ηпхх
0,5
Задание к проекту:
Для механизма перемещения стола продольно-строгального станка выбрать тип электропривода, выполнить выбор электродвигателя и его проверку по нагреву и перегрузке, выбрать силовой преобразовательный агрегат, силовой трансформатор и реакторы, выполнить расчет элементов системы автоматического управления электроприводом, выполнить компьютерное моделирование системы автоматизированного электропривода в типовых режимах.
Требования к электроприводу:
1. Обеспечение работы механизма по следующему циклу:
• подход детали к резцу с пониженной скоростью;
• врезание на пониженной скорости;
• разгон до рабочей скорости прямого хода;
• резание на скорости прямого хода;
• замедление до пониженной скорости перед выходом резца;
• выход резца из детали;
• замедление до остановки;
• разгон в обратном направлении до рабочей скорости обратного хода;
• возврат стола на холостом ходу со скоростью обратного хода;
• замедление до остановки (стол возвращается в исходное положение). Пониженную скорость принять: Vпон = 0,4·Vпр
2. Обеспечение рекуперации энергии в тормозных режимах.
3. Разгоны и замедления должны проходить с постоянством ускорения. Обеспечение максимально возможных ускорений в переходных режимах.
4. Статическая ошибка по скорости при резании не должна превышать 10%.
5. Ограничение момента электропривода при механических перегрузках.
2 ВЫБОР ТИПА ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Заданным требованиям соответствует регулируемый электропривод с двигателем постоянного тока независимого возбуждения и замкнутой по скорости системой автоматического регулирования. В качестве управляемого преобразователя выбираем реверсивный тиристорный преобразователь. Такой электропривод обеспечивает высокие показатели качества регулирования скорости, высокую точность и быстродействие надежность, простоту в наладке и эксплуатации. Регулирование скорости принимается однозонным (управление изменением напряжения якоря двигателя при постоянном потоке возбуждения). Система управления электроприводом реализуется на аналоговой элементной базе.
3 ВЫБОР И ПРОВЕРКА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
3.1 РАСЧЕТ НАГРУЗОЧНОЙ ДИАГРАММЫ МЕХАНИЗМА
Для предварительного выбора двигателя построим нагрузочную диаграмму механизма (график статических нагрузок механизма) Расчет времени участков цикла на этапе предварительного выбора двигателя выполняем приблизительно, т.к. пока нельзя определить время разгонов и замедлений (суммарный момент инерции привода до выбора двигателя неизвестен).
Пониженная скорость входа резца в металл (принимается):
, где
Vпр - скорость рабочего хода (Vп = 0,4 м/с, см. таб. 1)
Усилие перемещения стола на холостом ходу:
, где
mс - масса стола (mс = 15000 кг, см таб. 1);
mд - масса детали (mд = 23000 кг, см таб. 1);
g - ускорение свободного падения (g = 9,81 м/с2);
μ - коэффициент трения стола о направляющие (μ = 0,06, см таб. 1).
Усилие перемещения стола при резании:
, где
Fz - усилие резания (Fz = 170000 Н, см. таб. 1).
Время резания (приблизительно):
, где
Lд - длинна детали (Lд = 4 м, см. таб. 1);
Время подхода детали к резцу (приблизительно):
, где
Lп - длинна подхода детали к резцу (Lп = 0,2 м, см. таб. 1);
Время прямого хода после выхода резца из детали (приблизительно):
, где
Lв - путь после выхода резца из металла (Lв = 0,15 м, см. таб. 1);
Время возврата стола (приблизительно):
, где
Vобр - скорость обратного хода.
|
3.2 ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ВЫБОР ДВИГАТЕЛЯ
При расчете мощности двигателя полагаем, что номинальной скорости двигателя соответствует скорость обратного хода стола (наибольшая скорость механизма), т.к. принято однозонное регулирование скорости, осуществляемое вниз от номинальной скорости. Ориентируемся на выбор двигателя серии Д, рассчитанного на номинальный режим работы S1 и имеющего принудительную вентиляцию.
Эквивалентное статическое усилие за цикл:
Расчетная мощность двигателя:
, где
Кз - коэффициент запаса (примем Кз = 1,2);
ηпN - КПД механических передач при рабочей нагрузке.
Выбираем двигатель Д816 по [2]. Номинальные данные двигателя приводятся в таб. 2.
Таблица 2
Данные выбранного двигателя
Параметр
Обозначение
Значение
Мощность номинальная
PN
150000 Вт
Номинальное напряжение якоря
UяN
220 В
Номинальный ток якоря
IяN
745 А
Номинальная частота вращения
ηN
480 об/мин
Максимальный момент
Мmax
8040 Нм
Сопротивление обмотки якоря
Rя0
0,0059 Ом
Сопротивление обмотки добавочных полюсов
Rдп
0,0032 Ом
Температура, для которой даны сопротивления
Т
20˚С
Момент инерции якоря двигателя
Jд
16,25 кг·м2
Число пар полюсов
рп
2
Допустимая величина действующего значения переменной составляющей тока якоря отнесенная к номинальному току (коэффициент пульсаций)
kI(доп)
0,15
Двигатель данной серии не компенсированный, имеет принудительную вентиляцию и изоляцию класса Н.
Для дальнейших расчетов потребуется ряд данных двигателя, которые не приведены в справочнике. Выполним расчет недостающих данных двигателя.
Сопротивление цепи якоря двигателя, приведенное к рабочей температуре:
, где
kт - коэффициент увеличения сопротивления при нагреве до рабочей температуры (kт = 1,38 для изоляции класса Н при пересчете от 20˚С).
Номинальная ЭДС якоря:
Номинальная угловая скорость:
Конструктивная постоянная, умноженная на номинальный магнитный поток:
Номинальный момент двигателя:
Момент холостого хода двигателя:
Индуктивность цепи якоря двигателя:
, где
С - коэффициент (для некомпенсированного двигателя С = 0,6)
3.3 РАСЧЕТ НАГРУЗОЧНОЙ ДИАГРАММЫ ДВИГАТЕЛЯ
Для проверки выбранного двигателя по нагреву выполним построение упрощенной нагрузочной диаграммы двигателя (без учета электромагнитных переходных процессов). Для построения нагрузочной диаграммы произведем расчет передаточного числа редуктора, приведение моментов статического сопротивления и рабочих скоростей к валу двигателя, примем динамический момент и ускорение электропривода с учетом перегрузочной способности двигателя.
Передаточное число редуктора:
Момент статического сопротивления при резании, приведенный к валу двигателя:
Момент статического сопротивления при перемещении стола на холостом ходу, приведенный к валу двигателя:
Пониженная скорость, приведенная к валу двигателя:
Скорость прямого хода, приведенная к валу двигателя:
Скорость обратного хода, приведенная к валу двигателя:
Суммарный момент инерции привода:
, где
δ - коэффициент, учитывающий момент инерции полумуфт, ведущей шестерни и редуктора (δ принимаем равным 1,2).
