Курсовий проект
з дисципліни "ТЕП"
«Електропривод фрикційного бездискового преса»
Зміст
Введення
Аналіз та опис системи «електропривод - робоча машина»
Аналіз та опис системи "електропривод - мережа" і "електропривод - оператор"
Вибір принципових рішень
Розрахунок силового електроприводу
Розрахунок статичних механічних і електромеханічних характеристик двигуна і приводу
Розрахунок перехідних процесів в електроприводі за цикл роботи
Перевірка правильності розрахунку потужності і остаточний вибір двигуна
Висновок
Список використаних джерел
Введення
Метою даного курсового проекту є розробка електроприводу фрикційного бездискового преса. У процесі проектування планується опанувати базовими поняттями з дисципліни Теорія електроприводу. Потрібно розрахувати і вибрати двигун приводу, розрахувати механічні характеристики електроприводу, розрахувати і побудувати перехідні процеси основних режимів роботи, перевірити двигун по нагріванню і ін
Аналіз та опис системи «електропривод - робоча машина»
Механізм бездискового преса приводиться в дію від асинхронного короткозамкнутого електродвигуна. Середня тривалість включення преса ПВ, сила тиску преса P, вага поступально рухомих частин (повзуна, гайки) G, максимальний хід повзуна L, хід повзуна за один оборот маховика l, передавальне відношення від вала двигуна до шпинделя при холостому ході i 0, при робочому ході i Р.
Рух повзуна вниз відбувається зі збільшеною швидкістю, вгору - уповільнено. Зміна статичного моменту на валу двигуна за цикл роботи преса і зміна швидкості обертання маховика наведені на малюнку 1.1.
Малюнок 1.1 - Спрощена тахограмма.
Подальше уточнення тахограми буде вироблено при побудові навантажувальних діаграм.
Робочий цикл складається з:
(T 0 - t 1) - розгін маховика до швидкості w 1;
(T 1 - t 2) - двигун відключений від маховика і навантажений тільки моментом холостого ходу;
(T 2 - t 3) - брикетування за рахунок енергії маховика, віддавши всю енергію, маховик зупиняється;
(T 3 - t 4) - розгін маховика у зворотний бік до швидкості w 2, повзун піднімається вгору;
(T 4 - t 5) - двигун підтримує швидкість обертання маховика постійною і рівною w 2;
(T 5 - t 6) - двигун продовжує обертатися на холостому ходу, маховик загальмовується механічним гальмом і зупиняється.
Складемо розрахункову схему механічної частини електроприводу. Кінематична схема приводу зображена на малюнку 1.2.
Рисунок 1.2 - Розрахункова схема електроприводу - для режиму робочого ходу.
На малюнку 1.2 зроблені такі позначення:
- Двигун;
- Зубчасте колесо робочого ходу;
- Проміжне зубчасте колесо;
- Провідне зубчасте колесо;
- Зубчасте колесо холостого ходу (не показано);
- Фрикційний ролик;
- Маховик;
- Шпиндель;
- Гайка Триходова;
- Повзун.
При кінематичному розрахунку скористаємося наступними формулами
для обертального руху:
;
;
;
;
;
для поступального руху:
;
;
;
;
;
Також при розрахунку необхідні формули для визначення передавальних чисел окремих ланок, і формули для знаходження моменту інерції циліндрів.
Передаточне відношення шестерні:
;
де Z 1, Z 2 - кількість зубів.
Момент інерції:
;
де g - щільність матеріалу (для сталі - g »7.66 * 10 3 кг / м 3);
l - довжина;
D - діаметр валу.
У силу специфічних особливостей пресів будемо вважати, що всі елементи конструкції абсолютно жорсткі, і тому робити розрахунок жорсткостей, не має сенсу.
Передаточне число для пари двигун - провідне зубчасте колесо (4):
;
Передаточне число для пари проміжне зубчасте колесо (3) - провідне зубчасте колесо:
;
Передаточне число для пари проміжне зубчасте колесо (3)-зубчасте колесо робочого ходу:
;
Передаточне число для пари зубчасте колесо холостого ходу - провідне зубчасте колесо:
;
Передаточне число пари зубчасте колесо робочого ходу - фрикційний ролик:
Визначимо момент інерції маховика, виходячи з розміру запасеної кінетичної енергії. Врахуємо також запас потенційної енергії в поступально рухомих частинах преса. Можна записати наступне рівняння балансу енергії:
;
де l - максимальний хід повзуна;
m - маса поступально рухомих частин;
j - момент інерції маховика;
w - швидкість обертання маховика;
F - сила тиску преса;
Звідси визначаємо момент інерції маховика:
кг * м 2;
Для знаходження приведеної маси поступально рухомих частин, необхідно визначити радіус приведення (для передачі типу ходовий гвинт - гайка):
;
де h - крок ходового гвинта;
i пр - передавальне відношення.
