );

Qст = 1,222 - полный угол поворота створки, ( рад ) wст.ср. = 1,222/80 = 0,015 ( с-1 );

P' = 539311,5*0,015/(1000*0,74) = 11 ( кВт );

Частота вращения электродвигателя определяется в соответствии с wст.ср. по формуле ( в об.мин-1);

n = kw*30*aт*iз/(p*tc), где.

aт - полный угол поворота выходного вала передачи ( колеса ) при перемещение створки от открытого до закрытого положения ( определя¬ется по кинематической схеме механизма ), рад;

kw = 1,3 - коэффициент, учитывающий работу двигателя в переход¬ных режимах и на пониженной частоте вращения при створении и при входе в шкафную часть.

n = 1,3*30*2,6*2300/(3,14*80) = 928 (об/мин).

По величине P' и n по каталогу предварительно выбираем двигатель кранового типа при ПВ = 95 % мощностью равной или ближайшей боль¬шей.

Выбираем электродвигатель MTF 311-6

Рн = 13 ( кВт ) n = 135 (об/мин) J = 0,3 (кг/м2)

2.3.4. Определение момента сопротивления приведенных к валу дви¬гателя.

Величины моментов сопротивления, приведенных к валу двигателя ( M'с ), необходимо определить во всем диапазоне перемещения створки для обоих расчетных режимов.

Расчет M'с = f(Q) производим через 10o угла поворота створки. Для определения M'с = f(Q) необходимо определить полное переда-

точное число:

i = f(Q); i = iз*iм, где iм = f(Q)

iм = ВО1/СО, где СО определяется из диаграммы перемещения. Приведения осуществляются по формулам:

Мс' = Мс/(i*h) - двигательный режим;

Мс' = Мс*h/i - тормозной режим;

Результаты вычислений заносим в таблицу;

Q; град 0 10 20 30 40 50 60 70

СО; м 0,64 1,5 1,79 19,5 1,99 1,88 1,59 0,75

iм; м 5,23 2,23 1,87 1,72 1,68 1,78 2,11 4,47

i; м 12029 5129 4301 3956 3864 4094 4853 10281

Мс'; Н*м

двигат 12,6 33,9 45,5 54,7 60,8 172,5 148,2 70,9

Мс'; Н*м

тормоз 6,9 13,8 13,6 12 9,6 -54 -47 -22,7

По результатам в таблице, строим график зависимости Мс'= f(Q). ( рисунок 20 ).

2.3.5. Проверка предварительно выбранного двигателя. Предварительно выбранный двигатель в общем случае должен быть

проверен на нагрев, динамическую и перегрузочную способность. Однако, в следствии того, что цикл шлюзования довольно значите-

лен ( 30 минут и более ), а длительность работы привода ворот в

цикле не выше ( порядка 3 - 4 минуты ), тепловой режим двигателя

достаточно легкий. Поэтому проверку предварительно выбранного дви¬гателя в этом случае можно на нагрев не производить, а ограничется проверками на динамическую и перегрузочную способности.

Вместе с тем электродвигатель двустворчатых ворот требует специ¬фической проверки по аварийному режиму работы из условия "наезд на препятствие" ( внезапное столкновение ), выполнение которой целесо¬образно до основных проверок.

а) Проверка по режиму внезапного стопорения

При внезапном стопорение створки кинематическая энергия, запа¬сенная ротором двигателя и вращающимися элементами передач, перехо¬дит в энергию упругих колебаний и дополнительно нагружает механизм.

Проверка по режиму внезапного стопорения позволяет уточнить час¬тоту вращения электродвигателя, откоректировать передаточное число механизма и жесткость упругих элементов.

При расчете режима внезапного стопорения не учитываются демпфи¬рующие способности двигателя и принимается, что продолжительность развития нагрузки больше полупериода колебаний.

В этом случае величина момента при внезапном стопорении, приве¬денная к валу двигателя, может быть определена из выражения:

Мвн = 0,7*Мmax+wд*?C'max*J1*sin(?(C'max/J1)*t)

где; 0,7*Мmax - примерное среднее значение момента, развиваемого двигателем при "наезде на препятствие", ( Н*м );

Мmax - опрокидывающий ( максимальный ) момент предварительно выбранного двигателя;

wд = wн = p*nн/30 - угловая частота вращения двигателя перед "наездом на препятствие" ( с-1):

C'max - максимальная, приведенная к валу двигателя жесткость демпферных пружин; ( Н*м )

J1 = 1,25*(Jр+Jм) - момент инерции вращающихся элементов приво¬да; Jр,Jм - моменты инерции ротора двигателя и муфты; (кг*м2); 1,25 - коэффициент учитывающий приведенный к валу двигателя мо-

мент инерции всех остальных вращающихся частей привода.

C'max = C*(OA)2/iз2 =18*106*22/23002 = 13,6 ( Н*м )

где, ОА - из кинематической схемы;

J1 = 1,25*(0,3+0,225) = 0,66 (кг*м2)