МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
АРХИТЕКТУРНО - СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет: СТРОИТЕЛЬНО – ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ
Кафедра: МЕХАНИЗАЦИЯ, АВТОМАТИЗАЦИЯ и ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ
СТРОИТЕЛЬСТВА

Курсовой проект
по дисциплине: «Электроавтоматика
строительных машин»
на тему: Электропривод шаровой мельницы.

Выполнил: кирилл

Самара 2010
Задание на курсовую работу

В соответствии с темой курсового проекта требуется:
1) изучить конструкцию, принцип действия, технические характеристики промышленной установки или строительной машины (объекта модернизации);
2) изучить схему управления, конструкцию и назначение ее элементов;
3) указать недостатки исходной схемы и дать эскизные предложения по ее модернизации;
4) выполнить расчет нагрузки силового электрооборудования;
5) провести ревизию защитных средств оборудования от аварийных режимов и заменить их на более совершенные;
6) разработать принципиальные электрические схемы коммутаций силовых цепей электрооборудования на бесконтактных элементах (тиристорах), описать их принцип действия, привести расчеты параметров для выбора на основе расчета нагрузки силовых цепей;
7) разработать алгоритм управления оборудованием с учетом предложений по модернизации;
8) на основании алгоритма и исходной релейно-контактной схемы составить структурные логические выражения функций алгебры логики для выходных и промежуточных переменных;
9) привести полученные выражения к виду СДНФ, на основании которых построить карты Карно;
10) по картам Карно минимизировать функции алгебры логики (ФАЛ) в формах ДНФ и КНФ, с учетом дополнительных преобразований выбрать опти-мальные из этих форм для реализации их на базисе логических элементов одной из выбранных серий с целью минимального количества элементов (или корпусов микросхем) в схеме;
11) составить структурные схемы управления на логических элементах вы-бранного базиса;
12) преобразовать ФАЛ к виду, позволяющему реализовать их на базисе
2И-НЕ или 2ИЛИ-НЕ, и на основании этих ФАЛ построить структурную схему;
13) согласовать выходные сигналы логической схемы с элементами силовой бесконтактной коммутационной схемы с целью управления ими;
14) дать заключение о предложенной модернизации оборудования.

1 Технологический процесс, осуществляемый шаровой мельницей
Мельницы с относительно коротким барабаном называются шаровыми бара-банными, а мельницы с длиной, превышающей в 4–5 раз диаметр, – трубными.

Шаровые мельницы размером 0,9х1,8 и 1,5х1,6 м (соответственно диаметр и длина барабана), предназначенные для помола материалов средней твердости, выпускают двух исполнений: для сухого и мокрого способа помола. Различаются они между собой конструкцией загрузочных и разгрузочных устройств. Мельница 1,5х5,6 м предназначена для помола строительных материалов сухим способом.
Трубные мельницы 2х10,5 и 2,6х13 м применяют для помола в открытом цикле клинкера и сырья, требующих тонкого измельчения, как при сухом, так и при мокром помоле. Мельница 3,2 8,5 м служит для помола мягкого сырья мок-рым способом в открытом и замкнутом цикле и для помола сырьевых материалов с подсушкой в замкнутом цикле. Трубная мельница 3,2х15 м выпускается для мокрого помола сырья и для помола клинкера в открытом или замкнутом цикле. Мельница 4х13,5 м предназначена для помола клинкера с добавками и сырьевых материалов мокрым способом. Мельницу 4,2- 10 м применяют для помола сырья с одновременной его подсушкой при работе по замкнутому циклу.
Шаровая мельница имеет вид:

Рисунок 1 –Схема шаровой мельницы.
В состав шаровой мельницы входят следующие элементы:
1. подшипниковая опора
2. корпус мельницы
3. разгрузочное устройство
4. соединительная муфта
5. редуктор
6. соединительная муфта
7. двигатель главного привода
8. обгонная муфта
9. редуктор вспомогательного привода
10. муфта с тормозом
11. двигатель вспомогательного привода
12. соединительный вал
Устройство и конструкция основных узлов барабанных мельниц разных па-раметров во многом аналогичны. На рис. 3 показана характерная шаровая мель-ница. Барабан 2, установленный в подшипниках 1, приводится во вращение дви-гателем 7 через редуктор 5 и промежуточный вал. Материал подается в барабан по загрузочному устройству, а готовый продукт выводится при помощи разгру-зочного устройства 3. Для ремонтных работ мельница имеет вспомогательный привод 11.
Помол происходит в следующей последовательности. Материал подается в загрузочную воронку и далее через питатель и полый шнек, расположенный в по-лой цапфе, поступает в камеру барабана.
Выделенные в сепараторах тонкие фракции пневматическими насосами по-даются на склад. Недоизмельченный материал по аэрожелобам поступает в при-емный патрубок загрузочной части. При необходимости часть материала может быть направлена снова в первую камеру.

2 Принципиальная электрическая схема управления асинхронным
двигателем и принцип ее работы.

