Автоматизированный электропривод механизма перемещения стола продольно-строгального станка (AvtPriv)

Посмотреть архив целиком


Министерство общего и профессионального образования
Российской Федерации

Уральский государственный профессионально-педагогический университет

Кафедра электрооборудования и автоматизации промышленных предприятий

КУРСОВАЯ РАБОТА

Предмет: "Автоматизированный электропривод"

Тема: "Автоматизированный электропривод механизма перемещения стола продольно-строгального станка."

Выполнил:

Студент гр.СОЗ382 Калабин А.А.

Проверил: Сусенко О.С.

г. Сарапул

2001год.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ 4

2 ВЫБОР ТИПА ЭЛЕКТРОПРИВОДА 6

3 ВЫБОР И ПРОВЕРКА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ 7

3.1 РАСЧЕТ НАГРУЗОЧНОЙ ДИАГРАММЫ МЕХАНИЗМА 7

3.2 ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ВЫБОР ДВИГАТЕЛЯ 9

3.3 РАСЧЕТ НАГРУЗОЧНОЙ ДИАГРАММЫ ДВИГАТЕЛЯ 11

3.4 Проверка двигателя по нагреву 17

4 ВЫБОР ОСНОВНЫХ УЗЛОВ СИЛОВОЙ ЧАСТИ 18

4.1 ВЫБОР ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ 18

4.2 ВЫБОР СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА 18

4.3 выбор сглаживающего реактора 20

4.4 принципиальная электрическая схема силовой части 21

5 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СИЛОВОЙ ЧАСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА 23

5.1 РАСЧЕТ ЭКВИВАЛЕНТНЫХ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ 23

5.2 Переход к системе относительных единиц 24

5.3 структурная схема объекта управления 26

6 ВЫБОР ТИПА СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ 27

7 РАСЧЕТ КОНТУРА РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОКА ЯКОРЯ
И ЦЕПИ КОМПЕНСАЦИИ ЭДС ЯКОРЯ 30

7.1 ВЫБОР КОМПЕНСИРУЕМОЙ ПОСТОЯННОЙ 30

7.2 расчет контура регулирования тока якоря 30

7.2.1 Расчетная структурная схема контура тока 30

7.2.2 Передаточная функция регулятора тока 31

7.2.3 Компенсация влияния ЭДС якоря двигателя 32

7.2.4 Реализация датчика ЭДС 33

7.3 Конструктивный РАСЧЕТ 33

8 РАСЧЕТ КОНТУРА РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ 36

8.1 рАСЧЕТНАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА КОНТУРА РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ 36

8.2 расчет регулятора скорости 36

8.3 конструктивный расчет 37

9 РАСЧЕТ ЗАДАТЧИКА ИНТЕНСИВНОСТИ 39

9.1 СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ЗАДАТЧИКА ИНТЕНСИВНОСТИ 39

9.2 расчет параметров Зи 40

9.3 конструктивный РАСЧЕТ 40

10 КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ САР СКОРОСТИ 42

ЛИТЕРАТУРА 43


ВВЕДЕНИЕ

П

Рисунок 1

Процесс обработки на продольно строгальном станке

роцесс обработки детали на продольно-строгальном станке поясняет
рис. 1. Снятие стружки происходит в течение рабочего (прямого) хода, при обратном движении резец поднят, а стол перемещается на повышенной скорости. Подача резца производится периодически от индивидуального привода во время холостого хода стола в прямом направлении. Поскольку при строгании резец испытывает ударную нагрузку, то значения максимальных скоростей, строгания не превосходят 75-120 м/мин (в отличие от скоростей точения и шлифования 2000 м/мин и более). Под скоростью строгания (резания) понимают линейную скорость Uпр перемещения закрепленной на столе детали относительно неподвижного резца на интервале рабочего хода стола. При этом скорость входа резца в металл и скорость выхода резца из металла в сравнении со скоростью строгания ограничиваются до 40 % и менее в зависимости от обрабатываемого материала, чтобы избежать скалывания кромки. Указанные обстоятельства ограничивают производительность и для ее повышения остается только сократить непроизводительное время движения: обратный ход осуществляется на повышенной скорости Uоб > Uпр, а пускотормозные режимы при реверсе принимают допустимо минимальной продолжительности. Хороший эффект в этом дает двухдвигательный привод. Он должен быть управляемым по скорости, поскольку для различных материалов (в соответствии с технологией обработки и свойствами материалов) используются различные оптимальные или максимально допустимые скорости строгания; кроме того, движение характеризуется различными скоростями на разных интервалах времени рабочего цикла, высокой частотой реверсирования с большими пускотормозными моментами. Применяют двух- и одно-зонное управление скоростью.

