Рассчитать привод главного движения станка
Исходные данные:
1Эскизы детали и техпроцесс обработки.
2 Кинематическая схема механической части привода с указанием геометрических размеров движущихся частей.
3 Принципиальная схема установленного привода и его технические параметры.
4 Перечень требуемых технических параметров привода.
Приложение
Пример расчета системы подчиненного регулирования тиристорного привода постоянного тока
I. Расчет нагрузочной диаграммы электропривода главного движения токарного станка и выбор мощности двигателя.
1.1. Исходные данные для обработки заданной детали (табл. 1)
Эскиз заготовки детали представлен на рис. 1 и в таблице 1.
Рис. 1
Обработка детали состоит из 5 операций (по количеству обрабатываемых поверхностей), то для каждой операции (перехода) определим скорость, усилие и мощность резания.
Деталь закрепляется в патроне на токарном станке по поверхности 2 и обрабатывается поверхность 4, затем поверхность 3 и подрезается поверхность 5. Посла этого деталь перезакрепляется в кулачковом патроне по поверхности 4 и обрабатывается поверхность 2 а затем подрезается торец 1.
Таблица 1
номер перехода
| Длинна обработки Li, мм
| Глубина резания ti, мм
| Кол-во проходов mi, шт
| подача Si, мм/об
|
|
|
|
| 0,7
|
|
|
|
| 0,7
|
|
| 1,5
|
| 0,5
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d1=270 мм d2=220 мм
1.2 Определение силы и мощности резания
Расчет скорости резания
Скорость резания при точении определим по следующей формуле:
,
где =190 коэффициент, характеризующий обрабатываемый материал резца: Т=60 мин – стойкость резца; m=0,2; Xv=0.18;
Yv=0.6 – показатель степеней.
Расчеты силы резания
Силу резания для каждого из переходов определим по формуле
где - коэффициент, характеризующий обрабатываемый материал резца и вид токарной обработки коэффициент, характеризующий обрабатываемый материал резца и вид токарной обработки=300; XF=1, YF=0.75, n = 0.15 - показатели степеней.
Результаты вычислений сведены в табл. 2
Расчет мощности произведен по следующей формуле:
Результаты вычислений занесены в таблицу 2
Таблица 2
Номер перехода
| Скорость резания Vi, мм/мин
| Сила резания Fzi, Н
| Мощность Pzi, кВт
|
| 77,24
| 5849,84
| 7,53
|
| 72,8
| 8329,45
| 10,11
|
| 117,28
| 1273,23
| 2,49
|
| 53,67
| 19404,94
| 17,36
|
| 65,29
| 6283,19
| 6,84
| 1.3. Построение нагрузочной диаграммы
Находим коэффициент постоянных и переменных потерь
,
где =0,79 – нормальный КПД станка
Номинальной мощностью принимаем мощность на 4-м переходе P=17.36 кВт.
Коэффициент загрузки на каждом переходе определяется по формуле
.
Результаты сводятся в таблицу 2.
КПД на каждом переходе вычисляем по формуле
(данные см. табл. 2)
Зная каждого перехода и мощность резания перехода, рассчитаем мощность, приведенную к валу двигателя на каждом из переходов (данные расчетов см. табл. 3). По ранее произведенным расчетам определяем число оборотов
Результаты сводим в таблицу 3.
КПД на каждом переходе вычисляем по формуле
.
(данные см. табл. 3).
Зная каждого перехода и мощность резания перехода, рассчитаем мощность, приведенную к валу двигателя на каждом из переходов (данные расчетов см. табл. 3). По ранее произведенным расчетом определяем число оборотов , где - диаметр обрабатываемого изделия на каждом переходе.
Машинное время для каждого перехода
,
где m – количество переходов.
Мощность холостого хода двигателя
.
Если полагать, что двигатель токарного станка не отключается, то нагрузка его в переходы пауз обусловлена потерями холостого хода
.
Паузы в работе станка определяются по нормативам вспомогательно-подготовительного времени с учетом времени:
а) на установку детали;
б) промер при продольной и поперечной обточках;
в) снятие детали
г) управление станком.
Применим суммарное время пауз 0,5 мин и распределим его равномерно между переходами, а время, отведенное на снятие и установку новой детали, равное 1 мин,
Определяем время цикла
По данным таблицы3 строим нагрузочную диаграмму электродвигателя шпинделя.
Табл 3.
