Курсовой проект
по дисциплине «ТЭП»
«Электропривод фрикционногобездискового пресса»
Содержание
Введение
Анализ и описание системы «электропривод – рабочаямашина»
Анализ и описание системы «электропривод –сеть» и «электропривод – оператор»
Выбор принципиальных решений
Расчет силового электропривода
Расчет статическихмеханических и электромеханических характеристик двигателя и привода
Расчет переходных процессов в электроприводе за циклработы
Проверка правильности расчета мощности и окончательныйвыбор двигателя
Заключение
Список использованных источников
Введение
Целью данного курсового проекта является разработкаэлектропривода фрикционного бездискового пресса. В процессе проектированияпланируется овладеть базовыми понятиями по дисциплине Теория электропривода. Требуетсярассчитать и выбрать двигатель привода, рассчитать механические характеристикиэлектропривода, рассчитать и построить переходные процессы основных режимовработы, проверить двигатель по нагреву и др.
1. Анализ и описание системы«электропривод – рабочая машина»
Механизм бездискового пресса приводится в действие отасинхронного короткозамкнутого электродвигателя. Средняя продолжительностьвключения пресса ПВ, сила давления пресса P, веспоступательно движущихся частей (ползуна, гайки) G, максимальныйход ползуна L, ход ползуна за один оборот маховика l,передаточное отношение от вала двигателя к шпинделю при холостом ходе i0, при рабочем ходе iР.
Движение ползуна вниз происходит с увеличеннойскоростью, вверх – замедленно. Изменение статического момента на валу двигателяза цикл работы пресса и изменение скорости вращения маховика приведены нарисунке 1.1.
/>
Рисунок 1.1 – Упрощенная тахограмма.
Дальнейшее уточнение тахограммы будет произведено припостроении нагрузочных диаграмм.
Рабочий цикл состоит из:
(t0– t1) – разгон маховика доскорости w1;
(t1 – t2) – двигатель отключенот маховика и нагружен только моментом холостого хода;
(t2 – t3) – брикетирование засчет энергии маховика, отдав всю энергию, маховик останавливается;
(t3 – t4) – разгон маховика вобратную сторону до скорости w2, ползун поднимается вверх;
(t4 – t5) – двигательподдерживает скорость вращения маховика постоянной и равной w2;
(t5 – t6) – двигатель продолжаетвращаться на холостом ходу, маховик затормаживается механическим тормозом иостанавливается.
Составим расчетную схему механической частиэлектропривода. Кинематическая схема привода изображена на рисунке 1.2.
/>
Рисунок 1.2 – Расчетная схема электропривода – длярежима рабочего хода.
На рисунке 1.2 сделаны следующие обозначения:
1. – двигатель;
2. – зубчатое колесо рабочего хода;
3. – промежуточное зубчатое колесо;
4. – ведущее зубчатое колесо;
5. - зубчатое колесо холостого хода(не показано);
6. – фрикционный ролик;
7. – маховик;
8. – шпиндель;
9. – гайка трехходовая;
10. – ползун.
При кинематическом расчете воспользуемся следующимиформулами
- для вращательного движения:
/>;
/>;
/>;
/>;
/>;
- для поступательного движения:
/>;
/>;
/>;
/>;
/>;
Также при расчете необходимы формулы для определенияпередаточных чисел отдельных звеньев, и формулы для нахождения момента инерциицилиндров.
Передаточное отношение шестерни:
/>;
где Z1, Z2 – количество зубьев.
Момент инерции:
/>;
где g — плотность материала (длястали — g » 7.66*103 кг/м3);
l –длина;
D –диаметр вала.
В силу специфических особенностей прессов будемсчитать, что все элементы конструкции абсолютно жесткие, и поэтому делатьрасчет жесткостей, не имеет смысла.
Передаточное число для пары двигатель — ведущеезубчатое колесо (4):
/>;
Передаточное число для пары промежуточное зубчатоеколесо (3) – ведущее зубчатое колесо:
/>;
Передаточное число для пары промежуточное зубчатоеколесо (3) –зубчатое колесо рабочего хода:
/>;
Передаточное число для пары зубчатое колесо холостогохода – ведущее зубчатое колесо:
/>;
Передаточное число пары зубчатое колесо рабочего хода– фрикционный ролик:
/>
Определим момент инерции маховика, исходя из размеразапасенной кинетической энергии. Учтем также запас потенциальной энергии впоступательно движущихся частях пресса. Можно записать следующее уравнениебаланса энергии:
/>;
где l – максимальный ход ползуна;
m –масса поступательно движущихся частей;
j –момент инерции маховика;
w — скорость вращения маховика;
F –сила давления пресса;
Отсюда определяем момент инерции маховика:
/> кг*м2;
Для нахождения приведенной массы поступательнодвижущихся частей, необходимо определить радиус приведения (для передачи типаходовой винт — гайка):
/>;
где h – шаг ходового винта;
iпр – передаточное отношение.
