2. Розрахунки навантажувальної діаграми, тахограми руху виконавчого органу та попередній вибір потужності двигуна
Ці розрахунки необхідні для попереднього вибору потужності двигуна і швидкості його обертання. Їх виконують для механізмів зі змінним режимом роботи.
Зазвичай, навантажувальну діаграму Мс(t) і тахограму розраховують для найбільше важкого чи усередненого циклу роботи виконавчого механізму. Нижче описані методики розрахунків Мс(t) і деяких виробничих механізмів.
Г
Візок мостового крана може переміщуватись на різні віддалі в межах прольоту. Тому розрахунковим циклом переміщення візка приймають такий: рух на віддаль lр = L/2 в одну сторону з вантажем і у зворотну сторону без вантажу, кількість циклів за годину N.
Для побудови навантажувальної діаграми необхідно знати моменти сил статичного опору і втрати в кінематичних ланках.
Момент статичного опору при русі візка з вантажем
, /1/
де kр = 2...2,5 - коефіцієнт, який враховує тертя реборд ходових коліс об рейки; - коефіцієнт тертя ковзання; fк =0,001 - коефіцієнт тертя кочення.
Потужність на валу двигуна при русі візка з вантажем
, /2/
де - радіус ходових коліс, м; - швидкість руху візка в м/с;
ККД при русі візка з вантажем, що відповідає на рис.2.
Момент статичного опору при русі візка без вантажу
. /3/
Потужність при русі візка без вантажу
, /4/
де ККД передачі при коефіцієнті навантаження який знаходять із кривої, наведеної на рис.2.
При розгоні і гальмуванні візка Рис.2. Залежність ККД відбувається розкачування вантажу,
зубчатих передач від підвішеного на тросі. Величина від-
коефіцієнта хилення від вертикального положення
буде мінімальною, якщо час розгону
і гальмування будуть дорівнювати періоду власних коливань:
, /5/
де висота підвіски вантажу.
Виходячи з цієї умови, величина прискорення
/6/
Шлях, який пройде візок за час розгону,
. /7/
Такий же шлях пройде візок і при гальмуванні. Тому час переміщення візка з вантажем складе
. /8/
З метою підвищення продуктивності роботи крана прискорення і сповільнення візка без вантажу приймають у два рази більшим .Тоді час розгону .
Шлях, який пройде візок за час розгону (гальмування) без вантажу,
. /9/
Час переміщення візка без вантажу
/10/
Розрахункова тривалість одного циклу руху візка
. /11/
Час пауз за один цикл складає
2tп = tц - tв - t0. /12/
Розрахункова відносна тривалість включення двигуна
. /13/
Навантажувальна діаграма ММ(t) без врахування динамічних моментів і тахограма наведені на рис.3.
Рис.3.
Для попереднього вибору потужності двигуна необхідно змінний в часі момент ММ(t) або відповідну змінну в часі потужність замінити еквівалентною за нагріванням сталою потужністю, яку визначають за формулою
. /14/
Для електроприводів, які працюють в повторно-короткочасному режимі, вибирають двигуни, які призначені для цих режимів. Промисловість випускає електричні двигуни на стандартні тривалості включення: ; 0,25; 0,4 і 0,6. Якщо розрахункова не відповідає стандартній, то необхідно перерахувати за формулою
. /15/
Оскільки технічним завданням передбачено регулювання швидкості в широкому діапазоні, то необхідно вибрати двигун постійного струму з незалежним збудженням або трифазний двигун змінного з регулюванням швидкості зміною частоти живлення.
Для наших умов вибираємо двигун постійного струму незалежного збудження з регулюванням напруги живлення за допомогою статичних перетворювачів змінного струму у постійний. Такі двигуни виготовляються на тривалий режим роботи ( ). Тому у формулу /15/ при визначенні потрібно підставити . За цих умов розрахункова потужність двигуна
. /16/
За каталогом вибирають двигун, номінальна потужність якого .
Паспортні дані двигуна заносять в табл.1.
Таблиця 1
, кВт | , В | , А | , об/хв | , Ом | , Ом | , мГн | ,
| , % | ,
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
За даними табл. 1 визначають:
номінальну кутову швидкість
; /19/
номінальний момент
; /20/
опір якорного кола двигуна
, /21/
де падіння напруги на щітках,
і коефіцієнт передачі двигуна
. /22/
Передаточне число редуктора
.
Вибраний двигун потрібно провірити на перевантажувальну здатність, яку визначає умова
, /23/
де максимальне значення моменту статичного навантаження; допустимий момент перевантаження двигуна. Для двигунів постійного струму незалежного збудження . Для асинхронних трифазних двигунів з короткозамкненим ротором , а для синхронних двигунів .
