metod_15.03.04_atppp_toap.ump_2016 (Методические документы), страница 4

Для шпинделей ELТЕ рекомендуется использование ПЧ фирмы КЕВсерий F5-B и F5-C.3.2.12 Прямой приводЭто электрическая машина с непосредственным преобразованиемэлектромагнитной энергии в линейное или поворотное перемещение.Системы прямого привода подразделяются на линейные и поворотныедвигатели (платформы), и специальные многокоординатные системы (наиболееизвестный вариант – двух координатный планарный мотор).Поворотные платформы (поворотные двигатели) представляют собойэлектромагнитную систему, в которой в зависимости от исполнения подвижнойчастью может быть как якорь, так и статор.В последнем случае якорь закрепляется неподвижно, а перемещениесовершает подвижное статарное кольцо.Сегментный синхронный двигатель состоит из нескольких сегментовстатора с трёхфазной системой обмоток и ротора с запрессованнымиредкоземельными постоянными магнитами.

Усилие на ротор передается15непосредственно через воздушный зазор, что исключаетизнос движущихся частей.Основные достоинства: Максимально высокие показатели точности (до 0,00001мм) и повторяемости Способность создавать больший момент (до 50000 Нм)и, как следствие этого, возможность развития значительных ускорений, в том числе под нагрузкой Устойчивость всех основных электромагнитных имеханических характеристик во время работы Вследствие отсутствия трущихся частей компоненты двигателя прямогопривода не подвержены износу, а значит, заданная точность обеспечиваетсяна протяжении всего срока службы оборудования Низкие уровни шума и вибрации Двигатель прямого привода не нуждается в смазке и практически не требуеттехнического обслуживанияДля управления линейным двигателем используется преобразовательчастоты (ПЧ).

Линейный двигатель можно представить как обычныйсинхронный двигатель на постоянных магнитах «в развернутом состоянии», гдеперемещение определяется амплитудой и фазой электрического вектора.Обычно в качестве ПИ в линейных двигателях применяется магнитнаялинейка с синусоидальным, или квадратичным сигналом без дополнительныхкоммутационных дорожек.Рекомендуемые области применения систем прямого привода Многофункциональные обрабатывающие центры Станки для точной обработки оптики и гравировальные станки Системы лазерной или плазменной резки Оборудование для электронной, ионной и фотолитографии, ИМС3.2.13 Линейный двигатель типа LSM-32Линейная ось на базе синхронного линейного двигателя состоит изалюминиевого профиля со встроенными линейными направляющими,линейного двигателя и измерительной системы.Линейный двигатель состоит из якоря, собранного из электромагнитныхмодулей, и магнитной дороги.

Якорь прикреплен к каретке оси. Кареткаодновременно является элементом привода и контактной площадкой длямонтажа нагрузки (исполнительного механизма).Преимущества Высокие динамические характеристики, максимальное ускорение до 4 g Отсутствие люфта, снижение вибрации Горизонтальное или вертикальное рабочее положение Встроенный датчик ПИ163.2.14 Синхронный поворотный двигатель серии RSMRПоворотный синхронный мотор серии RSMR состоит из неподвижной части(статора) с трехфазной системой обмоток, залитых теплопроводящим компаундом, и стального кольца (ротора) с вклеенными постоянными редкоземельными магнитами.

Отсутствие в двигателе RSMR трущихся частейобеспечивается передачей усилия непосредственно через воздушный зазор.Преимущества системы Компактность (высота двигателя - 42 мм) Полый вал (максимальный диаметр -112 мм) Высокая точность, разрешающая способность и повторяемостьРекомендуемые области применения Полупроводниковая промышленность Делительные столы и промышленные роботы в станкостроении3.2.15 Высокомоментный синхронный поворотный двигатель серии RSMСинхронный поворотный двигатель серии RSM предназначен для использования в качестве делительного стола в устройствах, где требуется высокая динамика и высокий вращающий момент. Двигатель имеет полый вал большогодиаметра, защиту от смазочно-охлаждающей жидкости и абразива и встроенную систему водяного охлаждения.Преимущества Высокая точность и скорость перемещения Высокий момент (пиковый момент - 20430 Нм)Рекомендуемые области применения Обрабатывающие центры, телескопы идругие астрономические инструменты4 Примеры выбора электроприводов для станков и оборудования с ЧПУ4.1 Выбор ЭП главного движения намоточного станка НК-1,6-8Станок с ЧПУ типа НК-1,6-8 предназначен для изготовления деталей изполимерных композиционных материалов методами спиральной и окружнойнамотки на вращающуюся оправку, а также методом выкладки.Электропривод оправки определен в качестве привода главного движениянамоточного станка НК-1,6-8.

