Модернизация электрооборудования и автоматики токарно-револьверного станка модели 1Н318Р

Введение

Станки токарной группы относятся к наиболее распространенным металлорежущим станкам и широко применяются на промышленных предприятиях, в ремонтных мастерских и т. п. В эту группу входят: универсальные токарные и токарно-винторезные, револьверные, токарно-лобовые, карусельные, токарно-копировальные станки, токарные автоматы и полуавтоматы.

Режущими инструментами на токарных станках служат в основном резцы, сверла, развертки, метчики, плашки.

Характерной особенностью станков токарной группы является осуществление главного движения за счет вращения обрабатываемой детали. Подача режущего инструмента производится путем поступательного перемещения суппортов. Основные возможные направления модернизации электрооборудования станка:

— использование комплектных электроприводов;

— использование бесконтактных блоков управления;

— использование современных конструкций двигателей и оборудования.

В данном дипломном проекте будет производиться модернизация электрооборудования и автоматики токарно-револьверного станка, модели 1Н318Р, относящийся к первой группе металлорежущих станков.

1. Технологическая часть

1.1 Назначение и технические данные станка Токарно-револьверные станки модели 1Н318Р являются универсальными станками общего назначения и предназначены для лёгких работ в условиях серийного и мелкосерийного производства при обработке деталей из прутка диаметром больше 18 мм, либо штучных заготовок, закреплённых в нормальном трёхкулачковом патроне диаметром 100 мм. При этом вылет заготовки от кулачков патрона рекомендуется не более 40 мм.

На стонка можно производить следующие операции: растачивание, сверление, зенкерование, развёртывание, нарезку резьбы плашками, метчиками и по копиру, а также другие операции.

Особенностью токарно-револьверного станка модели 1Н318Р является автоматическое переключение чисел оборотов шпинделя и величин подачи револьверного и поперечного суппортов при повороте револьверной головки с одной рабочей позиции на другую при возможности дублированного ручного переключения без останова станка, что удобно для подбора режимов, наладке и при обработке мелких партий деталей.

Основные технические данные станка заносим в таблицу 1.

Таблица 1

1.2 Устройство и взаимодействие узлов При включении автоматического выключателя АВ подаётся питание на цепь управления станка. Далее при нажатии кнопки 2КУ «Пуск» включается магнитный пускатель электронасоса МПО, который становится на самопитание с помощью контактов 38−1 и своими главными контактами Л17-Л19, Л12-Л20, Л18-Л24 подаёт напряжение на двигатель электронасоса ДО. Одновременно подготавливается цепь управления двигателем главного привода (трансформатор 2ТП) и цепь питания электромагнитных муфт (трансформатор 1ТП через контакты МПО 35−37).

При положении переключателя ПВСР 45^о влево (прямое вращение) по цепи 1−18 подготавливается включение магнитных пускателей МПВ, МП1, МП2.

В зависимости от положения ручного переключателя чисел оборотов ПС (при режиме ручного переключения-цепи 1−13−7-8) или работы конечного выключателя командоаппарата КВ1 (при режиме автоматического переключения — цепи 1−13−14−8 и 1−13−14−15) включаются магнитные пускатели МПВ и МП1, либо магнитный пускатель МП2, которые своими главными контактами подключают двигатель главного привода ДГП в направлении прямого вращения.

При включении магнитного пускателя МПВ его контакты 8−9 включают пускатель МП1, при этом оба пускателя своими контактами Л25-С4, Л12-С5, Л26-С6, С1-С2, С2-С3 соединяют обмотки статора двигателя ДГП по схеме двойной звезды. Двигатель получает высшее число оборотов (2800 об/мин) при прямом направлении вращения.

При включении магнитного пускателя МП2 замыкаются его главные контакты Л21-С1, Л12-С2, Л23-С3, соединяя обмотки статора двигателя ДГП по схеме треугольника.

Двигатель получает низшее число оборотов (1420 об/мин) при прямом направлении вращения.

При среднем положении переключателя ПВСР («Стоп и тормоз») цепи магнитных пускателей МПВ, МП1, МП2, МПН разорваны, и силовая цепь двигателя ДГП обесточена. Контакты переключателя ПВСР 21−26 и 21−27, находящиеся в цепи элекромагнитных муфт редуктора, включаются одновременно 2 муфты 1МС и 2МС. При этом в редукторе образуется «замок» шестерен и происходит торможение привода и вала двигателя ДГП.

При положении переключателя ПВСР 45^о вправо (реверс шпинделя) цепи пускателей МП1, МП2 обесточены, пускатель МПН включается по цепи 1−12. При этом он контактами 12−9 подключает магнитный пускатель МП1, оба пускателя своими главными контактами по цепи Л25-С4, Л12-С6, Л26-С5, С1-С2, С2-С3 включают двигатель ДГП на 2800 об/мин при обратном направлении вращения. При этом контакты МПН 21−26 включают электромагнитную муфту низших оборотов редуктора 1МС. Таким образом, реверс производится на одно число оборотов, определяемое 2800 об/мин и включением муфты 1МС (вторая скорость каждого ряда).

Поскольку переключатель ПВСР при переключении с прямого хода на реверс и обратно происходит положение «Стоп и тормоз», двигатель ДГП реверсируется после обесточивания и торможения.

Переключение чисел оборотов шпинделя и величин подач производится с помощью электромагнитных фрикционных муфт, питающихся постоянным током. Выбор режима работы производится переключателем ПРР.

Для перехода на ручное управление числами оборотов и подачами переключатель ПРР становится в положение «ручное». В зависимости от положения переключателей ПС и ПП включается то или иное из четырёх чисел оборотов и трёх подач станка, переключаемых на ходу.

При переходе на режим автоматического переключения чисел оборотов и подач переключатель ПРР становится в положение «автоматическое». При помощи конечных выключателей КВ1-КВ4 производится переключение обмоток двигателя ДГП, включение одной из двух муфт редуктора 1МС и 2МС, в результате чего могут быть получены четыре автоматически переключаемые числа оборотов шпинделя, включение одной из трёх муфт коробки подач 1МП-3МП, в результате чего суппорты получают одну из трёх подач.