Тогда:
/> м;
Результаты приведения моментов инерций элементовдвижущихся поступательно и вращательно, приведены в таблице 1.1.
Таблица 1.1 — Расчет кинематического объекта 1 4 3 2 5 6 7 8 9, 10
Ji (mi) – 0,0055 0,032 0,011 0,061 0,161 138,65 6,46 1224,49
i1i (r1i) – 1 1,566 1,2 2,87 2,34 8,9 8,9 0,227
JПрi – 0,0055 0,013 0,0076 0,0074 0,029 1,750 0,0815 277,96
Суммарный момент инерции определим после выбораэлектродвигателя.
Моменты M1, M2 и M3 – по заданию даны уже приведенными к валу.
Определим скорости рабочего и холостого хода на валудвигателя:
/> с-1;
/> с-1;
Таким образом, разница между этими скоростямисоставляет 2%, можно пренебречь этой разницей, что позволит не использоватьдополнительное управление электроприводом при переключении режимов.
По найденным данным можно построить нагрузочнуюдиаграмму процесса. Она изображена на рисунке 1.3.
/>
Рисунок 1.3 – Нагрузочная диаграмма.
Механическая характеристика рабочей машины изображена нарисунке 1.4
/>
2. Анализ и описание системы«электропривод – сеть» и «электропривод – оператор»
В кузнечно-прессовых машинах, в настоящее времяиспользуются следующие системы электропривода:
1) Короткозамкнутый асинхронный двигатель с повышеннымскольжением;
2) Асинхронный двигатель с фазным ротором;
3) Двигатель постоянного тока, в том числерегулируемый с выпрямляемым выпрямителем.
Это связано с тем что кузнечно-прессовые машины не требуют,как правило, регулирования скорости движения пресса, следовательно не требуютсложных систем управления и должны быть как можно проще и надежнее.
В связи с этим привода кузнечно-прессовых машинзапитываются от стандартной промышленной сети на 380 В, 3 фазы, частота 50 Гц.
В прессе не требуется сложная система управленияэлектроприводом пресса, достаточно включать и выключать его, так как управлениепрессом производится за счет управления кинематическими цепями пресса.
3. Выбор принципиальныхрешений
Производим оценку различных вариантов. Вкачестве рассматриваемых вариантов принимаем:
1) Асинхронный двигатель (АД) с повышеннымскольжением;
2) АД с фазным ротором;
3) двигатель постоянного тока.
Все три системы рассматриваются как неимеющие какой либо системы управления, так как это не требуется, потому чтодвигатель работает на своей номинальной скорости (150 с-1).
Для оценки воспользуемся методомэкспертных оценок. Сравнение предлагаемых систем производится относительно n-характеристиксистем, важных с точки зрения цели проектирования, путем сравнения определенных(для каждого варианта) значений соответствующих показателей качества qi. Показатели качества служат для количественной характеристики степенивыполнения требований задания, а также других требований определяются следующимобразом:
5 – требования к i-йхарактеристике выдержаны очень хорошо
4 — требования к i-йхарактеристике выдержаны
qi = хорошо
3 — требования к i-йхарактеристике выдержаны удовлетворительно
2 — требования к i-йхарактеристике выдержаны неудовлетворительно
На основании этой шкалы оценок может бытьохарактеризована степень выполнения каждого отдельного требования путемназначения соответствующей оценки.
Введем значимость для технического задания каждогооцениваемого параметра системы. Для этого вводится весовой коэффициент li, которыйможно определить следующим образом:
5 – i-я характеристика системы имеет определяющее значениедля цели разработки.
4 — i-я характеристика системы имеет очень большое но, неопределяющее значение для цели разработки.
li = 3 — i-яхарактеристика системы имеет важное значение
для цели разработки.
2 – желательно учитывать значение для цели разработки.
1 — i-я характеристика системы имеет несущественное значениедля цели разработки.
Выбор наилучшего решения производится определениемвзвешенной суммы, лучший вариант имеет большую сумму:
/>;
Основываюсь на вышеизложенном строим оценочнуюдиаграмму – рисунок 3.1.
/>
Рисунок 1.3 – Оценочная диаграмма.
