Электропривод стола продольно - строгального механизма продольной подачи суппорта токарного станка

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

ГОМЕЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ П.О.СУХОГО

Факультет автоматизированных и информационных систем

Кафедра «Автоматизированный электропривод»

РАСЧЁТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

по дисциплине «Теория электропривода»

на тему: «ЭЛЕКТРОПРИВОД СТОЛА

ПРОДОЛЬНО-СТРОГАЛЬНОГОМЕХАНИЗМ ПРОДОЛЬНОЙ ПОДАЧИ СУППОРТА ТОКАРНОГО СТАНКА» 

Исполнитель:  студент гр. ЭП-41

Руководитель:

                               Дата проверки:                 ___________________

Дата допуска к защите:   ___________________

Дата защиты:                    ___________________

Оценка работы:                ___________________

Подписи членов комиссии по защите курсовой работы: _________________________________

Гомель 201006

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………………………………

1.  Технологическое описание механизма…………………………………...

2.  Диаграммы скорости и статических нагрузок……………………………

3.  Выбор системы электропривода и электродвигателя……………………

4.  Скоростная и упрощённая нагрузочная диаграммы электропривода…..

5.  Проверка электродвигателя………………………………………..............

6.  Выбор оборудования и расчёт параметров электропривода…………….

7.  Статические характеристики……………………………………………...

8.  Анализ переходных процессов……………………………………………

9.  Окончательная проверка электродвигателя……………………………...

10.  Энергетика электропривода……………………………………………….

11.  Схема управления………………………………………………………….

Заключение……………………………………………………………………...

Список литературы……………………………………………………..............

Введение

Широкое внедрение комплексной механизации и автоматизации производственных процессов, неуклонное сокращение во всех отраслях численности работников, занятых ручным трудом, особенно на вспомогательных и подсобных работах, являются одной из важнейших задач народного хозяйства.

В данном курсовом проекте требуется разработать электропривод стола продольно-строгальногомеханизма продольной подачи токарного станка. Проектирование системы электропривода производственного механизма требует решение следующих задач: выбор системы электропривода и электродвигателя, выбор оборудования и расчёт параметров, расчёт энергетики для формирования требуемых статических и динамических характеристик.

1. Технологическое описание механизма

На основании задания на курсовое проектирование [1] к расчету принята кинематическая схема механизма, изображенная на рис.1.

Рис.1. Кинематическая схема главного привода продольно-строгальногомеханизма продольной подачи суппорта токарного  станка:

1 – суппортдеталь; 2 – ходовой винтстол; 3 – электродвигателькоробка скоростей;

4 – ЭДредуктор; 5 – реечная шестерня; 6 – зубчатая рейка.

          Масса стола m_ст = 6000 кг; масса детали m_дет = 8000 кг; длина обрабатываемой поверхности l = 5,4 м; сила резания F₂ = 50 кН; рабочая скорость прямого хода стола υ_пр = 28 м/мин; пониженная скорость при входе и выходе резца из металла υ_пон = 6 м/мин; скорость обратного хода стола υ_о = 75 м/мин; модуль зубчатой рейки m_з.р. = 12 мм; передаточное число редуктора i_р = 4,95; КПД редуктора η_р = 0,65; коэффициент трения в направляющих стола μ = 0,075; переход стола Δl = 90 мм.

          Число заходов реечной шестерни z = 10; приведенный момент инерции вращающихся масс составляет 25% момента инерции электродвигателя; расчетная длина хода стола L = l + Δl.

Усилие подачи при резании – 25 кН; скорость подачи – 1.14 м/мин; масса суппорта с револьверной головкой –  кг.; коэффициент трения в направляющих – 0.055 о.е.; шаг винта – 16 мм.; КПД винта – 0.352 о.е.; коробка скоростей -  о.е.,  о.е.; приведенный момент инерции вращающихся масс – 0.032 ; жёсткость винта – ; момент инерции ЭД (ориентировочно) – 0.0035 ; максимальная подача – 1.8 м/мин; число проходов – 4; длина каждого прохода – 0.8 м.; суммарное время холостого хода – 180 с.; время на смену заготовки (время отключения) – 82 с.
2. Диаграмма скорости и статических нагрузок

Радиус приведения механизма:

где     m_з.р. = 12 мм – модуль зубчатой рейки;

z = 10 – число заходов реечной шестерни;

i_р = 4,95 – передаточное число редуктора;

Усилие при прямом ходе стола:

F_пр = F₂ + µ·(m_ст + m_дет)·g = 50000 + 0,075·(6000 + 8000)·10 = 60500 Н.

где     F₂ = 50 кН – сила резания;

µ = 0,075 – коэффициент трения в направляющих стола;

m_ст = 6000 кг – масса стола;

m_дет = 8000 кг – масса детали.