1.3 Расчет технологических мощностей Процесс обработки деталей на токарных станках происходит при определенных значениях величин, характеризующих режим резания. К ним относятся:

— глубина резания;

— подача;

— скорость резания.

Задаемся режимом резания — точение, видом обработки — наружное продольное точение проходными резцами, материалом резца — твердый сплав, обрабатываемым материалом — конструкционная сталь.

Назначаемая скорость резания зависит от свойств обрабатываемого материала, материала резца, вида обработки, условий охлаждения резца и детали.

Расчёт покажем на примере двигателя главного привода.

Находим мощность резания, кВт, по формуле:

P_z=F_z · V_z /1000· 60, (1)

где F_z, — усилие резания, Н;

V_{z -} скорость резания, м/мин.

Находим скорость резания н, м/мин, по формуле:

V_z=Cн· Kн /T^m· t^x·S^y, (2)

где T — среднее значение стойкости резца, мин, по [ ] принимаем Т=60 мин;

Cн — коэффициент, характеризующий свойства обрабатываемого материла, резца, а так же вид токарной обработки, о.е.по [ ] принимаем Cн=340 о.е.;

m, x, y — показатели степени, зависящие от свойств обрабатываемого материла, резца, а так же вида токарной обработки, о.е. по [ ] принимаем m=0,2 о.е., x=0.15 о.е., y=0.45 о.е.;

t — глубина резания, мм. по [ ] принимаем t =1.05мм;

Кнкоэффициент, учитывающий действительную скорость резания;

Кн состоит из ряда коэффициентов:

Кн= К_mv · K_nv · K_uv (3)

где К_mv — коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала по [ ] принимаем К_mv=1 о.е.;

K_nv — коэффициент, отражающий состояние поверхности заготовки по [ ] принимаем K_nv =0,8 о.е.;

K_uv — коэффициент, учитывающий качество материала инструмента по [ ] принимаем K_uv=1 о.е.;

По формуле (3):

Кн= 1 · 0,8 · 1=0,8

По формуле (2):

V_z=340· 0,8 /60^0,2· 1,05^0,15·0,5^0,45=162,9 м/мин.

Усилие резания F_z, Н, рассчитываем по формуле:

F_z=10· C_p·t^x·S^y· V_zⁿ · K_p, (4)

где n, x, y — показатели степени, зависящие от свойств обрабатываемого материла, резца, а так же вида токарной обработки, о.е. по [ ] принимаем n=

=-0,15;x=1,00;y=0,75;

Cp-коэффициент, характеризующий свойства обрабатываемого материла, резца, и вид обработки по[ ] принимаем Cp=300;

K_p — поправочный коэффициент, учитывающий фактические условия резания, принимаем K_p=1.

По формуле (3):

F_z=10· 300·1,05¹·0,5^0,75·162,9^-0,15·1=873,5 Н.

По формуле (1):

P_z=873,5 · 162,9 /1000· 60=2,37 кВт.

Расчет мощности электронасоса охлаждения P_нас.о., кВт, производим по формуле:

P_нас.о.=k_з· с·g·Q·(H_с+?H)10^-3/з_ном, (5)

где с — плотность перекачиваемой жидкости, кг/м³, с=1000 кг/м³;

g — ускорение свободного падения, м/с², g=9,81 м/с²;

Q — производительность насоса, м³/с, Q=0,37 м³/с;

Н_с — статический напор, определяемый, как сумма высот всасывания и нагнетания, м, по [ ] Н_с =1,555 м;

?H — потеря напора в трубопроводах, м, по [ ] ?H=0,78 м;

з_ном — коэффициент полезного действия насоса, о.е., по [ ] принимаем з_ном=0,6;

k_з — коэффициент запаса, о.е., по [ ] принимаем k_з=1,2_..

По формуле (5):

P_нас.о.=1,2· 1000·9,81·3,7·10^-4(1,555+0,78)10^-3/0,6_.=0,0169 кВт

2 Электротехническая часть

2.1 Схема управления и ее элементы до модернизации.

Схему электрическую принципиальную силовую токарно-револьверного станка модели 1Н318Р покажем на рисунке 1.

Рисунок 1.

Схему электрическую принципиальную управления токарно-револьверного станка модели 1Н318Р покажем на рисунке 2.

Рисунок 2

Данные элементов схемы представим в таблице 2.

Таблица 2

2.2 Анализ системы электропривода и схемы управления На токарно-револьверном станке модели 1Н318Р установлено три трехфазных электродвигателя.

1.Электродвиготель главного электропривода «ДГП» типа Т-42/4−2, мощность 2,6/3 кВт, 1420/2800 мин^-1.

2.Насос охлаждения «ДО» типа ПА-22, мощностью 0,12 кВт, 2800 мин^-1.

3.Электродвигатель механизма подачи и зажима прутка «ДЗ» типа АО2−11−4, мощностью 0,6 кВт., 1350 мин^-1.

Напряжение для питания местного освещения 36 В и цепи управления 110 В.

В схеме применены двигатели устаревших серий.

Схема данного станка релейно — контактного типа и обладает рядом недостатков:

— чем больше число релейноконтактных элементов в схеме, тем меньше надёжность;

— большое потребление энергии катушками магнитных пускателей;

— низкое быстродействие;

— возможность выгорания контактов;

— большие габариты и вес;

— плохая работают в условиях запылённости и загрязнённости;

— больше затраты энергии на срабатывание;

— при длительном хранении катушки теряют свои свойства;

— контактные аппараты нуждаются в систематическом уходе и регулировке и т. д.

Также неудобством в работе станка является то, что все управления двигателями осуществляется посредством магнитных пускателей, элементная база станка морально устарела. Работа станка сопровождается большими шумами и вибрацией, что впоследствии может сказаться на здоровье персонала. Учитывая эти обстоятельства будем производить модернизацию станка.