На рисунке введены следующие обозначения:
1) ´ – асинхронныйдвигатель (АД) с повышенным скольжением; 2) D – АД с фазнымротором; 3) O – двигатель постоянного тока.
Оценки на диаграмме выставлялись всравнении вариантов между собой (если лучше первый вариант оценка ему выше,второму ниже).
Произведем расчет сумм по всем вариантам:
/>;
/>;
/>;
За основной вариант принимаем систему АД с повышеннымскольжением.
4. Расчет силовогоэлектропривода
Расчет параметров и выбор двигателя
Как было показано выше, двигатель должен бытьрассчитан на скорость 1500 об/мин.
Найдем эквивалентный момент за цикл обработкизаготовки:
/>;
В данной формуле все b=1, т.к.двигатель будет работать на скорости близкой или равной номинальной, безторможений.
Тогда:
/> Н*м;
Однако по заданию средняя продолжительность включенияпресса ПВ=26%.
Тогда эквивалентный момент двигателя будет равен:
/> Н*м;
По [1] выбираем двигатель, на основании формул:
/>;
/> кВт;
Выбираем асинхронный двигатель с повышеннымскольжением с режимом работы S1:
Марка – 4AC100S4У3
Pном=3,2 кВт;
Uном=380 В;
nном=1500 об/мин;
J=0,0056кг*м2;
hН=76,5 %;
cos j=0,82;
SН = 4,2 %;
SК = 32,7%;
Xm=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.
Рассчитаем основные параметры двигателя.
Номинальный момент находится по следующей формуле:
/>;
Тогда:
/> Н*м;
Критический (максимальный момент):
/> Н*м;
Номинальный ток статора:
/> А;
Сопротивления статора и ротора:
/> Ом;
/> Ом;
/> Ом;
/> Ом;
5. Расчет статическихмеханических и электромеханических характеристик двигателя и привода
Для асинхронного двигателястатическая механическая характеристика строится по следующей формуле:
/>;
где />.
Данные по расчету приведены втаблице 5.1, а механическая характеристика на рисунке 5.1.
Формула для расчета электромеханическойхарактеристики, зависимости тока статора от скольжения для нормальной схемывключения:
/>
где im — относительный ток намагничивания двигателя:
/>
/>
/>
Данные по расчету приведены втаблице 5.2, а электромеханическая характеристика на рисунке 5.2.
6. Расчет переходныхпроцессов в электроприводе за цикл работы
После выбора двигателя появилась возможностьрассчитать суммарный момент инерции:
JS = 0,0056 + 0,0055 + 0,013 + 0,0074 + 0,029 + 1,75 +0,0815 +
+ 277,96 = 279,85 кг*м2;
Так как при моделировании переходных процессов U1Н = const и f1Н = const,а также |S|
/>;
или в операторной форме:
/>;
гдеb, TЭ – жесткость характеристики и электромагнитнаяпостоянная времени двигателя.
/>;
/> сек;
7. Проверка правильностирасчета мощности и окончательный выбор двигателя
Для проверки электродвигателя по нагревувоспользуемся формулой для определения эквивалентного момента за цикл:
МЭКВ = ПВ%*Ö .
Как видно из полученного значения,электродвигатель проходит по нагреву, так как:
МН.ДВ > МЭКВ.
Имеющийся запас по мощности необходим дляобеспечения динамических режимов.
Заключение
В процессе выполнения данного курсовогопроекта разработан электропривод фрикционного бездискового пресса. На этапепредварительного рассмотрения вариантов реализации электропривода произведенсравнительный анализ существующих систем электроприводов и, по результатам расчета,отдано предпочтение системе на базе электропривода переменного тока имеющим электродвигательс повышенным скольжением.
По приведенным в задании на курсовоепроектирование параметрам механизма произведен расчет и выбор электродвигателя.Оценка динамических показателей и качества регулирования скорости производилосьметодом моделирования переходных процессов на ЭВМ. Результаты полученные примоделировании свидетельствуют, что спроектированный электропривод имеет хорошиединамические показатели и отвечает всем требованиям, предъявляемым к приводампрессов.
Список использованныхисточников
1. Ключев В.И. Теорияэлектропривода: Учебник для вузов.– М.: Энергоатомиздат, 1985.– 560 с., ил.
2. Комплектные тиристорныеэлектроприводы: Справочник/ Под ред. канд. техн. наук В.М. Перельмутера. – М.:Энергоатомиздат, 1988.– 319 с.: ил.
3. Справочник по автоматизированномуэлектроприводу./ Под ред. В.А. Елисеева, В.А. Шинянского – М.: Энергоатомиздат,1983. — 659 с.