Статическая нагрузка на электропривод (ЭП)формируется от натяжения ленты, при этом усилие натяжения программируется.Анализ технических условий ведется: по характеристикам намоточногостанка НК-1,6-8 в рабочих программах намотки с учетом статической идинамической нагрузки при изменении частот вращения при намоткенелинейных поверхностей оправки и в режимах пуска - торможения.Основные характеристики узлов нагрузки привода:- редуктор с муфтой (общий момент инерции J21 = 0, 034 кГм ²),- к.п.д. редуктора (21 = 0,83);- передаточное число редуктора (i21 ≥ 95);- планшайба с оправкой;17- частота вращения планшайбы с оправкой (n2 = 30 об/мин);- момент натяжения ленты на выходном валу редуктора (М2 = 80 кГм);- вес планшайбы с оправкой (m2 = 1780 кг);- радиус центра массы планшайбы с оправкой (R2 = 600 мм = 0,6 м);- максимальное ускорение на нелинейных поверхностях оправки для режимаспиральной намотки (а2с = 0,54 1/с 2);- время торможения (tв0 = 4 сек);- время цикла при намотке с торможением оправки (Т0 ≥120 сек).Расчет элементов приводаЧастота вращения n11 электродвигателяn11= n2 • i21= 30 • 95= 2850 об/мин(12)Максимальный статический момент вращения оправки М2с = 80 кГм навыходе редуктора составляет статическую нагрузку на валу эл.

двигателя М:М1с = М2с /i21•21 = 80/ 95•0,83= 1 кГм(13)Максимальный динамический момент на двигателе при ускорениях намоткина нелинейных поверхностяхМ2d = m2•R2• а2с /i21•21= 1780•0,6•0,54/95•0,83 =7,31 кГм(14)Суммарный момент двигателя в рабочих режимахМ11 = М1с + М2d =1+7,31 = 8,31 кГм(15)Мощность эл. двигателя – Р11 при его номинальных оборотах для n11 = 2850об/мин, составит (К11=978 коэффициент преобразования в кВт):Р11 = М11•n11/К11•11 = 8,31•2850/ 978 •0,92= 26,3 квт(16)В качестве АСД (см.табл.1) принят двигатель RA200LA2 (Рн1=30 кВт; Uc1 =~380 В; J1=0,116 кГм²; nн1=2850 об/мин; н1= 0,92; Мн1= Рн1/ nн1•н1 =30/2850•0,92 =11,5 кГм; Cos φн =0,89; Кп = Мп/Мн = 2,4; Мп = Кп•Мн1=2,4•11,5=27,5 кГм).Дискретность отсчета угла σс = 360°/N0дос = 0,01° по координате С оправкипри единичном отсчете фото импульсного датчика N0дос = NАВдос4 = 100004 =40000 имп/об, где NАВдос = 10000 имп/об ЛИР276 (по каналам отсчета А, В,логическим умножением их на 4, и нормализацией N0дос в 36000 в УЧПУ) [6].Момент инерции оправки J2J2 = m2 • R2² = 1780 • 0,6² = 641 кГ м²(17)Приведенный к валу муфты эл.

двигателя момент инерции нагрузки - J22:J22= J2/ i21² = 641 / 95² = 0,071 кГ м²(18)Общий J20 - момент инерции нагрузки, приведенного к моменту инерцииротора выбранного эл. двигателя J1=0,116 кГм², определится как:J20 = J22 + J1= 0,071+ 0,116= 0,187 кГ м²,(19)Показатель δp = J20/ J1 рекомендуется принимать для оптимальныхпередаточных чисел редуктора и условий изменений скорости, на уровнезначений δp ≤ 1,6 ~ 1,8δp = J20/ J1 = 0,187 /0,116 =1,61(20)18По номинальной мощности двигателя АСД выбирается комплектныйпреобразователь (КП), в качестве регулятора – преобразователя частоты.По техническим характеристикам, выбирается КП (см.

табл.6, табл.7,табл.8) KEB COMBIVERT F5-M (Артикул 19.F5.M1H35,фирма: KEB, ФРГ).В комплектном составе КП 19.F5.M1H35 , с учетом дополнительныхустройств содержатся (рис. 5):- Преобразователь частоты (ПЧ) -A19.F5.M1H35;- Фильтр входной сетевой Ф0, Ф1 (L0, L1: L01, …, L13)и выходной дроссель Ф2 (L2: L21, L22, L23) -19.DR.B08-3941;- Тормозной резистор ТР (Rт = 15 Ом) - 19.BR.226-6103;- Пульт управления встроенного типа;Расчет тормозного резистора и времени торможенияПреобразователь ) - A19.F5.M1H35, с внешним тормозным резисторомработает в 4-х квадрантах отработки скоростей, пуска и торможенияэлектродвигателя переменного тока АСД:- Устанавливается предварительное время торможения – tв0:tв0 ≤ (9 ~ 10) t0,(21)где t0 = 0,3 ~ 0,4 c определяется, как время форсированного режима (пуск,реверс) достижения номинальной скорости – nн или ее торможения до 0.Принимается tв0 n1 3 сек.Время торможения tв от n1 = 2950 об/мин до n2 = 0 без тормозного резисторасоставит:tв = J20•(n1–n2)/9,55•(K10•Mн1+M1)=0,187• 2950/ 9,55 •(0,08•11,5+8,58) =6,1 сек(22)где J20 = 0,187 кГ м²,К10 = 0,08 для двигателя от 15 до 45 кW.Мн1= Рн1/ nн1•н1 = 30/2850•0,92 =11,5 кГм,(23)М1 = 8,58 кГм – момент нагрузки.Так как tв = 6,1 >tв0 = 3 сек, применен тормозной резистор (см.