В схеме также устарела защита от токов короткого замыкания в силовой цепи. Необходимо заменить предохранители на автоматические воздушные выключатели.

Применяя более новое оборудование сможем повысить КПД станка, снизить габариты и вес, уменьшить затраты и повысить производительность труда.

2.3 Предложения по модернизации В связи с тем, что схема релейно — контакторного типа обладают рядом недостатков в них необходимо произвести замену устаревшего оборудования.

Предложения по модернизации:

1) заменяем магнитные пускатели в силовых цепях на тиристорные пускатели с управлением на герконовых реле и герсиконовые контакторы, которые более быстродействующие, не чувствительны к влиянию окружающей среды, нет необходимости ухода и регулировки, имеют малые габариты и вес, более надёжны, долговечны и т. д.

В цепи двигателя главного движения применяем герсиконовый контактор.

2) для питания местного освещения применяем напряжение 24 В, что увеличивает безопасность;

3)применяем двигатели современных конструкций типа RA и АИР, у которых по сравнению со старыми конструкциями двигателей больший КПД и они обладают лучшими экологическими и энергетическими показателями;

4) применяем более современные серии элементов схемы, которые более быстродействующие, имеют меньшие габариты и вес, более надёжны, долговечны и т. д.

5) заменяем предохранители в силовых цепях на автоматические воздушные выключатели, которые более быстродействующие и надежны.

2.4 Выбор электродвигателей Выбор электродвигателей производим по:

— конструктивному исполнению;

— степени защиты от воздействия окружающей среды;

— роду тока и напряжения;

— частоте;

— мощности и т. д.

Выбор электродвигателя главного движения производим по условиям:

P_ном.?Р_z/з_cт, (6)

где P_{ном .}— номинальная мощность двигателя, кВт;

з_cт — коэффициент полезного действия станка, по [ ] з_cт =0,8 о.е.;

n_ном.? n_мех, (7)

где n_ном.-номинальная частота вращения двигателя, мин^-1;

n_мех-частота вращения выходного вала механизма, мин^-1,

По формуле (6)

P_ном.?2,37/0,8=2,96 кВт По формуле (7)

n_ном. ?2800 мин^-1

По [ ] выбираем 4A100S4/2УЗ, P_ном=2,65 кВт, n=1430/2820 мин^-1, з_ном=0,8/0,77 о.е., cosц_ном=0,82/0,91 о.е., I_п/I_ном=7/7.

Выбор электронасоса охлаждения производим по условиям:

P_ном.?P_нас/з_н, (8)

где P_{нас. .}— мощность выбираемого насоса, кВт;

з_п — коэффициент полезного действия помпы, по [ ] принимаем з_п=0,9 о.е.;

n_ном. ?n_нас, (9)

где n_ном. — частота вращения двигателя насоса, мин^-1;

n_нас — частота вращения механизма, мин^-1, принимаем по [ ] n_нас=2800мин^-1.

По формуле (8):

P_ном.?0,0169/0,9= 0,0187 кВт По формуле (9):

n_ном. ?2800 мин^-1

По [ ] выбираем насосный агрегат П-25, P_ном=0,125 кВт, n=3000 мин^-1, з_ном=0,7о.е., cosц_ном=0,75о.е., I_п/I_ном=5.

Выбор остальных двигателей аналогичен, данные заносим в таблицу 3.

Номинальный ток двигателя I_ном, А, находим по формуле:

I_ном=P_ном/(v3· U_ном·cosц_ном·з_ном), (10)

где P_ном — номинальная мощность двигателя, кВт;

U_ном — номинальное напряжение двигателя, кВ;

з_ном-коэффициент полезного действия двигателя, о.е.;

cosц_ном— коэффициент мощности двигателя, о.е.

Покажем расчёт номинального тока для двигателя М1.

По формуле (10):

I_ном=3,3,/(1,73· 0,38·0,91·0,77)=7,16 А Пусковой ток двигателей I_п, А, находим по формуле:

I_п=I_ном(I_п/I_ном), (11)

где (I_п/I_ном) — отношение пускового тока к номинальному, Покажем расчёт пускового тока для двигателя М1.

По формуле (10):

I_п=7.16· 7=50,12 А Расчет токов других двигателей аналогичен, данные заносим в таблицу 3.

Таблица 3

2.5 Разработка схемы управления и описание ее работы.

Схему разрабатываем в соответствии с предложениями по модернизации.

Схему электрическую принципиальную после модернизации покажем на листе 2 графической части проекта.

Включаем автоматический воздушный выключатель QF2, подается напряжение на силовую часть схемы и на первичную обмотку трансформатора TV1.

Нажимаем на кнопку SB2, получает питание герсиконовый контактор KМ1 и становится на самопитание, одновременно с этим, замыкая свои контакты в силовой цепи и запуская двигатель насоса охлаждения М2. Также при нажатии кнопки SB2 подаётся питание на катушку герконового реле KV1, которое замыкает свой контакт КV1.1 и осуществляет динамическое торможение двигателя М3. При нажатии кнопки SB3 отключается цепь динамического торможения и продаётся питание на катушку герконового реле KV2, которое становится на самопитание и замыкает свои контакты в цепи управления тиристорного пускателя, подавая напряжение на обмотку статора двигателя механизма подачи и зажима прутка М3. Происходит пуск двигателя.

Остановка двигателя М3 осуществляется при помощи концевого выключателя SQ1, который размыкает свой контакт и обесточивает герконовое реле KV2. Реле KV2 размыкает свой блокконтакт KV2.4, подавая питание на катушку KV1, которое замыкает свой контакт и тем самым подключает цепь динамического торможения. Также реле KV2 размыкает свой контакт KV2.5 и отключает цепь управления двигателя главного привода.