Приклад 2. Необхідно побудувати навантажувальну діаграму і тахограму при обробці на токарному верстаті деталі, показаної на рис.4,а. Кінематична схема електропривода шпинделя верстата (рис.4,б) складається з двигуна Д, клино-пасової передачі КП, редуктора Р і шпинделя Ш. Цикл роботи привода такий: пуск двигуна, обробка заготовки на відрізку l1 в два проходи з товщиною стружки hс, в один прохід на відрізку l2, обрізка, динамічне гальмування і пауза тривалістю t0. Паузи між операціями всі рівні і дорівнюють tп секунд.
Рис.4.
Зусилля різання Fz, швидкість подачі vп , кутова швидкість шпинделя ККД передачі при максимальному навантаженні і кінематична схема є вихідними даними. На кінематичній схемі позначені: іі - коефіцієнти передачі ланок, Jш і Jві - моменти інерції шківа і відповідних валів. Прискорення і сповільнення шпинделя не задаються, а визначаються перевантажувальною здатністю електродвигуна.
Зведену до вала двигуна потужність різання на ділянках l1 і l2 визначають за формулою
/24/
де Fz - зусилля різання, Н; vi - швидкість різання на і-тій ділянці деталі, м/с; ; - ККД передачі, який визначають з кривої, наведеної на рис.2, при kн = Р.і / Рс.max.
При обрізці деталі потужність буде зменшуватись від Р2 - потужності різання на ділянці l2, до нуля, і ця зміна буде описуватись рівнянням
/25/
де vп - швидкість подачі різця; d2 - діаметр заготовки.
Потужність холостого ходу Р0 приймають рівною 0,08Р11.
Час , і визначають за формулою
. /26/
Час t3 визначають із рівняння (25), поклавши Р3 = 0.
Розрахункова кутова швидкість двигуна
Відносна тривалість включення двигуна
/27/
Рис.5.
На рис.5 наведені навантажувальна діаграма Р(t) без врахування динамічних навантажень при пуску та гальмуванні і тахограма , із яких видно, що Р12 < P11 , бо після першого проходу різця радіус заготовки на ділянці l1 зменшився на грубину стружки.
Із навантажувальної діаграми видно, що режим роботи привода повторно-короткочасний. Для такого режиму за умови попередній вибір потужності двигуна доцільно проводити методом середніх втрат. Для цього спочатку визначають середню потужність за цикл роботи
, /28/
де Рі, ti – відповідно потужність і час обробки деталі при і-ій операції; п – число операцій.
Якщо тривалість включення, вирахувана за формулою /27/, буде меншою 0,6, то Рср потрібно перерахувати на за формулою
. /29/
Якщо , то перерахунок роботи не треба. У цьому випадку вибирають двигун з тривалим режимом роботи.
Потужність двигуна за каталогом вибирають за умови
. /30/
де коефіцієнт запасу, який враховує втрати при пуску і гальмуванні. Паспортні дані двигуна заносять в табл.1 і за формулами /19 – 22/ визначають і .
Вибраний двигун потрібно перевірити на перевантажувальну здатність: , де найбільше значення потужності різання.
Щоби забезпечити задану швидкість різання, передаточне число редуктора повинне дорівнювати
.
За відомим і визначають .
Приклад 3. Побудувати навантажувальну діаграму Мс(t) і тахограму поздовжньо-стругального верстата, стіл якого здійснює зворотно-поступальний рух. Цикл роботи верстата складається з прямого ходу, під час якого знімається стружка з заготовки, і зворотного холостого ходу. Швидкість прямого ходу vпр зумовлена режимом різання металу, швидкість зворотного ходу vзв приймають в 2...3 рази більшою, щоби підвищити продуктивність верстата. Отже, робота привода зв’язана з частими реверсами. Щоби зменшити час реверсів, прискорення і сповільнення визначаються перевантажною здатністю електродвигуна.
Розрахункову тахограму визначає режим обробки заготовки і вона має такі етапи. На початку прямого ходу стіл розганяється до невеликої швидкості vвх , з цією швидкістю проходить віддаль l1 і різець врізається в заготовку (точка А). Зі швидкістю vвх стіл переміщується ще на віддаль l2 і потім починає знову розганятись до швидкості vпр. Перед закінченням прямого ходу починається сповільнення до швидкості vвх і з цією швидкістю різець ріже метал на віддалі l2 , виходить з металу (точка В) і продовжує рухатись іще на віддаль l1 . Після цього відбувається реверс руху стола зі швидкості vвх до швидкості vзв . Далі деякий час стіл рухається зі швидкістю vзв .