Тоді:
м;
Результати приведення моментів інерції елементів рухомих поступально і обертально, наведені в таблиці 1.1.
Таблиця 1.1 - Розрахунок кінематичного об'єкта
1
4
3
2
5
6
7
8
9, 10
J i (m i)
-
0,0055
0,032
0,011
0,061
0,161
138,65
6,46
1224,49
i 1i (r 1i)
-
1
1,566
1,2
2,87
2,34
8,9
8,9
0,227
J Пр i
-
0,0055
0,013
0,0076
0,0074
0,029
1,750
0,0815
277,96
Сумарний момент інерції визначимо після вибору електродвигуна.
Моменти M 1, M 2 і M 3 - за завданням дано вже приведеними до валу.
Визначимо швидкості робочого і холостого ходу на валу двигуна:
с -1;
с -1;
Таким чином, різниця між цими швидкостями становить 2%, можна знехтувати цією різницею, що дозволить не використовувати додаткове управління електроприводом при перемиканні режимів.
За знайденими даними можна побудувати навантажувальну діаграму процесу. Вона зображена на малюнку 1.3.
Малюнок 1.3 - Нагрузочная діаграма.
Механічна характеристика робочої машини зображена на малюнку 1.4
2. Аналіз та опис системи "електропривод - мережа" і "електропривод - оператор"
У ковальсько-пресових машинах, в даний час використовуються наступні системи електропривода:
1) короткозамкнений асинхронний двигун з підвищеним ковзанням;
2) Асинхронний двигун з фазним ротором;
3) Двигун постійного струму, у тому числі регульований з випрямляємо випрямлячем.
Це пов'язано з тим що ковальсько-пресові машини не вимагають, як правило, регулювання швидкості руху преса, отже не вимагають складних систем управління і повинні бути як можна простіше і надійніше.
У зв'язку з цим приводу ковальсько-пресових машин живляться від стандартної промислової мережі на 380 В, 3 фази, частота 50 Гц.
У пресі не потрібна складна система управління електроприводом преса, досить вмикати і вимикати його, так як управління пресом проводиться за рахунок управління кінематичними ланцюгами преса.
3. Вибір принципових рішень
Виробляємо оцінку різних варіантів. В якості розглянутих варіантів приймаємо:
1) Асинхронний двигун (АД) з підвищеним ковзанням;
2) АД з фазним ротором;
Всі три системи розглядаються як що не мають будь-якої системи управління, так як це не потрібно, тому що двигун працює на своїй номінальній швидкості (150 з -1).
Для оцінки скористаємося методом експертних оцінок. Порівняння пропонованих систем проводиться щодо n-характеристик систем, важливих з точки зору мети проектування, шляхом порівняння визначених (для кожного варіанту) значень відповідних показників якості q i. Показники якості служать для кількісної характеристики ступеня виконання вимог завдання, а також інших вимог визначаються наступним чином:
5 - вимоги до i-й характеристиці витримані дуже добре
4 - вимоги до i-й характеристиці витримані
q i = добре
3 - вимоги до i-й характеристиці витримані задовільно
2 - вимоги до i-й характеристиці витримані незадовільно
На підставі цієї шкали оцінок може бути охарактеризована ступінь виконання кожного окремого вимоги шляхом призначення відповідної оцінки.
Введемо значимість для технічного завдання кожного оцінюваного параметра системи. Для цього вводиться ваговий коефіцієнт l i, який можна визначити наступним чином:
5 - i-а характеристика системи має визначальне значення для мети розробки.
4 - i-а характеристика системи має дуже велике але, не визначальне значення для мети розробки.
l i = 3 - i-а характеристика системи має важливе значення
для мети розробки.
2 - бажано враховувати значення для мети розробки.
1 - i-а характеристика системи має несуттєве значення для мети розробки.
Вибір найкращого рішення проводиться визначенням зваженої суми, кращий варіант має більшу суму:
;
Грунтуюся на вищевикладеному будуємо оціночну діаграму - малюнок 3.1.
Малюнок 1.3 - Оціночна діаграма.
На малюнку введено такі позначення:
1) '- асинхронний двигун (АД) з підвищеним ковзанням; 2) D - АД з фазним ротором; 3) O - двигун постійного струму.
Оцінки на діаграмі виставлялися в порівнянні варіантів між собою (якщо краще перший варіант оцінка йому вище, другому нижче).
