B современном промышленном и сельскохозяйственном производстве, на транспорте, в строительстве и коммунальном хозяйстве, в быту применяются самые разнообразные технологическиё процессы, для реализации которых человеком созданы тысячи различных машин и механизмов. C помощью этих рабочих машин и механизмов осуществляется добыча полезных ископаемых, обрабатываются различные материалы и изделия, перемещаются люди, предметы труда, жидкости, газ и реализуются многие другие процессы, необходимые для жизнеобеспечения человека. Так, добыча полезных ископаемых ведется c помощью экскаваторов, буровых установок и угольных комбайнов, детали и материалы обрабатываются на разнообразных станках, люди и изделия перемещаются транспортными средствами, лифтами и эскалаторами, жидкости и газы транспортируются c помощью насосов и вентиляторов.

Рабочая машина или производственный механизм состоят из множества взаимосвязанных деталей и узлов, один из которых непосредственно выполняет заданный технологический процесс или операцию и поэтому называется исполнительным органом. Отметим при этом одно очень важное обстоятельство - все названные технологические процессы осуществляются за счет механического движения исполнительных органов рабочих машин и механизмов. Исполнительный орган в процессе выполнения заданной операции должен преодолевать сопротивление своему движению, обусловленное наличием трения или притяжения Земли, упругой и пластической деформациями веществ или другими факторами. Для этого к нему необходимо подвести механическую энергию от устройства, которое в соответствии со своим назначением получило на звание привода.

Механическая энергия вырабатывается приводом, который преобразовывает другие виды энергии. B зависимости от вида используемой первичной энергии различают гидравлический, пневматический, тепловой и электрический приводы. B современном промышленном производстве, коммунальном хозяйстве и в быту наибольшее применение нашел электрический привод, на долю которого приходится более 60% потребляемой в стране электроэнергии.

Такое широкое применение ЭП объясняется целым рядом его преимуществ по сравнению c другими видами приводов: использование электрической энергии, распределение и преобразование которой в другие виды энергии, в том числе и в механическую, наиболее экономично; большой диапазон мощности и скорости движения; разнообразие конструктивного исполнения, что позволяет рационaльно соединят привод c исполнительным органом рабочей машины и использовать для работы в сложных условиях - в воде, среде агрессивных жидкостей и газов, космическом пространстве; простота автоматизации технологических процессов; высокий КПД и экологическая чистота. Возможности использования современных электроприводах продолжают постоянно расширяться за счет достижений в смежных областях науки и техники - электромашиностроении и электроапаратостроении, электронике и вычислительной технике, автоматике и механике.

1. Описательно-технологическая часть

1.1. Назначение и техническая характеристика оборудования

Продольно-строгальные станки предназначаются в основном для обработки резцами плоских горизонтальных и вертикальных поверхностей у крупных деталей большой длины.

Рисунок 1 – Общий вид тяжелого продольно-строгального станка

На этих станках можно также производить прорезание прямолинейных канавок различного профиля, Т-образных пазов и т.д. Детали средних размеров устанавливаются рядами на столе станка и обрабатываются одновременно.

Продольно строгальные станки разделяются на одностоечные (с консольной поперечиной) и двухстоечные (портального типа). На рисунке 1 показан общий вид двухстроечного продольно-строгального станка. Его станина 1 имеет продольные направляющие (плоские и V-образные) . По ним возвратно-поступательно движется стол 2, на котором закрепляют обрабатываeмую деталь. Перемещение стола - главное движение - осуществляется от электродвигaтеля 9, через редуктор и реечную передачу. Снятие стpужки c обрабатываемой детали (строгание) происходит при ходе стола вперед (прямой или рабочий ход). Ход стола назад (обратный ход) совершается обычно c повышенной скоростью, и снятие стружки не производится (холостой ход), a резцы в это время автоматически отводятся от обработанной поверхности (поднимаются). Изменение направления движения стола производится при помощи электромагнитной реверсивной муфты (на малых станках), или посредством реверсирования главного двигатeля. Портал станка 6 образован двумя вертикальними стойками и верхней балкой. К этой балке прикреплена подвеска 5 пульта упрaвления 11. По вертикальным направляющим стoек при помощи ходовых винтов перемещаются поперечина (траверса) 3 и боковой суппорт 10 (некоторые станки имеют два боковых суппорта).

Поперечина имеет горизонтальные направляющие, по котоpым могут перемещаться вертикальные суппорты 4. Суппорты станка c закрепленными в них резцами oсуществляют прерывистую периодическую подачу за время реверса стола c обратного хода на прямой и быстрые устанoвочные перемещения. Движение суппортам передается через коробки подач 7 и 8 отдельных электродвигателей.