Усилие при обратном ходе стола:

F_o = µ·(m_ст + m_дет)·g = 0,075·(6000 + 8000)·10 = 10500 Н.

Статический момент при прямом ходе стола:

где     η_р = 0,65 – КПД редуктора.

Статический момент при обратном ходе стола:

Расчетная длина хода стола:

L = l + Δl = 5,4 + 0,09 = 5,49 м где     l = 5,4 м – длина обрабатываемой поверхности;

Δl = 90 мм – переход стола.

Линейные скорости на каждом участке работы:

– рабочая скорость прямого хода стола υ_пр = 28 м/мин = 0,467 м/с;

– пониженная скорость υ_пон = 6 м/мин = 0,1 м/с;

– скорость обратного хода стола υ_о = 75 м/мин = 1,25 м/с.

Время прямого хода:

Время движения на пониженной скорости:

Время обратного хода:

Рис.2. Диаграмма скорости и статических нагрузок.

3. Выбор системы электропривода и предварительный выбор электродвигателя

Выбираем систему электропривода: тиристорный преобразователь – двигатель.

Выбор электродвигателя будет производиться по эквивалентному моменту.

Эквивалентный статический момент:

где    М_ci – статический момент на i-м участке диаграммы;

t_i – длительность i-го участка;

k – число рабочих участков диаграммы;

n – число всех участков.

Для режима S1 принимаем k = n.

Определяем номинальный момент выбираемого двигателя с учетом влияния динамических режимов через коэффициент запаса К_зд = 1,3.

М_н = К_зд · М_с.э. = 1,3 · 1864 = 2423 Н·м

Угловые скорости двигателя на каждом участке работы механизма:

– угловая рабочая скорость прямого хода стола

– угловая пониженная скорость

– угловая скорость обратного хода стола

Выбираем двигатель 4П-355-43-110-У3 и сводим его параметры в таблицу 1.

Таблица 1

Номинальный ток двигателя:

Определяем сопротивление якорной цепи (т.к. отсутствуют данные в каталоге) в нагретом состоянии:

Номинальная угловая скорость двигателя:

Номинальный момент двигателя:

М_н = КФ_н · I_н = 9,7 · 292 = 2832 Н·м

Индуктивность якорной цепи:

4. Скоростная и упрощенная нагрузочная диаграммы электропривода

Т.к. величина допустимого или требуемого ускорения механизма не задана, то допускаем, что переходные процессы протекают при максимально допустимом моменте электродвигателя:

М = λ_m · М_н = 2,25 · 2832 = 6372 Н·м где    λ_m = 2,25 – перегрузочная способность двигателя.

Величина динамического момента:

М_д1 = М – М_о = 6372 – 388 = 5984 Н·м;

М_д2 = М – М_пр = 6372 – 2234 = 4138 Н·м;

М_д3 = –М – М_пр = –6372 – 2234 = –8606 Н·м;

М_д4 = –М – М_о = –6372 – 388 = –6760 Н·м;

М_д5 = –М – (–М_о) = –6372 – (–388) = –5984 Н·м;

М_д6 = М – (–М_о) = 6372 – (–388) = 6760 Н·м.

Суммарный момент инерции:

J = J_дв + 0,25·J_дв + (m_ст + m_дет)·ρ² =

=12 + 0,25·12 + (6000 + 8000)·0,024² = 23 кг·м²

Угловое ускорение:

Время на каждом участке изменения скорости:

Рис.3. Скоростная и упрощённая нагрузочная диаграммы электропривода.

5. Проверка электродвигателя

Проверка двигателя по нагреву и перегрузочной способности проводим методом эквивалентного момента по следующей формуле:

где     β_i – коэффициент, учитывающий ухудшения условий охлаждения.

При анализе тепловых режимов для большинства выпускаемых двигателей теплоотдача изменяется с изменением скорости. На практике это оценивается через коэффициент ухудшения охлаждения β.

где     А_i – теплоотдача при i-ой скорости;

А – теплоотдача при номинальной скорости.

На практике чаще всего приходится сталкиваться с ухудшением охлаждения при пуске  и торможении двигателя, принимая, что скорость изменяется линейно:

где     β₀ – коэффициент, учитывающий ухудшение условий охлаждения  при неподвижном роторе (якоре), зависящий от исполнения двигателя. Для двигателей серии 4П принимаем β₀ = 0,95.

Эквивалентный момент с учётом условий охлаждения:

Так как М_э = 2198 Н·м < М_н = 2832 Н·м, то выбранный двигатель подходит по нагреву.

Так как М_п = М_доп, то данный двигатель проходит и по перегрузочной