табл.6).Пиковое тормозное усилие на время торможения tв0 = 3 сек сиспользованием тормозного резистора составит значение мощности - Рв0:Рв0 = М1 •nн ≥ 8,58 •2950= 25300 вт.(24)Выбирается тормозной резистор ближайшей пиковой тормозноймощностью 19.BR.226 – 6103 с коэффициентом использования Ки = 10%,сопротивлением Rт = 15 ом, пиковой мощностью Рп = 55000 Вт.Время торможения - tв10 с резистором должно быть в пределах:tв10 = J22опт • nнопт / 9,55(К10• М1н + М1 + Рr/nнопт)(25)= 0,187• 2950/ 9,55 •(0,08•11,5 + 8,58 +55000/2950) = 2,1 сек.Продолжительность включения – Т0 для цикла более 120 с равна:ПВ = tв10 •100 % /120 = 2,1• 100/120 = 2 %.(26)Мощность рассеивания на резисторе при ПВ = 2% составит:Рвн = ПВ• Рr = 2• 55000 /100= 1100 Вт.(27)19Условие его использования Ки = 0,1 сохраняется с 5-ти кратным запасом:Рвн ≤ Ки• Рп = 0,1•55000 = 1100 Вт ≤ 5500 Вт.(28)Ф0Ф1ПЧФ2МРисунок 5- Схема электрическая принципиальная КП-АСДДля согласования работы КП в условиях импульсного излученияэлектромагнитных помех, как от сетевого питания, так и для сглаживаниявысокочастотных составляющих в цепях подключения двигателя М –ПЧ – сеть,питания~380 V (L1,L2,L3) на входе и на выходе преобразователя частоты (ПЧ)устанавливаются дроссельные фильтры Ф0, Ф1, Ф2, которые входят в комплектпоставляемых КП (рис.

5).4.2Выборэлектроприводакоординатныхосейманипулятораробототехнических комплексовВ качестве ЭП манипуляторов робототехнических комплексов (МРК),используются сервопривода, которые могут содержать до 2~5 координатныхосей для управления движениями руки и сенсорных ПИ, или захватов впространстве линейных и угловых координатных осей.В МРК, например, с 2-мя координатными осями, осуществляются линейныеперемещения: первый, как привод X продольного перемещения и второй, какпривод координаты Y (подъем/опускание руки).В качестве грузов, перемещаемых с использованием МРК, могут быть какзаготовки, инструмент и материалы, так и готовые изделия при обработке настанках и оборудовании с ЧПУ.Анализ технических условий ведется по характеристикам координатной осиX одного из приводов МРК, в рабочих циклах движений по каждой из координатс учетом принятых уровней статической и динамической нагрузки приизменении скоростей, а также и в режимах пуска - торможения.4.2.1 Технический анализ характеристик привода ХВ МРК применены следящие ЭП с датчиками ПИ (N0 = 1024 имп/об дляконтроля с дискретностью отсчета по координатам σх = σy = 0,01 мм).Цикл работы МРК обеспечивает независимое по координатным осямуправление ЭП, возможен режим с последовательной отработкой движений покаждой из координатных осей, так и одновременное движение по X – Y.Ось X (Привод перемещения, с передачей усилия через зубчатый ремень)mL = 100 кг (суммарная перемещаемая масса)D = 175 мм (диаметр шкива)20μ = 0,1 (коэффициент трения в направляющих по данным изготовителя)s = 3 м (расстояние перемещения)амаx = 10 м/с² (максимальное ускорение)tz = 4 с (длительность цикла)t = 2 с (время перемещения)ηL= 0,9 (КПД передачи усилия нагрузки)ПИx – датчик фото импульсный типа ЛИР-158, N0X = 1024 имп/обОптимизация диаграмм рабочего цикла движений по X,Y осуществляются слинейным изменением скоростей подач, и с участками движений на постояннойскорости (рис.