Основными величинами, характеризующими размеры и технологические возможиости различных продольно строгальных станков, являются наибольшая длина строгания (ход столa) L (от 1,5 до 12 м), наибольшая ширина обработки (от 0,7 до 4 м) и наибольшее тяговое усиление на рейке стола Fт (до 30-70 кН и более).

1.2. Краткий технологический процесс работы оборудования

При строгании рисунок 2 снятие стружки происходит в течении рабочего хода, при обратном ходе резец не работает. Продольное перемещение стола при рабочем ходе является главным движением.

Рисунок 2 – Схема строгания

Движение подачи называется перемещением резца в течении одно и двойного хода перпендикулярно главному движению. Вспомогательными движениями на строгальных станках являются быстрое перемещение траверсы и суппортов подъём резцов при обратном ходе, а также, например, медленное перемещение стола при наладочных операциях. Скорость, с которой резец перемешается относительно детали при рабочем ходе, называется скоростью резания.

Глубина резания – величина, на которую углубляется резец в изделие при одном проходе, она определяет толщину снимаемой стружки.

1.3. Требования, предъявляемые к системе управления электроприводом

Исходя из тех условий технологического режима работы станка необходимо обеспечить следующие условия:

- Диапазон регулирования скорости определяется процессом обработки детали на станке связанным с технологией производства.

- Система электропривода должна обеспечивать плавность и точность регулирования скорости в заданном диапазоне.

- Механические характеристики электропривода в заданном диапазоне регулирования должны быть жёсткими.

- Система управления электропривода должна обладать качественными динамическими свойствами: быстродействие, устойчивость при регулировании, надёжность в работе.

Системы управления предназначены для автоматического формирования сигналов управления ,которые обеспечивают открывание силовых тиристоров преобразователя. Формируемые импульсы поступают в виде сигналов напряжения на управляющий электрод и катод тиристора.

Задачи системы управления:

- Система управления должна создавать синхронизированную с сетью переменного напряжения m-фазную систему импульсов управления. Например для 3-х фазной системы с нулевой точкой m=3, для мостиковой схемы m=6. Каждый импульс формируется согласно принципа работы выпрямительной схемы.

- Система управления должна обеспечивать сдвиг по фазе импульсов управления относительно анодного напряжения тиристоров.

- Система управления должна обеспечивать симметрию формируемых импульсов по каждой фазе преобразователя. Относительная погрешность симметрии не должна превышать 1-2 электрических градуса.

- Система управления должна обеспечивать необходимый диапазон регулирования угла управления , для нереверсивных схем преобразователей диапазон регулирования составляет от α=0 до α=90 градусов, для реверсивных тиристорных преобразователей диапазон от α=0 до α=165 градусов.

- Система управления должна обеспечивать устойчивость и надёжность работы преобразователя во всех рабочих режимах а, так же при резких изменениях нагрузок, частоты переменного напряжения и других помех.

- Система управления должна автоматически отключать тиристоры от аварийных режимов или ложных сигналов управления.

- Моменты формирования опирающих импульсов должны быть согласованны с амплитудой импульса и крутизной импульса, которые должны быть близки к паспортным параметрам тиристора. Как правило формируемые импульсы имеют крутой передний фронт 2-5 мс, и малую длительность 10-15 градусов.

Исходя из выше изложенных технических требований предъявляемых к системе управления, в проекте в качестве электропривода выбирается электропривод постоянного тока с тиристорным преобразователем, обеспечивающим регулирование напряжения на якоре двигателя. В соответствии с технологическими условиями производства система электропривода будет обеспечивать постановленные задачи.

2. Расчётно-техническая часть

2.1. Расчёт мощности и выбор двигателя привода.

Исходные данные

Cv=225 коэффициент, характеризующий обрабатываемый материал и материал резца, принят для обработки стали и чугуна для резцов из быстрорежущей стали.

CF=92 коэффициент характеризующий обрабатываемый материал и вид обработки.

S=3мм/1 двойной ход стола; подача стола

t=10мм глубина резания

T=250мм стойкость резца

1. Стойкость резания

м/мин(1)

где: m=0,1; xv=0,1; yv=0,3 – показатели степени, зависящие от свойств обрабатываемого металла, материала резца и вида обработки.