При повороте переключателя SA4 влево подготавливается включение герсиконовых контакторов КМ2, КМ3, КМ5. В зависимости от положения переключателя чисел оборотов SA2 в режиме ручного переключения или работы концевого выключателя командоаппарата SQ4 в режиме автоматического переключения включаются герсиконовые контакторы КМ2 и КМ3 или КМ5, подключая двигатель М1 в направлении прямого вращения.

При включении герсиконового контактора КМ2 его контакты включают КМ3, при этом оба контактора своими контактами соединяют обмотки статора двигателя М1 по схеме двойной звезды. Двигатель получает высшее число оборотов равное 2820 мин^-1.

При включении герсиконового контактора КМ5 его контакты в силовой цепи замыкаются соединяя обмотки двигателя М1 по схеме треугольника. Двигатель получает низшее число оборотов равное 1440 мин^-1.

При среднем положении переключателя SA3 цепи герсиконовых контакторов КМ2, КМ3, КМ4, КМ5 разорваны, и силовая цепь двигателя М1 обесточена. Контакты переключателя SA4, находящиеся в цепи элекромагнитных муфт редуктора, включаются одновременно 2 муфты 1YC и 2YC. При этом в редукторе образуется «замок» шестерен и происходит торможение привода и вала двигателя ДГП.

При положении переключателя SA4 вправо цепи герсиконовых контакторов КМ3, КМ5 обесточены, пускатель КМ2 включается. При этом он своим контактом подключает КМ3, оба контактора своими контактами включают двигатель М1 по схеме двойной звезды на 2820 мин^-1 при обратном направлении вращения. При этом контакт КМ4 включает электромагнитную муфту низших оборотов редуктора 2YC. Таким образом, реверс производится на одно число оборотов, определяемое 2820 мин^-1 и включением муфты 2YC (вторая скорость каждого ряда).

Управление числами оборотов шпинделя и подачами на станке осуществляется как в ручном, так и в автоматическом режиме. Выбор режима осуществляется при помощи переключателя SA3. При переходе на автоматический режим контакты SA3 разрывают цепь питания электромагнитных муфт через переключатель чисел оборотов SA5 и переключатель подач SA5 и в то же время контакты SA3 подготавливает цепь питания элекромагнитных муфт через конечные выключатели SQ3-SQ5. Далее при повороте револьверной головки на следующую позицию поворачивается связанный с нею барабан командоаппарата. Каждой позиции револьверной головки соответствует определённая комбинация кулачков командоаппарата, воздействующих на конечные выключатели SQ2-SQ5.

Контактами конечного выключателя SQ2 производится переключение обмоток двигателя М1, контактами SQ3 — включение одной из двух элекромагнитных муфт редуктора YC1 и YC2, в результате чего могут быть получены 4 автоматически переключаемые числа оборотов шпинделя.

Контактами конечных выключателей SQ4-SQ5 производится включение одной из трёх элекромагнитных муфт коробки подач YC3 и YC5, в результате чего суппорты получают одну из трёх подач.

Лампа местного освещения питается от отдельной вторичной обмотки трансформатора TV1, включение местного освещения производится переключателем SA1.

Защита силовой части станка от КЗ и перегрузки осуществляется автоматическими выключателями QF2, QF3, а защита каждого двигателя в отдельности от перегрузки обеспечивают тепловые реле КК1 и КК2, КК3.

.

2.6 Выбор элементов схемы Выбор силовых тиристоров покажем на примере двигателя М3.

Номинальный ток тиристора находим по формуле:

I_ном.т?0,5· I_{max кр}/(2· K_о·K_?·K_б·K_ф), (12)

где I_ном.т — номинальный ток тиристора, А;

I_{max кр} — максимальный возможный ток через тиристор, А;

К_о — коэффициент, учитывающий условия охлаждения, К_о=0,5;

К_? — коэффициент, учитывающий загрузку тиристора в зависимости от температуры окружающей среды, К_? =1;

К_б — коэффициент, учитывающий угол проводимости тиростора, К =1;

К_ф — коэффициент, учитывающий форму тиристора, К_ф=1,1.

Обратное номинальное напряжение тиристора находим по условию:

U_{обр.ном.т}?1,1 · v2·U_с, (13)

где U_{обр.ном.т} — обратное номинальное напряжение тиристора, В;

U_с — номинальное напряжение сети, В.

По формуле (12):

I_ном.т?0,5 · 10,3/(2 · 0,5 · 1 · 1 · 1,1)=4,68 А По формуле (13):

U_{обр.ном.т}?1,1· 1,41·380=591,1 В Так как в схеме не предусмотрена защита от перенапряжения с помощью RC-цепей, то выбираем тиристоры по напряжению на два класса выше чем получается по расчету.

По [ ] выбираем тиристоры марки Т10−10−8 с I_ном.т=10 A, U_{обр.ном.т}=800 B, I_упр.т=0,04 А, U_упр.т=3 B.

Выбор остальных тиристоров аналогичен, параметры выбранных тиристоров сводим в таблицу 4.

Таблица 4

Выбор диодов для тиристорного пускателя производим по обратному номинальному напряжению диода и допустимому прямому току диода .

Обратное номинальное напряжение диода находим по формуле:

U_обр?v2· U_с, (14)

где U_обр — обратное номинальное напряжение диода, В.

Допустимый прямой ток диода находим по формуле:

I_пр.доп?I_упр.т, (15)

где I_пр.доп — допустимый прямой ток диода, А.

По формуле (14):

U_обр?1,41· 380=537 В По формуле (15):

I_пр.доп? 0,04 А По [ ] выбираем диоды марки КД105 В с I_пр.доп=0,3 A, U_обр=600B.

Параметры выбранных диодов заносим в таблицу 4.

Таблица 5

Выбор резисторов для тиристорного пускателя произво-дим по условиям:

R_р?(0,05· U_тах-U_упр.т)/1,1·I_упр.т, (16)

где R_р — активное сопротивление резистора, Ом;

U_тах — максимальное значение напряжения сети, В.