Номер перехода
| Коэффициент нагрузки, Ki
| Коэфициент полезного действия, h
| Мощность на валу Pi, кВт
| Число оборотов ni, об/мин
| Машин-ное время tmin, мин
|
| 0,43
| 0,66
| 11,07
|
| 4,04
|
| 0,58
| 0,72
| 14,04
|
| 6,67
|
| 0,14
| 0,44
| 5,66
|
| 0,35
|
|
| 0,79
| 21,97
|
| 4,17
|
| 0,39
| 0,66
| 10,36
|
| 1,06
| Определение мощности двигателя
На основании нагрузочной диаграммы электропривода выбираем мощность приводного двигателя. При этом считается, что двигатель при обработке деталей не отключается от сети и вращается с номинальной скоростью, а изменение скорости вращения на переходах осуществляется коробкой передач (или регулируемым выпрямителем).
При выборе мощности воспользуемся методом эквивалентной мощности
Условием для выбора мощности двигателя является .
Выбираем двигатель постоянного тока типа ДП-32;
12³11,2
Технические данные двигателя:
Тип………………………………………ДП-32
Мощность……………………………….
Напряжение……………………………..
Ток якоря………………………………..
Скорость вращения……………………..
Момент инерции якоря…………………
Сопротивления якоря…………………...
2. Выбор системы электропривода станка
Наибольшее распространение для приводов станков получили в последнее время системы "тиристорный преобразователь-двигатель постоянного тока". Система "ТП-ДПТ" имеет ряд преимуществ перед системой "генератор-двигатель":
а) отсутствие коллектора и вращающихся частей у преобразователя;
б) меньшие капитальные затраты и малый вес;
в) более высокое быстродействие, высокий КПД.
Поэтому предпочтителен выбор системы "тиристорный преобразователь-двигатель"
Согласно заданию, привод должен быть реверсивным.
В качестве комплексного преобразователя используем реверсивный привод типа ТПР-69-230 со следующими данными:
типовой индекс привода ..................................... 101/15
напряжение двигателя ......................................... U = 220 В
ток двигателя не более.......................................... I=100 А
коэффициент усиления.......................................... Кв = 22.
Проектируемый электропривод является реверсивным приводом с отрицательной обратной связью по скорости. Исходя из оборотов двигателя, выбираем тахогенератор типа ПТ 22/2 со следующими техническими данными:
ПТ 22/2 iB=0.35A
РН= 0.115 кВт Ив=55 В
UH= 230 B hH=64.5 %
IH = 0.5 A RЯ=4,7 Ом
h = 2400 об/мин Rдоп=2,4 Ом
Z = 21 Rсер=7,18 Ом
К = 33 Zшунт=127 Ом
3. Расчет силовой схемы привода.
3.1 Расчет параметров силового трансформатора
Выбираем схему соединений обмотки силового трансформатора Y/Y
Схема подключения тиристоров - трехфазная мостовая полностью управляемая (рис. 2).
Теоретическое значение фазной ЭДС вторичной обмотки трансформатора, питающего трехфазный управляемый выпрямитель с нагрузкой на противоЭДС в зоне непрерывных токов;
где КН. = коэффициент схемы; КН = 0,74.
Ud выпряженное напряжение при полностью открытых вентилях, равно 220 В.
С учетом необходимого запаса напряжение вторичной обмотки
где - коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможное снижение напряжения в сети, равен 1,1;
= 1,2 коэффициент запаса, учитывающий неполное открытие вентилей при максимальном управляющем сигнале a - 90%;
- 1.05 - коэффициент запаса по напряжению, учитывающий падение напряжения в обмотках трансформатора, вентилях в результате коммутации токов.
Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора
где - коэффициент схемы, = 0,815;
= 1,08 - коэффициент, учитывающий отклонение формы тока от прямоугольной;
- теоретическое действующее значение тока вторичной обмотки;
- выпрямленный ток.
Действующее значение тока первичной обмотки
где теоретическое значение тока первичной обмотки;
-коэффициент трансформации трансформатора;
- коэффициент схемы, равен 0,815.
Теоретическое значение типовой мощности трансформатора для идеального выпрямителя
где - коэффициент схемы, равен 1,065.
Расчетная мощность трансформатора
На основании расчета выбираем силовой трансформатор типа ТТ-30; Рт = 30 кВт; Y/Y; eK - 5 %; U = 220/230.
3.2. Выбор вентилей
Выбор вентилей производим по среднему значению тока, проходящему через вентиль, и по максимальному значению величины обратного напряжения. Среднее значение тока через вентиль
где m = 3 - число фаз питающей сети;
Номинальный ток через вентиль
где - коэффициент запаса, выбираемый исходя из надежности работы вентиля и с учетом пусковых токов, равен 1,5.
