124033 (Разработка регулируемого электропривода механизма с заданным рабочим циклом)

Разработка регулируемого электропривода механизма с заданным рабочим циклом

Исходные данные

• сеть , ;

• тип исполнительного органа – привод подачи станка;

• масса – ;

• параметры рабочего цикла, отнесенные к рабочему органу:

Введение

Среди большого разнообразия производственных электрифицированных агрегатов механизмы циклического действия относятся к числу основных в современных системах автоматического управления технологическими процессами. Отличительной особенность названных механизмов является режим работы, состоящий из ряда повторяющихся циклов. Каждый рабочий цикл включает, кроме участков установившейся работы или паузы, участки пуска, торможения и реверса. К этой группе относятся также и позиционные механизмы, рабочий орган которых должен в определённые моменты времени занимать строго определённые положения.

Требования к электроприводу названных механизмов продиктованы напряжённым пуско-тормозным режимом работы с большим числом включений в час, необходимостью регулирования скорости в широком диапазоне, надёжностью и экономичностью. В большой степени это относится к металлургическому производству, так как обработка металла связана с выполнением многочисленных циклических операций. Эти механизмы часто играют первостепенную роль в повышении производительности труда и эффективности производства, что подтверждает большую значимость рассматриваемых систем электропривода. Кроме того, общая мощность двигателей механизмов циклического действия составляет значительную часть мощности всех установленных двигателей.

1. Выбор рациональной схемы электропривода с учетом дополнительных требований

Автоматизированные электроприводы, и в особенности электроприводы с полупроводниковыми преобразователями, получают в последние годы всё большее практическое применение. Технические средства, используемые при создании автоматизированных электроприводов с полупроводниковыми преобразователями, непрерывно совершенствуются, а технико-экономические требования к таким электроприводам, всё более повышаются. Одним из наиболее перспективных направлений в создании высококачественных и надёжных автоматизированных электроприводов явилось в последние годы широкое применение в них микропроцессоров, микро-ЭВМ, элементов и устройств цифровой техники.

Указанному перспективному направлению в развитии автоматизированного электропривода в значительной мере отвечают цифровые электроприводы с силовыми транзисторными ключами (например, на IGBT-транзисторах). Как известно, подобные электроприводы отличаются весьма существенными достоинствами, в частности высокими энергетическими показателями – КПД и коэффициентом мощности, малыми габаритами и массой, стабильностью характеристик и их слабой зависимость от параметров силовых транзисторов, работающих в ключевом режиме, высоким быстродействием, возможность оптимизации параметров электроприводов с помощью микропроцессоров и микро-ЭВМ.

Выбор системы электропривода возможен на основе сравнительного анализа технических данных, приведенных в табл. 1, и исходных данных на проектирование электропривода с учетом изложенных выше особенностей применения наиболее распространенных систем электропривода постоянного тока.

Таблица 1. Технические показатели систем электропривода

Наименование показателей
Источник питания		/=	/=
Регулирование скорости
Диапазон мощностей

* – в зоне частотного регулирования 5…20 Гц,

** – для «вентиляторной» нагрузки.

Диапазон регулирования скорости:

(1)

Необходимая средняя полезная мощность двигателя:

(2)

Исходя из этих условий выбираем систему . Основные технико-экономические свойства этой системы приведены в табл. 2.

Таблица 2. Удельная стоимость электрооборудования, усл. ед./кВт

Наименование

2. Выбор типа и параметров передаточного устройства и приведение механических величин к валу электропривода

Передаточное устройство привода преобразует вращательное движение электродвигателя в поступательное движение исполнительного органа. В современных электроприводах существует тенденция упрощения передаточного устройства путем исключения промежуточных звеньев в виде редукторов или других механизмов. При этом заметно возрастает точность, быстродействие и надежность привода.

Для электропривода подачи станка выбираем передачу винт-гайка качения. Преимуществами передач винт-гайка качения является: 1) возможность полного устранения зазора в резьбе и создания натяга, обеспечивающего высокую осевую жесткость, 2) низкие потери на трение; к. п. д. этих передач достигает 0.95, 3) почти полная независимость силы трения от скорости и очень малое трение покоя, что обеспечивает равномерность движения.

Кинематическая схема электропривода приведена на рис. 1.

Рис. 1. Кинематическая схема электропривода

Основным параметром при расчёте передачи винт-гайка качения является рабочая часть ходового винта:

(3)

По табл. 10 определяем параметры винта, при условии :

Шаг винта определяем из стандартного ряда, учитывая рекомендации:

Исходя из параметров винта по табл. 7 определяем параметры передачи винт-гайка качения с натягом:

К.П.Д. передачи по:

Радиус приведения к валу двигателя по:

(4)

Скорость вращения вала двигателя по:

	(5)
	(6)

Приведение скорости рабочего органа к валу двигателя сведено в табл. 3.

Таблица 3. Скорость рабочего органа и вала двигателя в момент -ого цикла

Момент приведённый к валу двигателя по:

(7)

Статический момент на валу двигателя:

(8)

Момент трения складывается из:

(9)

Коэффициент трения в направляющих качения с танкетками примем по:

Сила трения в направляющих:

(10)

Момент сопротивления на валу двигателя от силы трения в направляющих:

(11)

Момент трения в шариковой паре при наличии предварительного натяга:

(12)

Количество подшипников ходового винта:

Внутренний диаметр подшипников табл. 12 [1, стр. 40];

Момент от сил трения в подшипниковой паре при наличии предварительного натяга [4, стр. 457];

(13)

Приведение статического момента к валу двигателя сведено в табл. 4.