P_рас?I²_упр.т· R_р, (17)

где P_рас — мощность рассеивания резистора, Вт.

Максимальное значение напряжения сети U_тах, В находим по формуле:

U_тах=v2· U_с (18)

По формуле (18):

U_тах=1,41· 380=537 В По формуле (16):

R_р=(0,05· 537−3)/1,1·0,04=542 Ом По формуле (17):

P_рас=0,04²· 542=0,87 Вт По [ ] выбираем резисторы марки МЛТ с R_р=560 Ом, Р_рас=2 Вт. Параметры выбранных резисторов заносим в таблицу 6.

Таблица 6

Выбор герсиконовых контакторов покажем на примере контактора КМ1.

Находим номинальное напряжение катушки контактора, U_{ном к.к.}, В по условию:

U_{ном к.к.}?U_ц.у., (19)

где U_ц.у.— напряжение цепи управления, В;

По формуле (19):

U_{ном к.к.}?380 В Находим номинальный ток контактов контактора, I_{ном кон}, А, по условию:

I_{ном кон.}?I_{дл к.ц.}, (20)

где I_{дл к.ц.}— длительный ток коммутируемой цепи, А;

Находим длительный ток коммутируемой цепи, I_{дл к.ц.,} по формуле:

I_{дл к. ц}=P_пот.р./U_к.ц., (21)

где P_пот.р— мощность потребителя, коммутируемого контактами реле, Вт;

U_к.ц-напряжение коммутируемой цепи, В По формуле (21):

I_{дл к. ц}=125/380=0,33 А По формуле (20):

I_{ном кон.}?0,33 А По [ ] выбираем контактор марки КМГ-13 с I_{ном кон}= =6,3 A, U_{ном к. к}=380 B, Р_{ном к. к}=4 Вт Выбор остальных герсиконовых контакторов аналогичен, данные сводим в таблицу 6.

Таблица 7

Выбор герконовых реле покажем на примере KV2

Выбор герконовых реле производим по условиям:

U_{ном к.р.}?U_ц.у., (22)

I_{ном кон. р}? I_дл.к.ц., (23)

где U_{ном к.р.}— номинальное напряжение катушки реле, В;

U_ц.у.— номинальное напряжение цепи управления, В;

I_дл.к.ц — длительный ток коммутируемой цепи, А.

Длительный ток коммутируемой цепи, I_{дл к.ц.}, А, рассчитываем по формуле:

I_{дл к.ц.}=Р_потр/U_ц.. (24)

где Р_потр — мощность потребителя коммутируемого контактами реле, Вт По формуле (24):

I_{дл к.ц.}=1,4/24= 0,058 А По формуле (22):

U_{ном к.р.}?24 В По формуле (23):

I_{ном кон р.}?0,058 А Выбор герконовых реле так же производим по количеству замыкающих и размыкающих контактов в схеме. По [ ] выбираем в качестве реле KV2 реле РПГ-10 421 с 4 размыкающими контактами и РПГ-110 421 с 4 замыкающими контактами.

Данные сводим в таблицу 8.

Таблица 8

Покажем выбор электромагнитных муфт на примере YC1.

Выбор электромагнитных муфт производим по условию:

U_{ном. эмф.}? U_ц.у., (25)

где U_{ном. эм.}-номинальное напряжение электромагнитной муфты, В.

По формуле (24):

U_{ном. эмф.}?24 В По [ ] выбираем электромагнитную муфту марки ЭТМ051 с U_{ном. э.м.}=24 В, I_{ном. э.м.}=1,78 А.

Выбор остальных электромагнитных муфт аналогичен, данные заносим в таблицу 9

Таблица 9

Выбор кнопок управления покажем на примере кнопки SB2.

Находим номинальное напряжение кнопки, U_{ном к.н.}, В по условию:

U_{ном кн.}?U_ц.у, (26)

где U_{ном кн.} — номинальное напряжение кнопки, В;

По формуле (24):

U_{ном кн.}?24 В Номинальный ток контактов кнопки, I_{ном кн}, А, находим по условию:

I_{ном кн}?I_{дл к.ц.} (27)

где I_{ном кн} — номинальный ток контактов кнопки, А.

Находим длительный ток коммутируемой цепи, I_{дл к.ц.,} по формуле (21):

I_{дл к. ц}=(1,5+1,5+1,4+1,4+4+4+4+42,78+42,78)/24=4,3 А По формуле (27):

I_{ном кн}?4,3 А По [ ] выбираем кнопку SB1 марки КЕ191У3 исполнение 2, кнопку «Стоп» выбираем с красным грибовидным толкателем.

Выбор остальных кнопок аналогичен, данные сводим в таблицу 10.

Таблица 10

Выбор конечных выключателей производим по условиям :

— по конструктивному исполнению;

— по количеству и виду контактов;

— по напряжению;

— по току контактов.

Расчёт покажем на примере концевого выключателя SQ5

Номинальное напряжение контактов выключателя, U_{ном к. в}, В находим по формуле:

U_{ном к.в.}?U_ц.у. (28)

Номинальный ток контактов выключателя, I_{ном к. в}, А находим по формуле:

I_{ном к.в.}?I_дл.к.ц.,_. (29)

где I_дл.к.ц— длительный ток коммутируемой цепи.

По формуле (28):

U_{ном к.в.}?24 В По формуле (29):

I_{ном к.в.}?1,78 А.

Выбор лампы местного освещения производим по условию:

U_{ном л.м.о.}?U_ц.м.о., (30)

По [ ] выбираем концевой выключатель, по [ ] выбираем микропереключатель МП 1−1 с U_{ном к.в.}=30 В, I_номк.в.=1 А Выбор остальных переключателей аналогичен, данные сводим в таблицу 11.

Таблица 11

где U_{ном л.м.о.} — номинальное напряжение лампы, В;

U_ц.м.о. — напряжение цепи местного освещения, В.

U_{ном л.м.о.}?24 В По [ ] выбираем лампу марки МО-24−40 с U_{ном л.м.о.}=24 В и Р_{ном л.м.о.}=40 Вт.

Выбор переключателей покажем на примере SA1/

Выбор переключателя производим по условиям:

U_{ном пер.}?U_ком, (31)

I_{ном к.пер.}?I_{дл к.ц.} (32)

где U_{ном к.пер.} — номинальное напряжение переключателя, В;

I_{ном к.пер.} — номинальный ток переключателя, А;

U_{ном к.пер.} — номинальное напряжение коммутируемой цепи, В;

U_{ном пер.}?24 В

I_{ном к.пер.}?1,67 А По [ ] выбираем переключатель SА1 марки ПЕ133 с U_{ном к.пер.}=36 В, I_{ном к.пер.}=4 А.

Выбор остальных переключателей аналогичен, данные сводим в таблицу 11

Таблица12

Выбор диодов мостового выпрямителя для питания цепи управления производится по условиям:

U_обр?1,57· U_ц.у, (33)

I_{пр. доп.}?0,5· I_d, (34)

где I_d — ток нагрузки диодов, А.

Ток загрузки диодов I_d, А, определяется по формуле:

I_d=?Р_потр/U_ц.у., (35)

где ?Р_потр — сумма активных мощностей потребителей цепи управления, Вт.

I_d=(1,5+1,5+1,4+1,4+4+4+4+42,78+42,78)/24=4,3 А

U_обр?1,57· 24=37,68 В

I_{пр. доп.}?0,5· 4,19=2,095 А По [ ] выбираем диоды марки КД202А с I_{пр. доп.}= 3А и U_обр=50 В.

Выбор диодов для динамического торможения производится по условиям:

U_обр?2,1· U_d, (36)

U_d =1,17· U₂, (37)

где U_d — напряжение нагрузки сети, В;

U₂— напряжение сети 220В;

I_{пр. доп.}? I_{упр.тир} /3, (38)

U_d =1,17· 220=257,4 В

U_обр?2,1· 257,4=540,54 В

I_{пр. доп.}?40•10^-3/3 =0,013 А По [ ] выбираем диоды марки КД226А с I_{пр. доп.}=0,3А и U_обр=600 В.

Выбор понижающего трансформатора для питания цепей управления, местного освещения производим по условиям:

U_{ном 1 тр}? U_с, (39)

U_{ном 2 тр}? U_ц.у, (40)

U_{ном 2 м.о.}=U_ц.м.о., (41)

S_ном.тр? S_расч.1, (42)

где U_{ном 1 тр} — номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора, В;

U_{ном 2 тр} — номинальное напряжение вторичной обмотки питания трансформатора, В;

U_{ном 2 м.о.} — номинальное напряжение обмотки питания местного освещения, В;

S_ном.тр — номинальная мощность трансформатора, В· А;

S_рас2.1 — полная расчетная нагрузка первичной обмотки трансформатора, ВА.

Полную расчетную нагрузку первичной обмотки трансформатора S_рас2.1, В· А, определяем по формуле:

S_рас2.1=S₂/з_тр, (43)

где S₂ — суммарная полная мощность нагрузки вторичных обмоток, ВА;

з_тр — коэффициент полезного действия трансформатора, о.е.

Суммарную мощность нагрузки S₂, В· А, определяем по формуле:

S₂=I_d· U_ц.у.+I_л.м.о · U_{ном.л.м.о.}, (44)

S₂=4,19· 24+1,67· 24=140,64 В· А

S_рас2.1=140,64/0,91=154,55 В· А

U_{ном 1 тр}?380 В

U_{ном 2 тр}?29 В

U_{ном 2 м.о.}?24 В

S_ном.тр?154,55 В· А По [ ] выбираем трансформатор марки ОСМ-0,16 с U_{ном 1 тр}=380 В, U_{ном 2 тр}=29 В, U_{ном 2 м.о.}=24 В, S_ном.тр=160 В· А.

2.7 Выбор защитной аппаратуры и питающих проводов Выбор вводного автоматического выключателя QF2 производим по условию:

I_ном.р.?I_дл, (45)

где I_ном.р. — номинальный ток теплового расцепителя автоматического воздушного выключателя, А;

I_дл — длительный ток нагрузки цепи, А.

Длительный ток нагрузки цепи, I_дл, А, находим по формуле:

I_дл=?I_ном.д.+I_{1ном.тр.}, (46)

где ?I_ном.д. — сумма номинальных токов электродвигателей, А;

I_{1ном.тр.} — номинальный ток первичной обмотки понижающего трансформатора, А.

Номинальный ток первичной обмотки понижающего трансформатора, I_{1ном.тр.}, А, находим по формуле:

I_{1ном.тр.}=S_ном.тр/U_{ном 1 тр}, (47)

I_{1ном.тр.}=160/380=0,42 А

I_дл=3,3+0,125+0,55+0,42=4,395 А

I_ном.р.? 4,395 А По [ ] выбираем автоматический воздушный выключатель QF2 марки ВА51−25 с I_ном.р.=6,3 А.

Выбранный автоматический воздушный выключатель проверяем по условию:

I_ср.э.р.?1,25I_кр, (48)

где I_ср.э.р. — ток срабатывания электромагнитного расцепителя, А;

I_кр — наибольший возможный кратковременный ток в защищаемой цепи, А.

Ток срабатывания электромагнитного расцепителя, I_ср.э.р., А, находим по формуле:

I_ср.э.р.=10I_ном.р, (49)

I_ср.э.р.=10· 6,3=63 А Наибольший возможный кратковременный ток в защищаемой цепи, I_кр, А, находим по формуле:

I_кр=I_п.д1+I_ном.д2+ I_ном.д2 +I_1ном.тр, (50)

где I_п.д1 — пусковой ток первого электродвигателя, А.

I_ном.д2 — номинальный ток второго электродвигателя, А;

I_ном.д3 — номинальный ток третьего электродвигателя, А;

I_кр=50,12+0,36+2,06+0,42= 52,96 А

160 А?1,25· 52,96=66,2 А Так как условие соблюдается, то выключатель выбран правильно.

Для защиты питающей линии выбираем автоматический воздушный выключатель, устанавливаемый в распределительном устройстве, по селективности на одну ступень выше, чем вводной.

Выбор автоматических воздушных выключателей сводим в таблицу 12.

Таблица 13

Покажем выбор теплового реле КК2 для двигателя М1.

Тепловые реле для защиты электродвигателей от перегрузок выбираем по условиям:

I_{ном.т.р.}?I_ном, (51)

I_{ном.т.э.р.}?I_ном, (52)

где I_{ном.т.р.} — номинальный ток теплового реле, А;

I_{ном.т.э.р.} — номинальный ток теплового элемента реле, А.

I_{ном.т.р.}?7,16 А

I_{ном.т.э.р.}?7,16 А По [ ] выбираем тепловое реле КК2 марки РТТ-1 с I_{ном.т.р.}=25 А, I_{ном.т.э.р.}=8 А и пределами регулирования (6,8−9,2) А.

Выбор остальных теловых реле аналогичен, данные заносим таблицу 13.

Таблица 14

Выбор плавких предохранителей производим на примере FU1.

Выбор плавких предохранителей производим по условию:

I_вст?I_{ном.з.ц.}, (53)

где I_вст — номинальный ток плавкой вставки, А;

I_{ном.з.ц.} — номинальный ток защищаемой цепи, А.

I_вст?1,67 А По [ ] выбираем плавкий предохранитель FU2 марки ПРС-6−3 с I_вст=2 А. Выбор остальных плавких предохранителей аналогичен, данные заносим таблицу 14.

Таблица 15

Выбор сечения проводов питающей линии производим по условиям:

I_доп?I_дл/K_попр, (54)

I_доп?K_защ· I_{ном.р.РУ}/K_попр, (55)

где I_доп — длительно допустимый ток проводника стандартного сечения при нормальных условиях прокладки, А;

К_попр — поправочный коэффициент на фактическую температуру окружающей среды, о.е., принимаем K_попр=1;

I_{ном.р.РУ} — номинальный ток расцепителя автоматического выключателя, установленного в РУ, А.

K_защ — защитный коэффициент, принимаем K_защ=1;

I_доп?4,395/1=4,395 А

I_доп?1· 8/1=8 А По выбираем провод марки АПВ-3(1×2)+1×2,5 с I_доп=18 А, для прокладки в пластмассовой трубе.

2.8. Разработка и описание электрической схемы cоединений В металлорежущих станках, молотах, прессах электродвигатели обычно устанавливаются непосредственно на корпусах станков и машин, или встраиваются внутрь. При этом необходимо, чтобы был обеспечен доступ охлаждающего воздуха к двигателю, но исключалось проникновение в двигатель масла или охлаждающей жидкости. Обычно электроаппаратуру управления (релейно-контакторную или бесконтактную) размещают в элетрошкафах, которые устанавливают вблизи станков и машин, а при небольших размерах электрошкафов — непосредственно на механизмах. Далеко от производственных машин ставить шкафы нецелесообразно, так как при этом повышается стоимость монтажа, увеличивается падение напряжения и потери в длинных проводах. Различные по назначению электрические аппараты и устройства (контакторы, реле, трансформаторы и пр.) монтируются на панелях или блоках. Панели чаще всего изготавливаются из листовой стали толщиной 2−3 мм и с лицевой стороны покрываются листами гетинакса, текстолита или винипласта. Иногда используются в качестве панелей асбоцементные или текстолитовые плиты толщиной 10−15 мм. В панели просверливаются отверстия, нарезается резьба в соответствии с эскизом размещения электроаппаратуры; устанавливаемая аппаратура крепится винтами или болтами.

Пускорегулирующая электроаппаратура станка модели 1Н318Р смонтирована в навесном шкафу на правой боковой стенке станка. Ввод питающих проводов в электрошкаф может быть осуществлён снизу или сверху через отверстие, установленном на задней боковой стенке электрошкафа.

Командные органы станка (кнопки управления, регуляторы скорости, универсальные переключатели и другие) устанавливаются на стационарных и подвижных пультах управления (кнопочных станциях). Путевые выключатели и переключатели, предназначенные для контроля перемещения подвижных частей станка, автоматизации технологических циклов по пути перемещения, устанавливаются под корпусами отдельных механизмов, по краям неподвижной станины. При их размещении руководствуются удобством монтажа и обслуживания, а также исключением попадания на переключатель машинного масла, стружек и т. п.

Электрические аппараты могут иметь присоединительные зажимы на лицевой стороне аппарата или же сзади него, поэтому монтаж проводов на панели управления может выполняться передним или задним. В электромашиностроении наиболее широко применяется передний монтаж проводов. Для станка модели Н318Р применяем передний монтаж проводов.

После размещения всего электрооборудования станка, составления эскиза размещения аппаратуры и выбора способа соединения проводов приступают к проектированию схемы проводки между зажимами приборов и аппаратов, т. е. к разработке схемы соединений. На схемах соединений аппараты и другие приборы изображаются не разделёнными на отдельные элементы. Эти схемы отражают действительное расположение отдельных аппаратов и узлов электрооборудования в шкафах, нишах, на панелях управления, и способ осуществления электрических соединений между ними. Составление схемы соединений производим по принципиальной электрической схеме и эскизу размещения электрооборудования. При этом применяем те же условные обозначения аппаратуры и маркировку, что и на принципиальной схеме.

Схема соединений станка модели 1Н318Р представлена на листе 3 графической части дипломного проекта. В электрошкафу станка размещаем всю пускорегулирующую аппаратуру: герконовые реле КV1, KV2, герсиконовые контакторы КМ1-KМ5, тиристоры VS1-VS6, диоды VD1-VD15, резисторы R1-R6, трансформатор ТV1, автоматическиe выключатели QF2, QF3, тепловые реле КК1-КК4,, предохранители FU1, FU2,. Вне шкафа располагаются электродвигатели М1-М3, командные органы станка (кнопки SВ1-SВ3, переключатели SА1-SА5), электромагнитные муфты YС1- YС5 и светильник местного освещения.

На схеме соединений провода, идущие от наборов зажимов или аппаратов в одном направлении можно изображать двумя способами: либо объединять в пучки и показывать эти пучки на схеме одной толстой линией, либо каждый провод показывать отдельно. В настоящее время преимущественное распространение нашёл первый способ.

3 Специальная часть В системах регулирования, контроля, телеметрии и других устройствах автоматики для преобразования частоты вращения вала механизма в электрический сигнал применяют тахогенераторы. Они просты в эксплуатации, не требуют дополнительного источника питания, но обладают большой временной и температурной нестабильностью характеристик, относительно узкими рабочими пределами частоты вращения, малой долговечностью.

Более высокими характеристиками обладает электронный датчик частоты вращения с преобразованием частоты в постоянное напряжение. На валу механизма закрепляют диск с равномерно расположенными прямоугольными прорезями, по одну сторону от которого располагают светодиод, а по другую фотодиод, образующие оптронную пару. Принципиальную электрическую схему такого датчика покажем на рисунке 3.

Принцип действия заключается в том, что при вращении диска происходит модуляция светового потока, падающего на фотодиод. Частота переменного тока, протекающего через фотодиод, пропорциональна частоте вращения вала механизма. Переменный сигнал с выхода оптрона преобразуется датчиком в последовательность прямоугольных импульсов постоянной амплитуды и длительности с периодом повторения равным периоду переменного сигнала.

Частота f (Гц) сигнала с выхода оптрона равна f=K· n/60, где К-число прорезей на диске, n-частота вращения диска, мин^-1.

Так, например, при максимальной частоте вращения вала n=6000 мин^-1 для частоты f=12 000 Гц число прорезей на диске должно быть 120. Соответственно при других частотах вращения изменяют и число прорезей.

Переменное напряжение с выхода оптопары VD1, VD2 поступает на вход компаратора DA1, который формирует прямоугольные импульсы.

Резистор R7 с конденсатором С1 устраняет возможность многократного переключения компаратора в момент сравнения сигналов на его входах, а также обеспечивает быстрое переключение выходного напряжения независимо от изменения входного.

Прямоугольные положительные импульсы с выхода компаратора DA1 переключают триггер DD2.1. При этом сигнал логического 0 с инверсного выхода триггера разрешает начать счёт импульсов пересчётному устройству, собранному на счётчиках DD3.1, DD3.2. Импульсы поступают с генератора, выполненного на элементах DD1.1, DD1.2 и кварцевом резонаторе Z1.

С появлением логической 1 на выходе 1 счётчика DD3.1 триггер DD2.2 переходит в единичное состояние. Через 64 мкс сигнал логической единицы поступает на выход 4 счётчика DD3.2 и, пройдя через узел на элементах DD1.3, DD1.4, поступает на R-вход триггера DD2.2 и переводит его в исходное нулевое состояние. Длительность формируемого импульса определяется временем пребывания триггера DD2.2 в единичном состоянии.

Одновременно с триггером DD2.2 устанавливается в нулевое состояние и триггер DD2.1, так как их R-входы объединены. При этом на инверсном выходе триггера DD2.1 устанавливается сигнал логической единицы, обнуляющий счётчики DD3.1, DD3.2, и всё устройство в целом переходит в исходное состояние состояние. При появлении следующего прямоугольного импульса напряжения с выхода DA1 описанный процесс повторяется.

Для первоначальной установки преобразователя в исходное состояние при включении питания служит интегрирующая цепь R10, C3. При включении питания на нижнем по схеме входе элемента DD1.4 на время зарядки конденсатора С3 до некоторого напряжения будет сохраняться уровень логического 0, в то же время сигнал логической 1 на входе элемента DD1.4 установит триггеры DD2.1, DD2.2, а следовательно все устройства в исходное состояние.

С выхода триггера DD2.2 сформированные по амплитуде и длительности импульсы поступают на фильтр НЧ, который выделяет постоянную составляющую сигнала. Фильтр выполнен на ОУ DА2, цепь обратной связи образована конденсатором С4 и резистором R13. Для уменьшения погрешности преобразования питание логических микросхем стабилизировано стабилизатором на резисторе R5 и стабилитроне VD3.

4 Экономическая часть

4.1 Обоснование модернизации электрооборудования и автоматики станка станок токарный модернизация электродвигатель Для экономического обоснования модернизации электрооборудования и схемы управления токарно-револьверного станка модели 1Н318Р произведем сравнение экономической целе-сообразности по сумме приведенных затрат.

Рассчитываем суммы приведенных затрат по данному варианту З_і, руб/год, по формуле:

З_і =С_і +Е_н · К_і, (51)

где С_і -годовые эксплоатационные издержки по данному варианту, руб/год;

Е_н— нормативный коэффициент капитальных вложе-ний, принимаем по [ ] Е_н=0,12;

К_і -сумма капитальных вложений по данному ва-рианту, руб.

Расчет годовых эксплуатационных издержек С_i, руб/год, производим по формуле:

С_i = С_аi+ С_рi+ С_потi, (52)

где С_аi — стоимость амортизационных отчислений по данному варианту, руб/год;

С_рi — затраты на ремонт и обслуживание, руб/год;

С_потi — стоимость потерь электроэнергии, руб/год.

Сумму амортизационных отчислений определим по формуле:

С_аi = К_і · Н_аi /100, (53)

где Н_аi -норма амортизационных отчислений, %, принимаем по [ ] Н_аi=10%.

Сумму затрат на ремонт и обслуживание С_рi, руб/год,