Зробимо розрахунок сум по всіх варіантах:
;
;
;
За основний варіант приймаємо систему АД з підвищеним ковзанням.
4. Розрахунок силового електроприводу
Розрахунок параметрів і вибір двигуна
Як було показано вище, двигун повинен бути розрахований на швидкість 1500 об / хв.
Знайдемо еквівалентний момент за цикл обробки заготовки:
;
У даній формулі всі b = 1, тому що двигун буде працювати на швидкості близькій або рівної номінальної, без гальмувань.
Тоді:
Н * м;
Однак за завданням середня тривалість включення преса ПВ = 26%.
Тоді еквівалентний момент двигуна буде дорівнює:
Н * м;
За [1] вибираємо двигун, на підставі формул:
;
кВт;
Вибираємо асинхронний двигун з підвищеним ковзанням з режимом роботи S 1:
Марка - 4 AC 100 S 4У3
P ном = 3,2 кВт;
U ном = 380 В;
n ном = 1500 об / хв;
J = 0,0056 кг * м 2;
h Н = 76,5%;
cos j = 0,82;
S Н = 4,2%;
S К = 32,7%;
X m = 2,2 о.е.;
= 0,08 о.е.;
= 0,082 о.е.;
= 0,054 о.е.;
= 0,14 о.е.;
= 2,0;
= 2,2;
= 1,6;
= 6.
Розрахуємо основні параметри двигуна.
Номінальний момент знаходиться за наступною формулою:
;
Тоді:
Н * м;
Критичний (максимальний момент):
Н * м;
Номінальний струм статора:
А;
Опору статора і ротора:
Ом;
Ом;
Ом;
Ом;
5. Розрахунок статичних механічних і електромеханічних характеристик двигуна і приводу
Для асинхронного двигуна статична механічна характеристика будується за наступною формулою:
;
де .
Дані по розрахунку наведені в таблиці 5.1, а механічна характеристика на рисунку 5.1.
Формула для розрахунку електромеханічної характеристики, залежності струму статора від ковзання для нормальної схеми включення:
де i m - відносний струм намагнічування двигуна:
Дані по розрахунку наведені в таблиці 5.2, а електромеханічна характеристика на малюнку 5.2.
6. Розрахунок перехідних процесів в електроприводі за цикл роботи
Після вибору двигуна з'явилася можливість розрахувати сумарний момент інерції:
J S = 0,0056 + 0,0055 + 0,013 + 0,0074 + 0,029 + 1,75 + 0,0815 +
+ 277,96 = 279,85 кг * м 2;
Так як при моделюванні перехідних процесів U 1Н = const і f 1Н = const, а також | S | <S K то можна скористатися лінеаризованої динамічної моделлю асинхронного двигуна (потрібна дослідити режими скидання-набросу навантаження):
;
або в операторної формі:
;
де b, T Е - жорсткість характеристики й електромагнітна постійна часу двигуна.
;
сек;
7. Перевірка правильності розрахунку потужності і остаточний вибір двигуна
Для перевірки електродвигуна по нагріванню скористаємося формулою для визначення еквівалентного моменту за цикл:
М ЕКВ = ПВ% * Ö S.
Як видно з отриманого значення, електродвигун проходить по нагріванню, так як:
М М. ДВ> М ЕКВ.
Наявний запас по потужності необхідний для забезпечення динамічних режимів.
Висновок
У процесі виконання даного курсового проекту розроблено електропривод фрикційного бездискового преса. На етапі попереднього розгляду варіантів реалізації електропривода зроблений порівняльний аналіз існуючих систем електроприводів і, за результатами розрахунку, віддано перевагу системі на базі електропривода змінного струму мають електродвигун з підвищеним ковзанням.
По наведеним у завданні на курсове проектування параметрами механізму проведений розрахунок і вибір електродвигуна. Оцінка динамічних показників і якості регулювання швидкості вироблялося методом моделювання перехідних процесів на ЕОМ. Результати отримані при моделюванні свідчать, що спроектований електропривод має хороші динамічні показники і відповідає всім вимогам, що пред'являються до приводів пресів.
Список використаних джерел
1. Ключів В.І. Теорія електропривода: Підручник для вузів .- М.: Вища школа, 1985 .- 560 с., Іл.
Комплектні тиристорів: Довідник / За ред. канд. техн. наук В.М. Перельмутер. - М.: Вища школа, 1988 .- 319 с.: Іл.
Довідник з автоматизованого електроприводу. / За ред. В.А. Єлісєєва, В.А. Шінянского - М.: Вища школа, 1983. - 659 с.