Максимальная величина обратного напряжения, прикладываемая к вентилю, определяется формулой
где - коэффициент схемы, равен 1,065.
Выбираем тиристор типа Т-50-6.
3.3 Определение расчетных параметров цепи якоря двигателя
Расчетное сопротивление цепи якоря определяется по формуле
где и - сопротивления обмоток якоря и дополнительных полюсов двигателя при 15°С; — сопротивление, внесенное за счет коммутации анодных токов; - сопротивление обмоток силового трансформатора, приведенного к цепи выпрямленного тока; - сопротивление щеточного контакта; - сопротивление ограничивающих реакторов.
Активное сопротивление обмоток трансформатора
где - активная составляющая напряжения к.з. трансформатора,
.
Индуктивное сопротивление обмоток трансформатора
где - реактивная составляющая напряжения к.з. трансформатора, =4%.
Сопротивление, вносимое за счет коммутационных токов;
Сопротивление щеточного контакта
Расчетная индуктивность цепи якоря
где - индуктивность обмоток якоря и дополнительных полюсов двигателя
где К=0,5...0,6 для компенсированных машин;
К=0,8...1,2 для некомпенсированных машин.
р =2 – число пар полюсов;
- индуктивность рассеяния силового трансформатора, приведенная к контуру двигателя;
Электромагнитная постоянная времени
Электромеханическая постоянная времени
где - момент инерции якоря двигателя; - момент инерции механизма =1,538 кг/м2; - коэффициент, учитывающий момент инерции механической передачи; =1,1...1,3; - конструктивная постоянная двигателя.
4. Динамический расчет системы электропривода
Для построения схемы управления приводом постоянного тока применена система подчиненного регулирования с последовательной коррекцией. Структурная схема тока представлена на рисунке 3.
Рис. 3.
Передаточная функция регулирования тока имеет вид:
Постоянная времени приближенно учитывает чистое запаздывание преобразователя и малые инерционности системы управления, поэтому ее можно принять в качестве меры для оценки суммарной постоянной некомпенсированных инерционных элементов контура тока, положив Желаемая передаточная функция разомкнутого контура имеет вид:
где = / - соотношение постоянных контура.
Передаточная функция регулятора тока определяется так:
где
Используем эти данные для расчета параметров интегрально-пропорционального регулятора тока (ПИ-регулятора), схема которого показана на рис. 4.
Рис.4.
Благодаря наличию интегральной составляющей в статическом режиме . Приняв в качестве максимального задающего сигнала значение =12 В, определим требуемый коэффициент обратной связи по току
где .
Постоянная интегрирования регулятора тока, если принять (настройка на модульный оптимум):
Зададимся значениями емкости в цепи обратной связи мкФ и определим сопротивление , исходя из выражения постоянной интегрирования Пи-регулятора тока
;
Постоянная обратной связи ПИ-регулятора
Следовательно,
Примем , тогда , где - коэффициент датчика тока.
Полагая, что источником сигнала, пропорционального току якоря, является шунт с номинальным током (1Ш н = 150 А) и номинальным падением напряжения ( 1и±.н 'Ки<.=?5н8)9 можно вычислить коэффициент усиления датчика тока:
Перейдем к расчету параметров регулятора скорости. Замыканием цепи обратной связи по скорости и введением в цепь управления регулятора скорости PC с передаточной функцией WPC, получаем второй контур регулирования, структурная схема которого показана на рис.5.
Рис.5
В прямой цепи этого контура представлена передаточная функция замкнутого оптимизированного контура тока. Без учета внутренней связи по ЭДС она имеет вид:
Передаточную функцию объекта регулирования скорости определим, отбрасывая в предыдущем равенстве член второго порядка:
Желаемая передаточная функция разомкнутого контура скорости, если принять , определится из выражения
Передаточная функция регулятора скорости РС запишется так:
Следовательно, должен быть применен пропорциональный регулятор (П-регулятор) скорости, схема которого показана на рисунке 4.
Примем Определим коэффициент обратной связи по скорости
где - скорость холостого хода,
Так как для П-регулятора , то можно определить сопротивление обратной связи регулятора скорости
где .
Стабилитроны СТП в цепи обратной связи регулятора скорости, включенные для ограничения его выходного напряжения, должны быть выбраны на напряжение .
Напряжение , требуемое для получения заданного значения скорости идеального холостого хода привода .
В соответствии с принятой структурной схемой САР и рассчитанными значениями коэффициентов передачи и постоянных времени проводим моделирование переходных функций и . По полученным графикам находим показатели качества САР привода.
