Выбор электропривода

1. Выбор двигателя и редуктора

1.1 Время резания

Изменение времени резания на токарно-отрезных станках зависит от длины обработки, которую можно выразить через изменение радиуса обрабатываемой детали:

 с

-скорость резания, м/с; - поперечная подача резца, м/об; , - максимальный и минимальный диаметры детали при подрезке, м.

1.2 Время пуска и торможения

Время входа  (пуск) и выхода  (торможение) определяется заданным допустимым ускорением рабочего органа. При подрезке торца детали на токарно-отрезном станке . Регулировка скорости вращения шпинделя от минимального значения до максимального

 об/с

об/с

производится в автоматическом режиме при подрезке торца детали с помощью ослабления магнитного потока двигателя.

 с.

Работа двигателя при торцевой подрезке детали состоит из процессов запуска, резания, торможения и выключенного состояния при смене детали длительностью.

Рисунок 1

1.3 Время цикла работы

 с.

1.4 Расчет статических и динамических усилий в механизме и построение упрощенной нагрузочной диаграммы

Процесс токарной обработки происходит при постоянстве мощности резания:

,

где  - усилие резания, Н;  - скорость резания, м/с;  - скорость вращения шпинделя, об/c;  - диаметр обрабатываемой детали, м.

Мощность при резании

Усилие, преодолеваемое приводом токарного станка на холостом ходе, определяется коэффициентом постоянных потерь в двигателе и передачах :

 Н

Момент инерции сплошного цилиндрического тела (колеса, шкива, винта, барабана и др.) определяется по формуле, кг×м²:

,

где  - масса цилиндра, кг;  - диаметр основания цилиндра (для ходового винта средний диаметр резьбы ), м;  - высота цилинра (длина ходового винта ), м;  - плотность цилиндра, для стали  кг/м³.

Полный момент рабочего органа определяется суммой статического и динамического моментов, Н×м:

,

двигатель редуктор станок торцевой

1.5 Расчет потребной мощности и выбор двигателя

Мощность двигателя определяется по расчетной мощности при резании с некоторым запасом при выбросах в динамических режимах и пересчетом на стандартную продолжительность включения (рис 2).

 Вт

где

=34% - стандартная продолжительность включения, - коэффициент запаса.

При выборе двигателя необходимо проверить его возможность работы на повышенных скоростях, т.е. условие обеспечения требуемого диапазона регулирования скорости:

Регулировка скорости двигателя производиться в автоматическом режиме при подрезке торца детали с помощью ослабления потока.

1.6 Определение требуемого передаточного отношения и выбор редуктора

После определения мощности двигателя при неизвестном передаточном числе редуктора по каталогу подбираю несколько двигателей с различными скоростями; данные в таблице 1

Таблица 1

Где - требуемое передаточное число;

- оптимальное передаточное число;

 - момент инерции якоря двигателя с вращающимися элементами кинематических передач на его валу;

Выбираю двигатель «Д-806», его номинальные данные:

Мощность 16 кВт,

Частота вращения 710 об/мин;

Ток I_н= 84 А;

Магнитный поток 25 мВб;

Сопротивление якорной цепи 0,1085 Ом;

Максимальная частота вращения двигателя 2600 об/мин;

Момент инерции якоря  1 кг м^2;

Режим ПВ=40%;

Сопротивления даны при температуре .

Отклонения фактического передаточного отношения от требуемого значения:

 Вт

 с

Нагрузочная способность и выбор редуктора

Требуемая мощность выбираемого редуктора:

 Вт,

где  - коэффициент режима работы,  - коэффициент нагрузки.

Выбираем редуктор РЦТ:

Передаточное число 28; частота вращения  700 об/мин;

Мощность редуктора 14,9 кВт;

Межосевое расстояние 600 мм.

2. Расчет статических характеристик электропривода

2.1 Коэффициент пропорциональности между ЭДС двигателя и его скоростью

 В с;

Где

Ом - общее сопротивление якорной цепи двигателя, - температурный коэффициент, Ом/С⁰; - температура, при которой даны значения сопротивления в каталоге, С⁰; - допустимая температура нагрева.

Номинальный электромагнитный момент двигателя, Н м:

Момент двигателя при прямом ходе и полной нагрузке (при резании), Н×м:

,

где  - рабочая скорость двигателя при резании, с^-1.

КПД двигателя при частичной загрузке, - КПД двигателя, - мощность сети; - коэффициент потерь; .

Ток якоря двигателя при резании, А:

Далее находится скорость идеального холостого хода двигателя (с^-1) при резании (с полной нагрузкой и рабочей скоростью):

Минимальная скорость резания (при заданном диапазоне регулирования D), с^-1:

При подрезке торца детали на токарно-отрезном станке скорость двигателя увеличивается по мере уменьшения диаметра обработки за счет ослабления магнитного потока. В результате процесс резания происходит с постоянной мощности резания, или, что то же самое, с постоянной мощностью на валу двигателя . При увеличении скорости в D=3 раза момент двигателя соответственно уменьшается в 3 раза. Тогда необходимо ослабить магнитный поток двигателя также в 3 раза:

Следует принять В и Ом.