На віддалі l3 від кінця зворотного ходу стола починається гальмування зі швидкості до швидкості – спочатку зміною магнітного потоку, а потім зміною напруги на якорі. Після гальмування стіл рухається зі швидкістю - vвх і, пройшовши віддаль l3 - lГ4 , де lГ4 - шлях гальмування від швидкості – vвх до нуля, починається реверсування до швидкості vвх , при швидкості v = 0 цикл повторюється.
Оскільки для поздовжньо-стругального верстата, як вже згадувалось, прискорення і сповільнення визначаються перевантажувальною здатністю двигуна, то визначити час динамічних процесів неможливо без знання параметрів електропривода. Тому на рис.6 наведені наближені навантажувальна діаграма і тахограма.
Рис.6.
Зведена до вала двигуна потужність різання при прямому ході
, /31/
де Fz - cила різання, Н; vz – швидкість руху стола, м/c; – ККД передавального механізму; - коефіцієнт, який враховує втрати в напрявлаяючих стола.
Момент сил опору на валу ведучої шестерні при різанні
.
При зворотному ході мають місце втрати, зв’язані з тертям в підшипниках та в направляючих стола. Тому потужність холостого ходу приймають рівного .
Момент на валу ведучої шестерні при холостому ході стола
,
де - передавального механізму при коефіцієнті навантаження (рис.2).
Момент при зворотному ході стола приймають рівним .
Час прямого і зворотного ходів наближено вираховують за формулами
і ,
де L – довжина заготовки, м; vпр, vзв – відповідно швидкість прямого і зворотного ходів, м/с.
Час руху стола при прямому ході без навантаження
.
Час руху стола при зворотному ході зі швидкістю
.
На підставі цих даних будують навантажувальну діаграму Мс(t) і тахограму (рис.6).
Розрахувавши за формулою /28/ середню за цикл роботи потужність навантаження, вибирають за каталогом двигун для роботи в режимі за умови, що номінальна потужність . Паспортні дані двигуна заносять в табл.1 і за формулами /18 – 22/ обчислюють , , і . Вибраний двигун перевіряють на перевантажувальну здатність за формулою /23/, прийнявши , де номінальна кутова швидкість двигуна.
Щоб забезпечити задану швидкість різання коефіцієнт передачі редуктора повинен дорівнювати
, /32/
де радіус ведучої шестерні, м.
Для виробничих механізмів, які працюють в тривалому режимі зі сталим навантаженням, зокрема, таких як стрічкові транспортери, помпи, вентилятори, конвеєри тощо навантажувальних діаграм і тахограм не будують, бо вони сталі в часі.
- Передмова
- Загальні відомості
- 1. Завдання на проектування
- 2. Розрахунки навантажувальної діаграми, тахограми руху виконавчого органу та попередній вибір потужності двигуна
- 3. Розрахунок потужності і вибір двигунів для механізмів зі сталим режимом роботи
- 4. Побудова навантажувальної діаграми двигуна та перевірка його на нагрівання
- 5. Обґрунтування і вибір способу регулювання швидкості двигуна
- 6. Вибір системи керування електроприводом
- 7. Розрахунки електромеханічних характеристик двигуна і автоматизованого електропривода
- 7.1. Система електропривода з сумуючим підсилювачем
- 7.1.1. Система регулювання зі зворотним зв’язком за швидкістю двигуна
- 7.1.2. Система регулювання із зворотним зв’язком за ерс двигуна
- 7.1.3. Система регулювання з від’ємним зворотним зв’язком за напругою і додатним зворотним зв’язком за струмом
- 7.1.4. Система регулювання з широтно-імпульсним перетворювачем
- 7.2. Системи обмеження моменту двигуна
- 7.2.1. Система регулювання зі зворотним зв’язком за швидкістю і відсічкою за струмом
- 7.2.2. Система регулювання зі зворотним зв’язком за ерс і обмеженням струму якоря
- 7.2.3. Система регулювання зі зворотним зв’язком за напругою і з обмеженням струму якоря
- 7.3. Системи регулювання з сумуючим підсилювачем і задавачем інтенсивності
- 7.4. Системи регулювання з широтно-імпульсним перетворювачем
- 8. Формування динамічних характеристик електропривода
- 8.1. Система регулювання із зворотним зв’язком за швидкістю
- 8.2. Система регулювання зі зворотним зв’язком за ерс
- 8.3. Система регулювання з від’ємним зв’язком за напругою і додатним за струмом
- 8.4. Системи регулювання з сумуючим підсилювачем і задавачем інтенсивності
- 8.5. Системи регулювання з широтно-імпульсним перетворювачем
- 9. Електропривод з підпорядкованим регулюванням
- 10. Обмеження струму в системах підпорядко-ваного регулювання
- 11. Моделювання динамічних процесів
- 12. Вибір системи керування і опис її роботи
- Биховець Борис Опанасович основи електропривода