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 ворот );
Значение НВ рекомендуется определять через каждые 10о угла поворота створки ( полный угол поворота створки составляет 70о ).
Гидростатическое давление воды на створку создается из - за перепадов уровней воды, которые возникают в следствие инерционных колебаний воды в бъефе, вызванных наполнением апоражнением камеры шлюза, преждевременного начала открывания ворот до полного выравнивания уровней воды в камере и подходном канале из-за наличия погрешностей в водомерных приборах, а также вследствие разности отметок уровней в камере и бъефе при запоре и выпуске воды помимо подходных 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, заглубления и кинематической схемы. Точный расчет этого момента сложен. Однако 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 поворота. Очевидно, что в зависимости от направления ветра и перепада момента Мh и Мв могут как препятствовать, так и способствовать движению 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 ( определяется по кинематической схеме механизма ), рад;
kw = 1,3 - коэффициент, учитывающий работу двигателя в переходных 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 большей.
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 двигателя.
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*мдвигат | 12,6 | 33,9 | 45,5 | 54,7 | 60,8 | 172,5 | 148,2 | 70,9 |
| Мс'; Н*мтормоз | 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 двигателя в этом случае можно на нагрев не производить, а ограничется проверками на динамическую и перегрузочную способности.
Вместе с тем электродвигатель двустворчатых ворот требует специфической проверки по аварийному режиму работы из условия "наезд на препятствие" ( внезапное столкновение ), выполнение которой целесообразно до основных проверок.
а) Проверка по режиму внезапного стопорения
При внезапном стопорение створки кинематическая энергия, запасенная ротором двигателя и вращающимися элементами передач, переходит в энергию упругих колебаний и дополнительно нагружает механизм.
Проверка по режиму внезапного стопорения позволяет уточнить частоту вращения электродвигателя, откоректировать передаточное число механизма и жесткость упругих элементов.
При расчете режима внезапного стопорения не учитываются демпфирующие способности двигателя и принимается, что продолжительность развития нагрузки больше полупериода колебаний.
В этом случае величина момента при внезапном стопорении, приведенная 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 привода; 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)
Максимальная нагрузка будет в момент времени
t= p/2*?(J1/C'max); где
Мн = 9556*Рн/nн = 9556*19/935 = 132,9 (Н*м).
Условие, для проверки предварительно выбранного двигателя при внезапном стопорении;
wн , M'доп-0,7*Mmax/?(C'max*J1); где
M'доп - допустимая нагрузка на тяговый орган, приведенный к валу двигателя;
M'доп = Fдоп*ОА/(iз*h) =55*104*2/(2300*0,74) = 646,3 ( Н*м )
1,4*M'доп-2,2*Мном/?(C'max*J1) =
= 1,4*646,3-2,2*132,9/?(13,6*0,66) = 165,4 (рад/с)
97 < 165,4 условие выполняется
Коэффициент 1,4 в выражении учитывает податливость препятствия, на которое произведен "наезд" створки.
б) Проверка на динамическую и перегрузочную способности. Проверка предварительно выбранного двигателя на перегрузочную способность и динамическую способности производится исходя из следующих соображений. Поскольку электромеханические приводы двустворчатых ворот содержат упругое звено ( демпферные пружины ), то при разгоне динамический момент в нем ( М12 ) имеет затухающий колебательный характер, причем максимальная величина его должна ограничиваться коэффициентом динамичности, равным 1,4. В общем случае, динамический момент в упругом звене определяется по выражению:
М12 =Мс'+(Мнп-Мс')*J'2/(J1+J'2)*(1-coswt);