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).
Скорость обратного хода стола::
, где
Vпр - скорость рабочего хода (Vп = 0,4 м/с, см. таб. 1)
Усилие перемещения стола на холостом ходу:
, где
mс - масса стола (mс = 4000 кг, см таб. 1);
mд - масса детали (mд = 7000 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 = 40000 Н, см. таб. 1).
Время резания (приблизительно):
, где
Lд - длинна детали (Lд = 4,2 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 = 1,1);
ηпN - КПД механических передач при рабочей нагрузке.
Выбираем двигатель Д810 по [2]. Номинальные данные двигателя приводятся в таб. 2.
Таблица 2
Данные выбранного двигателя
Параметр
Обозначение
Значение
Мощность номинальная
PN
55000 Вт
Номинальное напряжение якоря
UяN
220 В
Номинальный ток якоря
IяN
282 А
Номинальная частота вращения
ηN
550 об/мин
Максимальный момент
Мmax
2550 Нм
Сопротивление обмотки якоря
Rя0
0,0234 Ом
Сопротивление обмотки добавочных полюсов
Rдп
0,0122 Ом
Момент инерции якоря двигателя
Jд
3,65 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 механической части привода:
, где
δ - коэффициент, учитывающий момент инерции полумуфт, ведущей шестерни и редуктора (δ принимаем равным 1,2).
Модуль динамического момента двигателя по условию максимального использования двигателя по перегрузочной способности:
, где
k - коэффициент, учитывающий перерегулирование момента на уточненной нагрузочной диаграмме (построенной с учетом электромагнитной инерции цепи якоря). Принимаем k = 0,95.
Ускорение вала двигателя в переходных режимах:
Ускорение стола в переходных режимах:
Разбиваем нагрузочную диаграмму на 12 интервалов. Сначала рассчитываем интервалы разгона и замедления электропривода, затем интервалы работы с постоянной скоростью.
Интервал 1. Разгон до пониженной скорости.
Продолжительность интервала 1:
Путь, пройденный столом на интервале 1:
Момент двигателя на интервале 1:
Интервал 4. Разгон от пониженной скорости до скорости прямого хода.
Продолжительность интервала 4:
Путь, пройденный столом на интервале 4:
Момент двигателя на интервале 4:
Интервал 6. Замедление от скорости прямого хода до пониженной скорости.
Продолжительность интервала 6:
Путь, пройденный столом на интервале 6:
Момент двигателя на интервале 6:
Интервал 9. Замедление от пониженной скорости до остановки.
Продолжительность интервала 9:
Путь, пройденный столом на интервале 9:
Момент двигателя на интервале 9:
Интервал 10. Разгон до скорости обратного хода.
Продолжительность интервала 10:
Путь, пройденный столом на интервале 10:
Момент двигателя на интервале 10:
Интервал 12. Замедление от скорости обратного хода до остановки.
Продолжительность интервала 12:
Путь, пройденный столом на интервале 12:
Момент двигателя на интервале 12:
Интервал 2. Подход детали к резцу с постоянной скоростью.
Путь, пройденный столом на интервале 2:
Продолжительность интервала 2:
Момент двигателя на интервале 2:
Интервал 8. Отход детали от резца с постоянной скоростью.
Путь, пройденный столом на интервале 8:
Продолжительность интервала 8:
Момент двигателя на интервале 8:
Интервал 3. Резание на пониженной скорости
Путь, пройденный столом на интервале 3 (принимается):
Продолжительность интервала 3:
Момент двигателя на интервале 3:
Интервал 7. Резание на пониженной скорости
Путь, пройденный столом на интервале 7 (принимается):
Продолжительность интервала 7:
Момент двигателя на интервале 7:
Интервал 5. Резание на скорости прямого хода
Путь, пройденный столом на интервале 5 (принимается):
Продолжительность интервала 5:
Момент двигателя на интервале 5:
Интервал 11. Возврат со скоростью обратного хода
Путь, пройденный столом на интервале 11:
Продолжительность интервала 11:
Момент двигателя на интервале 5:
|
3.4 Проверка двигателя по нагреву
Для проверки двигателя по нагреву используем метод эквивалентного момента. Используя нагрузочную диаграмму находим эквивалентный по нагреву момент за цикл работы привода. Для нормального теплового состояния двигателя необходимо, чтобы эквивалентный момент был не больше номинального момента двигателя.