Список рекомендуемой литературы
1. Розман Я.Б.Б Брейтер Б.З. Устройство, наладка и эксплуатация электроприводов металлорежущих станков. - М.: Машиностроение, 1985.- 208 с.
2. Лебедев А.М., Орлова Р.Т, Пальцев А.В. Следующие электроприводы станков с ЧПУ- М.: Энергоатомиздат, 1988.- 233 с.
3. Электромеханические системы управления тяжелыми металлорежущимистанками/В.С. Демидов и др. – Л.: Машиностроение, 1986, -236с.
4. Сафонов Ю.М. Электроприводы промышленных роботов - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 176с.
5. Справочник по электрическим машинам: в 2 т./Под общ. Ред. И. П. Копылова, Б.К. Клокова.- М: Энергоатомиздат, 1987. –Т.1.- 645 с.
6. Москаленко В.В. Автоматизированный электропривод. – М.: Энергоатомиздат, 1986.-416с.
7. Системы программного управления промышленными установками и робототехническими комплексами/Б.Г. Коровин и др. - Л: Энергоатомиздат; 1990-352с.
8. Комплектные тиристорные электроприводы: справочник/Под ред. В.М. Перельмутера. – М.: Энергоатомиздат, 1988.*319с
9. Справочник по проектированию автоматизированного электропривода и систем управления технологическими процессами 3-е изд./Под ред. В.И.Круповича и др. – М.: Энергоатомиздат, 1983 -416с.
10. Справочник по автоматизированному электроприводу /Под ред. В.А. Елисева и др., Энергоатомиздат, -1983,- 616 с.
11. Микропроцессоры и микроЭВМ в системах автоматического управления электроприводами. - М: Информэлектро, 1985.-25с.
12. Фанштейн В.Г, Фанштеин Э.Г. Микропроцессорные системы управления тиристорными электроприводами. – М.: Энергоатомиздат, 1986.-240 с.
13. Цифровые электроприводы с тиристорными преобразователями/С.Г. Герман-Галкин и др. – Л.:Энергоатомиздат; 1986.-248с.
14. Михайлов О.П. Динамика электромеханического привода металлорежущих станков. - М.: Машиностроение,-1989.-224 с.
15. Гумен В.Ф., Калинская Т.В. Следящий шаговый электропривод. - Л.: Энергия, 1980.-168с.
16. Перельмутер В.М., Соловьев А.К. Цифровые системы управления тиристорными электроприводами - К.: Техника, 1982.- 106с.
17. Волков Н.И., Миловзоров В.П. Электромашинные устройства автоматики. -2-е изд. - М.: Высш. шк., 1986.-335 с.
18. Юферов Ф.М. Электрические машины автоматических устройств. -2-е изд. – М.: Высш. шк., 1988.-479с.
19. Управление электроприводами Учеб. пособие дли ВУЗов /А, В. Баширин и др. - Л.: Энергоатомиздат; 1982.- 392 с.
20. Левинтов С,Д., Борисов А.М. Бесконтактные магнитоупругие датчики крутящего момента. - М.: Энергоатомиздат; 1984.- 88 с.
21. Итоги науки и техники Электропривод и автоматизация промышленных установок. - М: Наука, 1990.- 208 с.
22. Микропроцессорное управление многоканальными системами высокой томности/Б И. Кузнецов и др. - К.: Техника, 1990 - 208 с.
23. Никольский А.А. вопросы синтеза двухканальных следящих электроприводов с активными упругими пьезокомпенсаторами //Электричество. –1986 -№1.-С. 23-28.
24. Скаржепа В.А., Шелохов К.В. Цифровое управление тиристорными преобразователями. - Л: Энергоатомиздат, 1984.-160 с.
25. Трахтенберг Р.М. Импульсные астатические системы электропривода с астатическим управлением. - М: Энергоатомиздат, 1982.-168 с.
26. Электротехнический справочник: В 3 т./ Под общ. ред. И.К. Орлова и др. -М: Энергоатомиздат, 1985.- Т. 3. -301 с.
27. Сандлер А.С.Электропривод и автоматизация металлорежущих станков. - М.: Высш. шк., 1970.- 247 с.
28. Бурдаков С Ф. и др. Проектирование манипуляторов промышленных роботов и робототехнических комплексов - М.: Высш. шк, 1986.- 264 с.
29. Электронная техника в автоматике. Сборник статей / Под. Ред. Ю.И. Конева. - М.: Сов. радио, 1985. - Вып. 16. -С. 18-30.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|