Рисунок 2 - Релейно-контакторная схема
На рис.2 приведена схема управления асинхронным двигателем с фазным ро-тором, в цепь которого введен пусковой резистор. Управление двигателем осу-ществляется с помощью кнопок КнП и КнС. Пуск осуществляется в функции времени с помощью электромагнитных реле времени, включенных через вентиль VD.
Для защиты цепей двигателя от перегрузки служат тепловые реле КК. Цепи управления включены через автоматический выключатель, имеющий максималь-ную токовую защиту.
Подготовка схемы к пуску двигателя осуществляется подачей напряжения пе-ременного тока: включают выключатели F и FA. При этом после включения FA получит питание КТ1 и замыкающие контакторы его закроются- подготавливается цепь включения КТ2 и КЛ; размыкающий контакт КТ1 разомкнется и выключит цепь катушек контакторов ускорения КУ1, КУ2, КУ3.
Если нажать кнопку КнП, то через замкнувшийся контакт КТ1 включится кон-тактор КЛ, и будет подано напряжение на обмотку статора двигателя М; в обмотку ротора при этом включены все пусковые резисторы- начинается пуск привода на первой реостатной характеристике. При включении контактора КЛ один из его замыкающих вспомогательных контактов шунтирует кнопку КнП, и отпадает необходимость длительно удерживать ее в нажатом состоянии, а другой замы-кающий- подает питание на цепь катушек реле ускорения КТ2 и КТ3. Размыкаю-щий вспомогательный контакт КЛ отключит цепь реле КТ1; так как оно отпускает якорь с выдержкой времени при отключении ее катушки, то КТ2 сразу не включится и его размыкающий контакт КТ2 будет открыт. Следует отметить, что размыкающий контакт КТ1 остается еще открытым; по истечении выдержки вре-мени реле КТ1 его замыкающий контакт откроется, а размыкающий- закроется.
В результате этих переключений в схеме управления включится контактор КУ1, и будет шунтирована первая пусковая ступень резистора- двигатель с первой (рео-статной) характеристики перейдет на вторую, разгоняясь до большей угловой скорости. Кроме того, включится реле времени КТ2, и его размыкающий контакт с выдержкой времени замкнет цепь катушки контактора КУ2- шунтируется вторая пусковая ступень резистора- двигатель переходит на третью реостатную ха-рактеристику. Наконец, после размыкания с выдержкой времени замыкающего контакта КТ 2 выключится реле КТ3- с выдержкой времени, на которое настроено реле КТ3 (соответственно времени пуска двигателя на последней реостатной характеристике), замкнется его контакт КТ3, и включится контактор КУ3, обмотка ротора М окажется замкнута на коротко, и двигатель начнет разгоняться в со-ответствии с его естественной характеристикой. Этим заканчивается ступенчатый пуск асинхронного двигателя, контролируемый в функции времени электро-магнитными реле времени КТ, КТ2, КТ3. Остановка двигателя производится на-жатием кнопки КнС.
3 Построение алгоритма управления

Для наглядного описания работы электропривода, графически построим ал-горитм работы:

Рисунок 4 - Алгоритм работы схемы электропривода

4 Составление и минимизация функций алгебры логики

В работе схемы данного электропривода участвую следующие основные элементы:
КнП, КнС- кнопки пуск и стоп соответственно
КК1, КК2 –тепловые реле
F, FA -выключатели
КТ1, КТ2,КТ3 – реле времени
КУ1,КУ2,КУ3 –промежуточное реле
КЛ – ключ
На основании алгоритма и исходной релейно-контактной схемы составим структурные логические выражения функций алгебры логики для выходных и промежуточных переменных:

Приведём выражение реле КУ3 к виду СДНФ (совершенной дизъюнктивной нормальной форме):

Совершенной дизъюнктивной нормальной формой называется дизъюнкция элементарных конъюнкций, имеющих полный набор переменных. После приве-дения выражения к СДНФ для дальнейшей минимизации необходимо построить карту Карно.

5 Минимизация ФАЛ при помощи карты Карно

Карта Карно представляет собой четырехугольник, разделенный на элемен-тарные квадраты, каждому из которых соответствует своя комбинация значений всех входных переменных. Число клеток равно числу всех наборов входных пе-ременных - 2n, где n – число входных переменных. Карту Карно можно строить по словесному описанию алгоритма, по граф-схеме алгоритма, а также непосред-ственно по логическим выражениям функции. При этом заданное логическое вы-ражение должно быть приведено к форме СДНФ (совершенной дизъюнктивной нормальной форме), под которой понимается форма логического выражения в виде дизъюнкции элементарных конъюнкций, имеющих полный набор входных переменных. Логическое выражение содержит конъюнкции только единичных конституентов, поэтому каждому набору переменных в конъюнкциях должна быть поставлена единица в соответствующей клетке карты Карно, в остальных клетках ставится ноль. Карта Карно позволяет минимизировать логическое выражение непосредственно по карте, не прибегая к записи функции в СДНФ. Для этого надо воспользоваться замечательным свойством карты Карно, а именно, свойством со-седних клеток. Если охватить контуром несколько соседних клеток, в которых значение функции равно единице, то функция для этого контура будет состоять всего из одной конъюнкции, и не будет содержать входных переменных, которые в этом контуре меняют свое значение.
Приведём выражение ФАЛ для катушки КУ3 к виду СДНФ:

Ранее мы уже получили выражение в совершенной дизъюнктивной нормаль-ной форме. Теперь для этого выражения строим карту Карно:

Рисунок 5 – Карта Карно для КУ3
После, охватим контуром несколько соседних клеток, где выражение прини-мает значение 1 – два контура по вертикали. В результате получим минимизиро-ванную функцию:

6 Составление структурной логической схемы в Булевом базисе

Логическая схема электропривода с импульсно-ключевым управлением имеет следующий вид:

Рисунок 6 – Структурная логическая схема в Булевом базисе

При построении логических устройств обычно не пользуются функционально полной системой логических элементов, реализующих все основные логические операции. На практике, с целью сокращения номенклатуры элементов пользуются системой элементов, включающих только два элемента, выполняющих операции И-НЕ (штрих Шеффера) и ИЛИ-НЕ (стрелка Пирса).
На основе данных преобразований любую ФАЛ можно записать в нужном базисе логических элементов. Для этого вводят двойное инвертирование исход-ного выражения, которое не изменяет ФАЛ, а затем, применяя законы де Моргана, приходят к тому или иному базису.
В зависимости от выбранной серии и типа элементов необходимо полученное структурное выражение преобразовать к виду, в котором будут использованы только выбранные логические элементы.

7 Приведение ФАЛ к базису ИЛИ-НЕ (Стрелка Пирса)

Изобразим логическую схему, составленную из элементов ИЛИ-НЕ:

Рисунок 7 – Логическая схема на базисе элементов ИЛИ-НЕ (Стрелка Пирса)

8 Выбор электродвигателя
Для шаровой мельницы типа ТМНР-17 с потребляемым мощностью 8кВт подхо-дит электродвигатель серии 4А132М4Y3 с техническими характеристиками:
Номинальная мощность 11кВт
Номинальный ток 21,8А
КПД 0,875%

10. Техническая реализация структурной логической схемы
Технический реализуем полученную схему на элементах одной серии 2ИЛИ-НЕ:
Выбираем микросхемы серии К564ЛЕ5, которая представляет собой четыре логических элемента 2ИЛИ-НЕ.
Условное графическое обозначение:
Электрические параметры:
Номинальное напряжение питания Uпит = 5В
Выходное напряжение U0вых = 0,95 В
Выходное напряжение U1вых = 3,6 В
Iвых1 = 0,9 mА.
Вход 1,5,8,12 Вход 2,6,9,13 Выход 3,4, 10,11
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 0

Для усиления выходного сигнала микросхем, воспользуемся усилителями серии К140УД23 со следующими параметрами:
Номинальное напряжение питания Uп= 15 В
Выходное напряжение Uвых 11 В
Ток потребления Iп < 10 мА
Коэффициент усиления Ку 25000

Для реализации контактов в схеме применим оптосимисторы серии ТСО 152-100 с параметрами:
Повторяющееся импульсное
напряжение в закрытом состоянии Udrm = 200 - 1200 В
и импульсное обр. напряжение
Средний ток в открытом состоянии Itav = 100 А
Ударный ток в открытом состоянии Itsm = 900 А
Импульсное напряжение в
открытом состоянии Uтm = 1,6 В
Тепловое сопротивление переход-
корпус Rт = 0,22 °C/Вт
Напряжение изоляции Uизол = 2000 В

Заключение

Целью курсового проекта являлось приобретение инженерных навыков мо-дернизации электропривода с импульсно-ключевым управлением с учетом но-вейших достижений в области бесконтактной электроавтоматики и ее элементной базы.
В данном курсовом проекте была произведена замена релейно-контакторной элементной базы электропривода на бесконтактную, основанную на запираемых оптопарах, управление которыми осуществляется при помощи логических мик-росхем без усиления выходного сигнала.
Преимущество данной схемы заключается в применение симисторов вместо контакторов, которые в свою очередь обладают большей надежностью и скоро-стью срабатывания, что полностью исключают возможность пригорания контактов под действием больших пусковых токов.

Библиографический список

1. Конспект лекций по предмету «Электроавтоматика строительных ма-шин».
2. Смирнов В. В. «Электроавтоматика строительных машин : методические указания к курсовому проектированию» Самара, СГАСУ, 2006 - 27 стр.
3. Соколова А. А. «Электроприводы строительных машин» Москва, 2006
4. Бокуняев А. А., Борисов Н. М. «Справочная книга радио-конструктора» Москва, 1990 – 624 стр.