2. Усилие резания

где: XF=1; YF=0.75; n=0 – показатели степени

(2)

3. Мощность резания

(3)

4. Полная расчетная мощность

(4)

где: Кз=1,1-1,3 коэффициент запаса

ηст=0,75-0,8 КПД станка

5. Рабочая скорость на валу двигателя

(5)

где: Vобр=80 м/мин – скорость обратного хода стола

i=7 – передаточное число

D=12.4 мм – диаметр шестерни

6. Выбирается двигатель постоянного тока по условиям: Рн≥Рр; ωн≈ωр и выписываются его полные технические данные.

Таблица 1 – Технические параметры двигателя

№	Тип двигателя	Рн	Uн	nн	nmax	ηн	Iя
1	4ПФ180S	45	440	1450	4500	88	114

Рн≥Рр=45кВт

Расшифровка типоразмеров

4ПФ180S – четвертая серия приводов механизмы, которых предназначены для станков с числовым программным управлением.

180 – высота оси вращения

S – условная длина сердечника якоря

УХЛ4 – умеренный или холодный климат

Охлаждение ICO 6 – независимая вентиляция

Расчет мощности двигателя подачи

1. Суммарное усилие, необходимое для перемещения резца:

(7)

где: Fx=0.4*20487.2=8194.88 H

Fy=0.3*20487.2=6146.16 H

μ=0.15

Fn=8164.88+0.15(20487.2+6146.16)=12189.88 H

2. Мощность подачи

(8)

3. Полная расчетная мощность

(9)

4. Угловая скорость двигателя

(10)

5. Выбирается двигатель подачи по условиям Рн≥Ррп; ωн≈ωп и выписываются его полные технические данные.

Таблица 2 – Технические параметры двигателя подачи

№	Тип двигателя	Рн	Uн	nн	nmax	ηн	Iя
1	4ПФ160L	30	440	1030	4500	85.5	77

Расшифровка типоразмеров

4ПФ160L – четвертая серия приводов механизмы, которых предназначены для станков с числовым программным управлением.

160 – высота оси вращения

L – большая длина сердечника якоря

УХЛ4 – умеренный или холодный климат

Охлаждение ICO 6 – независимая вентиляция

2.2. Выбор тиристорного преобразователя и расчёт его силовых параметров

Для питания обмотки якоря двигателя используется тиристорный преобразователь.

Исходные данные для расчета:

U1~=380В – переменно напряжение питающей сети

f1=50Гц – частота тока питающей сети

Ud=440В – среднее выпрямленное напряжение

Id=Iн=114А – средний номинальный ток нагрузки

а=30о – оптимальный угол управления тиристорами

2.2.1 Расчет мощности и выбор типового тиристорного преобразователя

где: Кз=1,1-1,2 – коэффициент запаса

Ud=440В – напряжение питания главного двигателя

Id=114А - средний номинальный ток нагрузки

ηТП=0,95-0,97 – КПД тиристорного преобразователя

Условия выбора тиристорного преобразователя:

Рн≥Рр; Iнтп≥Id; ~U1н=~Ui; Uнтп≥Ud

Рисунок 3 – таблица выбора параметров силового тиристорного преобразователя

2.2.2 Расчет параметров управляемой схемы выпрямления

Определяем фазное напряжение:

Определяем обратно максимальное напряжение на вентиле в непроводящий полупериод:

Определяем максимальное прямое напряжение, приложенное к тиристору в момент его открывания:

Определяем средний ток вентиля:

Определяем действующий ток вентиля:

Выбираются силовые тиристоры по условиям:

Iн≥Iв.ср; Uпр≥Uобр.м; Uнп≥U1; Iвт≥Iв

Принимаются к установке силовые тиристоры типа Т131-50. их технические данные записываются в таблицу 3.

Таблица 3 – Параметры выбора силовых тиристоров

Тип

Iм.ср, А

Iн.в, А

действ.

Uобр.м, В

Uпр.м, В

∆U, В

пороговое U

Iобр, мА

ток утечки

Т 131-50

78,5

500

100-1200

1,03

2.2.3. Расчет параметров силового согласующего трансформатора

U1ф – фаз ное напряжение первичной обмотки трансформатора

I1 – ток первичной обмотки трансформатора

I2 – ток вторичной обмотки трансформатора

Pd – расчётная мощность нагрузки, кВт

Sт – расчётная мощность трансформатора, кВА

Находим фазное напряжение вторичной цепи:

Находим коэффициент трансформации:

Находим ток первичной обмотки:

Находим ток вторичной обмотки:

Находим номинальную активную мощность трансформатора:

PdН=IdН*Udн=114*440=57,1 кВт

Находим полную мощность трансформатора:

SТ=Кп*Рd=1.05*57.1=60кВА

Выбираем трансформатор по условиям: I1н≥I1; I2н≥I2; U1н≥U1; Рн≥Рdн; Sн≥Sт

Таблица 4 – выбор силового согласующего трансформатора

Тип	Рн, кВт	Uн, В	Sн, кВА	Первич. обм.		Втор. обм.		Потери		Uк, %	Iхх, %
				U, В	I, А	U, В	I, В	Рхх	Ркз
ТСП-100/0,7-УХЛ4	93	380	100	230	320	205	262	440	2300	5,8	5

Расшифровка типоразмеров:

Сухие трансформаторы предназначены для питания тиристорных преобразователей с трехфазной мостовой схемой выпрямления.