  1. И


    СХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Т

Рисунок 2

Кинематическая схема механизма


аблица 1

Исходные данные

Исходные данные

Условные обозначения

Значение

Усилие резания

Fz

170000 Н

Скорость рабочего хода

Vпр

0,4 м/с

Скорость обратного хода

Vобр

0,8 м/с

Масса стола

mc

15000 кг

Масса детали

mд

23000 кг

Радиус ведущей шестерни

rш

0,25 м

Длинна детали

Lд

4 м

Путь подхода детали к резцу

Lп

0,2 м

Путь после выхода резца из металла

Lв

0,15 м

Коэффициент трения стола о направляющие

μ

0,06

КПД механической передачи при рабочей нагрузке

ηпN

0,95

КПД механических передач при перемещении стола на холостом ходу

ηпхх

0,5

Задание к проекту:

Для механизма перемещения стола продольно-строгального станка выбрать тип электропривода, выполнить выбор электродвигателя и его проверку по нагреву и перегрузке, выбрать силовой преобразовательный агрегат, силовой трансформатор и реакторы, выполнить расчет элементов системы автоматического управления электроприводом, выполнить компьютерное моделирование системы автоматизированного электропривода в типовых режимах.

Требования к электроприводу:

  1. Обеспечение работы механизма по следующему циклу:

• подход детали к резцу с пониженной скоростью;

• врезание на пониженной скорости;

• разгон до рабочей скорости прямого хода;

• резание на скорости прямого хода;

• замедление до пониженной скорости перед выходом резца;

• выход резца из детали;

• замедление до остановки;

• разгон в обратном направлении до рабочей скорости обратного хода;

• возврат стола на холостом ходу со скоростью обратного хода;

• замедление до остановки (стол возвращается в исходное положение). Пониженную скорость принять: Vпон = 0,4·Vпр

  1. Обеспечение рекуперации энергии в тормозных режимах.

  2. Разгоны и замедления должны проходить с постоянством ускорения. Обеспечение максимально возможных ускорений в переходных режимах.

  3. Статическая ошибка по скорости при резании не должна превышать 10%.

  4. Ограничение момента электропривода при механических перегрузках.


  1. ВЫБОР ТИПА ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Заданным требованиям соответствует регулируемый электропривод с двигателем постоянного тока независимого возбуждения и замкнутой по скорости системой автоматического регулирования. В качестве управляемого преобразователя выбираем реверсивный тиристорный преобразователь. Такой электропривод обеспечивает высокие показатели качества регулирования скорости, высокую точность и быстродействие надежность, простоту в наладке и эксплуатации. Регулирование скорости принимается однозонным (управление изменением напряжения якоря двигателя при постоянном потоке возбуждения). Система управления электроприводом реализуется на аналоговой элементной базе.

  1. ВЫБОР И ПРОВЕРКА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

    1. РАСЧЕТ НАГРУЗОЧНОЙ ДИАГРАММЫ МЕХАНИЗМА

Для предварительного выбора двигателя построим нагрузочную диаграмму механизма (график статических нагрузок механизма) Расчет времени участков цикла на этапе предварительного выбора двигателя выполняем приблизительно, т.к. пока нельзя определить время разгонов и замедлений (суммарный момент инерции привода до выбора двигателя неизвестен).