Скорость идеального холостого хода двигателя при обратном холостом ходе стола, с^-1.

Ток якоря при резании сохраняет свое значение, поскольку

Электромагнитный момент при резании изменяется от максимального до минимального значений:

 Н м

 Н м

2.2 Пуск

При питании двигателя непосредственно от сети используется реостатный пуск. Для приводов с частыми пусками и реверсами применяется форсированный пуск с максимальным пусковым моментом, ограничиваемым допустимым током по условиям коммутации - .

При предварительных расчетах пускового реостата для двигателя средней мощности число ступеней  принимается равным трем.

Необходимые формулы для расчета пусковой диаграммы:

А

; ;Ом

А

Ом

Ом

 Ом

3. Расчет переходных процессов и построение полной нагрузочной диаграммы электропривода

3.1 Расчет параметров, определяющих динамику электропривода

Величину электромеханической постоянной времени (с) можно определить графически по линейным приращениям скорости и момента на механической характеристике двигателя.

Для ДПТ возможен аналитический расчет  по его параметрам:

,

где  - сопротивление якорной цепи, включающее активное сопротивление обмоток ДПТ  и добавочное сопротивление .

Электромагнитная постоянная времени якорной цепи электропривода постоянного тока, с:

,

где  - индуктивность обмоток якоря ДПТ, Гн;

Здесь - число пар полюсов;, ,  - номинальные данные двигателя;- коэффициент для компенсированных машин.

3.2 Общие сведения о расчете переходных процессов

Уравнения для скорости, момента и тока (при ) двигателя при его питании от сети будут иметь вид:

,

,

где  - установившаяся скорость вращения двигателя при статическом моменте  (токе ); , ,  - значения угловой скорости, момента и тока двигателя в начале переходного процесса.

Время переходного процесса по выражениям (4.2) - (4.4) определяется по формуле:

,

где  - значение момента двигателя в конце переходного процесса.

Расчет переходных процессов для 3х ступеней пускового реостата.

Первая ступень.

Изменяя от 0 до 0.225 получаю координаты переходных процессов первой ступени реостатного пуска.

Вторая ступень.

;; ; ; ;

Изменяя t_п2 от 0 до 0.155 получаю координаты переходных процессов второй ступени реостатного пуска.

Третья ступень.

;; ; ; ;

Изменяя t_п3 от 0 до 0.107 получаю координаты переходных процессов третьей второй ступени реостатного пуска.

Естественная характеристика.

;; ; ; ; ;

Прием нагрузки.

При расчете переходных процессов в режиме торцевой подрезки детали на токарном станке следует учитывать изменение скорости вращения и момента двигателя от времени. Легче всего выразить скорость двигателя от изменения диаметра обработки:

.

Зависимость времени обработки детали от максимального диаметра детали  до какого-либо значения  можно определить как:

.

Расчет переходных процессов следует вести, задаваясь значениями диаметра обработки от  до  (10 значений) и определяя время обработки и скорость двигателя по выше приведенным формулам.

При изменении время будет изменяться от 0 до 94. Теперь можно построить графики переходных процессов при приеме нагрузки.

;; ; ; ; ;

Торможение.

Тормозные режимы работы электропривода используются для уменьшения скорости двигателя вплоть до его полной остановки, а также ограничения скорости на требуемом уровне.

Режим электродинамического торможения, производимого по прямолинейной механической характеристике двигателя, описывается уравнениями. Скорость  определяется по статической характеристике динамического торможения при соответствующем моменте нагрузки , т.е. . Величину  можно рассчитать аналитически по выражениям, приведенным в [18]. Время торможения от начальной скорости  до полной остановки определяется по формуле:

 с^-1

Значение тока в начале торможения для обеспечения нормальной работы коллектора ограничивают на уровне, А:

Определяется необходимое сопротивление динамического торможения, Ом:

Электромеханическая постоянная времени при торможении, с:

Электромагнитная постоянная времени при торможении, с:

Т.к. , то рассчитываются только механические процессы при торможении по формулам:

Вывод

При курсовом проектировании я знакомился с практическими методами определения нагрузок и моментов инерции производственных механизмов, приобрел навыки расчета переходных процессов, построения нагрузочных диаграмм электропривода, выбора мощности двигателей производственных механизмов, разработки принципиальных электрических схем электропривода.

При проектировании глубже изучил основную и специальную литературу по автоматизированному электроприводу, ознакомился с серийно выпускаемым электрооборудованием (электродвигателями, преобразователями, аппаратурой управления и др.), освоил распространенные методы расчета электропривода, выбора электрооборудования, а также проверки корректности такого выбора путем оценки статических, динамических и энергетических показателей электропривода.