ТСП – для встраивания в шкафы, сухого исполнения.

УХЛ4 – эк сплуатация в зоне умеренного и холодного климата.

100 – типовая мощность трансформатора, кВА.

Для трансформаторов ТСП выводы располагаются на широкой части трансформатора.

2.2.4 Расчет и выбор сглаживающего реактора

Исходные данные:

Р=6 – число пульсаций

Z=2.5 – коэффициент сглаживания пульсаций

ω1=2*π*f1=2*3.14*50=314c-1

Находим сопротивление токопроводящих частей реактора:

Находим индуктивность реактора:

Таблица 5 – выбор сглаживающего реактора

Тип	Iпост.ном, А	Lном, мГн	R, мОм
ФРОС – 65/0,5 У3	250	1,5	6,8

Расшифровка типоразмеров:

Ф – фильтровый

Р – реактор

О – однофазный

С – охлаждение естественное, воздушное при открытом исполнении.

1,5 – номинальная индуктивность

250 – номинальный ток

2.2.5 Расчет R и С элементов

Для защиты силовых тиристоров от схемных, коммутационных перенапряжений в непроводящий полупериоды включаются параллельно каждому теристору защитные R,C цепи.

Находим расчетное значение величины сопротивления:

где: Uобр.м – обратное максимальное напряжение на вентиле, В

Iобр.м – обратный максимальный ток вентиля (ток утечки), мА

Таблица 6 - выбор сопротивления

Тип	Rmax, кОм	Umax, рабоч.
ПКВ - 5	100	500

Расшифровка типоразмеров:

ПКВ – проволочные сопротивления для переменной цепи

Находим расчетное значение величины емкости R-C цепи:

где: Uк – относительная величина напряжения К.З. согласующего

трансформатора

Iпр.м=Iв=65,8А

Таблица 7 – выбор конденсатора

Тип	Сном	% откл.	Uном, В
МБГО	0,25	10	160-660

Расшифровка типоразмеров:

КПБ – конденсаторы металлобумажные

2.3. Расчёт регулировочных и внешних характеристик тиристорного

преобразователя

2.3.1 Расчет регулировочных характеристик

Рассматриваются три варианта режима управляемого выпрямителем:

- на активную нагрузку

- на индуктивную нагрузку

- на активно-индуктивную нагрузку

Таблица 8 – расчет регулировочных характеристик тиристорного преобразователя

№	Режим работы	αо	Ud, В	Расчетные формулы
1	На активную нагрузку	0 30 60 90 120 150 180	440 410 330 220 110 29,5 0
2	На индуктивную нагрузку	0 30 60 90	440 381,05 220 0
3	На активно-индуктивную нагрузку	60 90 120	220 58,9 0

Рисунок 4 – регулировочные характеристики Ud(a) для 3-х фазно-мостовой схемы выпрямления.

2.3.2 Расчет и построение внешних характеристик тиристорного преобразователя

Исходные данные:

Ud0=440B

Id=114A

Rф – (0,1-0,15 Ом) – активное сопротивление фазы плеча преобразователя

Xs – (0,2-0,24 Ом) – индуктивное сопротивление фазы

∆Uв – 1,03 В – падение напряжения на вентиле

Расчет производится для одного режима работы трехфазного управляемого выпрямителя для углов управления а=30,60,90 градусов.

- угол коммутации с увеличением тока нагрузки не меняется

Расчетная формула для первого режима:

Таблица 9 - расчет внешних характеристик тиристорного преобразователя

№

Ud, В

cos a

Ud*cos a, В

Id, А

2*∆U, В

437,94

432,8

422,5

440

11,4

34,2

1,57

0,471

2,06

10,9

32,6

379

373,8

363,6

0,87

381,05

11,4

34,2

1,57

0,471

2,06

10,9

32,6

217,9

212,8

202,5

0,5

220

11,4

34,2

1,57

0,471

2,06

10,9

32,6

Страницы: 1, 2, 3