Пониженная скорость входа резца в металл (принимается):

, где

Vпр - скорость рабочего хода (Vп = 0,4 м/с, см. таб. 1)

Усилие перемещения стола на холостом ходу:

, где

mс - масса стола (mс = 15000 кг, см таб. 1);

mд - масса детали (mд = 23000 кг, см таб. 1);

g - ускорение свободного падения (g = 9,81 м/с2);

μ - коэффициент трения стола о направляющие (μ = 0,06, см таб. 1).

Усилие перемещения стола при резании:

, где

Fz - усилие резания (Fz = 170000 Н, см. таб. 1).

Время резания (приблизительно):

, где

Lд - длинна детали (Lд = 4 м, см. таб. 1);

Время подхода детали к резцу (приблизительно):

, где

Lп - длинна подхода детали к резцу (Lп = 0,2 м, см. таб. 1);

Время прямого хода после выхода резца из детали (приблизительно):

, где

Lв - путь после выхода резца из металла (Lв = 0,15 м, см. таб. 1);

Время возврата стола (приблизительно):

, где

Vобр - скорость обратного хода.

В

Рисунок 3

Нагрузочная диаграмма механизма.

ремя цикла (приблизительно):

    1. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ВЫБОР ДВИГАТЕЛЯ

При расчете мощности двигателя полагаем, что номинальной скорости двигателя соответствует скорость обратного хода стола (наибольшая скорость механизма), т.к. принято однозонное регулирование скорости, осуществляемое вниз от номинальной скорости. Ориентируемся на выбор двигателя серии Д, рассчитанного на номинальный режим работы S1 и имеющего принудительную вентиляцию.

Эквивалентное статическое усилие за цикл:

Расчетная мощность двигателя:

, где

Кз - коэффициент запаса (примем Кз = 1,2);

ηпN - КПД механических передач при рабочей нагрузке.

Выбираем двигатель Д816 по [2]. Номинальные данные двигателя приводятся в таб. 2.

Таблица 2

Данные выбранного двигателя

Параметр

Обозначение

Значение

Мощность номинальная

PN

150000 Вт

Номинальное напряжение якоря

UяN

220 В

Номинальный ток якоря

IяN

745 А

Номинальная частота вращения

ηN

480 об/мин

Максимальный момент

Мmax

8040 Нм

Сопротивление обмотки якоря

Rя0

0,0059 Ом

Сопротивление обмотки добавочных полюсов

Rдп

0,0032 Ом

Температура, для которой даны сопротивления

Т

20˚С

Момент инерции якоря двигателя

Jд

16,25 кг·м2

Число пар полюсов

рп

2

Допустимая величина действующего значения переменной составляющей тока якоря отнесенная к номинальному току (коэффициент пульсаций)

kI(доп)

0,15

Двигатель данной серии не компенсированный, имеет принудительную вентиляцию и изоляцию класса Н.

Для дальнейших расчетов потребуется ряд данных двигателя, которые не приведены в справочнике. Выполним расчет недостающих данных двигателя.

Сопротивление цепи якоря двигателя, приведенное к рабочей температуре:

, где

kт - коэффициент увеличения сопротивления при нагреве до рабочей температуры (kт = 1,38 для изоляции класса Н при пересчете от 20˚С).

Номинальная ЭДС якоря:

Номинальная угловая скорость:

Конструктивная постоянная, умноженная на номинальный магнитный поток:

Номинальный момент двигателя:

Момент холостого хода двигателя:

Индуктивность цепи якоря двигателя:

, где

С - коэффициент (для некомпенсированного двигателя С = 0,6)

    1. РАСЧЕТ НАГРУЗОЧНОЙ ДИАГРАММЫ ДВИГАТЕЛЯ

Для проверки выбранного двигателя по нагреву выполним построение упрощенной нагрузочной диаграммы двигателя (без учета электромагнитных переходных процессов). Для построения нагрузочной диаграммы произведем расчет передаточного числа редуктора, приведение моментов статического сопротивления и рабочих скоростей к валу двигателя, примем динамический момент и ускорение электропривода с учетом перегрузочной способности двигателя.

Передаточное число редуктора:

Момент статического сопротивления при резании, приведенный к валу двигателя: